Ajankohtaista

Väitös: 16.6.2016 Uutta tietoa ioniparireseptorien rakenteesta ja toiminnasta (Mäkelä)

Alkamisaika: torstai 16. kesäkuuta 2016, 12.00

Päättymisaika: torstai 16. kesäkuuta 2016, 15.00

Paikka: Ylistönrinne, KEM 4

Toni Mäkelä, kuva: Lotta Turunen.
Toni Mäkelä, kuva: Lotta Turunen.
FM Toni Mäkelän orgaanisen kemian väitöskirjan "Ion Pair Recognition by Ditopic Crown Ether Based bis-Urea and Uranyl Salophen Receptors" tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä professori Anthony P. Davis  (University of Bristol, Englanti) ja kustoksena akatemiaprofessori Kari Rissanen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuus on englanninkielinen.

Supramolekyylikemiassa tutkitaan molekulaarisia rakenteita, jotka rakentuvat heikkojen, ei-pysyvien vuorovaikutusten välityksellä pienemmistä alayksiköistä. Nämä vuorovaikutukset ovat läsnä myös biologisissa systeemeissä ja usein supramolekyylikemiassa luonto toimiikin suunniteltavien järjestelmien inspiraationa. Eräs supramolekyylikemian tutkimusalueista on isäntä-vieraskemia, jossa isäntä sitoo vierasta heikkojen vuorovaikutusten, kuten esimerkiksi vetysidosten ja ioni-dipolivuorovaikutusten, avulla.

Väitöstyössään Toni Mäkelä valmisti useita kruunueetteripohjaisia kaksoistoiminnallisia ioniparireseptoreja, ja tutki useilla eri menetelmillä niiden käyttäytymistä ioniparien tunnistuksessa. Kruunueetterit ovat rengasmaisia, useita happiatomeja sisältäviä isäntämolekyylejä, jotka kykenevät sitomaan erityisesti positiivisesti varautuneita alkalimetallikationeja ioni-dipolivuorovaikutusten välityksellä. Molekyylien kaksoistoiminnallisuuden mahdollistaa reseptoreissa oleva anioneja sitova urea- tai uranyyliryhmä, joka kykenee sitomaan negatiivisesti varautuneita halidi- ja oksoanioneja vetysitoutumisen (urea) ja koordinaatiosidoksen (uranyyli) välityksellä.

Mäkelä tutki ioniparien vuorovaikutusta kaksoistoiminnallisten kruunueetteri-ureareseptorien kanssa kiinteässä tilassa yksikideröntgenkristallografian, liuoksessa ydinmagneettisen resonanssispektroskopian ja kaasufaasissa massaspektrometrian avulla. Useat kymmenet kiderakenteet erilaisten alkalimetallisuolojen kanssa paljastivat näille reseptoreille yleiseksi määriteltäviä ioniparien sitomismuotoja kiinteässä tilassa riippuen ioniparin kemiallisesta luonteesta sekä kruunueetterin koosta. Liuostilassa määritettiin halidianionien sitoutumisvoimakkuutta reseptorien sekä reseptorien alkalimetallikompleksien kanssa. Erityisesti kloridianionin vuorovaikutus alkalimetallikompleksien kanssa oli erittäin voimakasta, ja tämä ilmiö oli perusteltavissa määritettyjen kiderakenteiden avulla. Massaspektrometriset tutkimukset tukivat liuostilassa tehtyjä havaintoja ioniparien sitoutumisesta reseptorien kanssa.

Työssä valmistettuja kaksoistoiminnallisia kruunueetteripohjaisia uranyyli-salofeenireseptoreja tutkittiin kiinteässä tilassa yksikideröntgenkristallografian avulla. Määritetyistä kiderakenteista oli havaittavissa kolme näille reseptoreille yleistä vuorovaikutustapaa alkali- ja ammoniumhalidien kanssa. Eräässä kiderakenteessa havaittiin myös mielenkiintoinen metallikoordinaatiopolymeeri, joka havainnollistaa näiden molekyylien potentiaalia esimerkiksi magneettisten materiaalien valmistuksessa.

Tutkituilla kaksoistoiminnallisilla molekyyleillä voi olla sovelluskohteita esimerkiksi erilaisissa suolojen uutto- ja liuotustehtävissä. Lisäksi niillä on potentiaalia toimia ioniparien kantajina solukalvojen läpi ja tällaisella käytöllä on sovelluskohteita myös biologisessa tutkimuksessa. Tässä työssä tehdyt perusteelliset rakennetutkimukset toimivat vahvana pohjana molekyylien sovelluksien tutkimuksessa.

Lisätietoja:
Toni Mäkelä, puh. 0400 264235, toni.p.l.makela@jyu.fi
Viestintävastaava Liisa Harjula, puh. 040 805 4403, tiedotus@jyu.fi

Toni Mäkelä valmistui ylioppilaaksi Lucina Hagmanin lukiosta (Kälviä) vuonna 2004. Hän valmistui filosofian maisteriksi Jyväskylän yliopistosta keväällä 2011 pääaineenaan orgaaninen kemia. Jatko-opinnot hän aloitti akatemiaprofessori Kari Rissasen tutkimusryhmässä kesällä 2011.

Väitöskirja on julkaistu sarjassa Department of Chemistry, University of Jyväskylä Research Report numerolla 193, 75s., Jyväskylä 2016, ISSN 0357-346X, ISBN 978-951-39-6660-7. Väitöskirjaa voi tiedustella kemian laitokselta, puh. 0400 247976, leena.m.mattila@jyu.fi.

Abstract

This work describes the synthesis of ditopic crown ether based ion pair receptors and their recognition behaviour towards various ion pairs in solid-state, solution, and gas-phase. The receptors consist of crown ether scaffolds for cation recognition and bis-urea or uranyl salophen as anion recognition functionality. As the introduction to the topic, a short description of supramolecular chemistry is given. Then examples of ditopic receptors based on crown ethers and uranyl salophens are presented to give an overview of their ion pair binding behaviour. This is followed by a description of the use of ditopic receptors in further examples of different receptor types, and finally a few examples of more complicated multitopic receptor systems are discussed. The Results and Discussion section summarizes the results obtained and reported in three published journal articles and one manuscript. In the course of this work, four new crown ether bis-urea receptors and two new crown ether uranyl salophen receptors were prepared. The solid-state ion pair binding behaviour of the crown ether bis-urea receptors was studied in extensive single-crystal X-ray crystallography studies of 33 crystal structures revealing the general characteristics of their ion pair complexation. In addition, the solution behaviour of the receptors revealed strong positive cooperativity toward anion binding when the receptors were complexed with alkali metals. The solution-state behaviour of the receptors was supported by solid-state studies. Lastly, the gas-phase studies by mass spectrometry strongly supported the ion pair complexation behaviour seen in solution. The two crown ether uranyl salophen receptors were studied in comprehensive solid-state studies with single crystal X-ray crystallography (19 structures) revealing three general interaction motifs in ion pair complexation that depend on the crown ether size and the nature of the ion pair. Interestingly one obtained crystal structure constituted of coordination polymer with repeating ···O=U=O···Na+···O units, presenting the intriguing possibility of utilizing these types of receptors in building magnetic materials.     

 


Lisätietoja

tohtorikoulutettava Toni Mäkelä
toni.p.l.makela@jyu.fi
+358408053685
kuuluu seuraaviin kategorioihin: ,