Synthesis and Supramolecular Architectures of Lipophilic Derivatives of Guanine

Self-assembly relies on the association of pre-programmed building blocks through non-covalent interactions to give complex supramolecular architectures. Previous studies provided evidence for the unique self-assembly properties of semi-synthetic lipophilic guanosine derivatives which can sequestrate ions from an aqueous phase, carry them into an organic phase where they promote the generation of well-defined supramolecular assemblies. In the presence of cations lipophilic guanosines form columnar aggregates while in their absence they generate supramolecular ribbons. The aim of this thesis has been the synthesis of guanine derivatives, in particular N9-alkylated guanines and a guanosine functionalized as a perchlorotriphenylmetil moiety (Gace-a-HPTM) in order to observe their supramolecular behaviour in the absence of sugar (ribose or deoxyribose) and in the presence of a bulky and chiral substituent respectively. By using guanine instead of guanosine, while maintaining all the hydrogen bond acceptor and donor groups required for supramolecular aggregation, the steric hindrance to supramolecular aggregation is notably reduced because (i.e. guanines with groups in N9 different from sugar are expected to have a greatest conformational freedom even in presence of bulky groups in C8). Supramolecular self-assembly of these derivatives has been accomplished in solutions by NMR and CD spectroscopy and on surface by STM technique. In analogy with other guanosine derivatives, also N9-substituted guanines and GAceHPTM form either ribbon-like aggregates or cation-templated G-quartet based columnar structures.

L’auto-assemblaggio è descritto come il processo mediante il quale un sistema disordinato di componenti pre-esistenti forma una struttura supramolecolare, in conseguenza di specifiche interazioni deboli tra i componenti del sistema stesso. Studi precedenti, hanno evidenziato la capacità di auto-assemblaggio di derivati lipofili delle guanosine; tali composti sono capaci di estrarre degli ioni dalla fase acquosa e trasportarli in fase organica mediante la formazione di specifiche strutture supramolecolari. In presenza di cationi le guanosine lipofile formano aggregati colonnari mentre in loro assenza generano delle strutture nastriformi. Lo scopo principale della seguente tesi è stato la sintesi di derivati lipofili della guanine, in particolare di derivati della guanina alchilati in posizione N9 e di un derivato della guanosina funzionalizzato con un sostituente perclorotrifenilmetilico(PTM). Lo scopo principale era osservare in che modo l’assenza dello zucchero in un caso e la presenza di un sostituente chirale con un elevato ingombro sterico (GaceHPTM) nell’altro potessero influenzare il comportamento supramolecolare delle molecole sintetizzate. Utilizzando le guanine invece delle guanosine, non solo vengono conservati tutti i gruppi donatori e accettori di legami a idrogeno richiesti per l’aggregazione supramolecolare, ma viene ridotto l’ingombro sterico che in alcuni casi ostacola la formazione di aggregati (guanine con sostituenti in N9 diversi dallo zucchero possiediono una maggiore libertà conformazionale anche in presenza di un gruppo ingombrato in posizione C8 della guanosina). L’auto-assemblaggio di derivati lipofili della guanina è stato studiato in soluzione mediante spettroscopia NMR e dicroismo circolare mentre su superficie lo studio è stato effettuato mediante STM (scanning tunneling microscopy). Allo stesso modo dei derivati lipofili della guanosina, i seguenti derivati formano strutture nastriformi e colonnari variando le condizioni sperimentali.