Σύνθεση νέων οργανικών ενώσεων με τη χρήση αντιδραστηρίων του βορίου και μελέτη των βιολογικών και τεχνολογικών εφαρμογών τους

Abstract

This thesis aims to develop flexible, efficient, and environmentally friendly methods for the synthesis of a variety of boron-based heterocyclic compounds, providing a comprehensive and representative study to highlight the unique properties and applications of these new heterocyclic systems. Based on the principles of Green Chemistry, cost-effective and structurally simple starting materials were selected, such as substituted anthranilic acids, salicylaldehydes, benzonitriles, and arylboronic acids for which aqueous solvent mixtures were employed, taking advantage of the abundance and environmental sustainability of water. Quantitative reactions with high atom economy were carried out using these systems, aiming at the direct synthesis of the final products in a single step, thus avoiding the isolation of intermediate compounds. Microwave irradiation had a crucial role in both optimizing and enabling the reactions, resulting in synthesis of boron-containing heterocycles with tetrahedral geometry, such as the bridgehead bicyclo[4.4.0] of benzoxazaborinones and the bridgehead bicyclo[5.4.0] of salicylaldehyde and acetophenone azines, as well as planar triangular arrangements, such as oxadiazaboroles and benzodiazaborinones. The increased delocalization of the heterocyclic rings in these compounds, combined with the targeted introduction of substituents, contributed to the enhancement and tuning of their electronic and photophysical properties, directly affecting their potential applications. The results of the measurements highlighted the ability of benzoxazaborinones to interact with CT-DNA, the distinctive fluorescence properties of boron-containing azine complexes and the antimicrobial activity of oxadiazaboroles and benzodiazaborinones. Finally, it was proved that the novel method developed for the quantitative and chemoselective synthesis of either oxadiazaboroles or benzodiazaborinones directly from benzonitriles can contribute to the formation of an expanded library of molecules based on the Diversity-Oriented Synthesis (DOS), giving new prospects for future applications.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή στοχεύει στην εύρεση ευέλικτων, αποδοτικών και περιβαλλοντικά φιλικών μεθόδων σύνθεσης ποικιλίας ετεροκυκλικών ενώσεων με βάση το βόριο, διαμορφώνοντας μια ολοκληρωμένη και αντιπροσωπευτική μελέτη για την ανάδειξη των ιδιαιτεροτήτων και των εφαρμογών των νέων ετεροκυκλικών συστημάτων. Με βάση τις αρχές της Πράσινης Χημείας επιλέχθηκαν οικονομικές και δομικά απλές πρώτες ύλες όπως: ανθρανιλικά οξέα, υποκατεστημένες σαλικυλικές αλδεΰδες, βενζονιτρίλια και αρυλοβορονικά οξέα και για τις οποίες χρησιμοποιήθηκαν υδατικά μείγματα διαλυτών αξιοποιώντας την αφθονία και τη περιβαλλοντική βιωσιμότητα του νερού. Με τα συγκεκριμένα συστήματα πραγματοποιήθηκαν ποσοτικές αντιδράσεις με υψηλή ατομική οικονομία και επιδιώχθηκε η απευθείας σύνθεση των τελικών προϊόντων, σε ένα στάδιο, αποφεύγοντας την απομόνωση ενδιάμεσων ενώσεων. Καθοριστικής σημασίας για τη βελτιστοποίηση αλλά και για την υλοποίηση των αντιδράσεων ήταν η συμβολή της μικροκυματικής ακτινοβολίας, μέσω της οποίας συντέθηκαν βοριούχες ετεροκυκλικές ενώσεις με τετραεδρική γεωμετρία: [4.4.0] γέφυρες των βενζοξαζαβορινονών και [5.4.0] γέφυρες των αζινών της σαλικυλικής αλδεΰδης και της ακετοφαινόνης, αλλά και με επίπεδη τριγωνική διάταξη: οξαδιαζαβορόλια και βενζοδιαζαβορινόνες. Ο αυξημένος απεντοπισμός των ετεροκυκλικών δακτυλίων στις συγκεκριμένες ενώσεις, σε συνδυασμό με τη στοχευμένη εισαγωγή υποκαταστατών σε αυτές, συνέβαλλαν στη βελτίωση αλλά και στη ρύθμιση των ηλεκτρονιακών και των φωτοφυσικών τους ιδιοτήτων, επηρεάζοντας άμεσα και τις εφαρμογές τους. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν ανέδειξαν: την ικανότητα των βενζοξαζαβορινονών να αλληλεπιδρούν με το CT-DNA, τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του φθορισμού των βοριούχων συμπλόκων των αζινών και την αντιμικροβιακή δράση των οξαδιαζαβορολίων και των βενζοδιαζαβορινονών. Τέλος, αποδείχθηκε ότι η πρωτότυπη μέθοδος που αναπτύχθηκε για τη ποσοτική και χημειοεκλεκτική σύνθεση είτε των οξαδιαζαβορολίων, είτε των βενζοδιαζαβορινονών απευθείας από το βενζονιτρίλιο, μπορεί να συμβάλλει στη δημιουργία μιας ευρύτερης βιβλιοθήκης μορίων βασισμένης στη προσανατολισμένη στη δομική ποικιλομοσύνθεση (DOS), ανοίγοντας νέες προοπτικές για μελλοντικές εφαρμογές.