De Novo Design of Foldamers for Preparation of Nanostructured Materials

This thesis deals with the synthesis and the conformation analysis of hybrid foldamers containing the 4-carboxyoxazolidin-2-one unit or related molecules, in which an imido-type function is obtained by coupling the nitrogen of the heterocycle with the carboxylic acid moiety of the next unit. The imide group is characterized by a nitrogen atom connected to an endocyclic and an exocyclic carbonyl, which tend always to adopt the trans conformation. As a consequence of this locally constrained disposition effect, these imide-type oligomers are forced to fold in ordered conformations. The synthetic approach is highly tuneable with endless variations, so, simply by changing the design and the synthesis, a wide variety of foldamers with the required properties may be prepared “on demand”. Thus a wide variety of unusual secondary structures and interesting supramolecular materials may be obtained with hybrid foldamers. The behaviour in the solid state of some of these compounds has been analyzed in detail, thus showing the formation of different kinds of supramolecular materials that may be used for several applications. A winning example is the production of a bolaamphiphilic gelators that may also be doped with small amounts of dansyl containing compounds, needed to show the cellular uptake into IGROV-1 cells, by confocal laser scanning microscopy. These gels are readily internalized by cells and are biologically inactive, making them very good candidates in the promising field of drug delivery. In the last part of the thesis, a particular attention was directed to the search of new scaffolds that behave as constrained amino acid mimetics, showing that tetramic acids derivatives could be good candidates for the synthesis and applications of molecules having an ordered secondary structure.

Il lavoro di ricerca svolto nel triennio di frequenza della Scuola di Dottorato in Scienze Chimiche ha avuto come obiettivo la sintesi e l’analisi conformazionale di molecole sintetiche, appartenenti alla classe dei foldameri pseudopeptidici. La maggior parte delle molecole sintetizzate hanno come nucleo centrale un’unità eterociclica derivante dalla treonina detta ossazolidinone. Gli acil-derivati di questo scaffold sintetico hanno la particolarità di assumere strutture secondarie stabili e ben definite. In questo ambito è stata messa a punto la sintesi di etero‐oligomeri (contenenti due o più diversi amminoacidi naturali o sintetici), sia lineari sia ciclici per mimare strutture secondarie come eliche, turns o sheets. Alcune classi di oligomeri tendono ad assumere una struttura ordinata in fase solida, presentandosi sotto forma di fibrille osservabili al microscopio ottico. Alcuni composti hanno mostrato interessanti proprietà come gelator, cioè composi in grado di formare gel sia con acqua che con solventi organici. Tali gel si sono dimostrati anche buoni complessanti per sali metallici. Sia i monomeri che gli oligomeri sono stati sintetizzati utilizzando metodi di coupling in soluzione. Una particolare attenzione è stata riposta nella purificazione delle varie molecole. Oltre ai composti di natura ossazolidinonica, è stata valutata la sintesi di altri scaffold sintetici che, una volta inseriti in strutture molecolari più complesse, danno origine a molecole in grado di essere classificate come foldameri. Una parte consistente dell’attività di laboratorio è stata volta alla sintesi di acidi tetrammici, eterocicli ricorrenti in natura. Un’analisi conformazionale delle molecole sintetizzate ha dimostrato come anche questo tipo di molecole sia in grado di auto assemblarsi in strutture secondarie ordinate.