Ενεργοποίηση του μοριακού οξυγόνου από υδροκινονικές σύμπλοκες ενώσεις μιμητές βιοανόργανων συστημάτων

Abstract

Στην παρούσα διδακτορική εργασία μελετήθηκε ο σχεδιασμός νέων σταθερών, αποδοτικών και εκλεκτικών σύμπλοκων ενώσεων τα οποία παρουσιάζουν δύο οξειδοαναγωγικά κέντρα, μέταλλο και οργανικό υπόστρωμα, για την ενεργοποίηση του οξυγόνου και την οξείδωση οργανικών υποστρωμάτων. Συγκεκριμένα, συντέθηκαν υποκατεστημένα μόρια π-υδροκινόνης/κινόνης στις 2,5-θέσεις με αμινικούς υποκαταστάτες. Έγινε συμπλοκοποίηση των ενώσεων αυτών με ψευδάργυρο και χαλκό. Για την συμπλοκοποίηση ενώσεων με το μεταλλοϊόν του βαναδίου συντέθηκαν τριποδικοί αμφίφιλοι υποκαταστάτες καθώς και υποκαταστάτες με βάση την τοκοφερόλη. Στην μελέτη ενεργοποίησης του Ο2 έγινε αρχικά σύνθεση υποκατεστημένων π-υδροκινονών/κινονών. Συγκεκριμένα, συντέθηκαν οι διυποκατεστημένοι υποκαταστάτες π-υδροκινόνης/κινόνης 2,5-δις[Ν,Ν΄-δις(2-μεθυλοπυρίδυλο)αμινο]-1,4-κινόνη (BBQ), 2,5-δις(δις(πυριδυλ-2-μεθυλ)άμινο-3,6-διχλωρο-1,4-υδροκινόνη (BBHQCl2), 2,5-δις(δις(πυριδυλ-2-μεθυλ)άμινο-3,6-διβρωμο-1,4-υδροκινόνη (BBHQBr2) και 2,5-δις[Ν,Ν΄-δις(2-φαινυλθειο-αίθελ)άμινο)]-1,4-βενζοκινόνη (BSAQ). Σύμφωνα με την αντίδραση Mannich συντέθηκαν υδροκινονικοί/κινονικοί συντέθηκαν οι υποκαταστάτες Η2bpymah (2,5-δις[(N,N’-δις(πυριδυλ-2-αμινομεθυλ)-αμινομέθυλο-π-υδροκινόνη), H2bpymaBrHq (2,5-δις[(N,N’-δις(πυριδυλ-2-αμινομεθυλ)-αμινομέθυλο-3,6-διβρωμο-1,4-υδροκινόνη) και Η2BSAΗq (2,5-δις[(N,N΄-δις(2-φαινυλοθειοαιθυλο)αμινο)μεθυλ)-1,4-υδροκινόνη). Έπειτα, ακολούθησε σύνθεση σύμπλοκων ενώσεων ψευδαργύρου και χαλκού. Από τον υποκαταστάτη BBQ επιτεύχθηκε σύνθεση των ενώσεων H2BBQ2+[ZnCl4]2-ꞏH2O (Zn1). και [(ZnCl)2(μ-BBH)]ꞏ7Η2Ο (Zn2). Από τον υποκαταστάτη BBHQCl2 απομονώθηκε το σύμπλοκο [(ZnCl)2(μ-BBHQCl2)], το πολυμερές σύμπλοκο [Zn2(SO4)(μ-BBHQCl2)]n μετά από αντίδραση με το Zn(SO4)⸱7H2O και το σύμπλοκο [(CuCl)2(μ-BBHQCl2)]. Έπειτα, ακολούθησε σύνθεση των σύμπλοκων ενώσεων [(ZnCl4)2-(H2bpymah)2+], [Zn2Cl4(H2bpymah)] και [(ZnCl)2(bpymah] χρησιμοποιώντας των υποκαταστάτη H2bpymah. Οι ενώσεις αυτές μελετήθηκαν με τις φασματοσκοπικές τεχνικές UV-vis, NMR, EPR, φθορισμού, και κυκλικής βολταμομετρίας. Στην μελέτη σύνθεσης αμφίφιλων ενώσεων ως προς το σχηματισμό δραστικών σύμπλοκων ενώσεων βαναδίου τα οποία να παρουσιάζουν αντικαρκινικές ιδιότητες και επομένως για καλύτερη βιοδιαθεσιμότητα στα κύτταρα έγινε σύνθεση των υποκαταστατών C18DEA και C18DPA, β-tocDEA, β-tocDPA, α-tocTMHA και δ-tocTMHA. Αντίδραση των υποκαταστατών αυτών με το VIVO(acac)2 ή το VIVOCl2 ή το VIVOSO4⸱5H2O έδωσε τα σύμπλοκα VVOC18DEA, VIVO(Cl)C18DPA, VVO(β-tocDEA), VIVO(Cl)(β-tocDPA), [VV(α-tocTMHA)]- και [VV(δ-tocTMHA]-. Οι ενώσεις μελετήθηκαν και χαρακτηρίστηκαν μέσω των φασματοσκοπικών τεχνικών NMR, EPR, UV-Vis και IR. Τα σύμπλοκα βαναδίου σε αντίθεση με τις αντιοξειδωτικές οργανικές ενώσεις προκαλούν το σχηματισμό ROS. Οι κατάλληλα σχεδιασμένοι οργανικοί υποκαταστάτες έδειξαν ότι ανάλογα με την δομή τους έχουν επιθυμητές ιδιότητες όπως είναι η φωτοδραστικότητα, η οξειδοαναγωγική δραστικότητα πολλαπλών ηλεκτρονίων και η αυξημένη λιποφιλικότητα για μεγαλύτερη βιοδιαθεσιμότητα. Από τις μελέτες που έγιναν, αποδείχθηκε ότι οι ενώσεις αυτές μπορούν να εφαρμοστούν με επιτυχία στην παραγωγή Η2Ο2, στην κατασκευή φωτογαλβανικών στοιχείων και στην σύνθεση αντικαρκινικών ενώσεων βασισμένων σε λιγότερο τοξικές ενώσεις από ότι είναι ο λευκόχρυσος στο cis-platin.

Here in, the design of new stable, efficient and selective complexes with two redox centers, metal and organic substrate, were investigated. These complexes were investigated in terms of oxygen activation and oxidation of organic substrates. Substituted p-hydroquinone/quinone molecules at 2,5-positions with amidic substitutes have been synthesized. These ligands were used for the ligation of zinc and copper. The ligands that were used for the ligation of vanadium are tripod ligands and tocopherol-based ligands. First of all, for the O2 activation, substituted p-hydroquinone/quinone have been synthesized. In particular, the di-substituted p-hydroquinone/quinone ligands that were synthesized are 2,5-bis[N,N’-bis(2-methylpyridyl)amino]-1,4-quinone (BBQ), 2,5-bis(bis(pyridyl-2-methyl)amino)-3,6-dichloro-1,4-hydroquinone (BBHQCl2) 2,5-bis(bis(pyridyl-2-methyl)amino)-3,6-dibromo-1,4-hydroquinone) (BBHQBr2), and 2,5-bis[Ν,Ν΄-bis(2-phenylthioethyl)amino]-1,4-benzoquinone (BSAQ). According to the Mannich reaction, hydroquinone ligands with an aminomethyl group were synthesized. The ligands that were synthesized are 2,5-bis[Ν,Ν’-bis(2-pyridyl-aminomethyl)-aminomethyl]-p-hydroquinone (H2bpymah), 2,5-bis[Ν,Ν’-bis(2-pyridyl-aminomethyl)-aminomethyl]-3,6-dibromo-1,4-hydroquinone (H2bpymaBrHq) and 2,5-bis[Ν,Ν’-bis(2-pyridyl-aminomethyl)-aminomethyl]-3,6-dibromo-1,4-hydroquinone (H2BSAHq). In particular, synthesis of the compound H2BBQ2+[ZnCl4]2-ꞏH2O (Zn1) and [(ZnCl)2(μ-BBH)]ꞏ7Η2Ο (Zn2) was achieved from the di-substituted quinone ligand BBQ. The complex [(ZnCl)2(μ-BBHQCl2)], the polymer complex [Zn2(SO4)(μ-BBHQCl2)]n and the complex [(CuCl)2(μ-BBHQCl2)] were isolated from the BBHQCl2 ligand. Then, the complexes [(ZnCl4)2-(H2bpymah)2+], [Zn2Cl4(H2bpymah)] and [(ZnCl)2(bpymah] were synthesized by the treatment of aqueous solution of ZnCl2 with the H2bpymah ligand. All of the compounds were studied using UV-vis, NMR, EPR and fluorescence spectroscopy. For the investigation of the reactivity of vanadium complexes in the formation of ROS, which have anticancer properties and therefore for better bioavailability in cells, the ligands C18DEA C18DPA, β-tocDEA, β-tocDPA, α-tocTMHA and δ-tocTMHA were synthesized. Reaction of these ligands with VIVO(acac)2 or VIVOCl2 or VIVOSO4⸱5H2O produced the VVOC18DEA, VIVO(Cl)C18DPA, VVO(β-tocDEA), VIVO(Cl)(β-tocDPA), [VV(α-tocTMHA)]- and [VV(δ-tocTMHA]- complexes. The compounds have been synthesized and characterized by NMR, UV-Vis, EPR and IR spectroscopies. Vanadium complexes, in contrast to the antioxidant organic compounds, induce the formation of ROS. Properly designed organic substituents have shown that depending on their structure they have desirable properties such as photoreactivity, redox activity of multiple electrons and increased lipophilicity for greater bioavailability. Studies have shown that these compounds can be successfully used in the production of H2O2, in the manufacture of photovoltaic cells and in the synthesis of anti-cancer compounds based on less toxic compounds than platinum in cis-platinum.