Παραγωγοποίηση π συστημάτων από την ενεργοποίηση τους με νανοσωματίδια μετάλλων

Abstract

The present dissertation includes new catalytic methodologies concerning the application of Au/TiO₂ nanoparticles in reductive processes, the synthesis of bioactive heterocyclic compounds, as well as the mechanistic study of these transformations. In Part I, the selective reduction of π-systems using ammonia–borane (NH₃BH₃) as a reducing agent, catalyzed by gold nanoparticles supported on TiO₂, is presented. Specifically, Chapter 1 deals with the reduction of azobenzenes to hydrazobenzenes, which are precursors of p-phenylenediamine derivatives—structural components of polyimide polymers. The mild reductive conditions prevent further reduction and cleavage of the N–N bond, thus avoiding the formation of amines as byproducts, a phenomenon commonly observed in classical reduction methods. This work was published in Advanced Synthesis & Catalysis (Zantioti-Chatzouda, E.-M.; Malliotaki, D.; Stratakis, M. Adv. Synth. Catal. 2023, 365 (17), 2982–2987, [Highlighted in SYNFACTS; Synfacts 2023, 16 (12), 1233]). Chapter 2 reports, for the first time in the literature, the application of the above catalytic system for the conversion of organic azides to amines. This is a rapid and selective reaction that leaves other potentially reducible functional groups intact. The study has been completed and is in preparation for publication (Zantioti-Chatzouda, E.M.; Malliotaki, D.; Kokkinos, A.-D.; Agathocleous, O.; Zachilas, I.; Stratakis, M. to be submitted). In Part II, the catalytic synthesis of biologically active compounds from 1,1′diynones is presented. In Chapter 3, the organocatalytic synthesis of γ-pyrones, unsaturated oxygencontaining heterocyclic compounds that form part of the framework of various natural products, is described. These results were published in the European Journal of Organic Chemistry (Zantioti-Chatzouda, E.-M.; Koromilas, N.; Kotzabasaki, V.; Kosidekakis, E.; Vassilikogiannakis, G.; Stratakis, M. Eur. J. Org. Chem. 2024, 27 (37), e202400457). Chapter 4 presents the results of the synthesis of γ-pyridones, unsaturated nitrogen-containing heterocycles, via intramolecular cyclization catalyzed by a base or Ag(I). γ-Pyridones constitute key structural motifs in compounds of biological interest as well as in commercially available pharmaceuticals. The synthesized pyridones display activity as inhibitors of the bacterial SecA protein. This work was recently published in the Asian Journal of Organic Chemistry (Zantioti-Chatzouda, E.-M.; Kaplani, S.-A.; Stroda, E.-M.; Eleftheriadis, N.; Stratakis, M. Asian J. Org. Chem. 2025, e00608).

Η παρούσα διατριβή περιλαμβάνει νέες καταλυτικές μεθοδολογίες που αφορούν την εφαρμογή των νανοσωματιδίων Au/TiO2 σε αναγωγικές διεργασίες, την σύνθεση βιοδραστικών ετεροκυκλικών ενώσεων, καθώς και την μηχανιστική μελέτη των μετασχηματισμών αυτών. Στο 1ο Μέρος παρουσιάζεται η εκλεκτική αναγωγή π-συστημάτων με χρήση του συμπλόκου αμμωνίας-βορανίου (NH3BH3) καταλυόμενη από νανοσωματίδια Au προσροφημένα σε TiO2. Συγκεκριμένα, το Κεφάλαιο 1 αφορά την αναγωγή αζωβενζολίων προς υδραζωβενζόλια, πρόδρομα μόρια των p-διαμινοδιφαίνυλο ενώσεων, οι οποίες με την σειρά τους αποτελούν δομικά στοιχεία των πολυιμιδικών πολυμερών. Οι ήπιες αναγωγικές συνθήκες αποτρέπουν την περαιτέρω αναγωγή και διάσπαση του δεσμού μεταξύ των αζώτων και την παραγωγή αμινών ως παραπροϊόντα, φαινόμενο που παρατηρείται στις κλασικές μεθοδολογίες αναγωγής. Η εργασία αυτή δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Advanced Synthesis & Catalysis (Zantioti-Chatzouda, E.-M.; Malliotaki, D.; Stratakis, M. Adv. Synth. Catal. 2023, 365 (17), 2982-2987, [Highlighted in SYNFACTS; Synfacts 2023, 16 (12), 1233]). Στο Κεφάλαιο 2 αναφέρεται για πρώτη φορά στην βιβλιογραφία η εφαρμογή του παραπάνω καταλυτικού αναγωγικού συστήματος για την μετατροπή οργανικών αζιδίων προς αμίνες. Πρόκειται για μια ταχύτατη και εκλεκτική αντίδραση που αφήνει ανέπαφες άλλες λειτουργικές ομάδες, που επίσης δύναται να αναχθούν. Η εργασία αυτή έχει ολοκληρωθεί και προετοιμάζεται προς δημοσίευση (Zantioti-Chatzouda, E.M.; Malliotaki, D.; Kokkinos, A.-D.; Agathocleous, O.; Zachilas, I.; Stratakis, M. to be submitted). Στο 2ο Μέρος παρουσιάζεται η καταλυτική σύνθεση ενώσεων με βιολογική δραστικότητα από 1,1΄-διυνόνες. Ειδικότερα, στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται η οργανοκαταλυόμενη σύνθεση γ-πυρονών, ακόρεστων ετεροκυκλικών ενώσεων που περιέχουν οξυγόνο και αποτελούν τμήμα του σκελετού διάφορων φυσικών προϊόντων. Τα αποτελέσματα αυτά έχουν δημοσιευτεί το περιοδικό European Journal of Organic Chemistry (Zantioti-Chatzouda, E.-M.; Koromilas N.; Kotzabasaki V.; Kosidekakis E.; Vassilikogiannakis G.; Stratakis, M. Eur. J. Org. Chem., 2024, 27 (37), e202400457). Στο Κεφάλαιο 4 παρατίθενται τα αποτελέσματα την σύνθεσης γ-πυριδονών, ακόρεστων ετεροκυκλικών ενώσεων που περιέχουν άζωτο, μέσω ενδομοριακής κυκλοποίησης καταλυόμενη από βάση ή Ag(I). Οι γ-πυριδόνες αποτελούν βασικό δομικό στοιχείο ενώσεων με βιολογικό ενδιαφέρον, καθώς και εμπορικά διαθέσιμων φαρμακευτικών σκευασμάτων. Οι πυριδόνες που συντέθηκαν εμφανίζουν δραστικότητα στη αναστολή της πρωτεΐνης SecA των βακτηρίων. Η εργασία αυτή δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Asian Journal of Organic Chemistry (Zantioti-Chatzouda, E.-M.; Kaplani, S.-A.; Stroda, E.-M.; Eleftheriadis, N.; Stratakis, M. Asian J. Org. Chem., 2025, e00608).