Sonde Fluorescenti da Nitrilossidi Policlicici Aromatici

The purpose of this thesis project is the synthesis and the study of the properties of some new isoxazole-based fluorescent probes obtained from stable aromatic nitrile oxides. Each probe has a functional group suitable for biortogonal reactions, thus making them easily usable for imaging techniques such as fluorescent tags for protein analysis (ABPP). The ABPP (Activity-Based Protein Profiling) is one of the most powerful tools for acquiring information on complex biological systems, eg. the activity of enzymes in complex proteasomes. The objective of this technique is to visualize the active forms of enzymes through the use of chemical probes capable of interacting with the active site of a target protein, with consequent selective "labeling" of the enzyme's only catalytically active form. This thesis project has contributed to show the possible application of the chemistry of nitriloxides in the biomedical field as a starting material for the synthesis of these fluorescent probes. Anthracenenitrile oxide undergoes 1,3-dipolar cycloaddition reaction with propargyl bromide affording the expected isoxazole as single regioisomer suitably functionalized with a protected triple bond. The introduction of a bromine atom at the position C10 of the anthracene moiety allows for inserting a variety of aromatic and heterocyclic substituents through Suzuki coupling. A two-way synthetic route can lead to simple isoxazole derivatives or, after N-O bond reductive cleavage and BF3 complexation, enamino ketone boron complexes. The photophysical properties of both the substituted isoxazoles and the corresponding boron complexes were investigated to show the potentialities for the employment as fluorescent tags in imaging techniques. The quite good quantum yield values confirm the suitability of these compounds in the cellular environment.

Lo scopo di questo progetto di tesi è la sintesi e lo studio delle proprietà di alcune nuove sonde fluorescenti a base isossazolica ottenute a partire da nitrilossidi aromatici stabili. Ciascuna sonda presenta un gruppo funzionale adatto per reazioni biortogonali, rendendole quindi facilmente impiegabili per tecniche di imaging come tag fluorescenti per analisi di proteine (ABPP). L'ABPP (Activity-Based Protein Profiling) è uno degli strumenti più potenti per l'acquisizione di informazioni su sistemi biologici complessi, ad es. l'attività degli enzimi nei proteasomi complessi. L'obiettivo di questa tecnica è la visualizzazione delle forme attive degli enzimi attraverso l'utilizzo di sonde chimiche capaci di andare ad interagire con il sito attivo di una proteina target, con conseguente “etichettatura” selettiva della sola forma cataliticamente attiva del enzima. Questo progetto di tesi ha contribuito a mostrare la possibile applicazione della chimica dei nitrilossidi in campo biomedico come materiale di partenza per la sintesi di tali sonde fluorescenti. Il nitrilossido antracene subisce una reazione di cicloaddizione 1,3-dipolare con propargil bromuro fornendo l'isossazolo atteso come singolo regioisomero. Successivamente il derivato isossazolico viene opportunamente funzionalizzato con un triplo legame protetto. L'introduzione di un atomo di bromo nella posizione C10 della frazione antracenica consente l'inserimento di una varietà di sostituenti aromatici ed eterociclici attraverso l'accoppiamento Suzuki. Vengono seguiti due percorsi sintetici che portano alla formazione di semplici derivati isossazolici oppure, dopo la scissione riduttiva del legame N-O e alla complessazione con BF3, alla formazione di complessi β-enamminochetonici al boro. Sono state studiate le proprietà fotofisiche dei derivati isossazolici diversamente sostituiti e i corrispondenti complessi al boro con lo scopo di mostrare il loro potenziale impiego come tag fluorescenti nelle tecniche di imaging. I valori di resa quantica piuttosto buoni confermano l'idoneità di questi composti nell'ambiente cellulare.