“The secret of life is molecular recognition ; the ability of one molecule to recognize
another through weak bonding interactions.”
Linus Pauling at the 25th anniversary of
the Institute of Molecular Biology at the University of Oregon
In the end it is nothing but equilibrium binding and kinetics.
Karsten Rippe, Biochemistry II Lecture
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
0 0.5 1
Ideální chováníNeideální chování
Cha
rakt
eris
tika
Molární poměr S : L
S
L
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
Mějme systém mající dvě složky S a L tvořící komplex 1 : 1, tj. SL
Fyzikální „primitivní“ popis ( f )
aS = γS · cSf f f
aL = γL · cLf f f
Stotal = cSf f
Chemický „sofistikovaný“ popis ( c )
aS = cSc c
aL = cLc c
aSL = cSLc c
K =cL · cS
c c
cSLc
Stotal = cS + cSLc c c
cSL + K · cS · cLc c c
cS + cSL = cSc c f
Stotal = Stotalfc
c
cSf
cS =1 + K · cL
ccS = aS
c f
c
1γS =
1 + K · cL
f
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
Vazebná (asociační, rovnovážná, stability) konstanta Ka
Disociační konstanta KD
Ka = 1 / KD
S + L SL
K = aS · aL
aSL=
γS · cS · γL · cL
γSL · cSL
cS · cL
cSL
γS · γL
γSL= · = Kγ · Ka
∆G = -RT · ln K
∆G = ∆H - T∆Sln K = - +
∆H ∆S
RT R
Kenneth Antonio ConnorsBinding Constants – The Measurement of Molecular ComplexStability
John Wiley & Sons 1987, ISBN-10: 0-471-83083-6, 432 pages.
Hans-Jörg Schneider and Anatoly K. YatsimirskyPrinciples and Methods in Supramolecular Chemistry
John Wiley & Sons 2000, ISBN-10: 0-471-97253-3, 362 pages.
Christoph A. SchalleyAnalytical Methods in Supramolecular Chemistry
John Wiley & Sons 2007, ISBN-10: 3-527-31505-5, 502 pages.
Christoph A. SchalleyAnalytical Methods in Supramolecular Chemistry
Wiley-VCH 2012, 2nd, 2 vol., ISBN-10: 352732982X, 844 pages
• INTRODUCTION
• QUANTITATIVE ANALYSIS OF BINDING PROPERTIES
• ISOTHERMAL TITRATION CALORIMETRY IN SUPRAMOLECULAR CHEMISTRY
• EXTRACTION METHODS
• MASS SPECTROMETRY AND GAS PHASE CHEMISTRY OF SUPRAM OLECULES
• DIFFUSION NMR IN SUPRAMOLECULAR CHEMISTRY AND COMPL EXED SYSTEMS
• PHOTOPHYSICS AND PHOTOCHEMISTRY OF SUPRAMOLECULAR S YSTEMS
• CIRCULAR DICHROISM SPECTROSCOPY
• ELECTROCHEMICAL METHODS
• CRYSTALLOGRAPHY AND CRYSTAL ENGINEERING
• SCANNING PROBE MICROSCOPY
• SINGLE-MOLECULE FORCE SPECTROSCOPY OF SUPRAMOLECULA R COMPLEXES
• CONFOCAL LASER SCANNING MICROSCOPY: A VERSATILE SPE CTROSCOPIC TOOL FOR THE INVESTIGATION OF MOLECULAR GELS
• TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY (TEM) OF RADIATION SENSITIVE
• SUPRAMOLECULAR ARCHITECTURES - STRATEGIES FOR A COMP REHENSIVE
• STRUCTURE CHARACTERIZATION
• THE CHARACTERIZATION OF SYNTHETIC ION CHANNELS AND PORES
• THEORETICAL METHODS FOR SUPRAMOLECULAR CHEMISTRY
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
Paramagnetické látky, malá změna chemických posunů
střední
0.1 – 2 mg
< 10-3 mol.L-1
log K < 4
libovolné deuterované
1H NMR
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Prostředí:
Metoda:
∆δ (Hz)
n/n
syn,syn
K = 615 ±±±± 68
TrisTB diastereomers + 1,2,4,5-tetracyanobenzene
syn,anti
K = 17 ±±±± 2
anti,anti
K = 16 ±±±± 2B. Dolenský, J. Kessler, M. Jakubek, J. Novotná, J. Čejka, V. Král
Tetrahedron Lett., 2012, in press.
Ksyn,syn / Kanti,anti = 24
tweezers effect = 1.4
N
NN
NN
N
ppm
NHOOC
O
NO2
NO2
H
N
NN
NN
N
(±±±±)-syn,syn-trisTB
Test chirálního rozpoznání
+
+ 0,1 ekv.
+ 0,3 ekv.
(±)-syn,syn-trisTB
N-(3,5-Dinitrobenzoyl)- D-α-phenylglycine
1 H N
MR
spe
ktra
Každý z enantiomerů trisTB interaguje jiným způsobem
Test chirálního rozpoznání
v CDCl3
v CDCl3 / (CD3)2SO 5:1
N
NN
NN
N
N-(3,5-Dinitrobenzoyl)- D-α-phenylglycine
(±±±±)-syn,syn-trisTB+
1 H N
MR
spe
ktra
Přídavek DMSO interakci neruší
Test chirálního rozpoznání Dochází ke změněchemických posunů
Nedochází ke změněchemických posunů
Pravděpodobn ě dochází
k interakci do kavity
Ostatní signály nelzesledovat ( překryvy )
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
Paramagnetické látky
malá
5 – 20 mg
< 10-2 mol.L-1
log K < 3
libovolné
13C NMR
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
překryvy pásů
vysoká
0,010 – 0,100 mg
10-2 – 10-4 mol.L-1
záleží na molárním absorpčním koeficientu
voda, omezeně i další
UV-Vis
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Prostředí:
Metoda:
N
N
N
N
N
NN
N
+
syn-bisTB
syn-bisTB
+TCNE
anti-bisTB
anti-bisTB
+ TCNE
anti-bisTB + TCNE
syn-bisTB + TCNE
13/60
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
překryvy pásů, zhášení fluorescence
velmi vysoká
0,001 – 0,010 mg
10-3 – 10-6 mol.L-1
log K = 2 – 7
voda, omezeně i další
Fluorometrie
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
překryvy pásů
vysoká
0,001 – 0,100 mg
záleží na molárním absorpčním koeficientu
záleží na molárním absorpčním koeficientu
pouze některé rozpouštědla
Infračervená spektroskopie
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
malá přesnost, nízká citlivost
vysoká
10 – 100 mg
10-1 – 10-2 mol.L-1
log K < 2
voda, omezeně i další
Polarimetrie
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
omezena na opticky aktivní látky
vysoká
0,01 – 1 mg
10-3 – 10-5 mol.L-1
log K = 1 – 6
voda, omezeně i další
CD / ORD
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Prostředí:
Metoda:
Complexation study by UV-Vis
� (+) TB with L-Lys
� (-) TB with D-Lys
� (+) TB with D-Lys
� (-) TB with L-Lys
N
NN
ArAr
F
F
F
F
Ar
O
N N
NN
Ar
Ar
F
F
F
F
O
N N
Ar
Co CoN
F F
F
FF
NH2NH2
COOMe
Ar =
350 550400 450 500
Wavelength [nm]
-4
-2
0
2
4
(-) TB with D-Lys
Wavelength [nm]
-4
-2
0
2
350 400 450 500 550
4
(+) TB with L-Lys
350 550400 450 500-4
2
-2
0
4
Wavelength [nm]
(-) TB with L-Lys
350 550400 450 500
- 2
4
0
2
-4
Wavelength [nm]
(+) TB with D-Lys
Red enantiomers ;1.1 eq, grey ; 3.3 eq green ; 9.4 eq blue
c = 1.085 10-5 mol/L
Complexation study by ECD
Binding constants of enantiomers with tested aminoacids
Amino acid (–)-TB (+)-TB
L- His 8.9 ± 0.8 7.9 ± 0.7
D- His 7.9 ± 1.2 8.9 ± 0.9
L- Lys 41.7 ± 2.2 21.7 ± 3.6
D- Lys 20.9 ± 2.7 42.3 ± 4.1
L- Pro 9.8 ± 0.9 8.9 ± 0.8
D- Pro 8.9 ± 0.9 9.8 ± 0.4
NH2
COOCH3NH
N
NH2
COOCH3NH2
COOCH3
NH
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
závislost na ∆H, vedlejší reakce
nejvyšší
1 – 10 mg
10-1 – 10-3 mol.L-1
záleží na velikosti ∆H
voda, omezeně i další
Kalorimetrie
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
značná závislost na prostředí a teplotě
velmi vysoká
0,1 – 10 mg
10-1 – 10-4 mol.L-1
log K = 2 – 12
zejména voda
Potenciometrie - pH
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Vhodné prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
značná závislost na prostředí, potřeba selektivní elektrody
vysoká
0,01 – 1 mg
10-2 – 10-5 mol.L-1
log K = 2 – 6
zejména voda
Potenciometrie - ISE
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Vhodné prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
pouze pro látky podléhající redox reakcím, citlivá ale méně přesná než potenciometrie
velmi vysoká
0,001 – 1 mg
10-2 – 10-7 mol.L-1
log K = 2 – 7
zejména voda
Polarografie
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Vhodné prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
nabité látky jakožto nečistoty, nesymetrickéionty
velmi vysoká
0,001 – 1 mg
10-2 – 10-6 mol.L-1
log K = 2 – 6
libovolné
Konduktometrie
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Vhodné prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
malá přesnost, nespecifické associace
malá
< 0,000 001 mg
libovolný plyn, LC-MS kapalina
Hmotnostní spektroskopie
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Vhodné prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
mikrodisperze
střední
0,1 – 10 mg
10-2 – 10-6 mol.L-1
log K = 1 – 5
libovolné
Rozpustnost
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Vhodné prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
vzájemná mísitelnost fází
střední
0,01 – 1 mg
log K = 5 – 12
libovolné dvě nemísitelné
Extrakce
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Vhodné prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
zadržování substrátu stacionární fází
střední
0,0001 – 0,001 mg
10-2 – 10-6 mol.L-1
log K = 2 – 5
zejména voda, omezeně i další
Chromatografie
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Vhodné prostředí:
Metoda:
Chromatographic Determination of Molecular InteractionsApplications in Biochemistry, Chemistry, and Biophysi cs
Tibor Cserhati, Klara Valko, Cserhati Cserhati
CRC Press, 1993
Supramolecular chromatography
Molecular Tweezers as Synthetic Receptors: Molecular Re cognition ofElectron-Deficient Aromatic Substrates by Chemically B onded
Stationary Phases
M. Kamieth, U. Burker, P. S. Corbin, S. J. Dell,S. C. Zimmerman, F.-G. Klärner
Eur. J. Org. Chem. 1999, 274122749
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
NO2
NO2
NO2
NO2 NO2
NO2
Eur. J. Org. Chem. 1999, 274122749
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
NO2
NO2
NO2
NO2NO2
NO2
CN
CN
CN
CN
CN
CN
Eur. J. Org. Chem. 1999, 274122749
N
N N
NMeOOC COOMe
syn-bisTB
+ aminopropylsilica
stationary phase for HPLC
COOMe COOH COCl
anti-bisTB
SiO O
O
HN O
CH3
SiO O
O
HN O
CH3
SiO O
O
SiO O
O
HN O
CH3
SiO O
O
SiO O
O
HN O
CH3
Heptane : CH 2Cl2 (1:2)
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
pouze pro nabité látky, médium effekt
střední
0,0001 – 0,001 mg
10-2 – 10-6 mol.L-1
log K = 2 – 5
voda
Elektroforéza
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Vhodné prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
vyžaduje imobilizovaný ligand
log K = 3 – 15
voda, omezeně i další
SPRPovrchová plazmonová rezonance
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Vhodné prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
radioaktivita, vyžaduje pomalou disociaci komplexu
log K < 15
voda
RIARadioimmunoassay
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Vhodné prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
vyžaduje pomalou disociaci komplexu a značený enzym
log K < 15
voda
ELISAEnzyme-linked immunosorbent assay
Komplikace metody:
Potřebná čistota látek:
Množství minoritní látky:
Obvyklé koncentrace:
Vhodná pro konstanty:
Vhodné prostředí:
Metoda:
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
Metody vypovídající o velikosti (stechiometrii) komplexu
Problém: Metody založené na analýze titračních křivek vypovídají pouze
o relativní stechiometrii – nelze rozlišit mezi komplexem 1:1 a třeba 5:5
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
GPC (SEC)Gel Permeation Chromatography (Size Exclusion Chromatography) Gelová permeační chromatografie
VPOVapour Pressure OsmosisOsmometrie v parní fázi
MSMass SpectroscopyHmotnostní spektroskopie (ionizace ESI, MALDI, SIMS)
DOSY NMRDiffusion ordered spectroscopy, D1/D2 = (M2/M1)1/3
Difusní NMR techniky
SAS, SAXS, SANSSmall-Angle X-Ray Scattering, Small-Angle Neutron ScatteringRozptyl záření pod malým úhlem
Viskozimetrie, Supermikroskopie, ...
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
Designed Self-Assembly of Molecular NecklacesUsing Host-Stabilized Charge-Transfer Interactions
Y. H. Ko, K. Kim, J.-K. Kang, H. Chun, J. W. Lee, S. Sakamoto, K. Yamaguchi, J. C. Fettinger, K. Kim
J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1932-1933
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
Intermolecular NOE
JACS 2004, 126, 1932-1933
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
JACS 2004, 126, 1932-1933
MS (ESI)
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
2D DOSY NMR of 2 in D2O at 25 °C
JACS 2004, 126, 1932-1933
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
JACS 2004, 126, 1932-1933
X-ray
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
Chiral Supramolecular Polymers Formed by Host -Guest Interactions
M. Miyauchi, Y. Takashima, H. Yamaguchi, A. Harada
J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 2984-2989
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
1H NMR
JACS 2005, 127, 2984-2989
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
2D ROESY NMR
JACS 2005, 127, 2984-2989
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
VPO – Vapour Pressure Osmosis
JACS 2005, 127, 2984-2989
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
Diffusion NMR
JACS 2005, 127, 2984-2989
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
Mass Spectroscopy
JACS 2005, 127, 2984-2989
Analytical Methods in Supramolecular Chemistry
Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry 2006, 44, 5113–5119.
Scanning Tunneling Microscope
SINGLE-MOLECULE FORCE SPECTROSCOPY ( SMFS )
Nanomedicine (2010) 5(4), 657–666
Nanomedicine (2010) 5(4), 657–666
Single-molecule force spectroscopy: a method for quantitative analysis of ligand–receptor interactions
Alexander Fuhrmann and Robert Ros
Phys. Chem. Chem. Phys., 2010, 12, 10981–10987
Au ( SAM )
Phys. Chem. Chem. Phys., 2010, 12, 10981–10987
Phys. Chem. Chem. Phys., 2010, 12, 10981–10987
Ka = 7.1 104 M-1 ∆∆∆∆G0 = -27 kJ mol -1 at T = 293 K
Study on Intercalations between Double-Stranded DNA and Pyrene by Single-
Molecule Force Spectroscopy: Toward the Detection of Mismatch in DNA
Langmuir 2010, 26(17), 13773–13777
Study on Intercalations between Double-Stranded DNA and Pyrene by Single-
Molecule Force Spectroscopy: Toward the Detection of Mismatch in DNA
Langmuir 2010, 26(17), 13773–13777
Top Related