Synthesis of novel sensitizers for lanthanides emitting in nearinfrared (NIR)

Niniejsza praca wykonana została w ramach projektu dotyczącego poszukiwania nowych metod syntezy nowatorskich chromoforów będących fotouczulaczami dla jonów lantanowców, zdolnych do emisji w rejonie bliskiej podczerwieni. Jej celem było ułatwienie sprzęgania układu chelatującego jony lantanowców z układem fluoroforowym oraz zwiększenie rozpuszczalności kompleksu w wodzie poprzez wprowadzenie do cząsteczki liganda różnych grup funkcyjnych. Zastosowanie nowatorskich metod pozwoliło otrzymać nowe pochodne 2,5-bis-benzo[b]tiofen-2-ylopirazyny. Jako wyjściowy substrat użyto N-Boc-piperazyno-2,5-dion, który w toku syntezy przekształcono w bis-winylfosforan. W celu otrzymania 2,5-dwupodstawionych pochodnych 1,4-dihydropirazyny wykorzystano reakcję sprzęgania Suzuki-Miyaura katalizowaną palladem. Konstrukcję różnorodnych „ramion” łączących układ chromoforowy z układem chelatującym, rozpoczęto od aktywacji 3. pozycji pierścienia 1,4-dihydropirazyny poprzez wprowadzenie grupy formylowej. Następnie w reakcji Wittiga-Hornera utworzono pochodną estrowa. Dalsza rozbudowa ramion zawierała się w dwóch ścieżkach: reakcji z hydrazyną oraz cykloaddycji Huisgena. Wszelkie próby rozbudowy ramion, a następnie przyłączenia części chelatującej zostały szczegółowo opisane.

In the process of developing new methods of synthesising novel chromophores operating as sensitizers for lanthanide cations emitting in the NIR, attention was focused on the introduction onto dihydropyrazine moiety various suitable functional groups enabling to anchor via simple steps the lanthanide chelator (DOTA) and also to increase water solubility of such complexes. Introduction of new synthetic approach allows getting novel 2,5-bis-benzo[b]thiophen-2-yl pyrazine derivatives. Starting from N-Boc-piperazine-2,5-dione, bis-vinylphosphate was prepared. Suzuki-Miyaura palladium cross coupling reaction was involved as an easy method to obtain 2,5-disubstituted-1,4-dihydropyrazine derivatives. The construction of various spacer arms involved the activation of position 3 of 1,4-dihydropyrazinic ring via introduction of formyl group. Subsequently, via Wittig-Horner olefination the ester derivative was obtained. Further construction of spacer arm involved two approaches: reaction with hydrazine and click chemistry. All the attempts of developing spacer arms and attaching cyclen moiety were described in details.