Vývoj a studie supramolekulárních systémů odvozených od steroidních sloučenin a cyklodextrinů

Bc. Sára Kollárová

Master's thesis

Development and studies of supramolecular systems derived from steroidal compounds and cyclodextrins

Abstract:

Moje diplomová práce se zabývá dvěma tématy. Prvním tématem jsou mechanicky uzamčené molekuly (MIMs, z anglického mechanically interlocked molecules), se zaměřením na (pseudo)rotaxany a katenany. Obecně mají tyto molekuly velký potenciál pro použití jako molekulární spínače, přenašeče, senzory, anebo v oblasti medicínské chemie. Uzamčení terapeutických činidel mechanickou vazbou může přinést zlepšení jejich biologické stability nebo umožnit cílené doručování léčiv. Teoretická část se zabývá chiralitou MIMs a speciálně MIMs, které obsahují cyklodextriny. Experimentální část popisuje přípravu nového steroidního ligandu a jeho host-hostitel komplexy s cyklodextriny. Syntéza metalocyklu z připraveného ligandu využívající koordinaci s Pd(II) je také popsána. Pilotní test syntézy katenanu uzavřením dohromady steroidního metalocyklu a γ-cyklodextrinu je popsán ve finální části. K charakterizaci uvedených systémů bylo využito NMR spektroskopie a hmotnostní spektrometrie. Druhým tématem jsou studie metalo-organických sítí (MOF, z anglického metal-organic framework), specificky MOFů založených na cyklodextrinech (CD-MOFy), a jejich využití jako adsorbenty a nosiče metaloléčiv. Krystaly MOFů, podobně jako nativní cyklodextriny, zlepšují rozpustnost a biologickou dostupnost léčiv, ale taky mají další vlastnosti MOFů jako velkou povrchovou plochu pro absorpci léčiv. V experimentální části je popsána příprava a stabilizace komplexu Ru(III) a příprava CD-MOFu 1. Proces aktivace MOFu a inkorporace připraveného Ru(III) komplexu do CD-MOFu je také dále popsán. Tento systém může prokázat možnou antimetastatickou aktivitu Ru(III) komplexu spolu se zvýšenou stabilitou a zlepšenou orální biologickou dostupností prostřednictvím CD-MOFu.

Abstract:

My diploma thesis is based on two topics. The first topic is development of mechanically interlocked molecules (MIMs) with a focus on (pseudo)rotaxanes and catenanes. In general, these molecules have a lot of potential to be used as switches, transporters, sensors, or in the field of medicinal chemistry. By locking the therapeutic agents by the mechanical bond, they can bring enhancement in biological stability of therapeutic agents or allow targeted delivery. The theoretical part of this topic describes chirality of MIMs and specifically MIMs containing cyclodextrins. Experimental part describes the preparation of novel steroidal ligand, and its host-guest complexes with various cyclodextrins. Synthesis of steroidal metallocycle using prepared ligand via coordination to Pd(II) is also described. Pilot test of synthesis of catenane interlocking together steroidal metallocycle and γ-cyclodextrin is described in the final part. For characterization of listed systems, NMR spectroscopy and mass spectrometry were used. The second topic deals with studies of metal-organic frameworks (MOFs), specifically MOFs based on cyclodextrin (CD-MOFs), and of their utilization as adsorbents and carriers of metallodrugs. Crystals of CD-MOFs are similarly to native cyclodextrins improving solubility and bioavailability of poorly soluble drugs but they also possess features of MOFs such as large surface areas for drug adsorption. In the experimental part, preparation, and stabilization of Ru(III) complex and preparation of CD-MOF 1 are described. The process of MOF activation and incorporation of prepared Ru(III) complex into CD-MOF 1 are further described. This system can offer possible antimetastatic activity of Ru(III) with increased stability and oral bioavailability thanks to CD-MOF.

Keywords

steroid, cyklodextrin, metaloléčivo, host-hostitel, MOF, mechanicky uzamčené molekuly, rotaxan, katenan, chiralita steroid, cyclodextrin, metallodrug, host-guest, mechanically interlocked molecules, rotaxane, catenane, chirality

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 1. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 2. 2. 2023
• Supervisor: Ing. Ondřej Jurček, Ph.D.
• Reader: Nicola Alessandro De Simone

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / Inorganic Chemistry