Syntheses and application of nitrogen based polydentate ligand complexes

This Ph.D. thesis describes the versatility of metal complexes with tris(2-pyridylmethyl)amine (TPMA) based ligands to be used either as self-assembling molecular scaffolds with application on molecular recognition and chiroptical probing, or as active catalysts in atom transfer radical polymerization and hydrogen evolving catalysis reactions. Quantitative chirality determination is fundamental due to the broad effect that stereochemistry has in many different scientific fields. Within this subject, there is a strong urge to develop fast and effective methods to perform stereochemical analysis to couple with high throughput screening methods for production or analysis of biological samples. Chiroptical methods are able to provide the speed and accuracy that enantiomeric excess determination measurement needs. Within that scope, three molecular probes for amino acids have been developed allowing to perform enantiomeric determination and absolute configuration by measuring the induced circular dichroism (CD), vibrational circular dichroism (VDC) or circularly polarized luminescence (CPL). The reported systems were able to provide reliable information about the chirality of the studied analytes. In this dissertation the mechanistic investigation for the elucidation of the self-assembly process of TPMA with amino acids and metals is described. The complex equilibrium that yields the dimeric supramolecular architectures responsible for the chiroptical signals is exposed. The main factor that affects the final products of the reaction as well. Then the effects on the chiroptical response when changing the metal ions on the main structure are reported. Some impressive results were obtained by using Co (II) instead of Zn (II) on the VCD measurements. It was actually possible to enhance the signal intensity by two orders of magnitude. Furthermore, after modifying the initial ligand structure to add a quinolinic moiety in order to give fluorescent properties to the system, it was possible to obtain CPL bands. Moreover, the versatility of the studied ligands was assessed in other areas like catalysis. Eight novel copper complexes were synthesized and applied as active catalysts in atom transfer radical polymerization (ATRP). Hidroxyquinolinic based cobalt, nickel and iron complexes were evaluated as potential catalysts for hydrogen evolving reactions with positive results.

Questa tesi di dottorato descrive la versatilità dei complessi metallici con leganti tris(2-piridilmetil)amminici (TPMA) da utilizzare come scaffold molecolari autoassemblanti con applicazione sul riconoscimento molecolare e sonde chiroptiche, o come catalizzatori attivi nella polimerizzazione radicale a trasferimento atomico e reazioni di catalisi di sviluppo di idrogeno. La determinazione quantitativa della chiralità è fondamentale a causa dell'ampio effetto che la stereochimica ha in molti campi scientifici diversi. All'interno di quest’area, esiste una grande necessità di sviluppare metodi rapidi ed efficaci per eseguire analisi stereochimiche da abbinare a metodi di screening ad alto rendimento per la produzione o l'analisi di campioni biologici. I metodi chiropici sono in grado di fornire la velocità e la precisione necessarie per la determinazione dell’eccesso enantiomerico. Con questo obiettivo sono state sviluppate tre sonde molecolari per amminoacidi che consentono di eseguire la determinazione enantiomerica e la configurazione assoluta misurando il dicroismo circolare indotto (CD), il dicroismo circolare vibrazionale (VDC) o la luminescenza circolare polarizzata (CPL). I sistemi riportati sono stati in grado di fornire informazioni affidabili sulla chiralità degli analiti studiati. In questa dissertazione viene descritta l'indagine meccanicistica per la delucidazione del processo di auto-assemblaggio di TPMA con amminoacidi e metalli. Viene esposto il complesso equilibrio che produce le architetture supramolecolari dimeriche responsabili dei segnali chiropici. Il fattore principale che influisce anche sui prodotti finali della reazione. Quindi vengono riportati gli effetti sulla risposta chiropica al cambiare degli ioni metallici sulla struttura principale. Alcuni risultati significativi sono stati ottenuti utilizzando Co (II) invece di Zn (II) sulle misurazioni VCD. In realtà è stato possibile aumentare l'intensità del segnale di due ordini di grandezza. Inoltre, dopo aver modificare la struttura del legante iniziale per aggiungere un gruppo chinolinico al fine di conferire proprietà fluorescenti al sistema, è stato possibile ottenere le bande CPL. In aggiunta, la versatilità dei leganti studiati è stata valutata in altre aree come la catalisi. Otto nuovi complessi di rame sono stati sintetizzati e applicati come catalizzatori attivi nella polimerizzazione radicale a trasferimento atomico (ATRP). I complessi cobalto, nichel e ferro idrossichinolinici sono stati valutati come potenziali catalizzatori per reazioni di sviluppo di idrogeno con risultati positivi.