Keywords :
Ruthenium complexes, Organometallic chemistry, 1,1-Thiolate ligands, Thioacetates, Xanthates, Thioxanthates, Dithiocarbamates, Azolium-2-dithiocarboxylate, N-Heterocyclic carbenes (NHC: IMes, IDip, ICy, SIMes, SIDip), Bidentate phosphines (dppm, dppe, dppp, dppb, dpppe, dppen, dppbz, dppf, DPEphos), Analytical techniques (NMR (¹H, ¹³C, ³¹P), IR, MS, XRD), Catalysis, Carbon-carbon bond formation, Biological activity, Cytotoxicity, Cancer cells (K562, Hs683, A549), Vinyl esters, Cyclopropanation, ATRA (Atom Transfer Radical Addition), ATRP (Atom Transfer Radical Polymerization), N-Alkylation of amines with alcohols, Transfer hydrogenation, Ruthenium–arene complexes, Microwave-assisted synthesis, Cyclic voltammetry, Water-soluble cationic complexes, Selective anticancer activity, Chalcogen bonding, Turn-over frequency (TOF)
Abstract :
[en] This doctoral thesis focuses on the development of efficient and innovative methods for synthesizing ruthenium-based organometallic complexes featuring carbon-based 1,1-dithiolate ligands. These ligands include xanthates, thioxanthates, dithiocarbamates, and azolium-2-dithiocarboxylate zwitterions. Our research encompasses the synthesis, characterization, and application of five families of ruthenium complexes, incorporating two primary moieties: Ru-diphos and Ru-arene. This work advances the understanding of their structural diversity, catalytic efficiency, and biological activity, with significant implications for catalysis and medicinal chemistry.
In the first part of the thesis, ruthenium diphosphine (Ru-diphos) complexes were synthesized using atom-economical methodologies. The complexes, chelated by xanthate and dithiocarbamate ligands, exhibited tunable electronic properties and catalytic efficiencies. Xanthate complexes demonstrated moderate catalytic activity, while dithiocarbamate derivatives excelled in atom transfer radical addition (ATRA), achieving turnover frequencies up to 2080 h−¹. The superior performance of the dithiocarbamate complexes was attributed to an enhanced electron density at the ruthenium center.
The second part of the thesis highlights the synthesis and characterization of Ru-arene complexes coordinated with azolium-2-dithiocarboxylate zwitterions. These chelates demonstrated unique structural and electronic properties, including intramolecular chalcogen bonding, confirmed by X-ray diffraction and DFT calculations. Biologically, they exhibited potent antiproliferative activity against cancer cell lines, with notable selectivity for malignant cells. The incorporation of thioacetate ligands further improved stability and cytotoxicity, underscoring their potential as metallodrug candidates.
Altogether, this research establishes a robust framework for the design and application of ruthenium complexes in catalysis and medicine, bridging innovative coordination chemistry with impactful biological applications. The findings pave the way for future exploration of sulfur-based ligands in medicinal chemistry and catalysis.
[fr] Cette thèse doctorale se concentre sur le développement de méthodes efficaces et innovantes pour la synthèse de complexes organométalliques à base de ruthénium contenant des ligands 1,1-dithiolates carbonés. Ces ligands incluent les xanthates, thioxanthates, dithiocarbamates et zwitterions azolium-2-dithiocarboxylates. Les travaux portent sur la synthèse, la caractérisation et l’application de cinq familles de complexes de ruthénium intégrant deux motifs principaux: Ru-diphos et Ru-arène. Ces recherches améliorent la compréhension de leur diversité structurale, de leur efficacité catalytique et de leur activité biologique, avec des implications significatives en catalyse et en chimie médicinale.
Dans la première partie de la thèse, des complexes de ruthénium-diphosphine de (Ru-diphos) ont été synthétisés en utilisant des méthodologies économes en atomes. Les complexes, chélatés par des ligands xanthate et dithiocarbamate, ont montré des propriétés électroniques modulables et des efficacités catalytiques variées. Les complexes xanthates ont démontré une activité catalytique modérée, tandis que les dérivés dithiocarbamates ont excellé dans l’addition radicalaire par transfert d’atome (ATRA), atteignant des fréquences de rotation allant jusqu’à 2080 h−¹. La performance supérieure des complexes dithiocarbamates a été attribuée à une densité électronique accrue au niveau du centre de métallique.
La deuxième partie de la thèse met en avant la synthèse et la caractérisation de complexes Ru-arène coordonnés avec des zwitterions azolium-2-dithiocarboxylates. Ces complexes ont démontré des propriétés structurelles et électroniques uniques, notamment des liaisons chalcogènes intramoléculaires, confirmées par diffraction des rayons X et calculs DFT. Sur le plan biologique, ils ont montré une activité antiproliférative puissante contre des lignées cellulaires cancéreuses, avec une sélectivité notable pour les cellules malignes. L’incorporation de ligands thioacétates a permis d’améliorer leur stabilité et leur cytotoxicité, soulignant leur potentiel en tant que candidats métallopharmaceutiques.
Cette recherche établit un cadre solide pour la conception et l’application de complexes de ruthénium en catalyse et en médecine, reliant la chimie de coordination innovante à des applications biologiques de première importance. Les résultats ouvrent la voie à de futures explorations des ligands à base de soufre en chimie médicinale et en catalyse.
