Synthesis of fluorinated N-Heterocyclic chemosensors for selective metals recognition

The selective recognition of metal ions is an area of particular interest in the development of molecular probes for diagnostic and theranostic applications. In this context, the incorporation of fluorine atoms in a suitably designed organic scaffolds makes it possible to obtain systems that can potentially be monitored using 19F-NMR spectroscopy, a technique that is particularly sensitive to changes in the chemical environment of the fluorine nucleus. The main aim of this thesis was to perform complexation studies of different salts with synthesized fluorinate ligands bearing a bispidine core, in order to assess their ability to selectively recognize different metal ions. Both bidentate and tetradentate bispidines were analyzed in order to evaluate how the number of donor atoms affects their coordination behavior. While bidentate ligands interact with the metal center through two donor sites, tetradentate ligands offer a larger coordination environment due to the presence of four donor atoms. Structural differences can affect the stability of the resulting complexes, the coordination mode and the selectivity of the ligand to specific metal ions. These complexation studies were mainly carried out using NMR spectroscopy, in particular 19F-NMR were also supported by UV-Vis and IR analyses. The presence of fluorine atoms within the ligand structure allowed indeed to monitor changes in chemical shifts of NMR signals following by the addition of the various metal ions. These variations were used as an indication of the formation of complexes and of the differing affinities of the ligands for the selected metals. Furthermore, the work was extended to the development and synthesis of a new class of fluorinated ligands based on the 1,10-phenanthroline scaffold, with the aim to obtain new molecules as potential probes for the selective recognition of metal ions and for theranostic applications. At the moment, studies are in progress to assess the complexation behavior of these new ligands with respect to various metal centers.

Il riconoscimento selettivo di ioni metallici rappresenta un aspetto di grande interesse nello sviluppo di sonde molecolari per applicazioni diagnostiche e teranostiche. In questo ambito, l’introduzione di atomi di fluoro all’interno di scaffold organici opportunamente progettati consente di ottenere sistemi potenzialmente monitorabili mediante spettroscopia 19F-NMR, tecnica particolarmente sensibile alle variazioni dell’ambiente chimico del nucleo di fluoro. L’obiettivo principale di questa tesi era quello di condurre studi di complessazione di diversi sali con ligandi fluorurati sintetizzati dotati di un nucleo bispidinico, al fine di valutare la loro capacità di riconoscere selettivamente diversi ioni metallici. Sono state analizzate sia bispidine bidentate che tetradentate per valutare in che modo il numero di atomi donatori influisce sul loro comportamento di coordinazione. Mentre i ligandi bidentati interagiscono con il centro metallico attraverso due siti donatori, quelli tetradentati offrono un ambiente di coordinazione più ampio grazie alla presenza di quattro atomi donatori. Le differenze strutturali possono influire sulla stabilità dei complessi risultanti, sulla modalità di coordinazione e sulla selettività del ligando nei confronti di specifici ioni metallici. Questi studi di complessazione sono stati condotti mediante spettroscopia NMR, in particolar modo utilizzando la 19F-NMR, supportati anche da analisi UV-Vis e IR. La presenza di atomi di fluoro all’interno della struttura dei ligandi ha permesso di monitorare le variazioni di chemical shift in seguito all’aggiunta dei diversi ioni metallici. Tali variazioni sono state utilizzate come indicazione della possibile formazione dei complessi e della diversa affinità dei ligandi con i metalli selezionati. Inoltre, il lavoro è stato esteso allo sviluppo di una nuova classe di ligandi fluorurati basati sullo scaffold della 1,10-fenantrolina. Questi sistemi sono stati progettati con uno scopo analogo a quello dei derivati bispidinici, ovvero ottenere nuove molecole potenzialmente impiegabili come sonde molecolari per il riconoscimento selettivo di ioni metallici e, per possibili applicazioni teranostiche. Studi preliminari sono inoltre in corso per valutare anche il comportamento di complessazione di questi nuovi ligandi nei confronti di diversi centri metallici.