The Self-Assembly of Lipophilic Guanosine Derivatives in Solution and on Solid Surfaces

• Published in: Chemistry : a European journal 2000-09, Vol.6 (17), p.3242-3248
• Main Authors: Gottarelli, Giovanni, Masiero, Stefano, Mezzina, Elisabetta, Pieraccini, Silvia, Rabe, Jürgen P., Samorí, Paolo, Spada, Gian Piero
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: guanine; NMR spectroscopy; scanning probe microscopy; self-assembly
• ISSN: 0947-6539; 1521-3765
• DOI: 10.1002/1521-3765(20000901)6:17<3242::AID-CHEM3242>3.0.CO;2-K

The self‐assembly of lipophilic deoxyguanosine derivatives 1 and 2 has been studied in solution by NMR spectroscopy and ESI‐MS (electrospray ionization mass spectrometry). NMR data show the existence of two types of self‐assembled, ribbonlike structures (A and B), which are connected at the guanine moieties through two different H‐bonded networks. The first species (A), which is stable in the solid state and characterised by cyclic NH(2)−O(6) and NH(1)−N(7) hydrogen bonds, is detected soon after dissolving the polycrystalline powder in rigorously anhydrous CDCl3. In solution it slowly undergoes a structural transition towards a thermodynamically stable ribbon characterised by NH(1)−O(6) and NH(2)−N(3) cyclic hydrogen bonds (B). On the other hand, at surfaces, self‐assembled ribbon nanostructures have been grown from solutions of derivative 1 both on mica and at the graphite–solution interface. They have been investigated by means of tapping mode scanning force microscopy (SFM) and scanning tunnelling microscopy (STM), respectively. SFM revealed dry, micrometer‐long nanoribbons with a molecular cross‐section, while STM imaging at submolecular resolution indicates a molecular packing of type A, like the one detected in the solid state. This indicates that, upon adsorption at the solid–liquid interface, the guanosine moieties undergo a structural rearrangement from a B‐type to an A‐type ribbon. L'autoassemblaggio di due derivati (1 e 2) lipofilici della desossiguanosina è stato studiato in soluzione mediante NMR e ESI‐MS (Electrospray Ionization Mass Spectrometry). I risultati NMR indicano l'esistenza di due diverse strutture a nastro (A e B), ove le basi sono interconnesse mediante due differenti schemi di legami a idrogeno. È stato possibile visualizzare la prima specie (A), che è stabile in fase solida ed è caratterizzata da legami a idrogeno ciclici NH(2)–‐O(6) e NH(1)–‐N(7), appena dopo averne disciolto una sua polvere policristallina in CDCl3 rigorosamente anidro. In soluzione questa struttura si trasforma lentamente nel nastro termodinamicamente più stabile (forma B) caratterizzato da legami idrogeno ciclici NH(1)–‐O(6) e NH(2)–‐N(3). Strutture a nastro del composto 1 sono state fatte crescere da una soluzione sia su substrati di mica che all'interfaccia soluzione‐grafite; queste nanostrutture sono state studiate rispettivamente con la Microscopia a Scansione di Forza (SFM), nella versione di Tapping Mode, e con la Microscopia ad Effetto Tunnel (STM).