Foldamery oligomocznikowe oraz wykorzystanie możliwości tworzenia wiązań wodorowych przez grupy mocznikowe

Głównym celem przedstawionej pracy było zbadanie możliwości tworzenia międzycząsteczkowych wiązań wodorowych przez grupy mocznikowe w foldamerach oligomocznikowych. Foldamery oligomocznikowe to związki, które zarówno w roztworze, jak i w stanie stałym przyjmują konformację helikalną typu 2.5. Struktury te cechują się wyższą stabilnością niż klasyczne α-helisy, co jest konsekwencją obecności trójcentrowych, wewnątrzcząsteczkowych wiązań wodorowych. Część literaturowa niniejszej pracy skupia się na wiązaniach wodorowych i możliwości tworzenia tych wiązań przez grupy mocznikowe. W części badań własnych przedstawiono syntezę karbaminianowych bloków budulcowych oraz oligomoczników, wraz z modyfikacjami N- i C-końca. Następnie omówiono trzy projekty, które były przedmiotem rozprawy doktorskiej. Pierwszy z nich opisywał hybrydy oligomocznikowo-hydantoinowe, otrzymane w wyniku zasadowej hydrolizy estrów. Reakcja ta może prowadzić do powstania dwóch typów produktów – oligomoczników z grupą karboksylową na C-końcu lub hybryd oligomocznikowo-hydantoinowych. Produkt reakcji jest uzależniony od charakteru C-końcowej reszty aminokwasowej oraz od warunków przerobu mieszaniny poreakcyjnej. Drugi projekt skupiał się na otrzymaniu i charakteryzacji związków, które potencjalnie mogą tworzyć supramolekularne polimery oligomocznikowe. Związki te na N-końcu mają grupę mocznikową, której zdolność do tworzenia międzycząsteczkowych wiązań wodorowych została wzmocniona przez grupę wyciągającą elektrony, natomiast C-koniec został zmodyfikowany resztami z grupami karboksylowymi, przeprowadzonymi w sole TBA. Szczegółowo zbadano wpływ stężenia, temperatury oraz zastosowanego rozpuszczalnika na proces samoagregacji. Trzeci projekt opisywał wiązanie prostych anionów oraz optycznie czynnych pochodnych aminokwasów przez helisy oligomocznikowe, z uwzględnieniem roli obecności centrum stereogenicznego lub jego braku w pobliżu miejsca wiązania anionów. Otrzymane wyniki badań dostarczają nowych informacji na temat wpływu budowy foldamerów oligomocznikowych z grupami estrowymi na C-końcu na przebieg reakcji hydrolizy. Ponadto, uzyskane w pracy rezultaty potwierdziły możliwość tworzenia supramolekularnych polimerów, a także pozwoliły określić, co odgrywa rolę w rozpoznaniu molekularnym pochodnych aminokwasów przez foldamery oligomocznikowe. Uzyskane dane mają istotne znaczenie w projektowaniu peptydomimetyków o zaplanowanych właściwościach, które mogą zostać wykorzystane do projektowania nowych nanomateriałów, receptorów na aniony, czy związków wykazujących aktywność biologiczną.

The main goal of this doctoral thesis was to investigate the ability of urea groups in oligourea foldamers to form intermolecular hydrogen bonds. Oligourea foldamers are compounds that adopt a 2.5-helical conformation in both solution and the solid state. These structures are characterized by higher stability than classical α-helices, as a consequence of the presence of three-centered, intramolecular hydrogen bonds. The literature review of this work focuses on hydrogen bonds and the ability of urea groups to form them. The research section presents the synthesis of carbamate building blocks and oligoureas, including modifications of their N- and C-termini. Next, three projects that were the subject of this doctoral dissertation are discussed. The first one described oligourea-hydantoin hybrids obtained through basic hydrolysis of esters. This reaction can lead to two types of products: oligoureas with a carboxylic acid group at the C-terminus or oligourea-hydantoin hybrids. The reaction product depends on the nature of the C-terminal amino acid residue and the work-up conditions of the reaction mixture. The second project focused on the synthesis and characterization of compounds that can potentially form supramolecular oligourea polymers. These compounds have a urea group at the N-terminus, which ability to form intermolecular hydrogen bonds was enhanced by an electron-withdrawing group, while the C-terminus was modified with residues containing carboxylic acid groups, which were converted into TBA salts. The influence of concentration, temperature, and the solvent used on the self-assembly process was investigated in detail. The third project described the binding of simple anions as well as optically active derivatives of amino acids by oligourea helices, with particular emphasis on the role of the presence or absence of a stereogenic center near the anion-binding site. The obtained research results provide new information on the influence of the structure of oligourea foldamers with ester groups at the C-terminus on the product of the hydrolysis reaction. Furthermore, the results confirmed the possibility of forming supramolecular polymers and identified the factors that play a role in the molecular recognition of amino acid derivatives by oligourea foldamers. The data obtained are of significant importance for designing peptidomimetics with desired properties, which can be applied in the development of new nanomaterials, anion receptors or compounds exhibiting biological activity.