Supramolecular chemistry is an emerging field of chemistry which has attracted much attention in recent years as a result of its broad applicability in many areas. Thus, the design of functional supramolecular systems is strongly in demand in this field. For this purpose, we have developed ratiometric fluorescent chemosensors for ion sensing and mechanically interlocked structures for their application in molecular logic. In the first part, we report a novel dimeric boradiazaindacene dye which can be converted in one step to an efficient resonance energy transfer (RET) dyad. In addition, if this modification is done with appropriate ligands, RET can be coupled to ion sensing. The utility of this approach is demonstrated in a highly selective, emission ratiometric chemosensor for Ag(I). In the second part, boradiazaindacene dyads designed as energy transfer casettes were modified to signal cation concentrations ratiometrically. If the energy transfer efficiency is increased by changing spectral overlap on cation binding, an enhancement of emission signal ratios can be obtained. A larger range of ratios results in highly improved sensitivity to analyte concentrations. We demonstrate this approach in a de novo design of a novel and highly selective ratiometric chemosensor for Hg(II) ions. In the last part, we synthesized a two-station [2]catenane composed of an &amp / #960 / -electron rich bis-1,5-dihydroxynapthalene[38]-crown-10 (1/5DNPC10) ring interlocked with a second macrocycle containing two &amp / #960 / -electron deficient unit, namely, napthodiimide (NpI) and bipyridinium (BIPY)2+ unit using the Cu(I)-catalyzed Huisgen 1,3-cycloaddition reaction. The resulting bistable [2]catenane is isolated as a single co-conformation which is comprised of the 1/5DNP[38]C10 ring around the NpI unit. Thermal activation of the pure NpI-isomer at 70&amp / #730 / C for 60 h leads to the formation of the BIPY2+-isomer by virtue of the circumrotation of the crown-ether ring along the backbone of the other macrocycle over the steric barrier of the tetra-aryl methane units. The energy barrier for the circumrotation is 28.5&plusmn / 0.3 kcal/mol. Electrochemistry of a 1:1 mixture of the two possible isomers shows that the [2]catenane cannot be switched mechanically on account of the large steric barriers presented by the tetra-aryl methane groups on the electron-accepting ring.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Bindungsverhalten makrozyklischer und azyklischer Rezeptorsysteme gegenüber Glycosiden und ionischen Substraten mit modernen semiempirischen und quantenchemischen Methoden untersucht. Für die Analyse der Bindungspräferenz von makrozyklischen Rezeptoren gegenüber ausgewählten Glycosiden wurde ein Arbeitsprotokoll zur Berechnung der Komplexstrukturen entwickelt. Durch die Kombination eines dockingähnlichen Verfahrens mit Molekulardynamiksimulationen wurde die experimentelle Bindungspräferenz von Rezeptorsystemen gegenüber dem Methyl-β-D-Glucopyranosid qualitativ reproduziert. Für azyklische Rezeptorverbindungen wurde die Bindungspräferenz gegenüber Ammonium- und Kaliumionen untersucht. Es wurde diejenige Kombination an Modellen identifiziert, auf deren Basis sich die berechneten freien Bindungsenthalpien von den experimentellen Bindungsenthalpien aus ITC-Analysen weniger als 6 kJ/mol unterscheiden. Die erhaltenen Ergebnisse können daher als Grundlage für ein Screeningprotokoll zur Charakterisierung von Rezeptorsystemen dienen.