966 resultados para hydrogen-bonded systems
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L’électrofilage est une technique permettant de fabriquer des fibres polymériques dont le diamètre varie entre quelques nanomètres et quelques microns. Ces fibres ont donc un rapport surface/volume très élevé. Les fibres électrofilées pourraient trouver des applications dans le relargage de médicaments et le génie tissulaire, comme membranes et capteurs chimiques, ou dans les nanocomposites et dispositifs électroniques. L’électrofilage était initialement utilisé pour préparer des toiles de fibres désordonnées, mais il est maintenant possible d’aligner les fibres par l’usage de collecteurs spéciaux. Cependant, il est important de contrôler non seulement l’alignement macroscopique des fibres mais aussi leur orientation au niveau moléculaire puisque l’orientation influence les propriétés mécaniques, optiques et électriques des polymères. Les complexes moléculaires apparaissent comme une cible de choix pour produire des nanofibres fortement orientées. Dans les complexes d’inclusion d’urée, les chaînes polymères sont empilées dans des canaux unidimensionnels construits à partir d’un réseau tridimensionnel de molécules d’urée liées par des ponts hydrogène. Ainsi, les chaînes polymère sonts très allongées à l’échelle moléculaire. Des nanofibres du complexe PEO-urée ont été préparées pour la première fois par électrofilage de suspensions et de solutions. Tel qu’attendu, une orientation moléculaire inhabituellement élevée a été observée dans ces fibres. De tels complexes orientés pourraient être utilisés à la fois dans des études fondamentales et dans la préparation de matériaux hiérarchiquement structurés. La méthode d’électrofilage peut parfois aussi être utilisée pour préparer des matériaux polymériques métastables qui ne peuvent pas être préparés par des méthodes conventionnelles. Ici, l’électrofilage a été utilisé pour préparer des fibres des complexes stables (α) et "métastables" (β) entre le PEO et l’urée. La caractérisation du complexe β, qui était mal connu, révèle un rapport PEO:urée de 12:8 appartenant au système orthorhombique avec a = 1.907 nm, b = 0.862 nm et c = 0.773 nm. Les chaînes de PEO sont orientées selon l’axe de la fibre. Leur conformation est significativement affectée par les ponts hydrogène. Une structure en couches a été suggérée pour la forme β, plutôt que la structure conventionnelle en canaux adoptée par la forme α. Nos résultats indiquent que le complexe β est thermodynamiquement stable avant sa fonte et peut se transformer en forme α et en PEO liquide par un processus de fonte et recristallisation à 89 ºC. Ceci va dans le sens contraire aux observations faites avec le complexe β obtenu par trempe du complexe α fondu. En effet, le complexe β ainsi obtenu est métastable et contient des cristaux d’urée. Il peut subir une transition de phases cinétique solide-solide pour produire du complexe α dans une vaste gamme de températures. Cette transition est induite par un changement de conformation du PEO et par la formation de ponts hydrogène intermoléculaires entre l’urée et le PEO. Le diagramme de phases du système PEO-urée a été tracé sur toute la gamme de compositions, ce qui a permis d’interpréter la formation de plusieurs mélanges qui ne sont pas à l’équilibre mais qui sont été observés expérimentalement. La structure et le diagramme de phases du complexe PEO-thiourée, qui est aussi un complexe très mal connu, ont été étudiés en détail. Un rapport molaire PEO :thiourée de 3:2 a été déduit pour le complexe, et une cellule monoclinique avec a = 0.915 nm, b = 1.888 nm, c = 0.825 nm et β = 92.35º a été déterminée. Comme pour le complexe PEO-urée de forme β, une structure en couches a été suggérée pour le complexe PEO-thiourée, dans laquelle les molécules de thiourée seraient disposées en rubans intercalés entre deux couches de PEO. Cette structure en couches pourrait expliquer la température de fusion beaucoup plus faible des complexes PEO-thiourée (110 ºC) et PEO-urée de forme β (89 ºC) en comparaison aux structures en canaux du complexe PEO-urée de forme α (143 ºC).
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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.
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Une compréhension approfondie et un meilleur contrôle de l'auto-assemblage des copolymères diblocs (séquencés) et de leurs complexes à l'interface air/eau permettent la formation contrôlée de nanostructures dont les propriétés sont connues comme alternative à la nanolithographie. Dans cette thèse, des monocouches obtenues par les techniques de Langmuir et de Langmuir-Blodgett (LB) avec le copolymère dibloc polystyrène-poly(4-vinyl pyridine) (PS-PVP), seul ou complexé avec de petites molécules par liaison hydrogène [en particulier, le 3-n-pentadécylphénol (PDP)], ont été étudiées. Une partie importante de notre recherche a été consacrée à l'étude d'une monocouche assemblée atypique baptisée réseau de nanostries. Des monocouches LB composées de nanostries ont déjà été rapportées dans la littérature mais elles coexistent souvent avec d'autres morphologies, ce qui les rend inutilisables pour des applications potentielles. Nous avons déterminé les paramètres moléculaires et les conditions expérimentales qui contrôlent cette morphologie, la rendant très reproductible. Nous avons aussi proposé un mécanisme original pour la formation de cette morphologie. De plus, nous avons montré que l'utilisation de solvants à haut point d’ébullition, non couramment utilisés pour la préparation des films Langmuir, peut améliorer l'ordre des nanostries. En étudiant une large gamme de PS-PVP avec des rapports PS/PVP et des masses molaires différents, avec ou sans la présence de PDP, nous avons établi la dépendance des types principaux de morphologie (planaire, stries, nodules) en fonction de la composition et de la concentration des solutions. Ces observations ont mené à une discussion sur les mécanismes de formation des morphologies, incluant la cinétique, l’assemblage moléculaire et l’effet du démouillage. Nous avons aussi démontré pour la première fois que le plateau dans l'isotherme des PS-PVP/PDP avec morphologie de type nodules est relié à une transition ordre-ordre des nodules (héxagonal-tétragonal) qui se produit simultanément avec la réorientation du PDP, les deux aspects étant clairement observés par AFM. Ces études ouvrent aussi la voie à l'utilisation de films PS-PVP/PDP ultraminces comme masque. La capacité de produire des films nanostructurés bien contrôlés sur différents substrats a été démontrée et la stabilité des films a été vérifiée. Le retrait de la petite molécule des nanostructures a fait apparaître une structure interne à explorer lors d’études futures.
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La chimie supramoléculaire est basée sur l'assemblage non covalent de blocs simples, des petites molécules aux polymères, pour synthétiser des matériaux fonctionnels ou complexes. La poly(4-vinylpyridine) (P4VP) est l'une des composantes supramoléculaires les plus utilisées en raison de sa chaîne latérale composée d’une pyridine pouvant interagir avec de nombreuses espèces, telles que les petites molécules monofonctionnelles et bifonctionnelles, grâce à divers types d'interactions. Dans cette thèse, des assemblages supramoléculaires de P4VP interagissant par liaisons hydrogène avec de petites molécules sont étudiés, en ayant comme objectifs de faciliter l'électrofilage de polymères et de mieux comprendre et d'optimiser la photoréponse des matériaux contenant des dérivés d'azobenzène. Une nouvelle approche est proposée afin d'élargir l'applicabilité de l'électrofilage, une technique courante pour produire des nanofibres. À cet effet, un complexe entre la P4VP et un agent de réticulation bifonctionnel capable de former deux liaisons hydrogène, le 4,4'-biphénol (BiOH), a été préparé pour faciliter le processus d’électrofilage des solutions de P4VP. Pour mieux comprendre ce complexe, une nouvelle méthode de spectroscopie infrarouge (IR) a d'abord été développée pour quantifier l'étendue de la complexation. Elle permet de déterminer un paramètre clé, le rapport du coefficient d'absorption d'une paire de bandes attribuées aux groupements pyridines libres et liées par liaisons hydrogène, en utilisant la 4-éthylpyridine comme composé modèle à l’état liquide. Cette méthode a été appliquée à de nombreux complexes de P4VP impliquant des liaisons hydrogène et devrait être généralement applicable à d'autres complexes polymères. La microscopie électronique à balayage (SEM) a révélé l'effet significatif du BiOH sur la facilité du processus d’électrofilage de P4VP de masses molaires élevées et faibles. La concentration minimale pour former des fibres présentant des perles diminue dans le N, N'-diméthylformamide (DMF) et diminue encore plus lorsque le nitrométhane, un mauvais solvant pour la P4VP et un non-solvant pour le BiOH, est ajouté pour diminuer l'effet de rupture des liaisons hydrogène causé par le DMF. Les liaisons hydrogène dans les solutions et les fibres de P4VP-BiOH ont été quantifiées par spectroscopie IR et les résultats de rhéologie ont démontré la capacité de points de réticulation effectifs, analogues aux enchevêtrements physiques, à augmenter la viscoélasticité de solutions de P4VP pour mieux résister à la formation de gouttelettes. Cette réticulation effective fonctionne en raison d'interactions entre le BiOH bifonctionnel et deux chaînes de P4VP, et entre les groupements hydroxyles du BiOH complexé de manière monofonctionnelle. Des études sur d’autres agents de réticulation de faible masse molaire ont montré que la plus forte réticulation effective est introduite par des groupes d’acide carboxylique et des ions de zinc (II) qui facilitent le processus d’électrofilage par rapport aux groupements hydroxyles du BiOH. De plus, la sublimation est efficace pour éliminer le BiOH contenu dans les fibres sans affecter leur morphologie, fournissant ainsi une méthode élégante pour préparer des fibres de polymères purs dont le processus d’électrofilage est habituellement difficile. Deux complexes entre la P4VP et des azobenzènes photoactifs portant le même groupement tête hydroxyle et différents groupes queue, soit cyano (ACN) ou hydrogène (AH), ont été étudiés par spectroscopie infrarouge d’absorbance structurale par modulation de la polarisation (PM-IRSAS) pour évaluer l'impact des groupements queue sur leur performance lors de l'irradiation avec de la lumière polarisée linéairement. Nous avons constaté que ACN mène à la photo-orientation des chaînes latérales de la P4VP et des azobenzènes, tandis que AH mène seulement à une orientation plus faible des chromophores. La photo-orientation des azobenzènes diminue pour les complexes avec une teneur croissante en chromophore, mais l'orientation de la P4VP augmente. D'autre part, l'orientation résiduelle après la relaxation thermique augmente avec la teneur en ACN, à la fois pour le ACN et la P4VP, mais la tendance opposée est constatée pour AH. Ces différences suggèrent que le moment dipolaire a un impact sur la diffusion rotationnelle des chromophores. Ces résultats contribueront à orienter la conception de matériaux polymères contenant des azobenzène efficaces.
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Interatomic coulombic decay (ICD), a radiationless transition in weakly bonded systems, such as solutes or van der Waals bound aggregates, is an effective source for electrons of low kinetic energy. So far, the ICD processes could only be probed in ultra-high vacuum by using electron and/or ion spectroscopy. Here we show that resonant ICD processes can also be detected by measuring the subsequently emitted characteristic fluorescence radiation, which makes their study in dense media possible.
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Multilayered hydrogel coatings can be developed on the surface of glass slides via layer-by-layer deposition of hydrogen-bonded interpolymer complexes formed by poly(acrylic acid) and methylcellulose. Chemical modification of the glass surface with (3-aminopropyl)triethoxysilane with subsequent layer-by-layer deposition and cross-linking of interpolymer complexes by thermal treatment allows fabrication of ultrathin hydrogel coatings, not detachable from the substrate. The thickness of these coatings is directly related to the number of deposition cycles and cross-linking conditions. An unusual dependence of the hydrogel swelling properties on the sample thickness is observed and can be interpreted by gradual transitions between two- and three-dimensional networks. The hydrogels exhibit pH-responsive swelling behaviour, achieving higher swelling degrees at pH > 6.0. These coatings can be used as model substrates to study the adhesive properties of pharmaceutical tablets and can potentially mimic the total work of adhesion observed for the detachment of mucoadhesives from porcine buccal mucosa but fail to exhibit identical detachment profiles.
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Analytical potential energy functions are reported for HOX (X=F, Cl, Br, I). The surface for HOF predicts two metastable minima as well as the equilibrium configuration. These correspond to HFO (bent) and OHF (linear). Ab initio calculations performed for the HOF surface confirm these predictions. Comparisons are drawn between the two sets of results, and a vibrational analysis is undertaken for the hydrogen bonded OHF species. For HOCl, one further minimum is predicted, corresponding to HClO (bent), the parameters for which compare favourably with those reported from ab initio studies. In contrast, only the equilibrium configurations are predicted to be stable for HOBr and HOI.
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Statistical approaches have been applied to examine amino acid pairing preferences within parallel beta-sheets. The main chain hydrogen bonding pattern in parallel beta-sheets means that, for each residue pair, only one of the residues is involved in main chain hydrogen bonding with the strand containing the partner residue. We call this the hydrogen bonded (HB) residue and the partner residue the non-hydrogen bonded (nHB) residue, and differentiate between the favorability of a pair and that of its reverse pair, e.g. Asn(HB)-Thr(nHB)versus Thr(HB)-Asn(nHB). Significantly (p < or = 0.000001) favoured pairings were rationalised using stereochemical arguments. For instance, Asn(HB)-Thr(nHB) and Arg(HB)-Thr(nHB) were favoured pairs, where the residues adopted favoured chi1 rotamer positions that allowed side-chain interactions to occur. In contrast, Thr(HB)-Asn(nHB) and Thr(HB)-Arg(nHB) were not significantly favoured, and could only form side-chain interactions if the residues involved adopted less favourable chi1 conformations. The favourability of hydrophobic pairs e.g. Ile(HB)-Ile(nHB), Val(HB)-Val(nHB) and Leu(HB)-Ile(nHB) was explained by the residues adopting their most preferred chi1 and chi2 conformations, which enabled them to form nested arrangements. Cysteine-cysteine pairs are significantly favoured, although these do not form intrasheet disulphide bridges. Interactions between positively and negatively charged residues were asymmetrically preferred: those with the negatively charged residue at the HB position were more favoured. This trend was accounted for by the presence of general electrostatic interactions, which, based on analysis of distances between charged atoms, were likely to be stronger when the negatively charged residue is the HB partner. The Arg(HB)-Asp(nHB) interaction was an exception to this trend and its favorability was rationalised by the formation of specific side-chain interactions. This research provides rules that could be applied to protein structure prediction, comparative modelling and protein engineering and design. The methods used to analyse the pairing preferences are automated and detailed results are available (http://www.rubic.rdg.ac.uk/betapairprefsparallel/).
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Statistical approaches have been applied to examine amino acid pairing preferences within parallel beta-sheets. The main chain hydrogen bonding pattern in parallel beta-sheets means that, for each residue pair, only one of the residues is involved in main chain hydrogen bonding with the strand containing the partner residue. We call this the hydrogen bonded (HB) residue and the partner residue the non-hydrogen bonded (nHB) residue, and differentiate between the favourability of a pair and that of its reverse pair, e.g. Asn(HB)-Thr(nHB) versus Thr(HB)-Asn(nHB). Significantly (p <= 0.000001) favoured pairings were rationalised using stereochemical arguments. For instance, Asn(HB)-Thr(nHB) and Arg(HB)-Thr(nHB) were favoured pairs, where the residues adopted favoured chi(1) rotamer positions that allowed side-chain interactions to occur. In contrast, Thr(HB)-Asn(nHB) and Thr(HB)-Arg(nHB) were not significantly favoured, and could only form side-chain interactions if the residues involved adopted less favourable chi(1) conformations. The favourability of hydrophobic pairs e.g. Ile(HB)-Ile(nHB), Val(HB)-Val(nHB) and Leu(HB)-Ile(nHB) was explained by the residues adopting their most preferred chi(1) and chi(2) conformations, which enabled them to form nested arrangements. Cysteine-cysteine pairs are significantly favoured, although these do not form intrasheet disulphide bridges. Interactions between positively and negatively charged residues were asymmetrically preferred: those with the negatively charged residue at the HB position were more favoured. This trend was accounted for by the presence of general electrostatic interactions, which, based on analysis of distances between charged atoms, were likely to be stronger when the negatively charged residue is the HB partner. The Arg(HB)-Asp(nHB) interaction was an exception to this trend and its favourability was rationalised by the formation of specific side-chain interactions. This research provides rules that could be applied to protein structure prediction, comparative modelling and protein engineering and design. The methods used to analyse the pairing preferences are automated and detailed results are available (http:// www.rubic.rdg.ac.uk/betapairprefsparallel/). (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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The multistep syntheses of several bicyclic triamines are described, all of which have an imbedded 1,5,9-triazacyclododecane ring. In 1,5,9-triazabicyclo[7.3.3]pentadecanes 12, 13, 15, and 16, two nitrogens are bridged by three carbons. The monoprotonated forms of these triamines are highly stabilized by a hydrogen-bonded network involving the bridge and both bridgehead nitrogens, producing a difference of more than 8 pK(a) units in acidities of their monoprotonated and diprotonated forms. The one- and zero-carbon bridges in 1,5,9-triazabicyclo[9.1.1]tridecane (23) and 7-methyl-1,5,9-triazabicyclo[5.5.0]dodecane (39) do not enhance the stabilities of their monoprotonated forms. X-ray crystal structures and computational studies of 12.HI and 16.HI reveal similar, but somewhat weaker, hydrogen-bonded networks, relative to 15.HI. The activation free energies for conformational inversion of 13.HI (14.4 +/- 0.2 kcal/mol), 16.HI (15.0 +/- 0.1 kcal/mol) and 16 (8.8 +/- 0.3 kcal/mol) were measured by variable-temperature H-1 and C-13 NMR spectroscopy. These experimental barriers give an estimate of 6.2 kcal/mol for the strength of the bifurcated hydrogen bond between the bridge nitrogen and cavity proton in 16.HI. Computational studies support the hypothesis that N-inversion occurs in an open conformation, leading to an estimate of 10.32 kcal/mol for the enthalpy of the bifurcated hydrogen bond in 16.HI in the gas phase.
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Three heterometallic trinuclear Schiff base complexes, [{GuL(1)(H2O)}(2)Ni(CN)(4)]center dot 4H(2)O (1), [{CuL2(H2O)}(2)Ni(CN)(4)] (2), and [{CuL3(H2O)}(2)Ni(CN)(4)] (3) (HL1 = 7-amino-4-methyl-5-azahept-3-en-2-one, HL2 = 7-methylamino-4-methyl-5-azahept-3-en-2-one, and HL3 = 7-dimethylamino-4-methyl-5-azahept-3-en-2-one), were synthesized. All three complexes were characterized by elemental analysis, IR and UV spectroscopies, and thermal analysis. Two of them (1 and 3) were also characterized by single crystal X-ray crystallography. Complex 1 forms a hydrogen-bonded one-dimensional metal-organic framework that stabilizes a helical water chain into its cavity, but when any of the amine hydrogen atoms of the Schiff base are replaced by methyl groups, as in L 2 and L 3, the water chain, vanishes, showing explicitly the importance of the host-guest H-bonding interactions for the stabilization of a water cluster.
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The title solvate, C7H8N4O2 center dot C2H6OS, was obtained unintentionally from a cocrystal screen involving theophylline and isophthalic acid. One molecule each of theophylline and dimethyl sulfoxide is present in the asymmetric unit. The packing consists of molecular sheets lying parallel to the ( 040) series of lattice planes, in which each theophylline molecule is hydrogen bonded to one dimethyl sulfoxide molecule through an N-H center dot center dot center dot O [2.7658 (15) angstrom] hydrogen bond. This particular hydrogen-bond donor was found to be used in this type of interaction in a variety of other crystal structures of theophylline.
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The terminally protected tripeptide Boc-Ala(1)-Leu(2)-Ala(3)-OMe 1 forms antiparallel hydrogen-bonded dimers of two different conformers in the asymmetric unit and the individual dimers then self-associate to form supramolecular beta-sheet structures in crystals and amyloid-like fibrils in the solid state.
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Single crystal X-ray diffraction studies show that the beta-turn structure of tetrapeptide I, Boc-Gly-Phe-Aib-Leu-OMe (Aib: alpha-amino isobutyric acid) self-assembles to a supramolecular helix through intermolecular hydrogen bonding along the crystallographic a axis. By contrast the beta-turn structure of an isomeric tetrapeptide II, Boc-Gly-Leu-Aib-Phe-OMe self-assembles to a supramolecular beta-sheet-like structure via a two-dimensional (a, b axis) intermolecular hydrogen bonding network and pi-pi interactions. FT-IR studies of the peptides revealed that both of them form intermolecularly hydrogen bonded supramolecular structures in the solid state. Field emission scanning electron micrographs (FE-SEM) of the dried fibrous materials of the peptides show different morphologies, non-twisted filaments in case of peptide I and non-twisted filaments and ribbon-like structures in case of peptide II.
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Single crystal X-ray diffraction studies and solvent dependent NMR titration reveal that the designed pepticles I and 11, Boc-Xx(1)-Aib(2)-Yy(3)-NH(CH2)(2)NH-Yy(3)-Aib(2)-Xx(1)-Boc, where Xx and Yy are lie and Leu in peptide I and Leu and Val in peptide 11, respectively, fold into a turn-linker-turn (T-L-T) conformation both in the solid state and in solution. In the crystalline state the T-L-T foldamers; of peptide I and II self-assemble to form a three-dimensional framework of channels. The insides of the channels are hydrophilic and found to contain solvent CHCl3 hydrogen bonded to exposed C=O of Aib located at the turn regions. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.