Fotochemie derivátů flavonolu jako donorů CO

Bc. Filip Svěrák

Master's thesis

Photochemistry of flavonol derivatives as CO donors

Abstract:

Vývoj systému pro cílené doručení oxidu uhelnatého (CO) se stal centrem zájmu poté, co byl popsán jeho protirakovinný účinek, a kdy využití fotoaktivovatelných molekul uvolňujících CO (fotoCORMy) se zdá být slibnou cestou umožňující kontrolou nad uvolněním oxidu uhelnatého v cílové tkáni. Flavonoly se mezi různými molekulami připravenými v posledních letech ukazují jako fotoCORMy s příznivými vlastnostmi, jako je například jejich biokompatibilita a snadná syntéza. Nedávno byl popsán detailní mechanismus uvolňování CO na derivátech flavonolů s π-rozšířeným aromatickým systémem a byl popsán efekt různých substituentů na tento systém. Takováto studie avšak chybí pro jednoduché deriváty flavonolů založené na molekule 3 hydroxyflavonu, který sám o sobě není vhodný jako fotoCORM. Tato práce se zabývá syntézou a následnou charakterizací nových derivátů flavonolů nesoucích ve své struktuře různé elektron-donorní a elektron-akceptorní skupiny. Připravené deriváty jsou charakterizovány pomocí spektroskopie v ustáleném stavu a časově rozlišené spektroskopie, dále byly provedeny studie fotoproduktů pomocí vysoce rozlišené hmotnostní spektrometrie a stanovení chemických i kvantových výtěžků uvolněného CO. Srovnání vlastností celkem devíti derivátů 3-hydroxyflavonu umožnilo studovat závislost fotoreaktivity na struktuře flavonolů. Substituce elektron-donorními a akceptorními skupinami, která způsobuje významný vnitřní přenos náboje v excitovaném stavu, vede k bathochromnímu posunu v absorpčních maximech derivátů flavonolů a také zvyšuje dosažené výtěžky CO. Byl připraveny deriváty absorbují viditelné světlo o vlnové délce vyšší než 500 nm, které jsou schopny uvolňovat CO téměř kvantitativně. Navíc, znalosti získané o vztahu fotoreaktivity a struktury flavonolů mohou být aplikovány při vývoji nových fotoCORMů.

Abstract:

Since carbon monoxide (CO) has been identified as a potent anti-tumorous agent, the development of systems for its targeted delivery became a challenging field of research, with photoactivable CO-releasing molecules (photoCORMs) as one of the most promising approaches enabling excellent spatiotemporal control over the delivery. Among several molecules developed during the last years, flavonols have emerged as a class of photoCORMs with useful properties, such as biocompatibility and reliable synthesis. Recently, a detailed mechanism of CO release from flavonols with a π-extended aromatic system was described, and various substituents' effects on this scaffold were studied as well. However, such a study is missing for simple flavonol derivatives based on 3 hydroxyflavon, which itself is a poor photoCORM. This thesis deals with the synthesis of new flavonol derivatives bearing electron-donating (EDGs) and electron-withdrawing groups (EWGs) on a simple 3-hydroxyflavon scaffold, and their subsequent characterization using steady-state and time-resolved spectroscopy, the study of photoproducts with high resolution mass spectroscopy, and determination of chemical and quantum yields of the released carbon monoxide. The comparison of properties of nine 3-hydroxyflavone derivatives sheds light on the structure-photoreactivity relationships in flavonol derivatives. The substitution with both EDGs and EWGs, which introduces significant internal charge-transfer (ICT) character in the excited state of flavonols, provides a bathochromic shift to their absorption maxima and increases CO yields. Derivatives absorbing visible light above 500 nm and releasing CO almost quantitatively were prepared. Furthermore, acquired knowledge about the structure-photoreactivity relationship of 3 hydroxyflavone derivatives could be applied to develop novel photoCORMs.

Keywords

oxid uhelnatý (CO), fotoCORMy, flavonoly, fotochemie, přenos náboje, Algarova-Flynnova-Oyamadova reakce, carbon monoxide (CO), photoCORMs, flavonols, photochemistry, charge transfer, Algar-Flynn-Oyamada reaction

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 27. 6. 2024
• Supervisor: prof. RNDr. Petr Klán, Ph.D.
• Reader: prof. RNDr. Jan Hlaváč, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / Organic Chemistry