Sabine Gebauer

Calixaren-Kieselgele: Unterschiedlich große Makrocyclen als chromatographische Selektoren in der HPLC

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 16.12.1999

Abstract
Calixarene sind cylische Oligomere, die zur Klasse der [1n]-Metacyclophane gehören. Der Name resultiert aus der kelchförmigen Gestalt des einfachsten Vertreters, dem cyclischen Tetramer. Calixarene sind in großem Maßstab durch Cyclokondensation von (hauptsächlich) p-tert-Butylphenol und Formaldehyd erhältlich. Eine ihrer besonderen Eigenschaften ist die Einschlußkomplexbildung von Kationen, Anionen und Neutralmolekülen.
Ziel dieser Untersuchungen war die Synthese und Immobilisierung von p-tert-Butylcalix[n]arenen (n = 4, 5, 6, 8) und p-tert-Butylphenol, dem Monomer, an Kieselgel sowie der Einsatz als HPLC-Stationärphasen zur Trennung von Struktur- und Positionsisomeren.
Die neuartigen Calixaren-Stationärphasen zeichnen sich durch Langzeitstabilität aus. Sie sind im pH-Bereich zwischen 2 und 7 einsetzbar und zeigen eine hohe Reproduzierbarkeit. Der Trennmechanismus an den Calixaren-Phasen beruht vor allem auf solvophoben/hydrophoben Wechselwirkungen und der Bildung von Einschlußkomplexen, die von der Größe des makrocyclischen Ringsystems abhängig ist und durch induce fit, Charge-Transfer, - und elektrostatische Wechselwirkungen beeinflußt wird.
Zum besseren Verständnis und zur Interpretation der HPLC-Ergebnisse wurden Moleküldynamik-Simulationen durchgeführt.

Calixarenes are cyclic oligomers which belong to the class of [1n]metacyclophanes. The name results from the "vase-like" shape of the smallest member, the cyclic tetramer. Calixarenes are available in large-scale preparation by cyclocondensation of (mainly) p-tert-butylphenol and formaldehyde. A large variety of derivatives are accessible by chemical modification of either the upper or lower rim. One of their unique properties is the inclusion complex formation of cations, anions and neutral molecules.
The aim of these studies was the synthesis and immobilisation of p-tert-butylcalix[n]arenes (n = 4, 5, 6, 8) and p-tert-butylphenol, the monomer, onto silica gel as well as the use as HPLC stationary phases for the separation of structural and positional isomers.
The novel calixarene stationary phases are distinguished by long time stability. They are suitable in a pH range between 2 and 7 and show a high reproducibility. The separation mechanism on the calixarene phases is based on solvophobic/hydrophobic interactions and inclusion complex formation, depending on the size of the macrocyclic ring system and influenced by induced fit, charge transfer, - and electrostatic interactions.
Molecular dynamics simulations were carried out in order to understand and interpret the HPLC results better.

Keywords:
Calixarene, Makrocyclen, Flüssigchromatographie, Stationärphasen, Strukturisomere, Positionsisomere, Moleküldynamik-Simulationen

calixarenes, macrocycles, liquid chromatography, stationary phases, structural isomers, positional isomers, molecular dynamics simulations

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung und Problemstellung (1-2)
2 Calixarene - Eigenschaften und Anwendungen in der Analytik (3-14)
3 Retentionsmechanismen in der Reversed Phase-HPLC (15-22)
4 Synthesen der Calix[n]aren-Stationärphasen (23-31)
5 Charakterisierung der Calixaren-Stationärphasen (32-42)
6 Anwendungen der Calix[n]aren-Stationärphasen in der HPLC (43-78)
7 Moleküldynamik-Simulationen von Calix[n]arenen (n = 4, 5, 6) mit Dipeptiden des Typs L-Xaa-L-Pro (Xaa = Ala, Ile, Pro) (79-98)
8 Zusammenfassung und Ausblick (99-101)
9 Literaturverzeichnis (102-116)
10 Anhang (117-136)