Colloid-like ionic clusters : structure formation with small molecules through weak interactions in solution

Abstract

Kürzlich wurde die Bildung von hochdefinierten, kolloid-artigen ionischen Clusters in Lösung durch den Prozess der ionischen Selbstassemblierung beschrieben. Die eingeführten Einheiten bestehen aus der 'Texas-sized' molecular box, eingeführt von Sessler und Mitarbeiter, und kleinen dianionischen Salzen. Über die Justierung ihrer Konzentration sowie der Nutzung von DMSO und 88%ige wässrige Glycerollösung (Volumenverhältnis 1:1), kann man kleine, sphärische Cluster detektieren. Diese sogenannten Ionoids besitzen durch die langreichweitigen elektrostatischen Kräfte zwischen der multikationischen Box und den Anionen, die als ionischer Kleber wirken, eine erstaunliche Langzeitstabilität in Lösung. Meine Dissertation führt diese Studien zur Ionoidformation auf zwei Weisen weiter: (1) Untersuchung des etablierten Systems durch Anpassung von 'Designelementen' wie Konzentration oder Lösungsmittel und (2) einführen neuer polyphiler Bildungseinheiten mit dem Potential zur Bildung von Ionoids. Zur Analyse des Selbstassemblierungsprozesses kombinierte ich Dynamische Lichtstreuung mit Elektronspinresonanz-Spektroskopie.

Recently, the formation of highly defined, colloid-like ionic clusters in solution due to the process of ionic self-assembly was described. The established entities consist of the 'Texas-sized' molecular box, introduced by Sessler and co-workers, and small dianionic salts. By adjusting their concentration as well as applying a rather complex solvent mixture of DMSO and 88% aqueous glycerol (volume ratio 1:1), one could detect small, spherical clusters. These so-called ionoids own an impressive long-term stability in solution, which is founded by long-range electrostatic correlations through the multicationic box and the dianions acting as 'ionic glue'. My PhD thesis was focused on continuing these studies to unravel the build-up of ionoids in two ways: (1) Study the established system with the 'Texas-sized' molecular box and small dianions by adjusting 'design elements' like concentration or solvent mixture and (2) introduce new polyphilic building units capable of self-assemble into ionoids. To analyse the self-assembly process, I combined dynamic light scattering (DLS) with electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy.