Πανεπιστήμιο Κρήτης – Τμήμα Χημείας

Παρουσίαση με θέμα: "Πανεπιστήμιο Κρήτης – Τμήμα Χημείας"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Πανεπιστήμιο Κρήτης – Τμήμα Χημείας
Γενικό Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Τμήματος Χημείας Υπερμοριακή Χημεία Κατενάνια και Ροταξάνια : τα Μόρια του Μέλλοντος για Ιατρικές Εφαρμογές και Νανοτεχνολογία Καλαφατάκη Γεωργία Α.Μ 900 Διδάσκων : Κουτσολέλος Αθανάσιος Ηράκλειο, 09 Μαϊου 2016

2 Σύνθεση από Ίδια Πρόδρομη Ένωση
Ιστορία Υπερμοριακών Συγκροτημάτων Κατενάνια Catena (Αλυσίδα – Καδένα) Ροταξάνια Rota (Τροχός) και Axis (Άξονας) « Μοριακά Αδέλφια » Σύνθεση από Ίδια Πρόδρομη Ένωση Ψευδοροταξάνιο 1960 Σύνθεση Πρώτου Κατενανίου από τον Wasserman

3 Ψευδοροταξάνια ως Πρόδρομα Μόρια
Οργανικά Μεγαλομόρια Ψευδοροταξάνια Ροταξάνια Κατενάνια Ψευδοροταξάνια Μη Πραγματικοί Δεσμοί Ροταξάνια-Κατενάνια Μη Ομοιοπολικοί δεσμοί Μεταξύ των Μορίων

4 Μηχανικός Δεσμός Μεταξύ Γραμμικου και Κυκλικού Μορίου (Ροταξάνια)
Μηχανική Ένωση Μεταξύ Κυκλικού και Κυκλικού Μορίου (Κατενάνια) Μη Χημικός Δεσμός Μεταξύ των Μόριων ‘Μηχανικός’ Δεσμοί Υδρογόνου Δεσμοί Van der Walls Αλληλεπιδράσεις Μεταξύ των Ομάδων του Κυκλικού Μέρους και του Γραμμικού ή των Δύο Κυκλικών Υδρόφοβες Αλληλεπιδράσεις Αλληλεπιδράσεις Τύπου Δότη-Δέκτη Δεσμοί Συναρμογής Ιόντων Mετάλλων με τα Mακροκυκλικά Mόρια Δυνάμεις Coulomb

5 Δομή Ροταξανίων Ροταξάνια Ογκώδεις Υποκαταστάτες
Ένα ή Περισσοτερα Μακροκυκλικά Μόρια Ένα ή Περισσότερα Γραμμικά Μόρια Όχι Διαφυγή του Δακτυλίου Κυκλοφάνια Κυκλοδεξτρίνες Crown Ethers Κατά JUPAC Ονομασία [n] Ροταξάνια Απλούστερο Ροταξάνιο Ένα Επιμήκες Γραμμικό Μόριο Περασμένο σε Ένα Δακτυλοεϊδές Μακροκυκλικό Μόριο [2] Ροταξάνιο

6 Αύξηση θ Κατάλληλο Μέγεθος Ακραίων Ομάδων (το Γραμμικό Μόριο Μπαίνει)
Μηχανισμός Σύνθεσης Ροταξανίων Θερμοδυναμική Σύνδεση το Γραμμικό Μόριο Συγκρατείται Μέσα στο Μακροκυκλικό Μέσω μη Ομοιοπολικών Αλληλεπιδράσεων Όχι Αποσύνδεση Μερικό Μακροκυκλικό Μόριο Κλείνει στη Συνέχεια Βασιζόμενη στην Κινητική Σταθερότητα του Ροταξανιου Αύξηση θ Κατάλληλο Μέγεθος Ακραίων Ομάδων (το Γραμμικό Μόριο Μπαίνει) Μείωση θ Παγιδεύεται Συνδυασμός Πρόδρομων Ουσιών Χρήση Μετάλλου Ομοιοπολικός Δεσμός Μεταξύ των Αντιδραστηρίων

7 Δομή Κατενανίων Φυσικό Κατενάνιο
Κατενάνια Αλυσίδα με 2 ή Περισσότερα Μακροκυκλικά Μόρια Κατά JUPAC Ονομασία [n] Κατενάνια Απλούστερο Κατενάνιο Μακροκυκλικά Μόρια [2] Κατενάνια Σύζευξη 2 Κυκλικών Μορίων DNA (Πλασμιδίων) Fraser Stoddart Ολυμπιαδάνιο ([5] Κατενανια) Φυσικό Κατενάνιο

8 Σύνθεση Κατενανίων Δεσμοί Συναρμογής Ιόντων Mετάλλων με τα Mακροκυκλικά Mόρια Συνήθη Μέταλλα Li, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Cd Διευκόλυνση Αντίδρασης Όχι Μέρος Αυτής Μέταλλο Όχι Προσθήκη σε Στερεοχημικές Ποσότητες Όχι Παρουσία Ειδίκών Θέσεων Συντονισμού σε Ροταξάνια και Κατενάνια Στρατηγική Πρότυπο Ενεργού Μετάλλου  Παραγωγή Προϊόντος με Σχηματισμό Δεσμού

9 Σύνθεση Κατενανίων Αλληλεπιδράσεις Τύπου Δότη-Δέκτη
Πρώτο Υπερμοριακό Σύμπλεγμα Paraquat Δέκτης Ηλεκτρονίων Δεσμοί Υδρογόνου Δεσμοί Υδρογόνου Ροταξάνια Κατενάνια Μακροκυκλικά Μόρια Ομάδες Αμιδίων - Αιθερομάδες

10 Σύνθεση Κατενανίων Υδρόφοβες Αλληλεπιδράσεις
Σημαντικό Ρολο στη Συμπλοκοποίηση Χρήση α ή β Κυκλοδεξτρίνης ως Μακροκυκλικό Μόριο Γύρω απο Υδρόφοβες Ομάδες Σύνθεση Ροταξανίων Σύνθεση Πολυροταξάνιων Ομάδα του Stoddart η Σύνθεση Κατενανίων με Κυκλοδεξτρίνες

11 Αντιστάθμιση Μέρους του Κόστους της Εντροπίας της Σύνδεσης
Μηχανισμός Σύνθεσης Κατενανίων Threading and Clipping Απλή Αντίδραση Κλεισίματος Ring Closing Αντίδραση Απόδοση < 1% Όμως Χρήση π-donor και π-acceptor Απόδοση Περίπου 70% Double Clipping Δεσμούς Υδρογόνου Metal-Ligand Αλληλεπιδράσεις Αντιστάθμιση Μέρους του Κόστους της Εντροπίας της Σύνδεσης Υδρόφοβες Αλληλεπιδράσεις Αλληλεπιδράσεις Coulomb Υψηλότερες Αποδόσεις Βελτιωμένες Δυνατότητες Κατενανίων για Εφαρμογές

12 Εφαρμογές Κατενανίων -Ροταξανίων
Νανοτεχνολογία ως Μοριακοί Διακόπτες Κλειδί για Νάνουπολογιστες Φαινομένων Φθορισμού (Φθορίζοντες Μοριακοί Διακόπτες) Χαρακτηρισμός Κίνηση Υπερμοριακών Συγκροτημάτων Φωτοχρωμικών Φαινομένων (Φωτοχρωμικοί Μοριακοί Διακόπτες) Ορισμός κατάστασης ΟΝ-ΟFF

13 Αλληλεπιδράσεις Μεταξύ των Ομαδων των 2 Μακροκυκλικών Μορίων
Κατενάνια ως Μοριακοί Διακόπτες Ορισμός Καταστάσεων ΟΝ-OFF Μετατροπή Α Β και Β Α Αλληλεπιδράσεις Μεταξύ των Ομαδων των 2 Μακροκυκλικών Μορίων Επίδραση Ακτινοβολίας Επίδραση Κατάλληλου Οξέος ή Βάσης Περιστροφη Λογω Φόρτισης Ομάδας Επίδραση Ηλεκτρικού Ρευματος Αλλαγή pH Δημιουργία Αποστικών Δυνάμεων Coulomb Αλλαγή Διάταξης

14 Αλληλεπίδραση Ομάδων Γραμμικού Μέρους με του Κυκλικου
Ροταξάνια ως Μοριακοί Διακόπτες Επίδραση Εξωτερικών Παραγόντων Οριζόντια Shuttling Κίνηση Μακροκυκλικό Μόριο Μετατόπιση κατά Μήκος του Άξονα Περιστροφική Pirouetting Κίνηση Αλληλεπίδραση Ομάδων Γραμμικού Μέρους με του Κυκλικου Περιστροφή Μακροκυκλικού στον Γραμμικό Άξονα Αλλαγή Διάταξης Θέσεις Σταθμοί Ορισμός Καταστάσεων ON-OFF Βασική Προϋπόθεση Σύστημα σε Αρχική Κατάσταση

15 Αλληλεπιδράσεις Μεταφοράς Φορτίου
Molecular Shuttling Εκτέλεση Molecular Shuttling από Ροταξάνια Τύπος Μοριακών Μηχανών Νανοτεχνολαγία Ηλεκτρονικά Εξαρτήματα Νανοκλίμακας Ενδιαφέρον στη Βιολογία Βιοχημικές Λειτουργίες Στηριζόμενες στο Shuttling Σταθμός 1 Αλληλεπιδράσεις Μεταφοράς Φορτίου NDI Ελλειματικό από Αρωματικά Ηλεκτρόνια Μακροκυκλικό Ομάδες Υδροκινόνης Προσθήκη Ανιόντος Αλογονιδίου Σταθμός 2 Ομάδα Τριαζολίου Διαδικασία σε Διάλυμα CDCl Αλλαγή Χρώματος

16 Σκουαρένια-Ροταξάνια σε Bioimaging Εφαρμογές
Σκουαρένια Χρωστικές στο Near- IR Χρήση Ροταξανίου με Zn-DPA(Ογκώδη Υποκαταστάτη) Φωτοφυσικές Ιδιότητες για Οπτικές Bioimaging Εφαρμογες Όμως Αύξηση Απόδοσης Σταθερότητας Περιορισμένη Χρήση ως Ανιχνευτές Φθορισμού Λειτουργίες Σχηματισμός Αδρανών Υλικών στο Νερό Αστάθεια Απεικόνηση Φθορισμού Βακτηρίων που Διαιρούνται Κυτταρικα (E.Coli) Οπτική Απεικονηση Βακτηρίων σε Ζωντανά Ποντίκια Όχι Φθορισμός Clipping Αντίδραση Αύξηση Δυνατοτήτων Χρωστικών Σκουαρενίων-Ροταξανίων ως Παράγοντες Bioimaging Σχηματισμός Χρωστικής Σκουαρενίου-Ροταξανίου Ενίσχυση Σταθερότητας Χρωτικής

17 Αποθήκευση στους -20 ° C για Μεγάλο Χρονικό Διάστημα
Σκουαρένια-Ροταξάνια ως Ανιχνευτές Διαθέτει Μακροκυκλικό Ενδοϋπεροξείδιο Σταθερό Σύστημα Αποθήκευση στους -20 ° C για Μεγάλο Χρονικό Διάστημα Θέρμανση στους 37 ° C Απελευθέρωση Singlet Οξυγόνου με Εκπομπή Φωτός Θερμικά ενεργοποιημένο Ροταξάνιο Ιδιότητες Χημειοφωταύγειας και Φθορισμού Οπτική Απεικόνηση In-Vivo Χρήση ως Dual-Modality Ανιχνευτές Μοριακής Απεικόνησης Πείραμα σε Ζωντανά Ποντίκια Αποτέλεσμα

18 Host-[2]Ροταξάνια ως Μεταφορείς
Καρκινικά Κύτταρα Ωοθηκών Συνθετικές Ενώσεις Μίμηση Πρωτεϊνών Μεταφορά Αλκαλίων και Αλκαλικών Κατιόντων από Υδατικά Διαλύματα σε Χλωροφόρμιο Εξασφάλιση Λειτουργιών Μεταφοράς των Κυτταρικών Παραγόντων Νέα Βακτηριακά Ιονοφόρα Αύξηση Ενδοκυτταρικής Συγκέντρωσης Μεταλλικών Ιόντων (Ca2+και Mg2+) DB24C8 Ενθυλάκωση Διαφόρων Φιλοξενούμενων Μορίων Host Blocking Ομάδες Αύξηση Κυτταροτοξικότητας Αναγνώριση Ενός Δεδομένου Επισκέπτη Κυτταρικός Θάνατος Μέσω Απόπτωσης Λειτουργίες Παράδοση Πεπτιδίων Εντός των Κυττάρων Παράδοση Φθοριζόντων Πεπτιδίων σε Καρκινικά Κύτταρα Ωοθηκών

19 Enzyme-Responsive Ροταξάνια
Διανομή Met-Εγκεφαλίνης στη Θέση του Όγκου Ροταξάνιο στο Πλάσμα Σταθερό για Μέρες Πενταπεπτίδιο (YGGFM) με Αντιπολλαπλασιαστικές Δραστικότητες Έναντι Διαφόρων Κυττάρων Καρκίνου Με Ενθυλάκωση στο Ροταξάνιο Μη Χρήση ως Αντικαρκινικό Φάρμακο Λειτουργία Met-Εγκεφαλίνης Αποικοδομηση στο Ανθρώπινο Πλάσμα Απελευθέρωση Παρουσία β-Γαλακτοσιδάσης Μακροκυκλικό Ρόλο Μοριακής Ασπίδας Καταστολή όγκου Προστασία Πεπτιδικών Δεσμών Met-Εγκεφαλίνης μη Αποικοδόμηση από Πεπτιδάσες Πλάσματος

20 Ροταξάνια ως «nanovalves»
Μεσοπορώδη Νανοσωματίδια Διοξειδίου του Πυριτίου (MSNPs) Ενθυλάκωση Οργανικών Μορίων και Παθητική Συσσώρευση σε Συμπαγείς Όγκους Προσάρτηση Ροταξανίων στη Μήτρα του Πυριτίου Απόκριση σε Συγκεκριμένο Ερέθισμα Κίνηση Μακροκυκλικού μακριά από την Επιφάνεια (βαλβίδες «ανοιχτές») Απελευθέρωση Μορίων με Χρήση Ενός Κινητού Μακροκυκλικού ως Βαλβίδα Απελευθέρωση Μορίων Ενεργοποίηση MSNPs με «nanovalves» Μακροκυκλικό Κοντά στην Επιφάνεια του Σωματιδίου (βαλβίδες «κλειστές») In Vitro και In Vivo Αυτόνομη Παροχή Ισχυρών Αντικαρκινικών Φαρμάκων Εντός Ζώντων Κυττάρων Όγκου Φιλοξενούμενα Μόρια Παγιδευμένα Εντός των Πόρων του Διοξειδίου του Πυριτίου

21 Συμπεράσματα Zhao «Ανεξερεύνητα» Υπερμοριακά Συστήματα
Ασυνήθιστες Ιδιότητες Λόγω Παρουσίας Μηχανικών Δεσμών Μεγάλη Προοπτική για Δημιουργία Νέων Γενεών Κατενανίων και Ροταξανίων Ανταγωνισμός Ηδη Υπάρχοντων Μοριακών Συστημάτων MSNPs Επικαλυμμένα με «nanovalves» Στηριζόμενα σε Ligands Στόχευσης Zhao Επιλεκτική Αναγνώριση των Κακοήθων Κυτταρων in vivo

22 Thanks God It’s over!