Metalociclos autoensamblados de Pt(II) como potenciales metalofármacos antitumorales

Programa Oficial de Doutoramento en Química Ambiental e Fundamental. 5031V01[Resumen] La presente tesis doctoral se divide en tres partes diferenciadas, comenzando por el diseño y desarrollo de una nueva metodología que ha permitido obtener de manera más eficiente ligandos previamente publicados por el grupo de investigación, y cuyo ensamblaje a bajas concentraciones con centros metálicos de Pd(II) y Pt(II) conduce a especies mononucleares M1L1. La nueva estrategia permite además obtener nuevos ligandos análogos de diferente tamaño y funcionalización. Se ha estudiado el proceso de autoensamblaje dirigido por Pd(II)/Pt(II) de los nuevos ligandos, observándose además de las especies mononucleares, dímeros M2L2 a altas concentraciones. Se ha logrado controlar el equilibrio entre la especie monomérica y dimérica mediante la aplicación de estímulos externos (concentración y adición de sustratos). La segunda parte del trabajo se centró en el estudio de la interacción de metalociclos de Pt(II) con el ADN de doble hélice y de estructura cuádruple. Se comenzó por el estudio de la interacción de tres metalociclos cuadrangulares de tipo M2L2, previamente publicados por el grupo de investigación, y que diferían entre sí en el tamaño de la cavidad. Se trató con este trabajo de determinar la posible influencia del tamaño de los metalociclos en su interacción con ADN. Los resultados mostraron que, a mayor tamaño de cavidad, mayor es la interacción con el ADN pero menor es la selectividad con el ADN cuádruple frente al de doble hélice. Los resultados obtenidos mediante técnicas espectroscópicos, se vieron reforzados mediante la realización de ensayos celulares. Por último, se evaluó la interacción de una librería de metalociclos M1L1 y M2L2 con mayor variedad estructural con ADN de doblé hélice y cuádruple. Los metalociclos que ofrecieron un mejor perfil de interacción y selectividad con el ADN cuádruple, fueron sometidos a un estudio espectroscópico más completo. De los metalociclos analizados más en profundidad, el que presentó mejor perfil en sus propiedades de absorción y emisión, fue sometido a posteriores estudios biológicos. Estos estudios revelaron que el metalociclo era capaz de internalizarse en diversas células cancerígenas, para alcanzar el núcleo y unirse posteriormente al ADN de estructura cuádruple presente en el nucléolo, constituyendo el primer ejemplo de metalociclo de Pt(II) fluorescente capaz de exhibir dicho comportamiento.[Resumo] A presente tese doutoral divídese en tres partes diferenciadas, comezando polo deseño e desenrolo dunha nova metodoloxía que permitiu obter de xeito máis eficiente ligandos previamente publicados polo grupo de investigación, cuxo ensamblaxe a baixas concentracións con centros metálicos de Pd(II) e Pt(II) conduce a formación de metalociclos mononucleares M1L1. Ademais, a través desta nova estratexia logrouse obter novos ligandos análogos con diferente tamaño e funcionalización. Estudiouse o proceso de autoensamblaxe dirixido por Pd(II)/Pt(II) dos novos ligandos, observando ademais das especies mononucleares, a aparición de especies dinucleares M2L2 a altas concentracións. Logrouse controlar o equilibrio entre a especie monomérica e dimérica mediante a aplicación de estímulos externos (concentración e adición de substratos). A segunda parte do traballo centrouse no estudo da interacción de metalociclos de Pt(II) co ADN de dobre hélice e cuádruple. Comezouse polo estudo da interacción de tres metalociclos cuadrangulares de tipo M2L2, previamente publicados polo grupo de investigación e que diferían entre eles no tamaño da súa cavidade. Tratouse con este traballo de determinar a posíbel influencia do tamaño na interacción dos metalociclos co ADN. Os resultados amosaron que a maior tamaño da cavidade, maior é a interacción co ADN pero menor é a selectividade co ADN cuádruple fronte ao de dobre hélice. Os resultados obtidos mediante técnicas espectroscópicas, reforzáronse mediante a realización de ensaios celulares. Por último, avaliouse a interacción de metalociclos M1L1 e M2L2 con maior variedade estrutural co ADN de dobre hélice e cuádruple. Os metalociclos que ofreceron un mellor perfil de interacción e selectividade foron sometidos a un estudo espectroscópico máis completo. De tódolos metalociclos analizados o que presentou un mellor perfil de absorción e emisión foi sometido a posteriores estudos biolóxicos. O estudo revelou que o metalociclo analizado era capaz de internalizarse en diversas células canceríxenas, para alcanzar o núcleo e unirse posteriormente ao ADN cuádruple presente no nucléolo, constituíndo o primeiro exemplo de metalociclo de Pt(II) fluorescente capaz de exhibir dito comportamento.[Abstract] The present dissertation is divided in three sections. On the first part, we have designed and developed a new synthetic methodology that has enabled the preparation of ligands previously published by the research group in a more efficient manner. The assembly of these ligands with metallic centers of Pd(II) and Pt(II) at low concentrations leads to the formation of mononuclear metallacycles M1L1. In addition, through this strategy new analogue ligands with different size and functionalization were obtained. The process of Pd(II)/Pt(II)-directed self-assembly of the new metallacycles has been explored, observing that apart from the expected mononuclear metallacycles, dinuclear species M2L2 appear at high concentrations. We have found that the speciation can be controlled by the application of external stimuli (concentration and/or addition of a substrate). The second part of this work is focused on the study of the interaction of Pt(II) metallacycles with duplex and G-quadruplex DNA structures. We began by studying the interaction of three differently-sized quadrangular metallacycles of type M2L2, previously published by this research group. The purpose of this work was to determine the possible influence of size of the metallacycles on the interaction with DNA. The results showed that the smallest Pt-box display less activity but greater selectivity for a quadruplex formed in c-Kit gene. The results obtained by means of spectroscopic techniques were reinforced by carrying out cell tests. Finally, we have studied the interaction of a more diverse family of M1L1 and M2L2 metallacycles with double-helix and G-quadruplex DNA. The metallacycle showing a better interaction profile and selectivity, were subjected to further spectroscopic studies. Of all the metallacycles analyzed, the one with the best absorption/emission profile was subjected to further biological studies. Those revealed that the analyzed metallacycle was able to enter cancer cells, to reach the nucleus and subsequently bind G-quadruplex structures present in the nucleolus, being the first example of a fluorescent Pt(II) metallacycle capable of exhibiting this behaviour

Metalociclos como receptores moleculares : caracterización por RMN

[Resumen] En este proyecto de fin de grado se han estudiado procesos de ensamblaje molecular de ligandos ensayados en el grupo de investigación y centros metálicos de Pd(II) y Pt(II) junto con procesos de reconocimiento molecular empleando como moléculas huésped naftalenos difuncionalizados. Los compuestos preparados se han caracterizado por resonancia magnética nuclear. Primero se estudia la síntesis y ensamblaje de un ligando derivado de la N-monoalquil-4,4'-bipiridina con un complejo de Pd(II) de geometría planocuadrada en agua deuterada a temperatura ambiente para dar lugar al metalociclo 7a. A continuación, se lleva a cabo la preparación de complejos de inclusión en los que el metalociclo 7a actúa como molécula receptora con características π-deficientes y compuestos de naftaleno difuncionalizados como moléculas huésped con características π-excedentes. Se realiza un estudio acerca de la estequiometría del sistema huésped-receptor de dos de los complejos de inclusión formados y se lleva a cabo el cálculo de la constante de asociación en uno de dichos complejos mediante técnicas espectrofotométricas de radiación UV-VIS. La caracterización del ligando sintetizado, del metalociclo y los complejos de inclusión se realiza mediante resonancia magnética nuclear. Se prepara así mismo el metalociclo 7b mediante ensamblaje del ligando derivado de la N-monoalquil-4,4'-bipiridina con un complejo de Pt(II) en agua deuterada pero en este caso a altas temperaturas en un horno microondas y se caracteriza por resonancia magnética nuclear. En segundo lugar se estudia la síntesis mediante dos rutas diferentes, la purificación y ensamblaje de un ligando derivado de la N-monoalquil-transetilen-4,4'-bipiridina con un complejo de Pd(II).[Abstract] In this project we have studied molecular assembly processes of ligands tested in this research group and Pd (II) and Pt (II) metal centers together with recognition processes using as host molecules difunctionalized naphthalenes. The compounds prepared were characterized by nuclear magnetic resonance. First the synthesis and assembly of a ligand is studied. This ligand is derived from the N-monoalkyl-4, 4'-bipyridine with a complex of Pd(II) which has a square planar shape, in deuterated water at room temperature to yield 7a metallocycle. Then, is performed the preparation of inclusion complexes where the metallocycle 7a acts as receptor molecule π-deficient features and naphthalene compounds as guest molecules with difunctionalized π-over features. A study about the stoichiometry of the host-receptor of two inclusion complexes formed and carried out was done and also the calculation of the association constant one of those complexes through spectrophotometrically techniques by UV-VIS. The characterization of the ligand synthesized, the metallocycle, and the inclusion complexes is carried out by nuclear magnetic resonance techniques. Likewise metallocycle 7b is prepared by the assembly of the derived ligand from N-monoalkyl-4, 4'-bipyridine with a complex of Pt(II) in deuterated water but in this case at high temperatures in a microwave oven, characterized by nuclear magnetic resonance. Secondly studied synthesis by two different routes, purification and assembly of a ligand derived from the N-monoalkyl transetilen-4, 4'-bipyridine with a complex of Pd(II).[Resumo] Neste proxecto de fin de grado estudáronse procesos de autoensamblaxe molecular con ligandos ensaiados neste grupo de investigación e centros metálicos de Pd(II) e Pt(II) xunto con procesos de recoñecemento molecular empregando como moléculas hóspede naftalenos difuncionalizados. Os compostos sintetizados caracterizáronse por resonancia magnética nuclear. Primeiro estúdase a síntese e ensamblaxe de un ligando derivado da N-monoalquil-4,4'-bipiridina con un complexo de Pd(II) de xeometría planocadrada en auga deuterada a temperatura ambiente para dar lugar ao metalociclo 7a. A continuación, lévase a cabo a preparación de complexos de inclusión nos que o metalociclo 7a actúa como molécula receptora con características π-deficientes e compostos de naftaleno difuncionalizados como moléculas hóspede con características π-excedentes. Realízase un estudo a cerca da estequiometría do sistema hóspede-receptor de dous dos complexos de inclusión formados e lévase a cabo o cálculo da constante de asociación nun de ditos complexos mediante medidas de radiación UV-VIS. A caracterización do ligando sintetizado, do metalociclo e os complexos de inclusión realízase mediante técnicas de resonancia magnética nuclear. Prepárase así mesmo o metalociclo 7b mediante ensamblaxe do ligando con un complexo de Pt(II) en auga deuterada pero neste caso a elevadas temperaturas nun forno microondas e caracterízase por resonancia magnética nuclear. En segundo lugar estúdase a preparación mediante dúas rutas distintas , a purificación e ensamblaxe de un ligando derivado da N-monoalquil-transetilen-4,4'-bipiridina con un complexo de Pd(II).Traballo fin de grao (UDC.CIE). Química. Curso 2012/201

Polymeric Helical Structures à la Carte by Rational Design of Monomers

This document is the Accepted Manuscript version of a Published Work that appeared in final form in Macromolecules, copyright © 2020 American Chemical Society after peer review and technical editing by the publisher. To access the final edited and published work see: https://doi.org/10.1021/acs.macromol.0c00085Preparation of helical structures à la carte by monomer design of dynamic helical polymers such as poly(phenylacetylene)s (PPAs) is a difficult task due to conformational freedom of the polyene backbone. Herein, we study the monomer/helical polymer scaffold relationship by preparation of two novel phenylacetylene monomer series substituted at the phenyl ring in ortho-, meta-, or para-positions with the two enantiomers of either α-hydroxy-α-phenylacetic acid (1) or α-chloro-α-phenylacetic acid (S-2) linked through an anilide bond. These monomers were further polymerized, and their secondary structure and dynamic behavior were analyzed. Compiling information from these studies and the structural data for other PPAs found in the literature, we can state that anilide linkages in para-substituted polymers tend to generate compressed cis-cisoidal polyene structures, which can be transformed into more elongated cis-transoidal ones by external stimuli, while benzamide linkages in para-substituted polymers form mainly cis-transoidal scaffolds. The macromolecular structure of PPAs is also largely affected by the aromatic substitution pattern, adopting more stretched scaffolds once the pendant group is placed in meta- or ortho-positions, due to the steric hindrance generated by placing this group closer to the backboneFinancial support from MINECO (CTQ2015-70519-P), Xunta de Galicia (ED431C 2018/30; Centro singular de investigacioń de Galicia accreditation 2016-2019, ED431G/09, R.R. postdoctoral fellowship, and the European Regional Development Fund (ERDF) is gratefully acknowledgedS

Subcellular duplex DNA and G‐quadruplex interaction profiling of a hexagonal PtII metallacycle

[Abstract] Metal‐driven self‐assembly afforded a multitude of fascinating supramolecular coordination complexes (SCCs) with applications as catalysts, host–guest, and stimuli‐responsive systems. However, the interest in the biological applications of SCCs is only starting to emerge and thorough characterization of their behavior in biological milieus is still lacking. Herein, we report on the synthesis and detailed in‐cell tracking of a Pt2L2 metallacycle. We show that our hexagonal supramolecule accumulates in cancer cell nuclei, exerting a distinctive blue fluorescence staining of chromatin resistant to UV photobleaching selectively in nucleolar G4‐rich regions. SCC co‐localizes with epitopes of the quadruplex‐specific antibody BG4 and replaces other well‐known G4 stabilizers. Moreover, the photophysical changes accompanying the metallacycle binding to G4s in solution (fluorescence quenching, absorption enhancement) also take place intracellularly, allowing its subcellular interaction tracking.Ministerio de Economía, Industria y Competitividad; CTQ2016-75629-

Self-assembly of Pd₂L₂ Metallacycles Owning Diversely Functionalized Racemic Ligands

We present herein the efficient palladium­(II)-directed self-assembly in water of a series of nine new diversely functionalized metallacycles, owning hydroxy/alkoxycarbonyl/azidoalkyl exo pendant groups attached to ditopic <i>N</i>-monoalkyl/aryl-4,4′-bipyridinium/2,7-diazapyrenium ligands. The highly convergent and versatile synthetic route for the ligands uses the Zincke reaction between (dinitrophenyl)­bipyridinium/diazapyrenium salts and racemic amines as the key step. The stereochemical outcome of the self-assembly of the Pd₂L₂ species is discussed on the basis of density functional theory quantum-chemical calculations