Naslov (srp)

Kвантнохемијско проучавање супрамолекулских структура гуанина : докторска дисертација

Autor

Milovanović, Branislav Ž., 1993-

Doprinosi

Etinski, Mihajlo, 1981-
Stanković, Ivana
Ristić, Miroslav, 1981-
Popov, Igor
Petković, Milena, 1976-

Opis (eng)

Quantum chemical study of guanin supramolecular structuresAbstractGuanine and its derivates tend to self-assemble into various different supramoleculararchitectures in both biological and non-biological environments. Presence of themonovalent or divalent cations in the system dictates self-assembly into guaninequadruplexes or G-ribbons which represents promising supramolecular platforms formolecular electronics application. In vivo, guanine quadruplexes are identified astherapeutic regions in tumorous cells whose stabilization with different ligands can preventabnormal recombination of the cell. Modern quantum chemical methods such as (time-dependent) density functional theory and density functional based tight binding canprovide valuable atomistic insights into the characteristics of diverse guanine quadruplexand ribbon nanostructures. In this thesis, several key characteristics of the guanine-basedquadruplexes are addressed as well as the rylene dye decorated guanine ribbons. Firstly,infrared spectral fingerprint of the potential anti-tumor drug metalloporphyrin complexeshas been studied and results suggested that the presence of the different cations within themetalloporphyrin system can modulate spectral characteristics of the guanine quadruplexcarbonyl stretching mode, which can serve as a marker for future studies of the similarpromising anti-tumor drug candidates. Affinity of the synthesized quadruplex structurestowards divalent cations imposed between every adjacent quadruplex layer has beenexamined since this binding mode of the divalent cations is able to modulate excited stateproperties of these systems. In aqueous solution, the supramolecular design associated withwater-mediated cytosine quartet imposed between guanine quartets could be able to hostdivalent cations in the unusual binding mode which makes these quadruplexes interestingcandidates for optoelectronic applications. Therefore, special attention is dedicated tounderstand interplay between the cation types and the charge separation states of thesesystems. It has been determined that biologically abundant alkali metal cations are not ableto significantly modulate excited state properties of the studied quadruplexes. The sameholds for the alkaline earth cations when imposed between every other layer within thequadruplex. On the other hand, maxima of the fluorescence spectra could be modulatedusing alkaline cations. When using divalent cations imposed between every quadruplexlayer, charge transfer states are significantly modulated (stabilized), which is also importantfrom the aspects of optoelectronics. At the end of the thesis, self-assembly and the opticalproperties of the rylene dye decorated guanine supramolecular architectures on thegraphene surface is studied. Both rylene decorated guanine ribbon and reference hydrogenbonded organic frameworks tend to form molecularly thin films that cover large surfacearea with similar electronic absorption properties. These findings suggest a presence of theprospective long-living charge-separated excited states, which can be significant for theoptoelectronic applications.

Opis (srp)

Гуанини и деривати гуанина испољавају способност да се самоорганизују уразнолике супрамолекулске структуре у биолошким али и небиолошким срединама.Присуство моновалентног или двовалентног катјона у оваквим системима диктирасамоорганизацију у гуанинске квадруплексе или гуанинске нанотраке, којипредстављају потенцијалне кандидате у виду супрамолекулских платформи запримене у оквиру молекуларне електронике. У живим организмима, гуанинскиквадруплекси су идентификовани као терапеутски региони у туморним ћелијама,чија стабилизација са различитим лигандима може зауставити абнормалнурекомбинацију. Модерне квантнохемијске методе попут (временски-зависне) теоријефункционала густине и методе чврсте везе засноване на теорији функционалагустине пружају битне детаље карактеристика гуанинских квадруплекса имолекулских нанотрака гуанина на атомском нивоу. У оквиру ове дисертације,испитано је неколико најбитнијих особина гуанинских квадруплекса и гуанинскихнанотрака декорисаних риленским бојама. Најпре је истражен утицај катјона наинфрацрвени спектрални одзив гуанинског квадруплекса када интерагује саразличитим комплексима металопорфирина, који имају потенцијал као лекови утретману тумора. Интеракција металопрофирина и гуанина проузрокује променеспектралних карактеристика истежуће вибрације карбонилне групе гуанина уоквиру квадруплекса, што се може употребити као маркер за испитивање сличнихпотенцијалних лекова у третману тумора. Истражен је и афинитет синтетисанихквадруплекса ка везивању двовалентних катјона координисаних између свакогсуседног слоја у квадруплексу с обзиром да овај начин везивања двовалентних јонаможе довести до измене карактеристика ниско побуђених стања ових система. Уводеној средини, супрамолекулски дизајн, који укључује квартет цитозина самолекулима воде између два гуанинска квартета, може да координише двовалентнекатјоне између сваког суседног слоја чинећи ове структуре интересантним заоптоелектронске намене. С тим у вези, посебна пажња је посвећена утицају катјона напобуђена стања са раздвајањем наелектрисања у оквиру ових система. Утврђено је дакатјони алкалних метала, који су у великој мери присутни у квадруплексима, прибиолошким условима нису способни да значајно утичу на побуђена стањаиспитиваних квадруплекса. Исто важи и за случај катјона земноалкалних метала, којису координисани између сваког другог слоја квадруплекса. С друге стране, положајмаксимума флуоресцентног спектра је могуће изменити са различитим катјонимаалкалних метала. Када се двовалентни катјони поставе између сваког слојаквадруплекса, прелази са преносом наелектрисања су значајно стабилизовани што јеважно са аспекта потенцијалне примене ових система у оптоелектроници. На самомкрају рада, испитана је самоорганизација и оптичке особине гуанинских нанотракаформираних од гуанина који су супституисани риленским бојама на површиниграфена. Гуанинске нанотраке супституисане риленским бојама, као и водоничновезане молекулске мреже испољавају тенденцију ка формирању танких молекулскихфилмова, који покривају велике површине и који међусобно имају сличне особинепобуђених електронских стања. Ово указује на присуство дугоживећих стања сапотпуним раздвајањем наелектрисања, што је значајно са аспекта примене уоптоелектроници.

Opis (srp)

физичка хемија - физичка хемија – квантна хемија, физичка хемија –спектрохемија, физичка хемија – хемијска термодинамика, материјали / Physical chemistry - Physical Chemistry – Quantum Chemistry, Physical Chemistry –Spectrochemistry, Physical Chemistry – Chemical Thermodynamics, Materials Datum odbrane: 06.06.2022.

Jezik

srpski

Datum

2021

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-SA 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Deliti pod istim uslovima 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Hemijska struktura

квадруплекс, гуанин, побуђена стања, раздвајање наелектрисања, самоорганизација, електроника, теорија функционала густине

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Hemijska struktura

quadruplex, guanine, excited states, charge separation, self-assembly, electronics, density functional theory