Cavitands, Helicates and Macrocycles

Abstract

In the course of the development of supramolecular chemistry, weak non-covalent interactions have gained tremendous importance. In this work, comprehensive massspectrometric investigations combined with theoretical calculations reveal a new type of these interactions, namely C–H•••anion interactions, to be operative when anions were bound in the bowl of resorcinarene-based cavitands. A further mass-spectrometric study focuses on the formation and ligand exchange processes in helicate-type complexes, in which the hierarchical self-assembly is assisted by Li⁺•••O=C interactions, and shows that homodinuclear helicates are preferably formed rather than heterodinuclear Ni/Zn helicates in corresponding mixtures. Not an undefined mixture, but a toolbox of specific building blocks was developed on the basis of tetralactam macrocycles in a modular approach. Using this versatile toolbox, a series of multi-macrocylic hosts and some multiply interlocked architectures, in which the threading process is governed by hydrogen bonds, were obtained. In addition, interesting intermolecular hydrogen-bonding patterns and unusual conformational properties were found in crystal structures of tetralactam macrocycles. In summary, this thesis provides new insight into the nature of weak non-covalent interactions and of supramolecular phenomena.

<strong>Cavitanden, Helicate und Makrocyclen - Welche Kräfte in den schwachen nicht-kovalenten Wechselwirkungen stecken</strong><br /> Im Zuge der Entwicklung der supramolekularen Chemie wird den schwachen nichtkovalenten Wechselwirkungen eine zunehmend größere Bedeutung beigemessen. In der vorliegenden Arbeit zeigen umfangreiche massenspektrometrische Untersuchungen gemeinsam mit theoretischen Berechnungen, dass C–H•••Anion-Wechselwirkungen als eine neue Form schwacher nicht-kovalenter Wechselwirkungen vorliegen, wenn Anionen in der Kavität von resorcinaren-artigen Cavitanden gebunden werden. Eine weitere massenspektrometrische Studie ist auf Bildungs- und Ligandenaustausch-Prozesse bei helicat-artigen Komplexen, deren hierarchische Selbstorganisation von Li⁺•••O=C-Wechselwirkungen unterstützt wird, ausgerichtet und zeigt, dass homodinucleare Helicate gegenüber heterodinuclearen Ni/Zn- Helicaten bevorzugt in den entsprechenden Mischungen gebildet wird. Keine undefinierbare Mischung, sondern ein Werkzeugkasten, der spezifische Bausteine enthält, wurde in einem modularen Ansatz auf der Grundlage von Tetralactam-Macrocyclen entwickelt. Unter Verwendung dieses vielseitigen Werkzeugkastens wurden eine Reihe von multimacrocyclischen Gästen und einige mehrfach durchgefädelte Strukturen, bei denen der Einfädelungsprozess durch Wasserstoffbrücken gesteuert wird, erhalten. Ferner wurden interessante intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungsmuster und ungewöhnliche Konformationseigenschaften in den Kristallstrukturen von Tetralactam-Macrocyclen gefunden. Insgesamt liefert die vorliegende Arbeit neue Einblicke in das Wesen der schwachen nicht-kovalenten Wechselwirkungen und in supramolekulare Phänomene.