Dipartimento di Chimica e Tecnologie Chimiche - Tesi di Dottorato

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Questa collezione raccoglie le Tesi di Dottorato afferenti al Dipartimento di Chimica e Tecnologie Chimiche dell'Università della Calabria.

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Start date: 2010End date: 2014

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    Preparation of modified α-amino acids, useful building blocks for peptide sinthesis
    (2010-12-15) De Marco, Rosalia; Liguori, Angelo; Gabriele, Bartolo
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    Sintesi e caratterizzazione di materiali bioattivi e/o cromonici a base di complessi di metalli di transizione
    (2014-12-12) Sanz Mendiguchia, Barbara; Bartolino, Roberto; Crispini, Alessandra
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    Theoretical investigation of the enzyme promiscuity within the carbonic anhydrase's family
    (2014-11-28) Piazzetta, Paolo; Bartolino, Roberto; Marino, Paolo
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    Advanced mass spectrometry-based strategies for the isolation and characterization of G protein-coupled estrogen receptor 1(GPR)
    (2014-11-28) Thangavel, Hariprasad; Gabriele, Bartolo; Sindona, Giovanni; Napoli, Anna
    Estrogen signaling plays a vital role in breast, ovarian and endometrial cancers. The actions of estrogen are mainly mediated by classical estrogen receptors, ERα and ERβ that belongs to the nuclear receptor superfamily. In recent years, a class of membrane-associated estrogen receptors are found to mimic the functions of classical ERs, including genomic as well as non-genomic signaling. These non-genomic signaling events include pathways that are usually thought of as arising from transmembrane growth factor receptors and G protein-coupled receptors (GPCRs). GPCRs belong to a superfamily of cell surface signaling proteins. GPCRs represent the most significant family of validated pharmacological targets in medical biology. A member of the GPCR family, named GPER, mediates rapid biological responses to estrogen in diverse normal and cancer cells, as well as transformed cell types. The identification and characterization of GPER will lead to understand the mechanisms underlying complex biological pathways and identify potentially new drug targets. Here, we proposed a novel gel-free method to isolate and enrich GPER from crude lysate using home-made hydroxyapatite column (HTP). The HTP eluate was subjected to cellulose acetate (CA) filteration, followed by on-membrane protein digestion with different proteases and analyzed by MALDI MS. GPER was identified by peptide mass fingerprinting (PMF) after intensive data analysis. Sequence analysis reports 3 potential N-glycosylation in GPER. We manually validated 2 out of 3 glycosylation sites in GPER from the obtained MS/MS data and also validated the glycan moieties predicted by Glycomod. This approach is the first of its kind to identify GPER and characterize post-translational modifications (PTMs) by MS-based proteomic analysis. The proposed method is simple, robust and unique with great reproducibility. Finally, we designed and synthesized polymer nanoparticles (NPs) in an effort to capture GPER with high affinity and selectivity from crude lysate. PNIPAm-based NPs were synthesized by a free radical precipitation polymerization method with no control over the functional monomer sequence. The NP binding affinity was evaluated against both truncated-GPER (short peptide epitopes) and GPER (whole protein). As the NPs were designed with complementary functionality against the peptides/protein, the NPspeptide/ protein binding will be through multipoint interactions. The initial qualitative results obtained by immunoblotting analysis revealed interesting hints on GPER’s competitive affinity towards NPs when probed against multiple antibodies. We anticipate to use this strategy as a sample purification step prior to MS-based proteomic analysis
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    Pdl2 catalyzed oxidative carbonylation of anime derivatives leading to macrolactam, urea, oxamide, oxazolidinone and benzoxazolone derivatives
    (2014-12-01) Dnyaneshwar, Shriram Raut; Bartolino, Roberto; Bartolo, Gabriele; Mancuso, Raffaella
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    A DFT and TDDFT study of molecules with interest on photodynamic theraphy
    (2012) Fortes Ramos, Flavio Sousa; Russo, Nino; Bartolino, Roberto
    This PhD work concerns the theoretical photochemistry study of molecules with an interest on Photodynamic Therapy (PDT). PDT is a medical technique for the treatment of different tumor diseases, such as age related macular degeneration, psoriasis or bladder cancer. This technique is increasingly being required, in particular in cases when conventional methods, chemotherapy and radio therapy fail to be successful. It consists of the administration of photosensitizer (a drug) followed by light irradiation and requires the presence of molecular oxygen on tissue to be destructed. On molecular terms the action of the drug is explained by the excitation of the drug to a singlet state after light irradiation, followed by its conversion of to a triplet state. This triplet state, in more common cases, directly transfers its energy to molecular oxygen producing singlet oxygen. In other cases the photophysical parameters of the triplet state are such that it is allowed to participate in electron transfer reactions, where it becomes reduced and after its anion reduces oxygen forming radical oxygen species, that like singlet oxygen, is toxic to the cell, resulting in cellular death by apoptosis or necrosis. As chemists, our main interest is on the proposal of drugs with ideal photophysical and solution properties. In regards to the first aspect, a drug should have an intense absorption on the red part of the visible spectra, known as therapeutic window, where the body tissue has a better penetration. Furthermore, the drug should have ideal photochemistry parameters to participate in the reaction. For the activation of oxygen it should have a triplet energy higher than the 0.98 eV of oxygen triplet and for others photochemical mechanism of action it should have the ideal parameters namely, ionization potentials and electron affinities. The drug should be soluble in water to react on the cells, that is usually provided by an hydrophilic chemical group incorporated on the drug. In order to have fewer side effects and a decreased drug dose, the drug should preferentially be localized on the tumor site. In reality, the question to find an ideal drug goes beyond chemistry crossing the fields of physics and clinical medicine. It involves physical problems like the interaction of light and body tissue with better dispositive or lasers for light irradiation to be developed. On the clinical part, it is evaluated on the in vitro or in vivo toxicity of the drug as well as the drug’s side effects. The organic and inorganic chemists are interested on the synthesis and characterization of the new drugs. The developments of new quantum mechanics methods with a good balance between accuracy and computational cost, namely Density Functional Theory (DFT) allowed the theoretical chemists to contribute to diverse fields like bio-medicine and other fields where the size of the systems can have dimensions large enough to be studied by older quantum mechanics methods. On the particular question of PDT, the simulation of electronic spectrum and calculation of photochemical parameters can be a support to the work of experimentalist on his synthesis strategy and on the interpretation of obtained data. The chemist experimental work on PDT, usually starts with a tetrapyrrolic macrocycle, natural like porphyrin or synthetic like phthalocyanine. Its structure is modified by the incorporation of substituent groups (e.g phenyl groups) that extends the electron conjugation that can shift the maximum absorption wavelength, λmax, to red part. The possibility of predicting the effect of a substituent group can address the synthesis to a molecule than another. Also, the calculation of the photochemical parameters of the drug allows the evaluation of the feasibility of a mechanism. For example, the electronic energy of the first triplet state furnishes a first estimation on the capability of a drug to generate singlet oxygen. The theoretical methodology in this work is Density Functional Theory (DFT) for the optimization of the structures and its time dependent formalism (TDDFT) for the calculation of electronic excitations. The behavior in solutions is simulated by the solvent implicit methods(C-PCM). On the first part of the study, we focus on two compounds designed to be used on PDT, belonging to the class pentaporphyrins that are porphyrin like molecules containing five pyrrole rings. These compounds were subject to clinical studies were they have shown a PDT action. We predict the electronic spectra and further investigate the mechanism of action of these compounds. On a second part of the study, we focus on corroles - molecules analogues to porphyrin - and its metal complexes, which synthesis were recently reported. We investigate the electronic spectra and evaluate the ability to produce singlet oxygen. The third part of the study consists on a non porphyrin based compounds – the squarines. These molecules are much known to their use in photo cells devices. Their sharp transitions make them as promising drugs to be used on PDT.
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    Bio-medicinal applications of coordination compounds: a photophysical point of view
    (2012-11-26) Ricciardi, Loredana; Russo, Nino; La Deda, Massimo; Bartolino, Roberto
    Il presente lavoro di ricerca, svolto presso il Laboratorio di Chimica Inorganica e di Coordinazione (LaCIC) dell'Università della Calabria, sotto la supervisione del Dott. Massimo La Deda, e in parte nel Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents (Université Claude Bernard, Lyon, France), si colloca all'interfaccia tra la Biomedicina, la Chimica di Coordinazione e la Fotochimica, alla ricerca di un comune denominatore. L'obiettivo del nostro lavoro è stato quello di sviluppare una metodologia ed un set-up sperimentale per collegare l'esperienza del LaCIC nella sintesi organometallica, con le applicazioni di composti di coordinazione in campo biomedico. Abbiamo scelto tre aree di ricerca in grado di mettere in evidenza la relazione tra "composti di coordinazione", "luce" e "biomedicina": l'applicazione di complessi metallici incapsulati in polimeri o in nanoparticelle di oro e silice per la generazione di ossigeno di singoletto nella Terapia Fotodinamica (Capitoli 3 e 4), l'utilizzo dei processi a trasferimento di energia che coinvolgono i composti di coordinazione per lo studio delle interazioni farmaco-proteina (applicazioni di “sensing”, capitolo 2), l'utilizzo della luminescenza di nanoparticelle contenenti complessi di metalli di transizione nell’imaging cellulare. Le proprietà uniche dei composti metallici, soprattutto la rilevante fotochimica e fotofisica dei composti di metalli di transizione, li rendono idonei per applicazioni in fotomedicina. Capitolo 2 - Applicazione di “sensing” dei composti di coordinazione: interazione farmaco-proteina. Un nuovo complesso di zinco, recentemente sintetizzato presso il LaCIC, ha evidenziato un’interessante attività antiproliferativa in vitro nei confronti di alcune linee cellulari tumorali. Tuttavia, i test in vitro rappresentano solo il primo step per l’applicazione di questo complesso come farmaco antineoplastico; una fase successiva richiede uno studio della sua biodistribuzione, dunque la sua interazione con biomolecole quali l’ Albumina sierica umana, la proteina più abbondante presente nel torrente circolatorio, la quale aumenta la solubilità di farmaci idrofobici nel plasma e ne modula il rilascio a livello cellulare. Grazie alla fluorescenza della proteina, è stato possibile studiarne il fenomeno di quenching della luminescenza, correlandolo all’interazione di legame con il complesso metallico. Inoltre, la "struttura speciale" del composto di coordinazione, la sua luminescenza intrinseca, ha reso possibile lo studio dell’interazione di legame da un’altra prospettiva, giungendo ad una interessante conclusione, che evidenzia l'aspetto multifattoriale del complesso: terapeutico e sensoristico. Capitolo 3 - Processi attivati dalla luce in composti di coordinazione: fotogenerazione di ossigeno di singoletto. La Terapia Fotodinamica (PDT) fa riferimento all’applicazione di luce al fine di ottenere un effetto terapeutico, in particolare fa riferimento alla capacità di fotogenerare 1O2, una specie altamente reattiva (il “vero” agente terapeutico) da una molecola cosiddetta “fotosensibilizzante”. Tra gli effetti terapeutici dell’ 1O2 si pongono in evidenza la terapia antimicrobica e, soprattutto, la terapia antitumorale: in entrambe è preferibilmente richiesto l’utilizzo di fotosensibilizzanti solubili in acqua. I Complessi di Metalli di Transizione (TMC), grazie alle loro “speciali” proprietà fotofisiche, sono fotosensibilizzanti eccellenti, ma per la maggior parte scarsamente idrofilici. Per rendere TMC solubili in acqua si può procedere per esempio inserendoli in un polimero biocompatibile, senza che gli stessi perdino la loro capacità di generare ossigeno di singoletto. Seguendo questo criterio, è stato sintetizzato e caratterizzato il primo esempio di un polimero solubile in acqua legante un complesso di Pt(II) in grado di generare ossigeno di singoletto. Capitolo 4 - Il paradigma “theranostic”: complessi di metalli di transizione e nanoparticelle. Un’altra alternativa per ottenere un fotosensibilizzante solubile in acqua con le “speciali” proprietà dei TMC è di incapsularlo all’interno di nanoparticelle (NPs), le quali stanno sempre più acquisendo una crescente importanza in ambito medico, grazie alla capacità di agire da sistema di rilascio e alla loro bassa tossicità. Su questa base, sono state sintetizzate e caratterizzate un certo numero di NPs aventi un “core” d’oro e una “shell” di silice con intrappolati nella matrice complessi di Ir (III) e Ru (II), aventi la capacità di generare ossigeno di singoletto. Come prova preliminare, un campione di NPs contenenti un complesso di Ru (II), è stato caratterizzato in vitro per valutarne la citotossicità in diverse linee di cellule tumorali, con risultati promettenti. Inoltre, le "speciali" proprietà fotofisiche dei TMC consentono una disattivazione non radiativa degli stati eccitati (fenomeno necessario per la generazione di 1O2 mediante un processo a trasferimento di energia) senza perdere la luminescenza. In virtù di questo, è stato possibile localizzare le NPs fotosensibilizzanti all'interno della cellula mediante microscopia a fluorescenza, rendendo le NPs sintetizzate un nuovo materiale per “theranostic purposes”.
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    New hybrid solar cell (СNT – RUTHENIUM DYE)
    (2012-12-06) Siprova, Svetlana; Versace, Carlo; De Filpo, Giovanni; Bartolino, Roberto
    Negli ultimi anni le applicazioni dei nanotubi di carbonio nel settore microelettronico sono notevolmente aumentate date le proprieta’ uniche. In particolare la conducibilita’ dei nanotubi fa si che essi trovino interessanti utilizzi nel settore fotovoltaico. Questo lavoro si concentra sulla progettazione di una cella solare ibrida a base di nanotubi di carbonio e dye di Rutenio. Nella prima parte sono stati studiati diversi metodi di realizzazione dello starto omogeneo di nanotubi come starto conduttivo della cella. E’ stata proposta la molecola 1-Pyrenemethanol che contiene i gruppi pirenico e ossidrilico, per creare il contatto tra i nanotubi ed il dye. Nella seconda parte del lavoro lo starto di nanotubi e’ stato formato mediante elettroforesi per single-walled nanotubes (SWNTs) e metal-organic chemical vapor deposition (CVD) per multi-walled nanotubes (MWNTs). Entrambi i metodi hanno dato la possibilita’ di creare campioni con ampia area superficiale, dai quali sono state fabbricate le celle solari. Sono state studiate determinate le dipendenze tra i fattori dei metodi e le proprieta’ delle celle prodotte.
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    Novel organic optoelectronic materials
    (2012-11-28) Cospito, Sante; Versace, Carlo; De Simone, Bruna Carla; Bartolino, Roberto
    Il presente lavoro di Tesi di Dottorato di Ricerca (Scuola di Dottorato in Scienza e Tecnica "Bernardino Telesio") dal titolo "Novel Organic Optoelectronic Materials" è stato svolto all'interno dei laboratori di "Organic Optoelectronic Materials" e "New Syntheses via Organometallic Catalysis" del Dipartimento di Chimica dell'Università della Calabria. Nuovi semiconduttori organici potenzialmente impiegabili in dispositivi optoelettronici quali OLEDs, celle solari, transitors ed elettrocromici sono state progettate, sintetizzate e caratterizzate. La prima parte del lavoro ha riguardato la sintesi e la caratterizzazione di derivati di triarilammine, molecole elettron-donatrici (anodiche), da impiegare in dispositivi elettrocromici ("smart windows") per l'attenuazione della radiazione solare nel vicino infrarosso (NIR). L'intensa ed estesa banda di assorbimento nel NIR prodotta delle specie mono-ossidate ha suggerito l'impiego di queste triarilammine in dispositivi "complementari" in cui vengono utilizzate insieme a molecole elettron-accetrici (catodiche) elettrocromiche nel visibile, per un'ampia modulazione dello spettro solare. Tali sistemi sono stati dispersi all'interno di matrici polimeriche al fine di realizzare dei gel elettrocromici le cui prestazioni sono state ampiamente studiate. La risposta elettrocromica del gel è stata inoltre provata in un dispositivo plastico, dimostrandone le potenziali applicazioni campo dell'elettronica flessibile. La seconda parte del lavoro invece, ha riguardato la sintesi e lo studio delle proprietà di cristalli liquidi semiconduttori di tipo "n" (elettron-accetori) da impiegare in celle solari organiche "bulk heterojunction". Tali molecole, appartenenti alla famiglia dei viologeni estesi, hanno mostrato interessantissime proprietà mesomorfiche fortemente influenzate dalla lunghezza delle catene alchiliche ( a 9, 10 e 11 atomi di carbonio) e dell'anione utilizzato, la bis(triflimmide). Le proprietà elettrochimiche di questi composti sono state investigate sia in soluzione che nelle mesofasi. Un'efficace elettrocromismo dovuta (i) al doppio strato elettrico creato all'elettrodo degli anioni presenti e (ii) all'elevata sovrapposizione degli orbitali di frontiera dell'esteso sistema π- coniugato è stato osservato nelle fasi colonnari e smettiche in cui le molecole si sono auto-assemblate. Infine, le proprietà elettrocromiche di questi composti sono state studiate all'interno di film plastici utilizzabili in dispositivi quali i displays.
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    Hybrid nanostructured fillers for polymer electrolytes in the PEM Fuel Cells
    (2012-11-30) Angjeli, Kristina; Versace, Carlo; Nicotera, Isabella; Bartolino, Roberto
    The present thesis is focused on the development of novel nancomposite membranes, prepared by the incorporation of two-dimensional inorganic layered structures such as (i) smectite clays (synthetic and natural), (ii) graphene oxide (GO), and (iii) layered double hydroxides (LDHs) with different compositions into the polymer matrix of Nafion, for use as electrolytes in Proton Exchange Membrane fuel cells. The characteristics of the membranes were studied mainly, in terms of transport properties by NMR spectroscopy, in order to study the water dynamics inside the electrolyte membranes. For this purpose the Pulse-Field-Gradient Spin-Echo NMR (PFGSENMR) method was employed to obtain a direct measurement of water self-diffusion coefficients on the water-swelled membranes in a wide temperature range (25-140 °C). This technique together with the 1H-NMR spectral analysis and NMR spin-lattice relaxation times (T1) conducted under variable temperature. Furthermore, both pristine materials (fillers and Nafion) as well as the resulted nanocomposite membranes were characterized by a combination of X-ray diffraction, FTIR spectroscopy, thermal analysis (DTA/TGA), Raman spectroscopies and scanning electronic microscopy (SEM).