Responsive Molecular Systems through Dynamic Covalent Chemistry

Abstract

Naturen tenderar att inspirera forskning inom kemi. System uppkommer från molekyler som interagerar i reaktionsnätverk, något som levande system genom hundratusentals år av evolution har utnyttjat för att producera ständigt växande komplexitet. Dynamiska reaktioner är en nyckelkomponent i systemkemi, där reaktionsnätverk ger upphov till komplexa, emergenta beteenden. Denna avhandling syftar till att utnyttja en speciell egenskap hos dynamiska reaktionssystem - responsivitet.Det första kapitlet i denna avhandling introducerar dynamisk kovalent kemi och en allmän metod för att skapa enkla reaktionsnätverk genom att sammankoppla olika dynamiska kovalenta reaktioner. Begrepp inom systemkemi introduceras i termer av nätverkstopologi, responsivitet och reaktionssystem långt ifrån jämvikt, samtidigt som paralleller dras till naturliga system.Det andra kapitlet undersöker potentialen för nitroaldolreaktioner för dynamiska system. Nitroaldol-reaktioner används här för dynamisk polymerisation såväl som formaldehyd-responsiv nedbrytning av dynamiska polymerer. Simultan bildning och nedbrytning av polymer skapar ett emergent icke-jämviktsbeteende. Vidare används nitroaldol-producerade dioler i boronatesterbildning. Denna reaktivitet skapar en sammankoppling av två reaktioner som därmed influerar varandra. Genom att kombinera nitroaldol- och boronat-system öppnas möjligheterna att skapa boronatdynamerer av olika topologi.Det tredje kapitlet utforskar metallkoordinationseffekter i dynamiska reaktionsnätverk. Den nya basfria nitroaldolreaktionen beskriven i kapitel två utnyttjas här i ett reaktionsnätverk med hemiacetaler. Ett systemiskt svar på addition av metaller uppkommer således genom hemiacetal-metall-koordination. Under andra hälften av kapitlet demonstreras ett naturinspirerat dynamiskt iminkomplex som ger emergenta π-π-interaktioner som liknar en så kallad ”klaff-bro”. Variation av metallernas laddning samt den effektiva elektrostatiska karaktären hos substitutuenterna och liganderna ger kontroll över systemet och dess emergenta π-π-interaktioner.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-267005