Tesi di Dottorato
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Item Preparation of modified α-amino acids, useful building blocks for peptide sinthesis(2010-12-15) De Marco, Rosalia; Liguori, Angelo; Gabriele, BartoloItem New palladium catalyzed carbonylation processes for the synthesis of molecules of applicative interest(2016-02-26) Ziccarelli, Ida; Mancuso, Raffaella; Gabriele, BartoloIn the present investigation we have developed new palladium-catalyzed carbonylation processes for the synthesis of molecules of applicative interest. In particular, isoindolinone and isobenzofuranimine derivatives have been synthetized starting from 2-alkynylbenzamides by a divergent PdI2-catalyzed multicomponent carbonylative approach, depending on the nature of the external nucleophile and reaction conditions. Thus, oxidative carbonylation of 2- ethynylbenzamides, bearing a terminal triple bond, carried out in the presence of a secondary amine as external nucleophile, selectively led to the formation of 3- [(dialkylcarbamoyl)methylene]isoindolin-1-ones. On the other hand, 3-[(alkoxycarbonyl)methylene]-isobenzofuran-1(3H)imines were selectively obtained when the oxidative carbonylation of 2-alkynylbenzamides, bearing a terminal or an internal triple bond, was carried out in the presence of an alcohol R'OH (such as methanol or ethanol) as the external nucleophile and HC(OR')3 as a dehydrating agent, necessary to avoid substrate hydrolysis. Isoindolinone derivatives were used as starting material to obtain the corresponding spiro-isoindolin isoxazolidines, able to work as inhibitors of the p53-MDM2 interaction: biological test showed that these compounds have antiproliferative activity on cancer cell lines of neuroblastoma, colorectal adenocarcinoma and hepatocarcinoma in the μM range. Isobenzofuranimine derivatives, instead, showed a strong phytotoxic effect on shoot and root systems of Arabidopsis thaliana, a weed which compete with crops for edaphic resources such as water and nutrients. Furo-furanone derivatives have been synthetized by PdI2-catalyzed oxidative carbonylation starting from 4-yn-1,3-diols, substrates bearing themselves nucleophilic groups in a suitable position to give a “double” intramolecular nucleophilic attack so as to obtain functionalized bicyclic molecules. Biological assay showed that these compounds are promising anticancer agents. Finally, part of this PhD was spent at Leibniz Institute for Catalysis in Rostock University in order to develop a new heterogeneous catalyst based on palladium via immobilization and pyrolysis on activated carbon. Palladium supported on N-doped carbon was applied to the alkoxycarbonylation of aryl iodides to benzoates, important feedstocks and key intermediates for pharmaceuticals.Item 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, AnnaEstrogen 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 analysisItem Multivariate curve resolution methodologies in photostability drug studies(2014-11-27) De Luca, Michele; Bartolino, Roberto; Gabriele, Bartolo; Ragno, GaetanoItem Stereoselective synthesis ofN,O-nucleosides via 1,3- dipolar cycloaddition of diacetone-D-glucose derived nitrone with vinylnucleobases Determination ofthe diglyceride content in olive oils by employing PNMR spectroscopy(2012-11-30) Stabile, Gaetano; Maiuolo, Loredana; Gabriele, Bartolo; Bartolino, RobertoIl lavoro svolto durante il periodo di dottorato di ricerca è stato suddiviso in due progetti: il primo incentrato sulla sintesi di analoghi nucleosidici di tipo isossazolidinici mediante l‟impiego di cicloaddizioni 1,3-dipolari, il secondo progetto basato sulla determinazione del contenuto di digliceridi negli oli d‟oliva mediante spettroscopia 31P NMR, spostando la nostra attenzione nel campo dell‟agroalimentare. Nel primo progetto come primo step, si è costruito un glicosil nitrone opportunamente protetto, a partire da uno zucchero, il diacetone D-glucosio e, successivamente, si è passati alla sua cicloaddizione 1,3-dipolare con un set di vinilnucleobasi, preparate mediante vinilazione diretta delle seguenti nucleobasi: N-1-viniltimina, N-1-vinil-5-fluorouracile, N-1-viniluracile, N-1- vinilcitosina e N-9-viniladenina. Il metodo di sintesi utilizzato, si è dimostrato soddisfacente viste le buone rese, i tempi brevi di reazione, l‟alta regiospecificità e un rapporto diastereoisomerico in favore prevalentemente dello stereoisomero eso rispetto a quello endo, riscontrando quindi una minore formazione di prodotti collaterali senza dover ricorrere ad alcun tipo di protezione delle vinilnucleobasi usate, per le cicloaddizione condotte in microonde ed in assenza di solvente. Nello stesso tempo si è cercato di sintetizzare nitroni di zuccheri a catena aperta in modo da avere degli ossidrili facilmente disponibili per successive trasformazioni. La sintesi ha previsto l‟iniziale formazione di N-benzil-Nglicosilidrossilammina a partire da N-benzilidrossilammina e 2,3,4,6-tetra-Obelzilglicopiranosio. L‟idrossilammina ottenuta, in equlibrio con la forma nitronica, è stata fatta reagire con la N-1-viniltimina, la nucleobase generalmente più attiva verso questa tipologia di sintesi. I composti ottenuti, i 4'-aza analoghi di dideossinucleosidi, già da tempo fanno parte di una classe di substrati che mostrano una potenziale applicazione nei trattamenti antitumorali e contro la diffusione di patologie di natura virale. In tempi brevi i substrati isossazolidinici ottenuti saranno sottoposti a prove biologiche per verificarne la loro attività. Questo progetto si aggiunge alla ricerca attualmente in atto presso il laboratorio di sintesi organica della Dott.ssa Loredana Maiuolo e il suo gruppo di lavoro, circa lo studio di cicloaddizioni 1,3-dipolari per la costruzione di eterocicli a cinque termini diastereoisomericamente puri. Le conoscenze e la manualità acquisita, nel primo progetto, nel campo della sintesi organica sono state utili per la messa a punto del secondo progetto che prevede, inizialmente, la sintesi di standard per la determinazione di digliceridi in oli vergini d‟oliva. I digliceridi (DG), costituenti minor dell‟olio vergine di oliva, possono essere utilizzati nella determinazione del processo di invecchiamento dell‟olio, in base all‟osservazione che un olio fresco presenta maggiori quantità di 1,2- DG e che la sua concentrazione nel tempo diminuisce per isomerizzazione nell‟1,3-DG. Sebbene non esista una regolamentazione ufficiale che stabilisca il contenuto dei vari DG nei diversi oli di oliva, è tuttavia possibile considerare che oli di oliva freschi della stessa varietà di olive siano quelli che contengono un rapporto di 1,3-DG/1,2-DG basso. La spettroscopia NMR può costituire un metodo di indagine alquanto valido nella determinazione dei digliceridi, anche se l‟applicazione di 1H e 13C NMR risulta abbastanza complessa, considerando grosse sovrapposizione di segnali prevalentemente in alcune zone dello spettro. È possibile, invece, pensare di derivatizzare il gruppo funzionale alcolico presente sulla catena diacilglicerolica mediante reagenti al fosforo e utilizzare la spettroscopia 31P NMR per identificare la presenza di 1,2-digliceridi in oli freschi e verificare analiticamente la formazione di 1,3-digliceridi rispetto all‟1,2-derivato in fase di invecchiamento dell‟olio stesso. In questo lavoro verranno illustrati le sintesi iniziali e i risultati ottenuti da uno screening con diversi composti al fosforo e la successiva applicazione del reagente che ha mostrato i migliori risultati con soluzioni standard di 1,2- DG e 1,3-DG e con alcuni campioni di olio d‟oliva calabrese monitorati mediante 31P NMR anche in diversi periodi dell‟anno.Item Modified amino acids as useful tool for peptide synthesis and their measurement in complex matrices(2012-11-28) Spinella, Mariagiovanna; Gabriele, Bartolo; Liguori, AngeloNegli ultimi anni sono stati scoperti e caratterizzati numerosi peptidi biologicamente attivi che, mediante interazioni con opportuni recettori, influenzano le cellule in una serie di funzioni vitali quali il metabolismo, le difese immunitarie, la proliferazione cellulare. Questi peptidi, tuttavia, nella loro forma nativa non possono essere utilizzati come farmaci, data la loro scarsa stabilità metabolica e il difficile assorbimento dopo somministrazione orale; bisogna perciò disporre di pepdidomimetici, che siano in grado di mimare gli effetti farmacologici dei peptidi naturali, ma che presentino allo stesso tempo una maggiore stabilità e biodisponibilità. Nella realizzazione della sintesi peptidica riveste un ruolo importante la scelta di gruppi protettori utili a mascherare la funzione amminica e carbossilica di amminoacidi e peptidi. La necessità di una sequenziale protezione e deprotezione delle varie funzionalità presenti fa si che, sia l’introduzione, che la rimozione di un gruppo protettore richiedano un’accurata progettazione sintetica, al fine di garantire il grado richiesto di ortogonalità tra i vari gruppi protettori utilizzati. Nella maggior parte dei casi per proteggere la funzione carbossilica di α-amminoacidi si utilizzano gruppi protettori semipermanenti che rimangono inalterati durante la costruzione della catena peptidica e vengono rimossi alla fine della sintesi. La formazione di esteri è stata allo scopo ampiamente utilizzata. In particolare il gruppo carbossilico viene convertito in estere metilico, benzilico, tert-butilico e benzidrilico. Tuttavia, il ripristino della funzione carbossilica al termine della sintesi peptidica presenta delle difficoltà. Infatti, in questi casi la deprotezione della funzione carbossilica prevede l’idrolisi basica degli stessi esteri in presenza di solventi organici. Questa procedura, anche quando è eseguita in condizioni strettamente controllate, può causare epimerizzazione del peptide e altre reazioni collaterali. Allo scopo è stata realizzata la deprotezione della funzione carbossilica di esteri metilici di alfa-amminoacidi utilizzando ilidi allo zolfo in particolare la dimetilsulfossonio metilide. In un tipico esperimento l'estere metilico della N-nosil-L-alanina è stato trattato con la metilide di dimetilsolfossonio in THF nel rapporto molare 1:2 per trenta minuti. A seguito di idrolisi acida si recupera con resa quantitativa il corrispondente amminoacido deprotetto sulla funzione carbossilica. La reazione è stata applicata ad una serie di esteri metilici di alfa-amminoacidi protetti sulla funzione amminica con il gruppo terbutossicarbonile (Boc), nosile (Ns)e benzilossicarbonile (Cbz) e di esteri metilici di acidi carbossilici. In tutti gli esperimenti eseguiti il corrispondente acido carbossilico è stato recuperato con rese elevate e in forma pura. La deprotezione della funzione carbossilica è stata realizzata con successo anche con substrati amminoacidici protetti in catena laterale con gruppi protettori acido-labili. Inoltre, eseguendo la procedura su substrati enantiopuri, è stato dimostrato che la reazione avviene senza racemizzazione. Questa metodologia è generale e può essere considerata una valida alternativa all'idrolisi degli esteri quando un substrato è sensibile alle condizioni di idrolisi. La dimetilsulfossonio metilide è stata usata, anche, come unico ed utile reagente per la deprotezione simultanea della funzione carbossilica protetta come estere e della funzione amminica protetta con il 9-fluorenilmetossicarbonile (Fmoc) di α-amino acidi e oligopeptidi. La nuova metodologia è stata applicata con successo nella sintesi peptidica, basata sulla “Fmoc-chemistry”, sia in fase solida che in soluzione. I corrispondenti amminoacidi e peptidi liberi sulla funzione carbossilica e sulla funzione amminica vengono recuperati in tempi brevi ed in ottime rese. La nuova procedura è stata applicata con ottimi risultati, anche, su peptidi contenenti amino acidi protetti in catena laterale con gruppi protettori acido-labili. Inoltre, è stato studiato l’andamento stereochimico della reazione di deprotezione mediante risonanza magnetica nucleare (1H-NMR). I dati 1H-NMR di miscele di prodotti diastereoisomerici tra di loro indicano chiaramente che le condizioni adottate non causano epimerizzazione degli stereocentri presenti nei substrati di partenza. Nel mio lavoro di ricerca mi sono occupata, inoltre, dello sviluppo di nuove metodologie per la sintesi di amminoacidi N-alchilati, utili building blocks per la sintesi di peptidi biologicamente attivi. In questo campo è stata messa a punto un' efficiente metodologia "one-pot" per l’ N-alchilazione di una serie di N-arilsolfonil-α-amminoacidi metil esteri recanti sostituenti diversi in posizione 4 dell'anello aromatico solfonammidico. In particolare, si è confrontata la reattività di queste specie con diazometano e trimetilossonio tetrafluoroborato in processi di N-metilazione e con trietilossonio tetrafluoroborato in processi di N-etilazione. La metilazione con diazometano ha avuto esito negativo per i derivati N-arilsolfon-ammidici contenenti gruppi elettron-donatori sull'anello aromatico. In questi casi il trimetilossonio tetrafluoroborato si è mostrato il reagente di scelta per la N-metilazione diretta e quantitativa. Il trietilossonio tetrafluoroborato ha dimostrato essere un reagente molto efficace per la preparazione di N-etil derivati di tutti gli N-arilsolfonil-α-ammino acidi metil esteri testati. Nell’ultima parte del mio lavoro di ricerca mi sono occupata del riconoscimento e della misura di analiti contenuti in matrici di interesse alimentare. Nella carne il contenuto di amminoacidi liberi ed il contenuto di acidi grassi liberi sono due parametri importanti utilizzati per determinare la sua qualità. Questi composti hanno un ruolo molto importante nella definizione delle caratteristiche sensoriali dei prodotti a base di carne. E' stata sviluppata, a tale proposito, una procedura innovativa per la misurazione del contenuto di amminoacidi e acidi grassi liberi nella carne e nei prodotti a base di carne. La procedura messa a punto prevede un singolo esperimento per la determinazione simultanea del profilo degli acidi grassi e degli amminoacidi. Gli analiti di interesse sono rapidamente estratti dalla matrice carnea e derivatizzati usando il metil cloroformiato. Questo reagente consente la trasformazione dei due gruppi di analiti nei corrispondenti N-metilossicarbonil aminoacidi metil esteri ed esteri metilici degli acidi grassi, che possono essere facilmente estratti per la loro successiva identificazione e quantificazione. La misurazione dei derivati degli acidi grassi e degli amminoacidi ottenuti viene eseguita mediante GC/MS. Il principale vantaggio del protocollo messo a punto è la determinazione simultanea di due importanti classi di analiti che sono di grande importanza nell'analisi e caratterizzazione degli alimenti. In un altro lavoro sono poi stati messi a confronto alcuni parametri importanti quali il contenuto di amminoacidi liberi e ammine biogeniche di prodotti a base di carne stagionati industriali e fatti in casa. A questo scopo, la "soppressata" e la salsiccia", due tipici salumi stagionati prodotti nel Sud Italia, sono stati analizzati. Le salsicce fatte in casa hanno mostrato un livello più alto di ammine biogeniche libere rispetto al contenuto dei prodotti industriali, molto probabilmente perché la formazione di ammine biogeniche nei prodotti industriali è limitata dall'uso di colture starter. Le salsicce industriali sono caratterizzate, invece, da un più alto contenuto di amminoacidi liberi totali.Item New strategies for the synthesis of functionalized substituted bisphosphonates: chemistry and biological activity(2012-11-29) MULANI, Iqbal Mubarak; Sindona, Giovanni; Gabriele, Bartolo; Bartolino, RobertoThe ever expanding cutting edge technologies in medicine for the benefit of society, the orthopedic branch is one among those significant branches in medicine pertaining to bone. Bisphosphonates (BPS) are being increasingly and successfully used to prevent bone fractures and the concerning problems of bone diseases such as Paget’s diseases, osteoporosis and tumour bone disease. In view of this specific problem, BPS are well established in the treatment of osteoclast -mediated resorbtive bone diseases including osteoporosis, Paget's disease and tumor-induced osteolysis. Recent studies suggest that, besides inhibiting bone resorbtion, BPS may also exert a direct antitumor effect, and this class of drugs has been shown to inhibit proliferation and to induce apoptosis in vitro in different human tumor cell lines. BPs are classified into two groups according to their chemical structure and mechanism of action: (i) non nitrogen containing BPS such as etidronate and clodronate that are of low potency and inhibit osteoclast function via metabolism into toxic ATPmetabolites and (ii) nitrogen-containing BPS (NBPS), such as pamidronate, alendronate, risedronate, ibandronate and zoledronate which is the most potent antiresorptive agent. Hence in present investigation we synthesized some several bisphosphonates bearing a substituted isoxazolidine ring by direct 1, 3- dipolar cyclization reaction in the absence of solvent and good yield under novel, promising and low cost microwaves catalysis. The method allows the simultaneous incorporation on the geminal position of the bisphosphonate framework, of basic nitrogen and of an oxygen atom, as third hook. The studies on the inhibitory potency of cyclic nitrogen containing bisphosphonates indicate that the presence of two geminal phosphonate groups is responsible for interaction with the molecular target. In addition, basic nitrogen in the heterocyclic side chain affects potency and its orientation is critical for effective inhibition of bone diseases. For the synthetic point of view, different aryl and alkyl substituents on the isoxazolidine ring prompt us to investigate the ring opening of these compounds through cleavage of the N-O bond. This strategy represents a novel access to new gem-hydroxyl bisphosphonates, bearing aryl substituents on the lateral chain. The reductive cleavage of the N-O bond in isoxazolidines represents a simple and direct access to N-substituted aminoalcohols, valuable intermediates in many synthetic strategies. Moreover, additional reaction path way have been envisaged leading to the formation of non-hydroxyl bisphosphonates.Item Development and optimization by experimental design of solid phase microextraction gas chromatography triple quadrupole mass spectrometry methods in aqueous matrices(2012-11-30) Monteleone, Marcello; Tagarelli, Antonio; Gabriele, Bartolo; Bartolino, RobertoIl presente lavoro di tesi relativo all‘attività di ricerca svolta durante il triennio di dottorato ha riguardato la messa a punto di metodi analitici per la determinazione di analiti in due distinte aree di interesse. La prima di ambito clinico ed ha riguardato la quantificazione in urina di metaboliti riconosciuti come marker in diagnostica clinica. In particolare ci si occupati della sarcosina come biomarker del tumore alla prostata, e di tre acidi: acido omovanillico (HVA), acido vanilmandelico (VMA) ed acido 5-idrossindoloacetico (5-HIAA) come marker urinari del neuroblastoma. Il secondo ambito di lavoro ha riguardato la quantificazione di inquinanti in matrici acquose, vale a dire carbammati ed acidi perfluoroalchilici. In particolare gli analiti, previa derivatizzazione con alchilcloroformiati (eccetto i carbammati), sono stati estratti dalle matrici acquose (acqua e urina) tramite la tecnica della microestrazione in fase solida (SPME) e successivamente analizzati mediante un gascromatografo con analizzatore di massa a triplo quadrupolo (GC-QqQ-MS). Le variabili significative della microestrazione in fase solida in ciascun metodo sono state ottimizzate tramite l‘approccio multivariato dell‘ ― Experimental Design‖. L‘utilizzo della tecnica SPME ha consentito di poter estrarre gli analiti direttamente dal campione da analizzare minimizzando i tempi di preparazione dello stesso e riducendo l‘uso di solventi organici, ottenendo metodi poco costosi e basso impatto ambientale. L‘utilizzo dello spettrometro di massa triplo quadrupolo, ha consentito di raggiungere livelli di sensibilità molto elevati e, nel contempo, di identificare gli analiti con maggiore sicurezza. In tutti i metodi sviluppati, sono stati ottenuti ottimi risultati in termini di linearità accuratezza e precisione. Anche i valori dei limiti di rilevabilità (LOD) e dei limiti di quantificazione (LOQ) ottenuti in ciascun metodo possono essere considerati soddisfacenti.Item Mechanics of cell wall remodelling in mycobacterium tuberculosis(2012-10-29) Mavrici, Daniela; Gabriele, Bartolo; Sindona, G.; Alber, T.Item Synthesis of molecules of pharmaceutical interest by organometallic catalysis(2012-11-20) Maltese, Vito; Gabriele, Bartolo; Salerno, Giuseppe; Bartolino, RobertoNel presente lavoro di tesi, è riportato un nuovo approccio alla sintesi di furani-3-carbossilati tramite reazione di carbonilazione ossidativa palladiocatalizzata di composti 3-in-1,2-diolici, aventi un gruppo alcolico primario o secondario sul C-1. Tutte le reazioni sono state condotte in solvente alcolico (metanolo o etanolo) in condizioni relativamente blande (100°C e 40 atm di una miscela CO-aria 4:1). I rispettivi furani carbonilati sono stati ottenuti con rese eccellenti (56-93%) attraverso un processo di etero ciclizzazione-alcossicarbonilazione-deidratazione 5-endo-dig sequenziale, usando l’ossigeno come ossidante esterno. In condizioni simili, i derivati 2- metil-3-in-1,2-diolici, aventi un gruppo alcolico terziario, permettono la sintesi di 4-metilene-4,5-diidrofurani-3-carbossilati con rese soddisfacenti (58-60%). I tiofeni sono una classe molto importante di composti eterociclici. Molte molecule contenenti il nucleo tiofenico mostrano una grande varietà di attività biologiche e trovano applicazione in campo farmaceutico e cosmetico. Inoltre, sono degli intermedi sintetici molto utili nella preparazione di nuovi materiali polimerici. Nel presente lavoro è stato realizzato un nuovo percorso sintetico per la sintesi di tiofeni sostituiti a partire da 1-mercapto-3-in-2-oli, tramite S-eterociclizzazione PdI2/KIcatalizzata. Il sistema catalitico PdI2/KI, sviluppato dal gruppo di ricerca in cui è stato svolto il Dottorato, ha già dimostrato la sua efficacia nel favorire reazioni simili. La reazione di amminocarbonilazione ossidativa di alchini funzionalizzati è uno dei metodi più versatili per la sintesi diretta di eterocicli e carbocicli carbonilati. In particolare, il sistema catalitico PdI2/KI è un ottimo promotore per queste reazioni, in presenza di ossigeno come ossidante. Nell’ultima parte del lavoro è stata sviluppata una nuova sintesi di indanilideni carbossilati, applicando la reazione di amminocarbonilazione ossidativa a esteri 2-etinilbenzilmalonici, per l’ottenimento di prodotti indanilidenici carbonilati con un alto grado di selettività nei confronti del diastereoisomero E che, in alcuni casi, è stato isolato in maniera totalmente selettiva.