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Süss-Fink, Georg
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Süss-Fink, Georg
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Professeur ordinaire
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georg.suess-fink@unine.ch
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- PublicationAccès libreMetallic Ruthenium nanoparticles intercalated in hectorite for highly selective catalytic hydrogenations(2015)
By intercalating organometallic benzene ruthenium complexes or Werner-type ruthenium(III) ions from RuCl3 ∙ xH2O as precursor, ruthenium nano¬particles intercalated in hectorite are successfully obtained via a reduction process with molecular hydrogen approach or sodium borohydride. Depending on the properties of solvents and the reduction conditions, a variety of ruthenium nanoparticles with different morphology are formed.
In the catalytic hydrogenation of quinoline, hectorite-intercalated ruthenium nanoparticles show excellent reactivity and selectivity to the specific product. By using water or cyclohexane as reaction medium under a certain pressure of molecular H2, 1,2,3,4-tetrahydroquinoline and decahydroquinoline were exclusively obtained, respectively. Furthermore, by using sodium borohydride as reducing agent, the catalytic hydrogenation of quinoline proceeds in water under atmospheric pressure with the conversion and selectivity superior to 99%. Isotope labeling experiments combined with semi-empirical calculations reveal that both the sodium borohydride and water participate in the hydrogenation process by means of hydride transfer and proton transfer, respectively.
Furthermore, hectorite-intercalated ruthenium nanoparticles can also be used for the hydrogenation of aromatic amino acids in aqueous media. By screening of the influencing factors, the pH of the solution was found to be critical for the complete conversion of aromatic amino acids. Critically, during the hydrogenation process, the chirality of the substrates remains unchanged. - PublicationAccès libreThiolato-bridged arene ruthenium complexes as anticancer agents(2015)
The goal of the presented thesis was to investigate the properties of dinuclear arene ruthenium thiolato-bridged complexes and to establish their potential as anticancer drugs. In the first part of the thesis, several monothiolato, dithiolato and trithiolato complexes were synthesized and evaluated for their stability and reactivity with biological substrates. The results were correlated with the in vitro anticancer activity of the three types of complexes and showed the most stable trithiolato complexes to be the most active against ovarian cancer cell lines. Subsequently, the most active trithiolato derivative, diruthenium-1, was thoroughly investigated in vitro and in vivo to establish the mode of action of this complex, showing its promising ability to influence the tumor growth and to prolong the survival of tumor-bearing mice.
In the second part of this thesis, three series of conjugates of the mixed trithiolato complexes were synthesized to demonstrate the potential of the coupling of dinuclear arene ruthenium complexes with biologically active organic molecules. Thus, the thiolato-bridged complexes were coupled with propargyl bromide, the resulting conjugates being available for the 1,3-Huisgen addition with tumor targeting compounds. Conjugates with ibuprofen were synthesized to investigate the effect of the antiinflamatory agent on the activity and selectivity of the resulting complexes towards cancer cells. Finally, conjugates of dinuclear trithiolato arene ruthenium complexes with alkylating agent chlorambucil were synthesized to show the effect of the two different modes of action of the conjugates on their activity in vitro and in vivo.
These results demonstrate the potential of the dinuclear thiolato-bridged arene ruthenium complexes as a versatile platform for the synthesis of anticancer agents with variable biological properties and modes of action. - PublicationAccès libreMetallic ruthenium nanoparticles derived from arene ruthenium complexes: synthesis, characterization and applications(2012)
The present work deals with the preparation of ruthenium nanoparticles using an organometallic approach. In the first part, the synthesis of ruthenium nanoparticles stabilized by mesogenic isonicotinic ester ligands is presented. We have been interested in the use of long-chain isonicotinic esters as lipohilic components in order to increase the anticancer activity of arene ruthenium complexes, while using them as stabilizers for ruthenium nanoparticles with the aim of exploring self-organization and biological (anticancer) properties of these new hybrid materials. The ruthenium nanoparticles thus obtained as well as their organometallic precursors showed anticancer activity comparable to cisplatin or superior to cisplatin in the cancer cell lines A2780 and cisplatin-resistant cell line A2780cisR, the highest cytotoxicity being 0.179 µM, a value 9 fold lower than cisplatin – a platinum-based chemotherapy drug widely used to treat different types of cancers.
In second part, silicate-supported ruthenium nanoparticles with a special emphasis on hectorite-supported Ru(0) is presented. Size- and shape-selective preparation of hectorite-supported ruthenium nanoparticles was achieved by using either molecular hydrogen or solvothermal reduction route employing different organometallic precursors. The catalytic efficiency of these nanoparticles was evaluated for different arenes, furfuryl alcohol and α,β-unsaturated ketones. Hectorite-supported ruthenium nanoparticles were found to be promising hydrogenation catalysts. It was observed that the modification of intercalated particles size and reaction conditions tune the catalytic activity for chemo-selective reactions. Thus, these nanoparticles preferentially reduce the C=C olefinic bond in α,β-unsaturated ketones at 35 °C. However, change in particle size results in high selectivity towards C=O bond of α,β-unsaturated ketones, if an excess of solvent is used at low temperatures. A selectivity > 98 % for an unconstrained α,β-unsaturated ketone, trans-4-phenyl-3-penten-2-one, was observed at 0 °C. This kind of selectivity is unique for a heterogeneous catalyst especially when the C=C olefinic bond in α, β-unsaturated moiety is sterically not hindered. It was believed that such a preferential C=O bond hydrogenation in α,β-unsaturated ketones was not possible with heterogeneous catalysts.
In the last part, superparamagnetic core-shell-type Fe3O4/Ru nanoparticles (particle size ~ 15 nm), synthesized by co-precipitation, adsorption and reduction methods, are presented. Their catalytic efficiency for selective C=O hydrogenation in an unconstrained α,β-unsaturated ketone was evaluated using <>trans-4-phenyl-3-penten-2-one. These particles present a green and sustainable approach towards catalyst separation from the reaction mixture, as they can be efficiently separated from the reaction mixture by applying an external magnetic field.
It was the aim of this study to develop metallic ruthenium nanoparticles stabilized by mesogenic isonicotinic ester ligands, intercalated in hectorite and supported on magnetite and to evaluate their catalytic and biological potential. - PublicationAccès libreComplexes arène-ruthénium multinucléaires fluctuants: véhicules pour le transport intracellulaire de molécules cytotoxiques et photosensibilisantes(2012)
; ; Depuis plusieurs années, la thérapie photo-dynamique est pratiquée au quotidien pour soigner certaines tumeurs, comme le mélanome. La méthode consiste à traiter le patient au moyen d’un composé photosensible, indifféremment absorbé par les cellules normales et cancéreuses, ces dernières le retenant toutefois plus longtemps. Après plusieurs heures, le composé est activé par une exposition à la lumière, provenant généralement d’un laser. L’approche est moins invasive que la radiothérapie ou la chimiothérapie. Elle a pour principal avantage de ne détruire que les zones éclairées par le laser, en l’occurrence les cellules tumorales, préservant ainsi la plupart des tissus sains.
La difficulté principale de cette technique réside dans la faible solubilité des substances photosensibles et de leurs réactivités accidentelles due à leurs excitations par la lumière du jour, causant des lésions cutanées non désirées. Les cages arène-ruthénium synthétisées durant ce travail de thèse permettent d’encapsuler des molécules photosensibles afin de les rendre solubles dans l’eau, mais aussi de protéger ces molécules photosensibles contre toute excitation lumineuse inopinée. De par son encapsulation dans la cage, la substance photosensible ne devient donc active qu’après sa libération de la cage et à condition d’être excitée par un laser approprié.
Ce travail de thèse a permis le passage des systèmes d’inclusion permanente aux systèmes « hôte-invité », mais il a également permis l’extension de l’encapsulation d’agents anticancéreux à l’encapsulation de photosensibilisateurs. Plusieurs types de cages arène-ruthénium ont été synthétisés dans lesquelles ont été encapsulées trois différentes molécules photosensibles : la porphine, la phthalocyanine et la zinc-phthalocyanine. Pour le moment, des tests in vitro n’ont été effectués que sur la porphine et ont permis de déterminer une très forte activité anticancéreuse de cette molécule pour une faible exposition au laser, ce qui prouve la bonne libération de l’agent photosensibilisant dans les cellules cancéreuses. Ce travail de thèse a donc contribué au développement de complexes arène-ruthénium multinucléaires en tant que véhicules pour le transport intracellulaire de molécules cytotoxiques et photosensibilisantes. - PublicationAccès libreComplexes métalliques hydrosolubles à ligands arène ou cyclopentadiényle : synthèse, stucture moléculaire, potentiel catalytique et propriétés biologiques(2011)
La mise en œuvre de réactions catalytiques en solution aqueuse telles que l’hydrogénation du CO2 et l’oxydation des alcools secondaires a montré un potentiel catalytique des complexes arène-ruthénium dans des conditions respectueuses de l’environnement. Au cours de cette thèse, la première application catalytique en solution aqueuse envisagée a été l’hydrogénation du dioxyde de carbone utilisant le complexe à ligand oxinato [(η6-MeC6H4Pri)Ru(N,O-L)(OH2)]+ avec une activité catalytique d’environ 97 h-1. La deuxième application catalytique en solution aqueuse proposée a été l’oxydation des alcools secondaires avec la N-méthylmorpholine N-oxyde (NMO), le H2O2 et le ButOOH comme oxydants utilisant les complexes arène-ruthénium à ligand saccharinato. Le meilleur résultat a été obtenue avec le complexe [(η6-C6H6)Ru(sacc)2(OH2)] et le ButOOH à pH 7 où l’activité catalytique dépasse 33000 h-1.
La deuxième partie de ce travail de recherche traite de la conception et l’évaluation in vitro de complexes arène-ruthénium du type [(η6-arène)Ru(O,O-L)Cl] (LH = 3-hydroxyflavone, curcumine). L’activité cytotoxique des complexes a été testée sur les lignées cellulaires A2780, A2780cisR et HEK. - PublicationAccès libreArene Ruthenium Assemblies for Biological Applications: From Carceplex to Host-Guest Metalla-Cages(2011)
; Le développement depuis les années 1980 de la chimie supramoléculaire a permis la synthèse d’objets discrets toujours plus complexes. Le rôle des métaux a été prépondérant, grâce notamment à leur mode de coordination qui permet d’orienter de façon rationnelle l’organisation moléculaire au sein même de l’architecture supramoléculaire. Ainsi, les métalla-cages ont été au centre de l’attention des chimistes, de par leur facilité d’accès au niveau synthétique mais aussi de par leur large spectre d’utilisation.
Depuis la mise sur le marché et le succès clinique du cisplatine comme agent antitumoral, les métaux de transition sont également particulièrement étudiés dans une telle optique d’application. Parmi les plus prometteurs, les complexes mononucléaires arène-ruthénium ont démontré un fort potentiel antiprolifératif tout en étant moins toxiques que les complexes de platine.
Le but de cette thèse de doctorat était de combiner les propriétés d’assemblage des complexes arène-ruthénium en chimie supramoléculaire avec leurs propriétés antiprolifératives. Pour cela, plusieurs métalla-cages ont été construites ; leurs habilités à encapsuler de façon permanente ou réversible des molécules invitées ont été étudiées par différentes méthodes spectroscopiques, et les comportements antiprolifératifs des systèmes ainsi obtenus ont été établis in vitro envers différentes lignées de cellules cancéreuses., Since the development of supramolecular chemistry in the 1980s more and more discrete molecular objects have been synthesised. In this research area metals play a key role. Indeed, the coordination-driven self-assembly allows a directional-bonding approach that organises the different building blocks into supramolecular objects according to the coordination modes of the transition metal. Therefore, the versatility of metalla-cages and their application potential raised an increasing interest for this chemistry.
On the other hand, ever since the clinical success of cisplatin as an antitumour drug, transition metals have raised considerable expectations for the treatment of cancer. So far, mononuclear arene ruthenium complexes are of central interest due to established cytotoxicity towards cancer cells and low general toxicity.
The aim of this thesis was to combine the assembling properties of arene ruthenium complexes in supramolecular chemistry with their antiproliferative activity. Thus, different metalla-cages were synthesised, the permanent or reversible hosting ability of which was studied by various spectroscopic methods with different guest molecules. The antiproliferative behaviour of the resulting systems was established in vitro towards different cancer cell lines. - PublicationAccès libreSynthèse et caractérisation de fullérodendrimères liquides-cristallins: influence de la chiralité et application dans le photovoltaïque(2010)
; Notre thématique de recherche concerne la chimie des cristaux liquides. Nos travaux de thèse consistent en la synthèse de dendrimères liquides-cristallins contenant du fullerène et l’étude de leurs propriétés thermiques et mésomorphes. Ce type de matériaux est intéressant par la combinaison des propriétés du fullerène avec celles des cristaux liquides et des dendrimères. Notre travail de thèse s’est basé sur trois sujets différents. Dans un premier temps, nous avons synthétisé des méthanofullerènes de type « Janus » à partir des dendrons poly(aryl esters) et poly(aliphatique esters) qui sont précurseurs pour des phases nématiques chirales et smectiques chirales, respectivement. L’influence de la chiralité, de la génération de chaque dendron et du fullerène sur les propriétés mésomorphes a été étudiée. Tous les méthanofullerènes et les précurseurs malonates présentent une phase nématique chirale imposée par les dendrons poly(aryl esters). Le dendron poly(aliphatique ester) ne peut imposer ses propriétés mésomorphes aux méthanofullerènes et aux malonates que lorsque la génération de ce dendron est largement supérieure à celle du dendron poly(aryl ester). La présence du fullerène déstabilise les mésophases et elle n’est pas favorable pour l’arrangement hélicoïdal de phase smectique C chirale. Dans un deuxième temps, nous avons réussi à synthétiser la première dyade fullerène-oligophénylènevinylène possédant des propriétés liquides-cristallines colonnaires. Le dendron poly(benzyl éther) de troisième génération a été tout d’abord synthétisé comme promoteur de la phase colonnaire. Cette dyade présente une phase colonnaire hexagonale de symétrie p6mm qui a été confirmée par microscopie à lumière polarisé, calorimétrie à balayage différentiel et diffraction des rayons X. Les premières études de photophysique sur cette dyade ont aussi été réalisées. Elles ont montré qu’il existe un transfert d’électrons entre le fullerène et oligophénylènevinylène. Finalement, nous voulions élaborer une nouvelle méthodologie permettant de synthétiser des méthanofullerènes dendritiques de hautes générations avec un minimum d’étapes. Nous avons donc effectué un premier essai de synthèse d’un méthanofullerène dendritique de haute génération. Un cœur malonate multifonctionnel a d’abord été synthétisé puis les dendrons poly(benzyl éthers) ont été greffés. Le malonate obtenu a été considéré comme un dendrimère de troisième génération. Malheureusement, la réaction de Bingel n’a rien donné à cause de l’encombrement stérique. Nous n’avons donc pas pu obtenir le méthanofullerène souhaité. - PublicationAccès libreMolecular arene ruthenium cages: new vectors to deliver drugs to cancer cells(2010)
; Ever since the discovery of cisplatin by Rosenberg in the 1970’s metal complexes as anti-cancer drugs have become an increasing subject of research. Ruthenium as a substitute for the toxic platinum metal has received a lot of attention recently. Organometallic compounds such as arene ruthenium complexes are very versatile and have proven to be active against cancer cells. In order to exploit their activity this work consisted in incorporating arene ruthenium compounds in large systems for facilitating transport into cancer cells. In a first approach, arene ruthenium compounds were combined with dendritic systems to form metalla-dendrimers: The goal of this being to transport the active ruthenium compounds into cancer cells by large dendrimers. The biological activity was measured which revealed that these complexes are taken up by cells, showing moderate to high cytotoxicity. In a second approach, as arene ruthenium complexes are also interesting supramolecular building blocks, supramolecular rectangles were constructed. The rectangles are tetra-cationic and slightly water soluble. These discrete supramolecular assemblies show moderate to high cytotoxicity depending on the properties of the building blocks used. In a third approach, supramolecular triangular prisms were investigated. The prismatic structures can encapsulate large planar compounds. Studies showed that the encapsulated compound can not escape the prismatic cage unless it breaks. This property can be useful for drug transport, therefore a series of functionalized pyrenyl derivatives were encapsulated in the prism. Even though the prism itself is moderately cytotoxic, the activity was found to increase with some of the encapsulated pyrenyl derivatives. Fluorescent studies were made on the encapsulated 1-(4,6-dichloro-1,3,5-triazin-2-yl)pyrene. The study agrees with the theory that these complexes are taken up by the cell and then, like a Trojan horse, breaks to release the encapsulated species trapped inside. - PublicationAccès libreComplexes organométalliques mono- et dinucléaires à ligands thiolato et porphyriniques: synthèses, caractérisations et propriétés biologiques(2010)
; Le but de ce travail de thèse a été de développer dans un premier temps des complexes mononucléaires arène-ruthénium à ligands thiolatopyridine et à ligands chélatants 2-(pyridine-2-yl)thiazaole, puis dans un deuxième temps des complexes dinucléaires arène-ruthénium contenant trois ponts thiophénolato ainsi que des complexes dinucléaires de carbonyle-ruthénium à ponts carboxylato et ligands porphyrines terminaux. Les propriétés biologiques de ces complexes ont été évaluées afin de déterminer le potentiel antitumorale de ces complexes.
Depuis que Rosenberg a découvert l’activité anticancéreuse du cisplatin en 1969, le développement de complexes organométalliques arène-ruthénium a connu un énorme essor dans le but d’évaluer leurs propriétés cytotoxiques. Durant cette thèse, nous avons synthétisé des complexes mononucléaires de type [(arène)Ru(S-C5H4NH)3]2+, [(arène)Ru(pyTz)Cl]+ et [(arène)Ru(pyTz)(SnCl3)]+ qui possèdent une activité cytotoxique ; toutefois, cette dernière s’est avérée être faible par rapport à celle observée pour les complexes de ruthénium déjà connus. Nous avons également développé des complexes dinucléaires de type [(arène)2Ru2(S-p-C6H4-OH)3]+ pour lesquels nous avons observé une cytotoxicité plus importante mais les résultats les plus prometteurs ont été obtenu pour les complexes de type [(arène)2Ru2(SPh)3]+. Parmi les complexes synthétisés au cours de cette thèse, le plus actif des complexes [(arène)2Ru2(SPh)3]+ avec arène = C6H5R et R = (CH2)4OC(O)CH=CHC6H4pOCH3 (25) possède des IC50 de 0,49 μM envers la lignée cellulaire A2780 et de 0,56 μM envers la lignée cellulaire A2780cisR. Au vue de ces résultats, nous avons évalué les propriétés biologiques des complexes [(arène)2Ru2(SPh)3]+ dont l’arène n’est pas fonctionnalisé, et ces derniers se sont avérés posséder une cytotoxicité encore plus forte. Enfin, nous avons développé des complexes dinucléaires de ruthénium à ponts carboxylato et ligands porphyrines terminaux afin de les utiliser comme agent photosensibilisant pour la thérapie photodynamique. Toutefois, la phototoxicité des ces derniers n’a pas été évalué en raison de leur faible solubilité. - PublicationAccès libreComplexes mono- et dinucléaires de ruthénium à ligands ferrocéniques et porphyriniques: synthèses, structures moléculaires, propriétés rédox et applications biologiques(2008)