Assembly of 'discrete' (H2O)(16) water clusters within a supramolecular compound of calixarene

A 'discrete' (H2O)(16) cluster, featuring four basic cyclic nine-membered rings and a twelve-membered ring, illustrates a new mode of supramolecular association of water molecules.

Étude de l'association supramoléculaire à l'état solide des fullerènes C60 et C70 avec des dérivés triptycényles fonctionnalisés

Le fullerène C60 est une molécule sphérique composée exclusivement d'atomes de carbone. Ce composé possède une surface aromatique convexe homogène et peut s'associer, entre autres, avec des molécules possédant des surfaces aromatiques par des interactions non-covalentes. Le triptycène est une molécule en forme de "Y" qui possède des surfaces aromatiques convexes. Cette molécule possède l'habileté de s'associer avec le C60 par des interactions de type π qui sont amplifiées par la complémentarité des surfaces concaves et convexes impliquées dans les arrangements cristallins. Nous avons synthétisé des dérivés triptycényles portant des groupements fonctionnels aux extrémités des bras de ce noyau de façon à étendre les cavités disponibles pour interagir avec le C60. En effet, nous avons découvert que les atomes de chlore, de brome et d'iode ainsi que les groupements méthyle permettent d'étendre les surfaces disponibles pour interagir avec les fullerènes C60 et C70. Nous avons étudié les associations entre les dérivés triptycényles et les fullerènes par l'analyse des structures cristallographiques résolues par diffraction des rayons-X. De plus, nous avons étudié les associations entre les molécules considérées par l'analyse des surfaces d'Hirshfeld entourant les fullerènes. Découlant de ces études, l'effet d'amplification des atomes de chlore, de brome et d'iode ainsi que les groupements méthyle a été employé pour identifier de nouveaux solvants aptes à solubiliser efficacement le C60.

Association supramoléculaire à l'état solide des fullerènes C60 et C70 avec le centrohexaindane

Le fullerène C60, une molécule sphérique, et le C70, un analogue ellisoïde, sont des composés aromatiques convexes constitués exclusivement d'atomes de carbone. La nature aromatique de la surface de ces cages de carbone rend possible leur association à l'état solide avec d'autres molécules aromatiques de topologie complémentaire. En particulier, l'association des fullerènes avec des composés présentant des motifs concaves aromatiques, via une association de type concave-convexe, est favorable. En effet, les interactions π•••π de type concave-convexe sont amplifiées grâce à la complémentarité topologique des partenaires impliqués. Le centrohexaindane est un hydrocarbure non planaire rigide qui a été synthétisé pour la première fois en 1988 par Kuck et collaborateurs. Cette molécule possède quatre surfaces aromatiques concaves orientées dans une géométrie tétraédrique qui sont susceptibles d'interagir favorablement avec les fullerènes. Nous avons ainsi avec succès cocristallisé le centrohexaindane avec les fullerènes C60 et C70. Puis, nous avons étudié les assemblages à l'état solide entre le centrohexaindane et les fullerènes par l'analyse des structures résolues via diffraction des rayons X. Les surfaces concaves aromatiques du centrohexaindane se sont révélées être propices à une association avec les fullerènes C60 et C70 via des interactions π•••π de type concave-convexe, tel que prévu. En outre, nous avons découvert que les liaisons C-H situées à la périphérie du centrohexaindane prennent part à une multitude de contacts C-H•••π avec les molécules de fullerène. Les échantillons de cocristaux composés de centrohexaindane et de fullerène ont aussi été caractérisés par diffraction de poudre des rayons X et par analyse thermogravimétrique dans le but d'en évaluer l'homogénéité.

Exploring molecular recognition pathways in one- and two-component gels formed by dendritic lysine-based gelators

This paper provides an integrated overview of the factors which control gelation in a family of dendritic gelators based on lysine building blocks. In particular, we establish that higher generation systems are more effective gelators, amide linkages in the dendron are better than carbamates, and long alkyl chain surface groups and a carboxylic acid at the focal point enhance gelation. The gels are best formed in relatively low polarity solvents with no hydrogen bond donor ability and limited hydrogen bond acceptor capacity. The dendrons with acid groups at the focal point can form two component gels with diaminododecane, and in this case, it is the lower generation dendrons which can avoid steric hindrance and form more effective gels. The stereochemistry of lysine is crucial in self-assembly, with opposite enantiomers disrupting each other's molecular recognition pathways. For the two-component system, stoichiometry is key, if too much diamine is present, dendron-stabilised microcrystals of the diamine begin to form. Interestingly, gelation still occurs in this case, and the systems with amides/alkyl chains are more effective gels, as a consequence of enhanced dendron-dendron intermolecular interactions allowing the microcrystals to form an interconnected network.

Étude de l’association supramoléculaire bi- et tridimensionnelle d’oximes et d’hydrazones trigonales

Les concepts de la chimie supramoléculaire peuvent être exploités avantageusement pour contrôler la structure et les propriétés des matériaux moléculaires. Dans une approche productive, les composantes moléculaires du matériau peuvent être choisies pour pouvoir s'engager dans des interactions fortes et prévisibles avec leurs voisins. Cette stratégie, appelée la tectonique moléculaire, est caractérisée par la préparation de molécules particulières appelées tectons (du grec tectos, qui signifie constructeur) qui, par design rationnel, s’associent de manière prévisible via de multiples interactions non-covalentes afin de générer l’architecture désirée. Ce processus est réversible et guidé par la présence de fonctions chimiques complémentaires, appelées groupements de reconnaissance, qui sont orientées de manière à conférer un aspect directionnel aux interactions intermoléculaires. Ceci permet de positionner les molécules voisines de façon prédéterminée. Les contraintes imposées par les interactions s’opposent souvent à la tendance naturelle des molécules à former une structure compacte et permettent donc à d'autres molécules invitées d’occuper un volume appréciable dans le matériau, sans toutefois contribuer directement à l'architecture principale. Appliquée à la cristallisation, cette approche peut générer des cristaux poreux, analogues aux zéolites. Les ponts hydrogène offrent une interaction non-covalente de choix dans cette stratégie car ils sont forts et directionnels. L’exploration d’une multitude de fonctions chimiques connues pour pouvoir participer à la formation de ponts hydrogène a permis de créer une grande diversité de nouveaux matériaux lors de l’évolution du domaine du génie cristallin. Une molécule classique, qui illustre bien la stratégie tectonique et qui a eu un fort impact dans le domaine de la chimie supramoléculaire, est l’acide 1,3,5-benzènetricarboxylique, communément appelé acide trimésique. L’acide trimésique donne une orientation trigonale à trois groupements carboxyles, favorisant ainsi la formation d'un réseau hexagonal retenu par ponts hydrogène. Nous avons visé une modification dans laquelle les groupements -COOH de l'acide trimésique sont remplacés par deux autres groupements de reconnaissance, jusqu’ici peu exploités en chimie supramoléculaire, l’oxime et l’hydrazone. Nous rapportons la synthèse et la cristallisation de différentes trioximes et trihydrazones analogues à l'acide trimésique. Les cristaux obtenus ont été analysés par diffraction des rayons-X et leurs structures ont été déterminées. L’auto-assemblage de différentes trioximes et trihydrazones en 2D par adsorption sur graphite a également été étudié en utilisant la microscopie à balayage à effet tunnel. Nos résultats nous permettent de comparer l'organisation en 2D et en 3D de différents analogues de l'acide trimésique.

Organisation moléculaire dirigée par le groupe CONH2 en 2D et 3D

Notre étude a pour objet la conception, la synthèse ainsi que l’étude structurale d’architectures supramoléculaires obtenues par auto-assemblage, en se basant sur les concepts de la tectonique moléculaire. Cette branche de la chimie supramoléculaire s’occupe de la conception et la synthèse de molécules organiques appelées tectons, du grec tectos qui signifie constructeur. Le tecton est souvent constitué de sites de reconnaissance branchés sur un squelette bien choisi. Les sites de reconnaissance orientés par la géométrie du squelette peuvent participer dans des interactions intermoléculaires qui sont suffisamment fortes et directionnelles pour guider la topologie du cristal résultant. La stratégie envisagée utilise des processus d'auto-assemblage engageant des interactions réversibles entre les tectons. L’auto-assemblage dirigé par de fortes interactions intermoléculaires directionnelles est largement utilisé pour fabriquer des matériaux dont les composants doivent être positionnés en trois dimensions (3D) d'une manière prévisible. Cette stratégie peut également être utilisée pour contrôler l’association moléculaire en deux dimensions (2D), ce qui permet la construction de monocouches organisées et prédéterminées sur différents types des surfaces, tels que le graphite.Notre travail a mis l’accent sur le comportement de la fonction amide comme fonction de reconnaissance qui est un analogue du groupement carboxyle déjà utilisé dans plusieurs études précédentes. Nous avons étudié le comportement d’une série de composés contenant un noyau plat conçu pour faciliter l'adsorption sur le graphite et modifiés par l'ajout de groupes amide pour favoriser la formation de liaisons hydrogène entre les molécules ainsi adsorbées. La capacité de ces composés à former de monocouches organisées à l’échelle moléculaire en 2D a été examinée par microscopie à effet tunnel, etleur organisation en 3D a également été étudiée par cristallographie aux rayons X. Dans notre étude, nous avons systématiquement modifié la géométrie moléculaire et d'autres paramètres afin d'examiner leurs effets sur l'organisation moléculaire. Nos résultats suggèrent que les analyses structurales combinées en 2D et 3D constituent un important atout dans l'effort pour comprendre les interactions entre les molécules adsorbées et l’effet de l’interaction avec la surface du substrat.

Molecular Complexes of Alprazolam with Carboxylic Acids, Boric Acid, Boronic Acids, and Phenols. Evaluation of Supramolecular Heterosynthons Mediated by a Triazole Ring

A series of molecular complexes, both co-crystals and salts, of a triazole drug-alprazolam-with carboxylic acids, boric acid, boronic acids, and phenols have been analyzed with respect to heterosynthons present in the crystal structures. In all cases, the triazole ring behaves as an efficient hydrogen bond acceptor with the acidic coformers. The hydrogen bond patterns exhibited with aromatic carboxylic acids were found to depend on the nature and position of the substituents. Being a strong acid, 2,6-dihydroxybenzoic acid forms a salt with alprazolam. With aliphatic dicarboxylic acids alprazolam forms hydrates and the water molecules play a central role in synthon formation and crystal packing. The triazole ring makes two distinct heterosynthons in the molecular complex with boric acid. Boronic acids and phenols form consistent hydrogen bond patterns, and these are seemingly independent of the substitutional effects. Boronic acids form noncentrosymmetric cyclic synthons, while phenols form O-H center dot center dot center dot N hydrogen bonds with the triazole ring. (C) 2010 Wiley-Liss, Inc. and the American Pharmacists Association J Pharm Sci 99:3743-3753, 2010.

Supramolecular hydrogen-bonded structures in organic amine squarates

Structures of monohydrogen squarates of methylamine, ethylenediamine, 1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,5-diaminopentane, N,N'-diemethylpiperazine and N,N,N,N-tetramethylguanidine have been studied in detail. The supramolecular hydrogen-bonded molecular networks are formed by the monoanion of squaric acid by itself or in association with the parent acid. Three types of hydrogen-bonded motifs are observed in these compounds, namely a liner chain, a cyclic dimer and a cyclic tetramer. These hydrogen-bonded motifs formed by the squaric acid species interact with the amine through N-H...O hydrogen-bonding and give rise to predominantly layered structures, while some of them also exhibit three-dimensional structures. Two of the monohydrogen squarate structures also exhibit pi-pi interactions between two squarate rings. The various hydrogen-bonding parameters in the amine squarates are discussed at length. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

IR spectroscopy as a probe for C-H center dot center dot center dot X hydrogen bonded supramolecular synthons

Weak hydrogen bonds of the type C-H center dot center dot center dot X (X: N, O, S and halogens) have evoked considerable interest over the years, especially in the context of crystal engineering. However, association patterns of weak hydrogen bonds are generally difficult to characterize, and yet the identification of such patterns is of interest, especially in high throughput work or where single crystal X-ray analysis is difficult or impossible. To obtain structural information on such assemblies, we describe here a five step IR spectroscopic method that identifies supramolecular synthons in weak hydrogen bonded dimer assemblies, bifurcated systems, and p-electron mediated synthons. The synthons studied here contain C-H groups as hydrogen bond donors. The method involves: (i) identifying simple compounds/cocrystals/salts that contain the hydrogen bonded dimer synthon of interest or linear hydrogen bonded assemblies between the same functionalities; (ii) scanning infrared (IR) spectra of the compounds; (iii) identifying characteristic spectral differences between dimer and linear; (iv) assigning identified bands as marker bands for identification of the supramolecular synthon, and finally (v) identifying synthons in compounds whose crystal structures are not known. The method has been effectively implemented for assemblies involving dimer/linear weak hydrogen bonds in nitrobenzenes (C-H center dot center dot center dot O-NO), nitro-dimethylamino compounds (NMe2 center dot center dot center dot O2N), chalcones (C-H center dot center dot center dot O=C), benzonitriles (C-H center dot center dot center dot N C) and fluorobenzoic acids (C-H center dot center dot center dot F-C). Two other special cases of C-H center dot center dot center dot pi and N-H center dot center dot center dot pi synthons were studied in which the band shape of the C-H stretch in hydrocarbons and the N-H deformation in aminobenzenes was examined.

Découverte et application de nouveaux motifs d'association propres à l'hexaphénylbenzène et à ses dérivés

Les propriétés des matériaux moléculaires proviennent à la fois de la structure des composantes individuelles et de la façon dont elles s’associent. Ce dernier aspect reste difficile à contrôler, malgré de grandes avancées en science des matériaux. Pour mieux comprendre la relation structure-propriétés, nous avons entrepris une étude systématique de l'hexaphénylbenzène et de ses dérivés, qui offrent une charpente symétrique et rigide. En premier lieu, nous avons attaché six groupements diaminotriazinyles sur l’hexaphénylbenzène afin de produire des réseaux tridimensionnels hautement poreux maintenus par des ponts hydrogène. En modifiant systématiquement le coeur moléculaire, nous avons excisé près du tiers de la molécule-mère, générant des réseaux supramoléculaires dont la porosité s’est élevée graduellement jusqu’à 75%, équivalant ainsi le record pour ce type de matériaux. Ensuite, nous avons étudié le comportement de l’hexakis(4-nitrophényl)benzène. Dans les structures cristallines obtenues, des interactions non-covalentes entre groupements nitro démontrent leur potentiel en chimie supramoléculaire. Le coeur moléculaire ne joue qu’un rôle secondaire dans l’empilement des molécules : seules quelques interactions C-H•••π impliquant le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène sont évidentes. Cette dernière observation nous a poussés à étudier le comportement à l’état cristallin de l’hexaphénylbenzène et ses dérivés. En scrutant attentivement neuf structures cristallines de ces composés, nous avons décerné la présence récurrente d’interactions C-H•••π impliquant le cycle aromatique central. Cette association caractéristique a été exploitée pour créer des réseaux supramoléculaires maintenus par des interactions C-H•••π sélectives entre un groupement éthynyle et le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène. Finalement, nous avons joint le côté sombre de l’ingénierie cristalline en utilisant nos connaissances dans le but d’empêcher la formation d’interactions directionnelles. En protégeant le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène à l’aide de groupements alkyles, les interactions C-H•••π ont été pratiquement éliminées. Ces résultats offrent la possibilité de créer de nouveaux matériaux amorphes. Dans ces études, focalisées sur le système hexaphénylbenzène, nous avons mis en relief des phénomènes qui sont obscurcis dans d'autres familles de molécules. De plus, ce système a grandement facilité l’utilisation d’une approche méthodique pour explorer la relation structure-propriétés. Nos travaux nous ont amenés à des conclusions de valeur universelle en science des matériaux moléculaires.

Supramolecular aggregates between carboxylate anions and an octaaza macrocyclic receptor

The 28-membered octaazamacrocycle Me-2[28]py(2)N(6) was used as a receptor for the molecular recognition of aromatic and aliphatic carboxylate substrates. The receptor-substrate binding behaviour of (H6Me2[28]py(2)N(6))(6+) with an aliphatic (-O2C(CH2)(n)CO2-, n=0 to 4) and an aromatic (phthalate, isophthalate, terephthalate, 4,4'-dibenzoate, benzoate, 3- and 4-nitrobenzoate) series of carboxylate anions was evaluated by H-1 NMR spectroscopy (carried out in DMSO-d(6) at 300 K). Two association constants were found for most of the studied cases, except for 3- and 4-nitrobenzoate for which only K-1 was determined. For oxalate, malonate, benzoate and dibenzoate anions only the beta(2) constants could be obtained. The values of the first association constant cover a range from 2.86 to 3.69 (log units), and the second stepwise constant from 2.15 to 2.89 (also in log units). No special selectivity was found but the highest values were determined for adipate and the lowest for the monoprotic 3- and 4-nitrobenzoates. Single crystal X-ray structures of H6Me2[28]py(2)N(6)(6+) with terephthalate, 1, and 4,4'-dibenzoate (2) were determined showing supramolecular entities with general formula (H6Me2[28]py(2)N(6)).(substrate)(2)(PF6)(2).4H(2)O. These anions are the building blocks of an extensive 3-D network of hydrogen bonds.

Amyloid-like fibrillogenesis through supramolecular helix-mediated self-assembly of tetrapeptides containing non-coded alpha-aminoisobutyric acid (Aib) and 3-aminobenzoic acid (m-ABA)

Single-crystal X-ray diffraction studies of two terminally protected tetrapeptides Boc-Ile-Aib-Val-m-ABA-OMe (I) and Boc-Ile-Aib-Phe-m-ABA-OMe (II) (Aib = alpha-aminoisobutyric acid; m-ABA = meta-aminobenzoic acid) reveal that they form continuous H-bonded helices through the association of double-bend (type III and I) building blocks. NMR Studies support the existence of the double-bend (type Ill and I) structures of the peptides in solution also. Field emission scanning electron-microscopic (FE-SEM) and high-resolution transmission electron-microscopic (HR-TEM) images of the peptides exhibit amyloid-like fibrils in the solid state. The Congo red-stained fibrils of peptide I and II, observed between crossed polarizers, show green-gold birefringence, a characteristic of amyloid fibrils.

Electrospun supramolecular polymer fibres

The electrospinning of urethane based low molecular weight polymers differing only in the nature of the hydrogen bonding end-groups has been investigated. For the end-groups with the lowest binding constants at maximum solubility only droplets, are produced at the electrode; in contrast, increasing the binding constant of the end-group results in electrospun fibres being produced. The properties of the fibres produced are subject to changes in solvent, concentration and temperature. Typical diameters for these fibres were found to be some 10 s of μm, rather than the sub-micron dimensions often produced in electrospinning systems. Such diameters are related to the high initial concentrations required; this also may influence the rate of solvent removal and preferential surface solidification which feature in these examples. A simple theoretical model is used to relate the association constant to the molecular weight required for fibre formation; significantly lower levels of association are required for higher molecular weight macromonomers compared to smaller molecular systems.

Supramolecular assemblies of a new class of nonplanar cationic metalloporphyrins and anionic metallophthalocyanines

The heteroaggregation behavior between a new class of nonplanar cationic beta-octabrominated meso-alkylpyridinium zinc(II)-porphyrins (beta-Br(8)(ZnP)) and anionic tetrasulfonated metallophthalocyanines (MTSPc, M = Ni(II) and Cu(II)) has been studied by UV-Vis electronic spectroscopy, in dimethylsulfoxide (DMSO) solution. The heteroaggregate stoichiometry and the association constants were determined by means of Job plots. Dimers and unexpected trimers, taking into account the existence of axially coordinated DMSO molecules to the central metal in both beta-Br(8)(ZnP) and MTSPc complexes, are formed in solution. The spectroscopic properties of the heteroaggregates are markedly different from those observed in the correspondent planar cationic derivatives, the heteroaggregates showing major changes predominantly in the beta-Br(8)(ZnP) Soret band region and minor effects in the MTSPc Q bands. The observed changes in the Soret band region (red/blue shifts, decrease in the absorption intensities) depend on the nature of the alkyl substituent attached to the meso-pyridinium group. The greater versatility of the nonplanar porphyrins accommodating the meso-substituents in out-of-plane and in-plane conformations is proposed to explain the observed stoichiometries and the differences on the heteroaggregates spectroscopic properties for each beta-Br(8)(ZnP) compound. The likely conformations assumed by the meso-substituents in these beta-Br(8)(ZnP) compounds and its spectroscopic characteristics are in accordance with the participation of the substituents as the main factor on the extent of the observed red-shifted spectra in nonplanar porphyrins. The obtained association constants (K(IP)) for the dimers and trimers are lower than those previously found for the similar planar cationic porphyrin systems, due to the lack of extensive pi-pi interactions and to the less effective approximation between the ionic groups, resulting in loosened heteroaggregates, particularly for the trimeric systems. Furthermore, the experimental results suggest that the NiTSPc is more distorted in DMSO solution than the CuTSPc derivative, favoring the interaction with the nonplanar beta-Br(8)(ZnP) compounds. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis and Supramolecular Architectures of Lipophilic Derivatives of Guanine

Self-assembly relies on the association of pre-programmed building blocks through non-covalent interactions to give complex supramolecular architectures. Previous studies provided evidence for the unique self-assembly properties of semi-synthetic lipophilic guanosine derivatives which can sequestrate ions from an aqueous phase, carry them into an organic phase where they promote the generation of well-defined supramolecular assemblies. In the presence of cations lipophilic guanosines form columnar aggregates while in their absence they generate supramolecular ribbons. The aim of this thesis has been the synthesis of guanine derivatives, in particular N9-alkylated guanines and a guanosine functionalized as a perchlorotriphenylmetil moiety (Gace-a-HPTM) in order to observe their supramolecular behaviour in the absence of sugar (ribose or deoxyribose) and in the presence of a bulky and chiral substituent respectively. By using guanine instead of guanosine, while maintaining all the hydrogen bond acceptor and donor groups required for supramolecular aggregation, the steric hindrance to supramolecular aggregation is notably reduced because (i.e. guanines with groups in N9 different from sugar are expected to have a greatest conformational freedom even in presence of bulky groups in C8). Supramolecular self-assembly of these derivatives has been accomplished in solutions by NMR and CD spectroscopy and on surface by STM technique. In analogy with other guanosine derivatives, also N9-substituted guanines and GAceHPTM form either ribbon-like aggregates or cation-templated G-quartet based columnar structures.