Synthesis of fluorinated compounds for biomedical applications

RIASSUNTO Lo scopo di questo lavoro di tesi è nato dall’importanza dei composti fluorurati in applicazioni biomediche. Le intrinseche proprietà del fluoro impartiscono alle molecole straordinarie caratteristiche, incomparabili con le omologhe idrocarburiche. Viene fornita, quindi, una panoramica delle più importanti applicazioni biomediche industriali di molecole fluorurate amfifiliche e la loro evoluzione nei correnti anni, in particolare riguardo i sostituti del sangue, agenti diagnostici, liquidi per la ventilazione assistita, malattie oftalmiche. Inoltre, negli ultimi anni, la crescita di malattie retinee in pazienti diabetici ha spinto a investigare su nuovi prodotti con lunga biocompatibilità intraoculare per una loro utilizzazione come tamponanti vitrei dopo vitrectomia. Quindi, nella prima parte il lavoro è focalizzato sulla ricerca di un sostituto vitreo ideale da sfruttare nelle malattie del distacco della retina. Pertanto, è stata fornita una rapida ed economica procedura per la preparazione di PFEs dotati di alta purezza di generica formula F(CF2)m(CH2)2O(CH2)nH (m = 4, 6, 8 e n = 2, 3, 5, 8, 14, 18, 21) ottenuti dalla reazione di 1H,1,H,2H,2H-perfluoro-1-alkanoli con 1-bromoalkani in condizioni basiche. Questa procedura ha permesso di ottenere prodotti con rese superiori al 65%. Inoltre, sono state valutate proprietà fisico-chimiche come la densità, l’indice di rifrazione, la viscosità, la solubilità, l’attività superficiale in una serie di solventi. È stata effettuata anche una comparazione con n-alkani semifluorurati per investigare sia il ruolo del rapporto m / n sia il legame etereo nel determinare il comportamento di auto-organizzazione di questi composti. Quindi, sono stati ottenuti significativi risultati in campo biomedico in particolare per 4 eteri parzialmente fluorurati che hanno indotto una azienda industriale (Al.Chi.Mi.A S.r.l) a depositare un brevetto. Infatti, il lavoro ha permesso di ottenere molecole con alto grado di purezza, alta biocompatibilità e idonei valori di densità da poter essere utilizzati da soli ( tamponanti a breve permanenza) o in miscele di olii di silicone (tamponanti a lunga permanenza) in campo oftalmico. La crescita della resistenza mostrata da molti microrganismi all’azione dei sali di ammonio quaternari conduce inoltre lo sviluppo di nuovi agenti biocidi con una struttura chimica originale. I meccanismi proposti per l’azione battericida di questi composti sono numerosi e non completamente chiariti. Comunque, il primo passo in tutti i meccanismi presentati è relativo al carattere anfifilico di queste molecole che permette loro di interagire fortemente con la membrana cellulare. Lunghezza della catena alifatica, numero di atomi di carbonio in gruppi alifatici, introduzione di una catena fluorurata sono tutti significativi fattori per fornire specifiche proprietà anfifiliche per lo studio dell’attività antimicrobica dei Quats. Pertanto, nella seconda parte il lavoro è improntato sulla ricerca di una struttura tale da fornire proprietà chimico-fisiche per favorire l’assorbimento sulla cellula batterica. Quindi, è stata sintetizzata una serie di tensioattivi ibridi FnHms di generica formula F(CF2)nCH2CH(OH)CH2N(CH2)mH(CH2)mHX- (con X= I, Br) ottenuti dalla reazione di un’ammina terziaria parzialmente fluorurata con iodoalkani in acetonitrile come solvente. In seguito, sono stati studiati l’influenza delle catene fluorurate / idrocarburiche e il contro ione sulle proprietà chimico-fisiche e l’attività antibatterica. È stata condotta inoltre un’intensa caratterizzazione delle molecole amfifiliche determinando la concentrazione micellare critica, la tensione superficiale, la superficie di eccesso, l’area per molecola, il diametro idrodinamico, la struttura e la forma delle micelle, osservazioni microscopiche. È stato compiuto uno studio reologico attraverso misure di taglio-oscillatorio per investigare le proprietà viscoelastiche di alcune soluzioni di tensioattivi in forma di idrogel, effettuate in funzione della temperatura, concentrazione, frequenza, etc. Interessanti risultati, in particolare un comportamento termo-reattivo, sono stati trovati per alcune soluzioni tali da poterli indicare in importanti applicazioni industriali quali i fluidi di riduzione alla resistenza di attrito in un flusso turbolento.