Entropy-Based Rational Modulation of the pKa of a Synthetic pH-Dependent Nanoswitch

化学 连接器 氢键 熵(时间箭头) 合理设计 组合化学 分子 立体化学 热力学 纳米技术 有机化学 计算机科学 操作系统 物理 材料科学
作者
Davide Mariottini,Andrea Idili,Minke A. D. Nijenhuis,Gianfranco Ercolani,Francesco Ricci
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (29): 11367-11371 被引量:20
标识
DOI:10.1021/jacs.9b04168
摘要

The rational regulation of the pKa of an ionizable group in a synthetic device could be achieved by controlling the entropy of the linker connecting the hydrogen bond forming domains. We demonstrate this by designing a set of pH-responsive synthetic DNA-based nanoswitches that share the same hydrogen bond forming domains but differ in the length of the linker. The observed acidic constant (pKa) of these pH-dependent nanoswitches is linearly dependent on the entropic cost associated with loop formation and is gradually shifted to more basic pH values when the length of the linker domain is reduced. Through mathematical modeling and thermodynamic characterization we demonstrate that the modulation of the observed pKa is due to a purely entropic contribution. This approach represents a very versatile strategy to rationally modulate the pKa of synthetic devices in a highly predictable and accurate way.
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