Cyclometallated platinum compounds: optical and biological applications

Abstract

[eng] This Doctoral Thesis is focused on the synthesis of cyclometallated platinum compounds with different structural modifications rationally designed specifically for biological or optical applications. Specifically, tridentate [C,N,N’] and [N,C,N] cyclometallated compounds have been synthesised, differing in their oxidation state, the nature of the cyclometallated ligand, with variations in the rigidity and aromaticity, and with a variety of ancillary ligands. Several synthetic methodologies have been employed and the correct formation of the compounds has been checked by a great variety of techniques such as NMR and infrared spectroscopy, mass spectrometry elemental analysis and single crystal X-ray diffraction. Concerning biological applications, several compounds with anticancer properties have been successfully synthesised, obtaining some species with a high efficacy and minimal toxicity studied through cell viability assays. Additionally, several of the designed compounds presented a complete absence of cross-resistance and thanks to additional testing such as cyclic voltammetry, DNA interaction studies and cell-cycle phase distribution experiments, it has been observed that they present mechanisms of action not analogous to those of the clinically approved drugs. Concerning optical applications, the tuning of the structure of the compounds, especially in the cyclometallating ligands, has been key to achieve efficient phosphorescent platinum(II) compounds with various emissive states. Both emission quantum yields and lifetimes have been determined and DFT calculations have allowed a further understanding of the molecules excited states. Additionally, modification of the ancillary ligands, the solvent, the concentration or the presence of an additional metallic cation have been used as a strategy to promote a red-shift in the emission through the formation of aggregates or heterometallic compounds. Finally, one compound has been selected and tested for the preparation of a Light-Emitting Electrochemical Cell (LEEC) obtaining novel results for a platinum-doped device which are competitive with those reported in the literature for other metals and, to the best of our knowledge, the most efficient platinum system used for LEEC applications.

[cat] Aquesta Tesi Doctoral està centrada en la síntesi de compostos ciclometal·lats de platí amb diferents modificacions estructurals dissenyades racionalment per dur a terme aplicacions biològiques o òptiques. Específicament, s’han sintetitzat compostos ciclometal·lats tridentats [C,N,N’] i [N,C,N] que es diferencien en el seu estat d’oxidació, naturalesa del lligand ciclometal·lat, amb variacions en la rigidesa i l’aromaticitat, i amb una varietat de lligands auxiliars. S’han utilitzat diferents metodologies sintètiques i s’ha comprovat la correcta formació dels compostos amb una gran varietat de tècniques com l’espectroscòpia RMN i infraroja, l’espectrometria de masses, l’anàlisi elemental i la difracció de raigs-X de monocristall. Quant a les aplicacions biològiques, s’han sintetitzat amb èxit diversos compostos amb propietats anticancerígenes, obtenint algunes espècies amb eficàcia elevada i amb toxicitat mínima que han estat estudiades a través d’assajos de viabilitat en cèl·lules. A més, diversos compostos dels que s’han sintetitzat van presentar una absència completa de resistència entrecreuada i gràcies a proves addicionals com la voltametria cíclica, estudis de la interacció amb l’ADN i experiments de distribució a les fases del cicle cel·lular, s’ha observat que presenten mecanismes no anàlegs als dels fàrmacs clínicament aprovats. Quant a les aplicacions òptiques, l’afinació de l’estructura dels compostos, especialment en el lligand ciclometal·lat, ha estat clau per aconseguir compostos de platí(II) amb una fosforescència eficient i amb diversos estats emissius. S’han determinat els rendiments quàntics i temps de vida d’emissió i els càlculs DFT han permès un coneixement més detallat dels estats excitats de les molècules. A més, la modificació dels lligands auxiliars, el dissolvent, la concentració o la presència d’un catió metàl·lic addicional, s’han utilitzat com a estratègia per promoure un desplaçament cap al vermell en l’emissió a través de la formació d’agregats o compostos heterometàl·lics. Finalment, s’ha seleccionat un compost per la preparació de cel·les electroquímiques emissores de llum (LEECs) obtenint nous resultats per un dispositiu dopat amb platí que són competitius amb els resultats descrits a la bibliografia per altres metalls i, dins del nostre coneixement, el sistema de platí més eficient utilitzat per la seva aplicació en LEECs.