Derivati del cubano per la sintesi di composti farmacologicamente attivi e materiali organici a legami idrogeno

Cubane is a hydrocarbon with a unique cubic shape, consisting of eight carbon atoms positioned at the vertices of the structure and eight hydrogen atoms bonded to each carbon atom. This distinctive geometry makes it a fascinating molecule: it is thermodynamically unstable due to strong angular strain but surprisingly kinetically stable thanks to the symmetrical distribution of internal tension. The thesis work initially focused on the synthesis of cubane dimethyl 1,4-dicarboxylate, a useful derivative for further chemical modifications. To improve the efficiency of the synthetic process, continuous flow chemistry was also employed, offering greater control over reaction conditions and better reproducibility of results. Subsequently, the cubane diester was transformed into cubyl aldehyde, a valuable reagent used to exploit one of cubane's most interesting features: its ability to act as a biological isostere of benzene. Although it is not aromatic, it can mimic some of benzene's chemical interactions, making it a promising candidate in the pharmaceutical field. After this stage, attention shifted to the radical functionalization of cubane diester to obtain cubane 1,2,4,7-tetracarboxylic acid, used as a three-dimensional molecular structure in the synthesis of innovative hydrogen-bonded organic frameworks (HOF). These porous solid-state materials are obtained using repetitive units of cubane 1,2,4,7-tetraacid, forming structures with interesting self-assembly properties. Their utility primarily stems from their modular nature and the ability to design precise structures through supramolecular chemistry, enabling applications in sensing, catalysis, and controlled drug release.

Il cubano è un idrocarburo dalla forma cubica, costituito da otto atomi di carbonio posti ai vertici della struttura e da otto atomi di idrogeno legati a ciascun carbonio. Questa particolare geometria lo rende una molecola affascinante: è termodinamicamente instabile a causa della forte tensione angolare, ma sorprendentemente stabile dal punto di vista cinetico, grazie alla distribuzione simmetrica della tensione interna. Il lavoro di tesi si è inizialmente focalizzato sulla sintesi del cubano dimetil 1,4-dicarbossilato, un derivato utile per ulteriori modifiche chimiche. Per migliorare l'efficienza del processo sintetico, è stata utilizzata anche la sintesi chimica in flusso continuo, che offre un maggiore controllo sulle condizioni di reazione e una migliore riproducibilità dei risultati. Successivamente, il cubano diestere è stato trasformato in cubil aldeide, un reagente prezioso per sfruttare una delle caratteristiche più interessanti del cubano: il fatto di essere un isostere biologico del benzene. Pur non essendo aromatico, può imitare alcune delle interazioni chimiche del benzene, rendendolo un candidato promettente in ambito farmaceutico. Dopo questa fase, l'attenzione si è spostata sulla funzionalizzazione radicalica del cubano diestere per ottenere l'acido cubanico 1,2,4,7-tetracarbossilico, da utilizzare come struttura molecolare tridimensionale nella sintesi di materiali organici innovativi basati su legami idrogeno (HOF, hydrogen-bonded organic frameworks). Questi materiali porosi allo stato solido si ottengono utilizzando unità ripetitive di cubano 1,2,4,7-tetraacido, formando strutture dotate di interessanti proprietà di auto-assemblaggio. La loro utilità deriva principalmente dalle proprietà modulari e dalla possibilità di progettare strutture precise attraverso la chimica supramolecolare, per applicazioni nel campo della sensoristica, della catalisi e del rilascio controllato di farmaci.