In questo lavoro di tesi sono stati sintetizzati e caratterizzati nuovi cavitandi macrociclici
funzionalizzati sia con una unità salen chirale, sia con una unità fullerenica.
I cavitandi salen 8 e 9 si sono rivelati efficienti recettori molecolari nei confronti di guest
alchil-ammonio, in particolare nei confronti di amminoacidi permetilati all’azoto amminico. La
driving force del meccanismo di riconoscimento è l’inclusione dell’azoto permetilato all’interno
della cavità chinossalinica, con la formazione di interazioni catione-π e CH-π. Questi recettori
hanno anche dimostrato una buona enantioselezione (>10), originata dalla chiralità dell’unità
salen, nei confronti dei guest testati.
I cavitandi salen chirali sono stati utilizzati anche come recettori nei confronti di amminoacidi
salificati al gruppo carbossile con ioni tetrabutilammonio (TBA) e tetrametilammonio (TMA). I
risultati mostrano buone costanti di binding, ma bassi valori di enantioselezione, giustificabili
dall’assenza nel recettore di un sito specifico per l’anione chirale.
L’introduzione del catione uranile (UO
2) nell’unità salen ha cambiato il processo di
riconoscimento, ottenendo dei recettori eteroditopici 9 e 10. Questi recettori si sono rivelati
efficienti enantiodiscriminatori dei sali degli amminoacidi in quanto in questo caso l’anione
chirale si lega direttamente al recettore.
Questo è il primo esempio in cui viene utilizzato un recettore uranile per il riconoscimento di
anioni carbossilato. Data la complessità degli spettri NMR dei recettori è stato possibile avere
informazioni strutturali sui complessi Host/Guest solo dalle titolaizioni
1H NMR.
La sintesi del salen-UO
2-pirene 12 e gli studi di riconoscimento molecolare hanno verificato
le ipotesi fatte con i cavitandi. Gli esperimenti TROESY hanno infatti permesso di determinare
la posizione del guest (anione e catione) nel complesso supramolecolare. Grazie a questo
confronto è stato possibile dimostrare che questi recettori UO
2riescono a legare efficientemente
anioni carbossilato di amminoacidi, svolgendo al tempo stesso enantiodiscriminazione.
I cristalli ottenuti con i salen-UO
2semplici 18 e 20, insieme ai dati NMR, suggeriscono che di
fondamentale importanza ai fini del riconoscimento enantioselettivo sembrerebbe essere la
configurazione del ponte chirale, in particolar modo l’orientazione degli anelli fenilici: se questi
sono orientati in posizione assiale, formando fra loro un angolo diedro di 180°,
l’enantioselezione è alta.
La funzionalizzazione di un cavitando chirale con una catena alifatica contenente un doppio
legame terminale permette di ancorare il recettore (21) su superfici di silice (Si-100 e porosa).
L’avvenuta deposizione è stata confermata mediante tecniche XPS e IR. La superficie di silice
Tesi di Dottorato in Scienze Chimiche - Giuseppe Trusso Sfrazzetto
185
porosa, avendo una maggiore area superficiale, si presta infatti a misure spettroscopiche
classiche, quali appunto la spettroscopia infrarossa. Le immagini SEM della superficie porosa
funzionalizzata con in cavitando 21 dimostrano che il processo di grafting non altera le
caratteristiche morfologiche della superficie stessa. Mediante tecnica AFM (litografia a forza
atomica, contact mode) è stato possibile valutare lo spessore del monostrato ancorato su Si100
(~1.1 nm), ipotizzando quindi la probabile orientazione del cavitando 21 sulla superficie. È stata
dimostrata per mezzo di misure XPS la capacità della superficie funzionalizzata di complessare il
catione uranile in fase eterogenea, trattando la superficie con una soluzione di acetato di uranile.
La funzionalizzazione di un cavitando chinossalinico con una unità di fullerene ha permesso
l’ottenimento di un nuovo fotosensibilizzatore 24 per la produzione di ossigeno singoletto
1
O
2
(
1Δ
g). Abbiamo dimostrato che l’integrazione di tre anelli chinossalinici nello stesso scaffold
migliora le capacità del fullerene di raccogliere la radiazione luminosa. Le chinossaline infatti
fungono da “antenne” coinvogliando la radiazione sul fullerene attraverso un trasferimento di
energia intramolecolare tra stati di singoletto. Successivamente viene popolato lo stato di
tripletto del fullerene (attraverso intersystem crossing), il quale genera
1O
2(
1Δ
g) con alte rese.
Studi preliminari in vitro dimostrano la capacità di questo composto di legarsi (non
covalentemente) per mezzo delle chinossaline (le quali fungono da agenti intercalanti) al DNA,
promuovendone la reazione di fotoossidazione. Questo tipo di meccanismo è alla base di varie
terapie fotodinamiche per il trattamento di alcune forme tumorali.
I risultati ottenuto durante il triennio di dottorato suggeriscono che i cavitandi a base
resorcarenica, opportunamente funzionalizzati, possono essere utilizzati sia nell’ambito della
chimica supramolecolare applicata all’enantiodiscriminazione di target chirali, sia nella
produzione di molecole con potenziali applicazioni in ambito farmaceutico.
CURRICULUM VITAE ET STUDIORUM
Il Dott. Giuseppe Trusso Sfrazzetto è nato a Catania il 26/08/1981 e risiede attualmente in via
Marco Polo 17, 95030 Pedara (CT). Ha conseguito la maturità scientifica presso il “Liceo
Scientifico Statale Galileo Galilei” di Catania il 18/07/2000. Successivamente ha frequentato il
corso di Laurea Triennale in Chimica presso l’Università degli Studi di Catania dal 2002 al 2005,
laureandosi il 30/11/2005 con voti 109/110. Presso la stessa Università ha frequentato il corso di
Laurea Specialistica in Chimica Organica e Bioorganica dal 2005 al 2007, laureandosi il
27/07/2007 con 110/110 e lode. Da settembre a novembre dello stesso anno ha lavorato come
contrattista presso i laboratori del Prof. Gaetano Tomaselli sintetizzando alcuni macrocicli per
riconoscimento molecolare. Nel mese di novembre del 2007 ha vinto una borsa di studio per il
Dottorato di Ricerca in Scienze Chimiche presso l’Università di Catania, posizionandosi al primo
posto. Durante il dottorato di ricerca ha collaborato con alcuni professori della stessa Università
svolgendo attività tutoriale nei laboratori didattici. Da novembre 2009 a gennaio 2010 ha
lavorato presso i laboratori del Prof. Paolo Scrimin a Padova, per la realizzazione di
nanoparticelle d’oro per applicazioni biomediche. Nel mese di luglio 2010 ha conseguito
l’abilitazione alla professione di Chimico. È attualmente co-autore di tre articoli scientifici
publicati su riviste internazionali. Durante il dottorato di ricerca ha partecipato a diverse Scuole
di Chimica Organica e numerosi Congressi, sia nazionali che internazionali, presentando sia i
poster che le comunicazioni orali sotto riportate. Durante il Congresso di Chimica Organica
Fisica e Meccanicistica (COFEM) che si è tenuto a Roma, dal 2 al 4 settembre 2010, ha ricevuto
il premio per il miglior contributo scientifico presentato.
Elenco pubblicazioni
• A. Patti, S. Pedotti, F. P. Ballistreri, G. Trusso Sfrazzetto, Synthesis and Characterization
of Some Chiral Metal-Salen Complexes Bearing a Ferrocenophane Substituent.
Molecules, 2009, 14, 4312-4325
• F. P. Ballistreri, A. Pappalardo, R. M. Toscano, G. A. Tomaselli, G. Trusso Sfrazzetto, A
New Heteroditopic Chiral Uranyl–Salen Receptor for Molecular Recognition of Amino
Acid Ammonium Salts Eur. J. Org. Chem. 2010, 20, 3806-3810
• F. P. Ballistreri, A. Pappalardo, G. A. Tomaselli, E. Vittorino, S. Sortino, G. Trusso
Sfrazzetto, Synthesis and photophysics of a fullerene-triquinoxaline ensemble New J.
Partecipazioni a congressi e lavori presentati
• Congresso SCI congiunto Sicilia-Clabria: Progettazione e sintesi di nuove cavità
macrocicliche per riconoscimento molecolare. Messina, 3/12/2007
• Congresso SCI congiunto Sicilia-Clabria: Nuovi recettori ditopici macrociclici contenenti
unità salen UO
2per il riconoscimento di sali di ammonio chirali Messina, 3/12/2007
• Winter School of Physical Organic Chemistry (WISPOC): Design and synthesis of new
macrocycles cavitands for molecular recognition. Bressanone, 27/01/2008
• Winter School of Physical Organic Chemistry (WISPOC): Novel chiraò Salen-UO
2macrocycles as ditopic receptors for recognition of chiral ammonium salts. Bressanone,
27/01/2008
• Sigma Aldrich Young Chemists Symposium (SAYSC): Progettazione e sintesi di un
nuovo cavitando chirale per riconoscimento molecolare enantioselettivo. Pesaro,
20/10/2008
• Forum INSTM: Design and synthesis of new chiral Cavitand Salen for enantioselective
molecular recognition. Bressanone, 28/11/2008
• Winter School of Physical Organic Chemistry (WISPOC): Design and synthesis of new
chiral Cavitand Salen for enantioselective molecular recognition. Bressanone,
01/02/2009
• Consorzio Interuniversitario Reattività Chimica e Catalisi (CIRCC): Design and synthesis
of new chiral cavitands-salen for enantioselective molecular recognition. Rimini,
20/02/2009
• First International Meeting of Organic Materials for a Better Future (FUTURMAT):
Synthesis of a new photosensitizer cavitand-C60 for singlet oxygen generation. Ostuni,
12/09/2009
• Convegno Congiunto delle Sezioni Calabria e Sicilia 2009: Riconoscimento molecolare
enantioselttivo di derivati aminoacidici di un nuovo complesso salen-uranilico.
Catania, 02/12/2009
• Winter School of Physical Organic Chemistry (WISPOC): Synthesis of New Chiral
Cavitands-Salen and their Uranyl complexes for enantioselctive molecular recognition.
Bressanone, 31/01/2010
• Consorzio Interuniversitario Reattività Chimica e Catalisi (CIRCC): Sintesi e
caratterizzazione di un nuovo “photosensitizer” cavitand-C60 per la produzione di
ossigeno singoletto. Napoli, 19/02/2010
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• 3° Forum Nazionale dei Giovani Ricercatori di Scienza e Tecnologia dei Materiali:
Covalent functionalization of Si(100) with a salen modified quinoxaline cavitand for
sensing application. Padova, 22/03/2010
• E-MRS 2010 Spring Meeting: Covalent functionalization of Si(100) with a salen modified
quinoxaline cavitand for sensing application. Strasbourg–France, 06/06/2010
• COFEM 2010 (Congresso Chimica Organica Fisica e Meccanicistica): Synthesis and
photophysics of a fullerene-triquinoxaline ensemble. Roma, 02/09/2010
• COFEM 2010 (Congresso Chimica Organica Fisica e Meccanicistica): Chiral Uranyl-
Salen receptor for enantiomeric molecular recognition of aminoacid ammonium salts.
Roma, 02/09/2010
• Sigma Aldrich Young Chemists Symposium (SAYSC): Sintesi di un nuovo complesso di
Salen-Mn(III) chirale come catalizzatore per reazioni di epossidazione enantioselettiva
di (Z)-alcheni. Pesaro, 18/10/2010
PUBBLICAZIONI
SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF SOME CHIRAL
METAL-SALEN COMPLEXES BEARING A FERROCENOPHANE
SUBSTITUENT
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Nel documento
Progettazione e sintesi di nuovi cavitandi macrociclici
(pagine 184-200)