Pressure-induced structural transformations of carbohydrate crystals

Wydział ChemiiCelem niniejszej pracy doktorskiej było opisanie wpływu wysokiego ciśnienia na kryształy wybranych węglowodanów i oddziaływania międzycząsteczkowe w nich występujące. Wysokociśnieniowe badania dyfrakcyjne umożliwiły odkrycie nowych odmian polimorficznych α-D-glukozy oraz β-D-mannozy, podczas gdy kryształy α-D-mannozy okazały się niezwykle stabilne nawet po kompresji do ciśnienia równego 10 GPa. Struktury krystaliczne wszystkich zbadanych związków przeanalizowano pod względem konformacji, rozkładu luk strukturalnych oraz sieci wiązań wodorowych w celu wyznaczenia podobieństw i wytłumaczenia różnic w ich zachowaniu w warunkach wysokiego ciśnienia. Ponadto porównano struktury dwóch odmian polimorficznych rybozy ze strukturą jej racematu, ukazując współzależność konformacji przybieranej przez cząsteczki rybozy oraz tworzonej przez nie sieci wiązań wodorowych. Wyniki prezentowane w tej pracy i załączonych publikacjach pozwalają lepiej zrozumieć krystalizację jednej z najważniejszych grup związków organicznych oraz poszerzają naszą wiedzę na temat jednych z najczęstszych oddziaływań: wiązań wodorowych OH∙∙∙O oraz CH∙∙∙O. Ponadto ukazują one wpływ kształtu i konformacji cząsteczek na stabilność kryształów.The aim of this PhD thesis was to describe the high-pressure behaviour of several carbohydrates and their intermolecular interactions in order to learn more about their crystals formation and stability. High-pressure diffraction studies of α-D-glucose and β-D-mannose revealed their new polymorphs, while the α-D-mannose ambient pressure phase has proven to be exceptionally resistant to the pressure up to 10 GPa. All crystal structures were analysed in respect of molecular conformation, voids distributions, and H-bonding pattern arrangements, in order to designate similarities and explain the differences in their pressure behaviour. Moreover the ribose polymorphs and racemate has been analysed, revealing the interplay between molecular conformation and the H-bonding patterns, and demonstrating possible application of underestimated L enantiomers for obtaining high-quality racemate crystals of otherwise hardly crystallising enantiomers. Results presented in the thesis, and enclosed publications, contribute to better understanding of the crystallisation process of one of the most important group of organic compounds and broadens our knowledge about some of the most frequent types of the cohesion forces: OH∙∙∙O and CH∙∙∙O hydrogen bonds. It also gives an insight into the influence of molecular shape and conformation on crystal stability