Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)
70 %
Ortelius classification: Organic chemistry
Analytical Chemistry (Council of Physical Sciences)
15 %
Ortelius classification: Analytical chemistry
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)
15 %
Ortelius classification: Physical chemistry
Panel
Chemistry 2
Department or equivalent
Department of Organic Chemistry and Technology (Budapest University of Technology and Economics)
Starting date
2012-09-01
Closing date
2016-08-31
Funding (in million HUF)
10.440
FTE (full time equivalent)
2.80
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. Az enantiomer-felismerés mint a molekuláris felismerés speciális esete gyakori és fontos jelenség a természetben. Mivel a biológiailag aktív vegyületek egyes enantiomerjei különböző farmakológiai és toxikológiai tulajdonságokkal rendelkeznek, így a királis szerves vegyületek enantiomer-összetételének meghatározása nagy jelentőséggel bír a gyógyszer-, a növényvédőszer-, az élelmiszer- és az illatszeriparban, valamint a környezetvédelemben. Jelen kutatás célkitűzése BODIPY, antracén és akridon fluorofort tartalmazó királis piridino-koronaéterek, illetve királis és akirális fentiazin-származékok előállítása, valamint enantiomer- és anion-felismerő képességük tanulmányozása. A szenzormolekulák molekuláris felismerési tulajdonságait oldatkísérletekben, fluoreszcencia és UV–látható spektroszkópiával kívánjuk vizsgálni – a királis koronaéterek esetében protonált primer aminok és aminosav-észterek enantiomerjeivel, a királis fentiazin-származékok esetén védett aminosavak és más karbonsavak tetrabutilammónium-sóinak enantiomerjeivel, valamint az akirális fentiazin-származékok esetén biológiailag fontos anionokkal szemben.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A kutatás során tervezett kísérletek célja új fluoreszcens királis piridino-koronaéterek, valamint új királis és akirális fentiazin-származékok előállítása, majd a kapott szenzormolekulák enantiomer-, illteve anion-felismerő képességének vizsgálata.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! Az előállított és oldatkísérletekben enantiomer-, illetve anion-felismerést mutató szenzormolekulák alkalmasak lehetnek optódmembránba való beépítésre optikai szenzor kialakítása céljából, ezáltal enantiomer-összetétel, valamint biológiailag fontos anionok meghatározásra.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A természetben található biomolekulák, így például a fehérjék és a szénhidrátok, királis építőkövekből állnak. Egy molekula királis, ha két, egymással tükörképi viszonyban álló változata van, amelyeket enantiomereknek nevezünk. A két enantiomer tehát ugyanolyan atomokból áll, de azok térbeli elrendeződése ellentétes, ahhoz hasonlóan, mint a jobb és bal kezünk. Az élő szervezetek biokémiai folyamatait működtető enzimek is fehérjék, tehát királisak, és az általuk katalizált biokémiai folyamatokban a királis molekuláknak csak az egyik enantiomerje képződik. Ez azt is jelenti, hogy egy királis szerves vegyületnek csak az egyik enantiomerje fejt ki előnyös biológiai hatást, a másik enantiomer lehet eltérő hatású, hatástalan vagy kifejezetten káros. Ennek következtében – a gyógyszer-, a növényvédőszer-, az élelmiszer- és az illatszeriparban – egyre szigorúbb követelményt támasztanak a királis vegyületek enantiomertiszta (vagyis csak a kívánt, előnyös hatással rendelkező enantiomert tartalmazó) formában való alkalmazása iránt. Ezért nagy jelentőséggel bír az enantiomer-összetétel meghatározására alkalmas szenzormolekulák kifejlesztése. Jelen kutatás célkitűzése ilyen típusú új, várhatóan királis szerves katinok és anionok enantiomerjeinek megkülönböztetésére képes szenzormolekulák előállítása és vizsgálata. Amennyiben kedvező hatást mutatnak az előállított (egy részükben fluoreszkáló tulajdonsággal rendelkező) molekulák, úgy alkalmasak lehetnek felhasználásra, vagyis enantiomer-összetétel meghatározására alkalmas optikai (fény segítségével információt közvetítő) szenzor kifejlesztésére.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Enantiomeric recognition as a special case of molecular recognition is a widespread and important phenomenon in nature. Since the individual enantiomers of a biologically active compound have different pharmacological and toxicological properties, the determination of the enantiomeric composition of chiral organic compounds has a great significance in pharmaceutical, pesticide, food and cosmetic industries as well as in environmental analysis. The goal of the present research is the synthesis and molecular recognition studies of chiral pyridino-crown ethers containing BODIPY, anthracene and acridone fluorophores, and chiral and achiral phenothiazine derivatives. The enantiomeric recognition properties of chiral sensor molecules are planned to investigate in solutions by fluorescence and UV–vis spectroscopies toward the enantiomers of protonated primary amines and amino acid esters and the enantiomers of tetrabutylammonium salts of protected amino acids and other carboxylic acids in the case of chiral crown ethers and chiral phenothiazine derivatives, respectively. Achiral phenothiazine derivatives are designed for sensing biologically important anions.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. The aims of the experiments planned during the research are the synthesis of new fluorescent chiral pyridino-crown ethers and new chiral and achiral phenothiazine derivatives, and then the investigation of the enantiomeric and anion recognition ability of the obtained sensor molecules.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. The synthesized sensor molecules, which show enantiomeric and anion recognitions experimentally carried out in solutions, may be suitable for incorporating them into optode membranes with the aim of developing optical sensors, thereby for the determination of enantiomeric composition and biologically important anions.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. Biomolecules found in nature such as proteins and carbohydrates consist of chiral building blocks. A molecule is chiral if it has two variations, which are mirror images of each other, and they are named as enantiomers. Thus, the two enantiomers consist of the same atoms, but their spatial arrangements are the opposite similar to our right and left hands. Enzymes, which perform the biochemical processes of living organisms, are also proteins, thus also chiral, and in the biochemical processes under their catalysis only one enantiomer of a chiral molecule is formed. This also means that only one enantiomer of a chiral organic compound has a favourable biological effect, the other may have a different or no effect or may be very toxic. Therefore, there is a more and more strict requirement in pharmaceutical, pesticide, food and cosmetic industries to use chiral compounds in their enantiopure forms (containing only one enantiomer having the desired, favourable effect). Thus, the development of sensor molecules for the determination of enantiomeric composition has a great importance. The goal of the present research is the synthesis and studies of such type of new sensor molecules, which are expected to be able to differentiate between the enantiomers of chiral organic cations and anions. If the synthesized molecules (one part of them have fluorescent properties) show favuorable effect, they may be suitable for use, namely for development of optical sensors (which give information via light) for the determination of enantiomeric composition.
Final report
Results in Hungarian
A kutatás keretében antracén és benztiazol fluorofort tartalmazó, optikailag aktív piridino-koronaéter alapú szenzormolekulákat, valamint 5,5-dioxofentiazin és akridon alapú akirális, illetve optikailag aktív anionszenzorokat állítottunk elő. A piridino-koronaéterek enantiomerfelismerő-képességét királis protonált primer aminok és aminosav-észterek enantiomerjei esetén UV-látható és fluoreszcencia spektroszkópiával vizsgáltuk. Az antracén fluorofort, valamint a makrogyűrűben izobutilcsoportokat tartalmazó piridino-koronaéter és az 1-(1-naftil)etil-ammónium-perklorát esetén kiemelkedő enantiomerszelektivitást tapasztaltunk. Az akirális 5,5-dioxofentiazin alapú anionszenzorok biológialiag fontos anionokkal szemben mutatott komplexképző tulajdonságait UV-látható spektroszkópiával tanulmányoztuk. Kimutattuk, hogy fluorid- és acetát-ionokkal a receptorok deprotonált formája is komplexet képez. Az optikailag aktív 5,5-dioxofentiazin és akridon alapú anionszenzorok enantiomerfelismerő-képességét α-hidroxi- és védett α-aminosavak tetrabutilammónium-sóinak enantiomerjeivel UV-látható és fluoreszcencia spektroszkópiával vizsgáltuk. A legnagyobb enantiomerszelektivitást az akridon bisz-karbamid típusú receptor és a Boc-védett alaninát esetén kaptuk.
Results in English
In the frame of the project, we synthesized optically active pyridino-crown ether-based sensor molecules containing an anthracene or a benzothiazole unit as well as 5,5-dioxophenothiazine- and acridone-based achiral and optically active anion sensors. The enantiomeric recognition abilities of the pyridino-crown ethers toward the enantiomers of chiral protonated primary amines and amino acid esters were studied by UV–vis and fluorescence spectroscopies. In the case of pyridino-crown ether containing an anthracene fluorophore and isobutyl groups in its macroring and 1-(1-naphthyl)ethylammonium perchlorate appreciable enantioselectivity was observed. The complexation properties of 5,5-dioxophenothiazine-based achiral anion sensors toward biologically important anions were investigated by UV–vis spectroscopy. We observed that fluoride and acetate ions were complexed even by the deprotonated forms of the receptors. The enantiomeric recognition abilities of 5,5-dioxophenothiazine- and acridone-based optically active anion sensors toward the enantiomers of tetrabutylammonium salts of α-hydroxy and protected α-amino acids were examined by UV–vis and fluorescence spectroscopies. The highest enantioselectivity was experienced in the case of acridone bis(urea) type receptor and Boc-protected alaninate.
Szemenyei B.; Móczár I.; Huszthy P.: Fluorofor és kromofor jelzőegységet tartalmazó enantiomertiszta piridino-koronaéterek szintézise, MTA Szteroid- és Terpenoidkémiai Munkabizottság ülése, Budapest, 2013
Pál D.; Móczár I.; Kormos A.; Baranyai P.; Óvári L.; Huszthy P.: Akridon fluorofort tartalmazó enantiomertiszta anionszenzorok előállítása és vizsgálata, MTA Heterociklusos és Elemorganikus Munkabizottság ülése, Balatonszemes, 2014
Szemenyei B.; Móczár I.; Kocsis I.; Pál D.; Baranyai P.; Huszthy P.: Antracén fluorofort tartalmazó enantiomertiszta koronaéterek előállítása és vizsgálata, MTA Heterociklusos és Elemorganikus Munkabizottság ülése, Balatonszemes, 2015
Móczár, I.; Szemenyei, B.; Kocsis, I.; Pál, D.; Baranyai, P.; Huszthy, P.: Synthesis and enantiomeric recognition studies of pyridino-crown ethers containing an anthracene fluorophore unit, 10th International Symposium on Macrocyclic and Supramolecular Chemistry, Strasbourg, France, 2015
