Victor Borovkov

Käeliste molekulide tuvastamine ja enantiomeeride eraldamine on oluline keskkonna seire, agrokeemia ja ravimite disaini vaatevinklist. Hemikukurituriilid on selleks väga sobilikud, sest neid saab suunatult sünteesida kombineerides erinevaid monomeere ühe-etapilises mehanokeemilises reaktsioonis. Selles jätkusuutlikus protsessis tekitatakse vähem jääke lahusteid vältides ning ise-organiseerumine on võimendatud tänu tahke faasi reaktsioonile. Käesolevas projektis uuritakse hemikukurbituriilide ise-organiseerumise fundamentaalseid aluseid ning rakendatakse neid uute supramolekulaarsete süsteemide loomisel, selleks et käeliste ühendeid tuvastada ja eraldada, aga ka saasteainete korral keemilise muundamise abil väärindada. Katseliste ja arvutuskeemia tulemuste abil luuakse ennustusmeetod uute analüütide tuvastamiskes sobivate omadustega makrotsüklite sünteesiks. Tulemused peaksid huvi pakkuma teadlastele ja rakendajatele, kes kasutavad, toodavad või tuvastavad käelisi ühendeid.

Supramolekulaarsete kohandatavate kiraalsuse sensorite välja töötamine on oluline orgaaniliste ainetega tegeleva tööstuse ja teadusarendus tegevuse juures. Käelised ehk kiraalsed molekulid on igapäevaselt kasutused ravimi-, toidu-, parfüümi-, kosmeetikatööstuses ja põllumajanduses. Bioloogilises ökosüsteemis metaboliseeruvad, imenduvad ja erituvad käelised molekulid stereoselektiivselt ja nende bioloogiline toime võib erineda oluliselt. Seetõttu võib erinevate stereoisomeeride mõju keskkonnalle olla radikaalselt erinev. Standardsete analüüsimeetoditega, mis ei erista molekulide käelisust, võib nende ühendite mõju alahinnata. Käesolevas projektis disainisime ja sünteesisime uusi retseptormolekule nii sopramolekulaarsete interaktsioonide kui ka kovalentse sidumise kaudu. Saadud retseptormolekulide struktuuri, optilisi ja supramolekulaarseid omadusi uurides jõudsime mitmete uute ühenditeni, millel on potentsiaali leida rakendus bioaktiivsete ning ka saasteainete lahutamise, eraldamise ja tuvastamise jaoks. Töötasime välja keskonnasõbralikke mehhanokeemilisi sünteesimeetodeid, mis võimaldavad vähendada jääkide teket orgaaniliste ühendite sünteesil. Lisaks uurisime ka oligomeersete makrotsükliliste retseptrite sünteesi ja arendasime sünteesimeetodeid nii mono- kui ka multifunktsionaalsete makrotsükliliste ühendite saamiseks. Alustasime uuringuid supramolekulaarsete materjalide loomiseks ning näitasime, et porfüriinide ja käeliste hemikukurbituriilide abil saab hõlpsalt valmistada materjali enantioselektiivsete elektroonsete ninade ehitamiseks. Uurisime ka kirooptilise signaali tekke korrellatsiooni kvantkeemiliselt modelleeritud molekularorbitaalide ja geomeetriatega ning näitasime et uuritud optiliselt aktiivselte sensormolekulide sigaali saab võimendada anorgaaliste ja kiraalsete materjalidega. Projekti tulemused avaldati mitmetes teadusjakirjades ning taotleti ka kahte patenti.

Chiral pollution is an environmental topic of crucial importance, considering that a large number of chemicals spreading into the environment, for example pesticides, are chiral substances. However, usually the stereoisomerism of contaminants is not considered, although the biological activity of enantiomers is significantly different, making their recognition critical for environmental control. Enantiomeric excess is currently determined by off-site analysis, requiring collection, transportation, eventual pre-treating of the sample, and expensive instrumentations and specifically trained staff. Thus, providing devices able to allow for rapid on site detection and chiral discrimination of target analytes would have a dramatic impact in all the fields of environmental control with significant economic benefits. The development of chemical sensors has been conceived to bypass restrictions related to classical analytical protocols and supports the use of conventional laboratory techniques for environmental control. While the technological foundation for chemical sensors already exists, it has been difficult to apply them to chiral discrimination and analysis, due to the lack of suitable solid state receptors. The main aims of the project are: a) the development of novel molecular receptors, mainly based on porphyrin derivatives, b) integration of the receptors with different nanostructures and characterization of their solid state organization, c) deposition of the structures onto transducer surfaces, d) testing and validation of the new chemical sensor devices with enantiomeric pairs of model analytes. The synergistic complementary know-how of six academic units and two private companies will allow a breakthrough development through delivery of sensing probes ranging from the synthesis of macrocyclic molecular receptors to the building and testing of analytical and electronic parts for final, field-capable devices.