Doctoral Thesis

Synthesis of molecular switches functionalized by stable radical substituents

Final Thesis 18.21 MB

Author of thesis: Ing. Lucie Kotásková, Ph.D.

Acad. year: 2024/2025

Supervisor: doc. Dr. Ing. Petr Neugebauer, Ph.D.

Reviewers: RNDr. Marek Cigáň, Ph.D., Mgr. Jiří Kaleta, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on the synthesis and study of hydrazone switches substituted with nitroxide radicals ‒ a novel class of compounds not previously reported. Three new series of hydrazone switches were developed ‒ o-halogen-substituted, di- and tri-halogen-substituted, and nitroxide-substituted hydrazones. For each group, their synthesis, characterization, and switching properties were systematically investigated. The switching behavior was examined using 1H, 19F{1H} NMR, UV-Vis, and EPR spectroscopies, confirming the preservation of the paramagnetic center(s) in nitroxide-substituted hydrazones. pH-responsive switching, conducted on pyridine-based hydrazones, demonstrated reversible switching. Additionally, photoswitching experiments revealed partial but reversible switching ability in pyridine rotor-based hydrazones and improved photoswitching behavior for phenyl rotor-based hydrazones. The unique integration of a molecular switch with unpaired electron(s) in a single molecule provides promising possibilities in the development of polarizing agents for dynamic nuclear polarization, diagnostic or therapeutic tools, and efficient spin probes for monitoring the structure and dynamics of complex supramolecular assemblies.

Keywords:

molecular switch, hydrazone, nitroxide radical, photoswitching, pH switching

Date of defence

19.06.2025

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Disertační práce Ing. Kotáskové se zaměřuje na syntézu a studium hydrazonových přepínačů substituovaných nitroxidovými radikály. Tři nové série hydrazonových přepínačů byly vyvinuty ‒ o-halogen substituované, di- a tri-halogen substituované a nitroxidy substituované hydrazony. Pro každou skupinu byla systematicky prostudována syntéza, charakterizace a vlastnosti přepínání. Práce se primárně zaměřuje na molekuly reagující na vnější podněty, které vykazují reverzibilní změny svých fyzikálně-chemických vlastností – oblast, jež představuje současný trend v moderní fyzikálně-organické a materiálové chemii. Práce je aktuální a stanovené cíle byly splněny. V průběhu obhajoby Ing. Kotásková prokázala kvalitní znalosti ve zkoumané oblasti. Na dotazy komise a oponentů odpověděla výborně a prokázala připravenost samostatně vědecky pracovat.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Advanced Materials and Nanosciences (CEITEC-AMN-CZ-P)

Composition of Committee

Mgr. Jiří Kaleta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ladislav Omelka, DrSc. (člen)
prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (předseda)
RNDr. Marek Cigáň, Ph.D. (člen)
Ing. Ján Tarábek, PhD. (člen)
prof. RNDr. Petr Klán, Ph.D. (člen)

viz posudek v pdf.
File inserted by supervisor Size
Posudek vedoucího práce [.pdf] 128,26 kB

Reviewer’s report
RNDr. Marek Cigáň, Ph.D.

viz posudek v pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 1,15 MB

Reviewer’s report
Mgr. Jiří Kaleta, Ph.D.

viz posudek v pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 100,12 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová