Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία πραγματοποιήθηκε μελέτη του πολυμορφισμού της ινσουλίνης μέσω της κρυσταλλογραφίας ακτίνων-Χ. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν πολυάριθμα πειράματα κρυστάλλωσης της ινσουλίνης υπό διαφορετικές συνθήκες (pH, οργανικοί προσδέτες). Οι κρύσταλλοι που προέκυψαν χρησιμοποιήθηκαν σε πειράματα περίθλασης ακτίνων-Χ τα οποία πραγματοποιήθηκαν στο Ευρωπαϊκό σύγχροτρον, ESRF, της Γαλλίας και στο Ελβετικό σύγχροτρον, SLS. Η τεχνική που ακολουθήθηκε για τα πειράματα περίθλασης ήταν αυτή του powder diffraction, η οποία τα τελευταία χρόνια έχει αναδειχθεί σε ένα σημαντικό εργαλείο χαρακτηρισμού των πρωτεϊνικών πολυκρυσταλλικών ιζημάτων. Από τη μελέτη αυτή, προέκυψαν διάφορα πολύμορφα της ινσουλίνης που χαρακτηρίζονται από διαφορετικές συμμετρίες, ενώ πραγματοποιήθηκε ο προσδιορισμός κάθε κρυσταλλικής φάσης στο επίπεδο της μοναδιαίας κυψελίδας. Ενδιαφέρον αποτελεί ο εντοπισμός δύο νέων κρυσταλλικών φάσεων της ινσουλίνης, μονοκλινούς συμμετρίας, οι οποίες ενδέχεται να είναι υψηλής φαρμακευτικής σημασίας. / In this thesis the polymorphism of insulin via X-ray powder crystallography has been carried out. For this purpose numerous experiments of insulin crystallization have been performed under different conditions (pH, organic ligands). The resulting crystals were employed in X-ray diffraction experiments, which took place at the European synchrotron, ESRF, in France and at the Swiss synchrotron, SLS. The technique employed for the X- Ray diffraction experiments, was the powder diffraction method, which has been proven to be an important tool for the determination of polycrystalline protein precipitants during the last decade. From this study, a number of insulin polymorphs were identified in different crystal systems and furthermore, each crystalline phase was determined at the level of unit cell symmetry and dimensions. An interesting point occurs from the characterization of two novel insulin phases, belonging to monoclinic symmetry, which are potentially associated with high pharmaceutical importance.

Μελέτη με μετρήσεις ανακλαστικότητας ακτίνων-Χ προσρόφησης μορίων μικρού σχετικά μήκους (~ 2 nm) εντός πορώδους υμενίου αλουμίνας. Σκοπός της εργασίας είναι να διερευνηθεί καταρχήν η δυνατότητα της τεχνικής της ανακλαστικότητας να δώσει πληροφορίες για πορώδη υμένια, υμένια δηλαδή που η επιφάνειά τους παρουσιάζει μεγάλη τραχύτητα και κατόπιν να μελετηθεί η διείσδυση εντός των πόρων μορίων μικρού σχετικά μήκους. / Study with measurements of X-ray reflectivity, small molecules adsorption on length (~ 2 nm) in porous alumina film. The purpose of this paper is to explore the possibility of the reflectivity technique to provide information for porous films, films that the surface roughness is highly and then studied the penetration of molecules within the resources of a relatively small length.

Η μεταπτυχιακή εργασία αφορά στον δομικό χαρακτηρισμό πρωτεϊνών φαρμακευτικού ενδιαφέροντος. Στα πλαίσια της εργασίας πραγματοποιείται κρυστάλλωση και μετρήσεις περίθλασης ακτινών-Χ. Κρυσταλλογραφικές μέθοδοι εφαρμόζονται για την ανάλυση και την ερμηνεία των πειραματικών δεδομένων. Επιπλέον, σε συνεργασία με την φαρμακευτική εταιρεία Novo Nordisk A/S μελετάμε την ενδεχόμενη δημιουργία φαρμάκων υπό την μορφή μικροκρυσταλλικών ιζημάτων η οποία έχει εφαρμοστεί ήδη στην περίπτωση της ανθρώπινης ινσουλίνης. Τα πλεονεκτήματα των μικροκρυσταλλικών φαρμάκων έναντι των φαρμάκων υπό την μορφή διαλύματος περιλαμβάνουν την μεγαλύτερη σταθερότητα, υψηλότερη συγκέντρωση φαρμακευτικής ουσίας και τον ακριβή δομικό χαρακτηρισμό του μορίου . Η τεχνική περίθλασης ακτινοβολίας από πολυκρυσταλλικά υλικά (powder diffraction) αποτελεί ένα σημαντικό εργαλείο για τον χαρακτηρισμό των διάφορων πολυμόρφων πρωτεϊνικών μικροκρυσταλλικών ιζημάτων. Για αυτό τον σκοπό, πραγματοποιούμε πειράματα κρυστάλλωσης των υπό μελέτη βιομορίων κάτω από διαφορετικές συνθήκες (pH, προσδέτες) και στη συνέχεια, συλλέγουμε δεδομένα περίθλασης ακτινών-Χ από επιλεγμένα δείγματα, χρησιμοποιώντας όργανα υψηλής ευκρίνειας που βρίσκονται σε ερευνητικά ινστιτούτα μεγάλης κλίμακας (Ευρωπαϊκό σύγχροτρον, ESRF, Grenoble, France & Ελβετικό σύγχροτρον, SLS, Villigen, Switzerland). / The main subject of this master thesis is the structural characterization of pharmaceutically interesting proteins. For this purpose, protein crystallization experiments, as well as X-ray diffraction measurements were conducted. Crystallographic methods were employed for the analysis and interpretation of the experimental data. Furthermore, in collaboration with the pharmaceutical company Novo Nordisk A/S, we are investigating the possibility of developing polycrystalline drug formulations, as has already been done in the case of human insulin. The advantages of polycrystalline drugs, as opposed to drugs in solution, include higher stability and concentration of the pharmaceutical substance, as well as allowing for its accurate structural characterisation. The technique of X-ray powder diffraction is considered an important tool for the characterization of the various protein polymorphs that form polycrystalline precipitates. Protein crystallization experiments were performed under a variety of conditions (such as pH alteration, co-crystallization with ligands) and X-ray powder diffraction data were collected using high resolution instruments (European Synchrotron Radiation Facility, ESRF and Swiss Light Source, SLS).

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η ανάπτυξη και η επακόλουθη συμπεριφορά κατά τη θέρμανση υμενίων μεταλλικού νικελίου και χρωμίου σε μονοκρυσταλλικό οξείδιο του νικελίου, NiO(100). Οι αποθέσεις έγιναν κοντά στη θερμοκρασία δωματίου σε περιβάλλον υπερυψηλού κενού 2 x 10-10 mbar χρησιμοποιώντας πηγές θερμικής εξάχνωσης, ενώ η χημική κατάσταση των επιφανειών προσδιορίστηκε με την χρήση φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων ακτίνων-Χ (XPS) και στην περίπτωση της απόθεσης Cr επιπλέον με φασματοσκοπία σκέδασης ιόντων (ISS). Οι φασματοσκοπικές μετρήσεις έγιναν με το υπόστρωμα σε θερμοκρασίες από 550 Κ έως 680 Κ, ώστε να αυξηθεί η αγωγιμότητα και να αποφευχθεί η διαφορική φόρτιση της επιφάνειας του κρυστάλλου. Η θέρμανση μέχρι 2 μονοστρώματα (ML) νικελίου αποτεθειμένου σε NiO(100) είχε πρόσφατα βρεθεί ότι οδηγεί σε σταδιακή εξαφάνιση του Ni0, φαινόμενο που αποδόθηκε σε οξείδωσή του με οξυγόνα από το υπόστρωμα. Καθώς η ποσότητα αυτή είναι σημαντικά μεγαλύτερη από τις τυχόν διαθέσιμες ποσότητες επιφανειακού οξυγόνου (π.χ. προσροφημένα υδροξύλια) και δεν υπάρχουν ενδείξεις για την παρουσία μη στοιχειομετρικού οξυγόνου στο εσωτερικό του μονοκρυστάλλου NiO(100), επιδιώχθηκε η διερεύνηση της προέλευσης των οξυγόνων που συμμετείχαν στην οξείδωση. Προς τούτο έγιναν διαδοχικές αποθέσεις Ni0 1,6 ML, 3,8 ML και 7,5 ML, ενώ μετά από κάθε απόθεση και πριν από την επόμενη το δείγμα θερμάνθηκε μέχρι τους 940 Κ, όπου στις δύο πρώτες περιπτώσεις επήλθε πλήρης οξείδωση του Ni0 ενώ στην τρίτη η οξείδωση δεν ολοκληρώθηκε στα χρονικά περιθώρια του πειράματος. Μια κατ’ αρχήν μοντελοποίηση της κινητικής της οξείδωσης υποδεικνύει προέλευση του διαθέσιμου οξυγόνου από πηγή σταθερής συγκέντρωσης στο εσωτερικό του κρυστάλλου. Η μοντελοποίηση των εντάσεων των φωτοκορυφών XPS με βάση σωματιδιακά υμένια νικελίου σταθερού μέσου πάχους που καλύπτουν κλάσμα της επιφάνειας, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η θέρμανση αρχικά οδηγεί σε γρήγορη συσσωμάτωση του νικελίου, ενώ στην συνέχεια τα μεγάλα σωματίδια Ni0 που σχηματίζονται καλύπτονται αρχικά από NiO και στην συνέχεια η οξείδωση προχωρά προς τον μεταλλικό τους πυρήνα. Καθώς από το πείραμα δεν προκύπτει άλλη πληροφορία για την προέλευση των οξυγόνων, διεξάχθηκαν προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής προκειμένου να διερευνηθεί η δυνατότητα του τέλειου μονοκρυστάλλου να παρέχει πλεγματικά οξυγόνα στην επιφάνεια. Οι προσομοιώσεις έγιναν στο ισόθερμο κανονικό στατιστικό σύνολο χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του Nose πάνω σε μονοκρύσταλλο από 1728 ιόντα με εφαρμογή περιοδικών οριακών συνθηκών. Η ολοκλήρωση των εξισώσεων κίνησης έγινε με τον αλγόριθμο του Verlet, με χρονικό βήμα 2x10-15 s και χρησιμοποιήθηκε δυναμικό του τύπου σκληρών ιόντων, ενώ οι συνεισφορές Coulomb υπολογίστηκαν με την μέθοδο του Ewald. Πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις για αποθέσεις με 8 ιόντα νικελίου (0,06ML), 16 ιόντα νικελίου (0,11ML) και 32 ιόντα νικελίου (0,22ML) σε θερμοκρασία 0,37Tm, με καταγραφή της συνάρτησης τοπικής πυκνότητας κατανομής των ιόντων οξυγόνου ανά 2000 βήματα. Οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι ο τέλειος μονοκρύσταλλος μπορεί να σχηματίσει μεγάλο αριθμό οπών ιόντων οξυγόνου της τάξης του 10%, γεγονός που επιτρέπει την ερμηνεία του πειράματος, όπου περίπου 8ML Ni0 οξειδώθηκαν με οξυγόνα από το υπόστρωμα, χωρίς την ανάγκη υπόθεσης της παρουσίας άλλης πηγής μη στοιχειομετρικού οξυγόνου στο εσωτερικό του μονοκρυστάλλου. Για την μελέτη της αλληλεπίδρασης του Cr με το NiO(100), η οποία δεν είχε μελετηθεί συστηματικά μέχρι τώρα σε κλίμακα νανομετρικών υμενίων, έγιναν 4 πειράματα απόθεσης, που κατέληξαν σε 1,10 nm , 0,12 nm, 0,05 nm και 0,30 nm Cr0. Η απόθεση μεταλλικού χρωμίου σε θερμοκρασία δωματίου οδήγησε σε πλήρη κάλυψη της επιφάνειας του NiO(100), ενώ θέρμανση στους 550 Κ προκάλεσε συσσωμάτωση του χρωμίου και οξείδωσή του με παράλληλη αναγωγή του νικελίου του υποστρώματος. Περαιτέρω θερμάνσεις σε υψηλότερες θερμοκρασίες προκάλεσαν την εκ νέου οξείδωση του νικελίου. Η μοντελοποίηση των εντάσεων των φωτοκορυφών XPS με βάση σωματιδιακά υμένια χρωμίου και νικελίου δείχνει ότι το χρώμιο οξειδώνεται από κάτω προς τα πάνω και τελικά καλύπτει το μεταλλικό νικέλιο, χωρίς να αποκλείεται η ενδιάμεση ανάμειξη των δύο μετάλλων. Η μοντελοποίηση της οξείδωσης του ανηγμένου νικελίου σε μεγαλύτερη θερμοκρασία, δείχνει ότι ακολουθείται γενικά η ίδια πορεία , όπως και για απόθεση καθαρού Νi, με το οξείδιο του χρωμίου αρχικά να καλύπτει το σχηματιζόμενο NiO. Κατά την παρατεταμένη θέρμανση της διεπιφάνειας στους 940 Κ, η απόκλιση των πειραματικών σημείων από τις προβλέψεις του μοντέλου υποδεικνύει διεπιφανειακή ανάμειξη των υμενίων NiO και Cr2O3 και πιθανό σχηματισμό σπινελίου NiCr2O4, όπως αναφέρεται και στην βιβλιογραφία. Τα αποτελέσματα της φασματοσκοπίας ISS επιβεβαιώνουν σε ποιοτικό επίπεδο την ερμηνεία που αποδίδουν τα μοντέλα στις μετρήσεις XPS. / Deposition and annealing of Ni and Cr on a NiO(100) single crystal was studied using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Molecular Dynamics Simulations (MD) for the case of Ni and using XPS and Ion Scattering Spectroscopy (ISS) for the case of Cr. Depositions were carried out near room temperature in ultra high vacuum with base pressure of 2 x 10-10 mbar using Ni and Cr thermal evaporation sources . Both XP and IS spectra were taken while the sample was kept at an elevated temperature between 550K and 680K in order to avoid differential substrate charging. Annealing of up to 2 monolayers (ML) Ni deposited on NiO(100) has been reported to result in the gradual elimination of metallic Ni, attributed to oxidation via the substrate. Since the necessary quantity of oxygen is far greater than any possibly available surface oxygen (e.g. adsorbed hydroxyl species) and there is no evidence of non stoichiometric oxygen within the NiO(100) single crystal, it was decided to investigate the origin of the oxygen species involved. To that purpose, three successive depositions of Ni0 on NiO(100) were conducted, 1.6 ML 3.8 ML and 7.5 ML. After each deposition and before the next one, the sample was annealed up to 940 K resulting in the complete oxidation of the deposited Nio , with the exception of the final deposition of 7.5 ML whereby the oxidation was not completed within the time frame of the experiment. Simple kinetic modelling of the oxidation is consistent with oxygen originating from a constant concentration source within the substrate. Modelling of the XPS photoelectron intensities based on particulate films covering part of the substrate surface indicates that annealing leads initially to sintering and then to oxidation of the Ni0 particles, whereby they are covered by NiO as oxidation proceeds toward the metallic core. Since the experiment cannot provide any more information with respect to the origin of the oxygen, MD simulations where performed in order to investigate the ability of the perfect crystal to provide lattice oxygen to its surface. The Molecular Dynamics simulations were carried out in the constant temperature canonical ensemble using the Nose scheme, with a slab geometry consisting of 1728 ions and applying periodic boundary conditions. The equations of motion were integrated by means of Verlet’s algorithm and with a time step of 2 x10-15 s, whereas a rigid ion potential was adopted for the atomic interactions and the Coulombic contributions were evaluated with the use of the Ewald summation. Results are presented for depositions of 8 Ni (0.06ML), 16 Ni (0.11ML) and 32 Ni (0.22ML) ad-cations. The evolution of these systems was followed for up to 300000 time steps at a temperature corresponding to 0.37Tm , while the oxygen ions local density distribution function was recorded every 2000 time steps during each simulation run. The simulations show that the perfect crystal can successively form up to 10% of oxygen vacancies in each layer, which can explain the experimental results whereby 8ML of Ni0 where oxidized, without affecting the equivalent concentration of the available oxygen in the substrate and without having to assume any non stoichiometric oxygen inside the NiO(100) single crystal. In order to study the interaction of Cr with NiO(100), which has not been studied systematically so far in the nanometric film thickness range, four quantities of Cr0 , 10 nm, 0,12nm, 0,05 nm and 0,30 nm , were deposited. Deposition at room temperature resulted in complete coverage of the NiO(100) surface, while annealing at 550 K caused sintering and oxidation of Cr as well as reduction of NiO to Ni0 while farther annealing at higher temperatures caused the re-oxidation of the reduced Ni. Modelling of the XPS photoelectron intensities based on particulate films, indicated that Cr0 particles are oxidized from the bottom and finally cover the Ni0 film produced by reduction of the NiO(100) substrate, however the possibility that metallic Cr mixes with metallic Ni forming surface alloy during the process cannot be excluded. The XPS-based modelling of the oxidation process of the reduced Ni at higher temperatures shows that these particles are initially covered by NiO while the oxidation proceeds toward the metallic core, just as in the case of pure deposited Ni. Upon extensive annealing of the interface at 940 K, the deviation of the experimental results from the predictions of the model suggests that mixing of Cr2O3 and NiO occurs at the interface and possibly a NiCr2O4 spinel is formed, as reported in the literature. The ISS results qualitatively support the interpretation of the XPS results provided by the models.

Τα ετερομεταλλικά σύμπλοκα μεταβατικών μετάλλων-λανθανιδίων (Ln) έχουν μεγάλη σημασία εξαιτίας των σημαντικών φυσικών (μαγνητικών και οπτικών) ιδιοτήτων τους. Μόνο λίγες πλειάδες ΝiII/LnIII και πολυμερή ένταξης έχουν αναφερθεί μέχρι σήμερα. Δύο γενικές προσεγγίσεις για τη σύνθεση συμπλόκων ΝiII/LnIII είναι: η στρατηγική που βασίζεται στη χρησιμοποίηση «μεταλλικών συμπλόκων ως υποκαταστατών» και η στρατηγική που βασίζεται στην «απλή ανάμιξη των συστατικών». Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία εφαρμόζεται η δεύτερη κατά σειρά προσέγγιση για την παρασκευή των ακόλουθων ετερομεταλλικών συμπλόκων: [Ni8Tb8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (1.xMeOH.yH2O) [Ni8Ηο8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (2.xMeOH.yH2O) [Ni8Υ8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (3.xMeOH.yH2O) [Ni8Eu8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (4.xMeOH.yH2O) [Ni8Sm8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (5.xMeOH.yH2O) [Ni8Gd8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (6.xMeOH.yH2O) [Ni4Er4(OH)2(Pao)14(PaoH)2](ClO4)4.4MeOH.2H2O (7.4MeOH.2H2O) [Ni4Yb4(OH)2(Pao)14(PaoH)2](ClO4)4.4MeOH.2H2O (8.4MeOH.2H2O) [NiDy(OH)2(Phpao)3(NO3)2(MeOH)].xMeOH (9.xMeOH) {[NiDy(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (10.xMeOH.yH2O) {[NiCe(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (11.xMeOH.yH2O) {[NiPr(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (12.xMeOH.yH2O) {[NiNd(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (13.xMeOH.yH2O) {[NiSm(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (14.xMeOH.yH2O) {[NiEu(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (15.xMeOH.yH2O) {[NiTb(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (16.xMeOH.yH2O) {[NiHo(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (17.xMeOH.yH2O) {[NiEr(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (18.xMeOH.yH2O) {[NiGd(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (19.xMeOH.yH2O) όπου PaoH = 2-πυριδυλοαλδοξίμη, MepaoH = μέθυλο 2-πυριδυλοκετονοξίμη και PhpaoH = φαίνυλο 2-πυριδυλοκετονοξίμη. Οι μοριακές και κρυσταλλικές δομές των συμπλόκων προσδιορίστηκαν με κρυσταλλογραφία ακτίνων-Χ επί μονοκρυστάλλου. Eπίσης μελετήθηκαν οι μαγνητικές και οι οπτικές ιδιότητες επιλεγμένων συμπλόκων. / Heterometallic transition metal-lanthanide (Ln) complexes are of great importance because of their interesting physical (magnetic and optical) properties. Only few ΝiII/LnIII clusters and coordination polymers have been reported to date. Two general approaches for the synthesis of ΝiII/LnIII complexes are: the «metal complexes as ligands» strategy and the «one pot procedure» strategy. Here, the second approach has been applied for the preparation of the following complexes: [Ni8Tb8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (1.xMeOH.yH2O) [Ni8Ηο8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (2.xMeOH.yH2O) [Ni8Υ8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (3.xMeOH.yH2O) [Ni8Eu8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (4.xMeOH.yH2O) [Ni8Sm8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (5.xMeOH.yH2O) [Ni8Gd8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (6.xMeOH.yH2O) [Ni4Er4(OH)2(Pao)14(PaoH)2](ClO4)4.4MeOH.2H2O (7.4MeOH.2H2O) [Ni4Yb4(OH)2(Pao)14(PaoH)2](ClO4)4.4MeOH.2H2O (8.4MeOH.2H2O) [NiDy(OH)2(Phpao)3(NO3)2(MeOH)].xMeOH (9.xMeOH) {[NiDy(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (10.xMeOH.yH2O) {[NiCe(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (11.xMeOH.yH2O) {[NiPr(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (12.xMeOH.yH2O) {[NiNd(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (13.xMeOH.yH2O) {[NiSm(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (14.xMeOH.yH2O) {[NiEu(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (15.xMeOH.yH2O) {[NiTb(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (16.xMeOH.yH2O) {[NiHo(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (17.xMeOH.yH2O) {[NiEr(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (18.xMeOH.yH2O) {[NiGd(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (19.xMeOH.yH2O) where PaoH = 2-pyridylaldoxime, MepaoH = methyl 2-pyridylketoxime and PhpaoH = phenyl 2-pyridylketoxime. The molecular and crystal structures of the complexes have been determined by single-crystal X-ray crystallography. The magnetic and optical properties of selected complexes have also been studied.

Τα νανοϋλικά, τα υλικά δηλαδή που οι διαστάσεις τους είναι στην νανοκλίμακα, έχουν διαφορετικές ιδιότητες από τα αντίστοιχα υλικά σε μεγαλύτερη κλίμακα. Για αυτό το λόγο, τα νανοϋλικά παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για περαιτέρω μελέτη και έρευνα. Σε αυτά τα υλικά ανήκει και το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO). Το οξείδιο του ψευδαργύρου είναι ένας σύνθετος ημιαγωγός τύπου II-IV με άμεσο ενεργειακό χάσμα (Eg=3.37 eV) σε θερμοκρασία δωματίου και με μεγάλη ενέργεια σύνδεσης εξιτονίου (60 meV). Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σύνθεση, ο χαρακτηρισμός και η μελέτη ιδιοτήτων νανοσύνθετων υλικών οξειδίου του ψευδαργύρου. Προς αυτόν τον σκοπό, θα παρασκευάσουμε νανοδομές ZnO, με τη μέθοδο του ατμού-υγρού-στερεού (VLS), σε τριζωνικό φούρνο. Στην πορεία της εργασίας, στο πρώτο κεφάλαιο θα δοθούν οι ορισμοί της νανοτεχνολογίας και των νανουλικών. Στο δεύτερο κεφάλαιο, θα αναλυθεί η δομή και οι ιδιότητες του οξειδίου του ψευδαργύρου (ZnO), βάσει των κυρίων μεθόδων ανάπτυξης των νανοδομών του ZnO. Στο τρίτο κεφάλαιο, θα γίνει ανάλυση των μεθόδων χαρακτηρισμού των νανοδομών του ZnO,που θα ακολουθήσουμε στην παρούσα εργασία. Στο επόμενο κεφάλαιο (4ο), θα παρουσιαστεί η μέθοδος παρασκευής των νανοδομών του ZnO και στο αμέσως επόμενο, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του χαρακτηρισμού των νανοδομών ZnO, με τις μεθόδους PL, SEM και XRD. Στο τελευταίο κεφάλαιο αναφέρονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα διπλωματική εργασία. / Nanomaterials, materials on the scale of a few nanometers, have different properties in comparison with larger-scale materials. For this reason, nanomaterials are of particular interest for further study and research. Zinc Oxide (ZnO) belongs to these materials. ZnO is a complex II-VI semiconductor with a direct band-gap energy (Eg = 3.37 eV) at room temperature and a large exciton binding energy (60 meV). The aim of the present diploma thesis, is the preparation, the characterization and the study of the properties of ZnO nanoparticles. In order to accomplish that, we are going to produce nanostructures of ZnO, using the Vapor-Solid-Solid method, in a three-zone furnace. In the first chapter, we give the definitions of nanomaterials and various methods of producing them. In the chapter that follows, we are analyzing the properties of ZnO, the main methods of producing nanostructures of ZnO as well as the ways of exploiting these specific nanostructures. Thereafter, in chapter three, the three methods of characterizing the samples with the nanostructures, are analyzed. In the next chapter, the experimental procedure is presented, whereas on the fifth chapter the results are presented, using the methods of SEM, PL and XRD. In the final chapter we make about conclusion about this diploma thesis

Τα ετερομεταλλικά σύμπλοκα μεταβατικών μετάλλων-λανθανιδίων (Ln) έχουν μεγάλη σημασία εξαιτίας των σημαντικών φυσικών (μαγνητικών και οπτικών) ιδιοτήτων τους. Μόνο λίγες πλειάδες NiII/LnIII και πολυμερή ένταξης έχουν αναφερθεί μέχρι σήμερα. Μία γενική προσέγγιση για τη σύνθεση συμπλόκων NiII/LnIII είναι η στρατηγική που βασίζεται στη χρησιμοποίηση «μεταλλικών συμπλόκων ως υποκαταστατών». Αυτή προϋποθέτει μονοπυρηνικά ή ολιγοπυρηνικά σύμπλοκα NiII με μη-ενταγμένα άτομα Ο. Τέτοια σύμπλοκα μπορούν να θεωρηθούν ως «υποκαταστάτες» και να αντιδράσουν περαιτέρω με οξοφιλικά ιόντα LnIII. Στην παρούσα εργασία έχουμε συνθέσει μία σειρά από νικελιοϋποκαταστάτες βασισμένους στις 2-πυρίδυλο οξίμες: 2-πυρίδυλο αλδοξίμη [(py)CHNOH], μέθυλο 2-πυρίδυλο κετονοξίμη [(py)C(Me)NOH] και φαίνυλο 2-πυρίδυλο κετονοξίμη [(py)C(Ph)NOH]. Χρησιμοποιώντας ποικιλία συνθετικών πορειών απομονώσαμε τα παρακάτω σύμπλοκα: [Ni{(py)C(Me)NOH}3](PF6)(NO3) (1), [Ni3(PO3F)2{(py)C(Me)NOH}6](PF6)2 (2), [Ni(NO3)2{(py)C(Me)NOH}2] (3), [Ni(NO2)2{(py)C(Me)NOH}2].MeOH (4.MeOH), [Ni{(py)C(Me)NOH}3][Ni{(py)C(Me)NOH}2{(py)C(Me)NO}](PF6)3.2H2O (5.2H2O), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](ClO4)2.Me2CO.H2O (6.Me2CO.H2O), [Ni(NO2)2{(py)C(Ph)NOH}2].0.5(n-hexane) (7.0.5(n-hexane)), [Ni3{(py)C(Ph)NO}5{(py)C(Ph)NOH}](ClO4) (8), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](NO3)2.Me2CO (9.Me2CO), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](PF6)(NO3) (10), [Ni(SCN)2{(py)C(Ph)NOH}2].2MeOH (11.2MeOH) και [Ni(SCN)2{(py)CHNOH}2] (12). Οι μοριακές και οι κρυσταλλικές δομές των συμπλόκων προσδιορίστηκαν με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ μονοκρυστάλλου. Τα IR φάσματα των συμπλόκων μελετήθηκαν με βάση τις γνωστές δομές και τους τρόπους ένταξης των εμπλεκόμενων υποκαταστατών. Μερικά από τα σύμπλοκα είναι δυνητικοί μεταλλοϋποκαταστάτες. / Heterometallic transition metal-lanthanide (Ln) complexes are of great importance because of their interesting physical (magnetic and optical) properties. Only few NiII/LnIII clusters and coordination polymers have been reported to date. One general approach for the synthesis of NiII/LnIII complexes is the “metal complexes as ligands” strategy. This employs mononuclear or oligonuclear NiII complexes with uncoordinated O-donor groups; such complexes can be considered as “ligands” and further react with the oxophilic LnIII ions. In the present work we have synthesized a series of nickeloligands based on the 2-pyridyl oximes 2-pyridinealdoxime [(py)CHNOH], methyl 2-pyridyl ketone oxime [(py)C(Me)NOH] and phenyl 2-pyridyl ketone oxime [(py)C(Ph)NOH]. Using various synthetic routes we have isolated the complexes: [Ni{(py)C(Me)NOH}3](PF6)(NO3) (1), [Ni3(PO3F)2{(py)C(Me)NOH}6](PF6)2 (2), [Ni(NO3)2{(py)C(Me)NOH}2] (3), [Ni(NO2)2{(py)C(Me)NOH}2].MeOH (4.MeOH), [Ni{(py)C(Me)NOH}3][Ni{(py)C(Me)NOH}2{(py)C(Me)NO}](PF6)3.2H2O (5.2H2O), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](ClO4)2.Me2CO.H2O (6.Me2CO.H2O), [Ni(NO2)2{(py)C(Ph)NOH}2].0.5(n-hexane) (7.0.5(n-hexane)), [Ni3{(py)C(Ph)NO}5{(py)C(Ph)NOH}](ClO4) (8), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](NO3)2.Me2CO (9.Me2CO), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](PF6)(NO3) (10), [Ni(SCN)2{(py)C(Ph)NOH}2].2MeOH (11.2MeOH) and [Ni(SCN)2{(py)CHNOH}2] (12). The molecular and crystal structures of the complexes have been determined by single-crystal X-ray crystallography. The IR spectra of the complexes have been discussed in terms of the known structures and the coordination modes of the ligands involved. Some of the complexes have the potential to act as metalloligands.

Η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός πλειάδων των μετάλλων μετάπτωσης σε ενδιάμεσες οξειδωτικές βαθμίδες αποτελεί σήμερα έναν από τους κύριους ερευνητικούς στόχους πολλών επιστημονικών ομάδων παγκοσμίως εξαιτίας των εφαρμογών που βρίσκουν σε διάφορα επιστημονικά πεδία, όπως στη βιοανόργανη χημεία, στην επιστήμη των υλικών, στη μοριακή φυσική και στη θεωρητική χημεία. Οι πλειάδες αυτές περιέχουν πολλές φορές έναν ασυνήθιστα μεγάλο αριθμό ασυζεύκτων ηλεκτρονίων στη θεμελιώδη κατάσταση και παρουσιάζουν εξαιρετικό ενδιαφέρον από μαγνητικής απόψεως. Αυτό συμβαίνει γιατί μια υψηλή τιμή spin στη θεμελιώδη κατάσταση είναι αναγκαία (άλλα όχι ικανή) συνθήκη ώστε αυτού του είδους οι σύμπλοκες ενώσεις να εμφανίζουν το φαινόμενο του μονομοριακού μαγνητισμού (single-molecule magnetism). Στην παρούσα Εργασία μελετήθηκε το σύστημα αντίδρασης μαγγάνιο/α-βενζοΐνη οξίμη (α-benzoin oxime, bzoxH2) κάτω από βασικές συνθήκες, το οποίο οδήγησε στην απομόνωση και το δομικό (μέσω κρυσταλλογραφίας ακτίνων-Χ σε μονοκρυστάλλους) και μαγνητοχημικό χαρακτηρισμό των μοριακών πλειάδων [Mn8O4(bzox)8(MeOH)4] (1), [Mn9O2(bzox)11(bzoxH)(MeOH)4(H2O)2] (2) και [Mn9O2(bzox)11(bzoxH)(H2O)6] (3). Τα σύμπλοκα 1-3 αποτελούν τις πρώτες δομικά χαρακτηρισμένες πλειάδες τρισθενών μεταλλοϊόντων με υποκαταστάτη την α-βενζοΐνη οξίμη. Το σύμπλοκο 1 αποτελείται από οκτώ ιόντα MnIII, με το δομικό του πυρήνα να παρουσιάζει μία πρωτότυπη τοπολογική διευθέτηση τεσσάρων τριγωνικών Mn3 υπομονάδων, ανά δύο κάθετων μεταξύ τους, η οποία οδηγεί σε μια ενδιάμεση τιμή spin στη θεμελιώδη κατάσταση, SΤ = 2. Τα ισοδομικά σύμπλοκα 2 και 3 αποτελούνται από εννέα ιόντα MnIII, με το δομικό τους πυρήνα να παρουσιάζει μία επίσης πρωτότυπη τοπολογική διευθέτηση εναλλασσσόμενων τριγωνικών και γραμμικών Mn3 υπομονάδων, η οποία οδηγεί σε μια ενδιάμεση τιμή spin στη θεμελιώδη κατάσταση, SΤ = 3. / The synthesis and characterization of polynuclear metal complexes (clusters) containing paramagnetic 3d-metal ions in intermediate oxidation states have gained intense interest due to the applications of these compounds in several fields of science, such as bioinorganic chemistry, materials science, molecular physics and theoretical chemistry. Such high nuclearity transition metal clusters are one of the growing research subjects in Molecular Magnetism, given the fact that they often possess a fairly large ground-state spin value, which is one of the necessary requirements for a molecule to be able to exhibit the phenomenon of single-molecule magnetism. In the present work, we studied the reaction scheme manganese/α-benzoin oxime (bzoxH2) under basic conditions, which has led to the isolation, and structural (through single-crystal X-ray crystallography) and magnetochemical characterization of the molecular complexes [Mn8O4(bzox)8(MeOH)4] (1), [Mn9O2(bzox)11(bzoxH)(MeOH)4(H2O)2] (2) and [Mn9O2(bzox)11(bzoxH)(H2O)6] (3). Complexes 1-3 are the first structurally characterized trivalent metal clusters with the ligand α-benzoin oxime. Compound 1 consists of eight MnIII atoms and its irregular metal core presents an unprecedented topology based on four triangular Mn3 units, which are vertical to each other, thus leading to an ST = 2 ground state. The isostructural compounds 2 and 3 comprise nine MnIII atoms arranged in a unusual topology based on linear and triangular Mn3 units, thus leading to an ST = 3 ground state.

Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία μελετήθηκε το σύστημα αντίδρασης του βαναδίου, V, με τον υποκαταστάτη δι-2-πυρίδυλο κετόνη, (py)2CO. Πρόκειται για έναν εξαιρετικά δημοφιλή υποκαταστάτη τον οποίο πολλές ερευνητικές ομάδες, όπως και η δική μας, έχουν μελετήσει με πολλά μεταλλοϊόντα, εκτός του βαναδίου. Η χημεία της δι-2-πυρίδυλο κετόνης βασίζεται στο γεγονός ότι η καρβονυλική της ομάδα μπορεί να υποστεί προσβολή από διάφορα πυρηνόφιλα (π.χ.H2O, ROH) και να σχηματίσει την ημικεταλική ή/και τη 1, 1-διολική μορφές της. Η μελέτη αυτού του συστήματος οδήγησε στη σύνθεση και το χαρακτηρισμό συμπλόκων του βαναδίου σε διάφορες οξειδωτικές βαθμίδες. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί το μικτού σθένους εννεαπυρηνικό σύμπλοκο (Et3NH)2[VIIVV8O18{(py)2CO2}4]∙2MeCN, με τον υποκαταστάτη να βρίσκεται στην διπλά αποπρωτονιωμένη 1, 1-διολική μορφή του. Ακόμη από το γενικό σύστημα αντίδρασης απομονώθηκαν σύμπλοκα VIV2, VV2, VIV3, VV4, VV12 και VΙV2 VV8 με τον υποκαταστάτη να βρίσκεται σε διάφορες μορφές. Μελετήθηκαν οι μαγνητικές ιδιότητες των συμπλόκων του τετρασθενούς βαναδίου. Η συμμετοχή ωστόσο του μετάλλου και των ενώσεων του σε διάφορες βιολογικές διεργασίες, όπως στη ρύθμιση του μεταβολισμού, στα ενεργά κεντρά μεταλλοενζύμων καθώς και η ικανότητά του να ενισχύει τη δράση της ινσουλίνης, μας έδωσαν το ερέθισμα να μελετήσουμε συγκεκριμένα την αντικαρκινική συμπεριφορά επιλεγμένων συμπλόκων που παρασκευάσαμε σε διάφορες σειρές καρκινικών κυττάρων. / In the present Diploma Work we have studied reactions of vanadium, V, sources and di-2-pyridyl ketone, (py)2CO. This ligand is very popular and its reactions with several metal ions have been investigated by many groups, including our group. No V complexes of (py)2CO have been reported. The chemistry of di-2-pyridyl ketone is based on the fact that its carbonyl group can be attacked by various nucleophiles (e.g. π.χ.H2O, ROH) to give the hemiketal or/and 1,1-diol forms. The systematic investigation of the V/(py)2CO reaction system has led to the synthesis and characterization of V compounds with the metal in various oxidation states. A characteristic example is the mixed-valence, enneanuclear complex (Et3NH)2[VIIVV8O18{(py)2CO2}4]∙2MeCN, in which the ligand participates in the doubly deprotonated 1,1-diolate form. From this general reaction system, VIV2, VV2, VIV3, VV4, VV12 και VΙV2 VV8 species have also been isolated. The magnetic properties of the VΙV complexes have also been studied. The participation of V compounds in important biological processes gave us the stimulus to study the antiproliferative activity of selected complexes in various cancer cell lines.

Η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός πλειάδων των μετάλλων μετάπτωσης σε ενδιάμεσες οξειδωτικές βαθμίδες αποτελεί σήμερα έναν από τους κύριους ερευνητικούς στόχους πολλών επιστημονικών ομάδων παγκοσμίως εξαιτίας των εφαρμογών που βρίσκουν σε διάφορα επιστημονικά πεδία, όπως στη βιοανόργανη χημεία, στην επιστήμη των υλικών, στη μοριακή φυσική και ηλεκτρονική, και στη θεωρητική χημεία. Οι πλειάδες αυτές περιέχουν πολλές φορές έναν ασυνήθιστα μεγάλο αριθμό ασυζεύκτων ηλεκτρονίων στη θεμελιώδη κατάσταση και παρουσιάζουν εξαιρετικό ενδιαφέρον από μαγνητικής απόψεως. Αυτό συμβαίνει γιατί μια υψηλή τιμή spin στη θεμελιώδη κατάσταση είναι αναγκαία (άλλα όχι ικανή) συνθήκη ώστε αυτού του είδους οι σύμπλοκες ενώσεις να εμφανίζουν το φαινόμενο του μονομοριακού μαγνητισμού (single-molecule magnetism). Στην παρούσα Εργασία μελετήθηκε το σύστημα αντίδρασης μαγγάνιο/2-πυριδυλομεθανόλη (hmpH), παρουσία ή απουσία κυανικών ιόντων (OCN-) και κάτω από βασικές συνθήκες, το οποίο οδήγησε στην απομόνωση και το δομικό (μέσω κρυσταλλογραφίας ακτίνων-Χ σε μονοκρυστάλλους) και μαγνητοχημικό χαρακτηρισμό των πλειάδων [Mn7(OH)3(OCN)3(hmp)9](ClO4)2 (1), [Mn16O8(OMe)4(OCN)4(O2CMe)12(hmp)6(MeOH)2] (2), [Mn18O14(O2CMe)18(hmp)4(hmpH)2(H2O)2] (3) και [Mn18O14(O2CEt)18(hmp)4(hmpH)2(H2O)2] (4). Οι πλειάδες 1-4 είναι μικτού-σθένους (ΙΙ/ΙΙΙ). Το σύμπλοκο 1 αποτελεί ένα νέο μέλος μιας μεγάλης οικογένειας επταπυρηνικών συμπλόκων με το δομικό πυρήνα τους να περιλαμβάνει έξι ιόντα Mn διευθετημένα κυκλικά γύρω από ένα έβδομο κεντρικό ιόν Mn2+. Τα σύμπλοκα 2, 3 και 4 αποτελούν παραδείγματα υψηλής πυρηνικότητας και συμμετρίας πλειάδων του Mn, με αισθητικά όμορφες δομές και ενδιαφέρουσες μαγνητικές ιδιότητες. / The synthesis and characterization of polynuclear metal complexes (clusters) containing paramagnetic 3d-metal ions in intermediate oxidation states have gained intense interest due to the applications of these compounds in several fields of science, such as bioinorganic chemistry, materials science, molecular physics and electronics, and theoretical chemistry. Such high nuclearity transition metal clusters are one of the growing research subjects in Molecular Magnetism, given the fact that they often possess a fairly large ground-state spin value, which is one of the necessary requirements for a molecule to be able to exhibit the phenomenon of single-molecule magnetism. In the present work, we studied the general reaction system manganese/2-(hydroxymethyl)pyridine (hmpH), in the presence or absence of cyanate ions (OCN-), under basic conditions, which has led to the isolation, and structural (through single-crystal X-ray crystallography) and magnetochemical characterization of the compounds [Mn7(OH)3(OCN)3(hmp)9](ClO4)2 (1), [Mn16O8(OMe)4(OCN)4(O2CMe)12(hmp)6(MeOH)2] (2), [Mn18O14(O2CMe)18(hmp)4(hmpH)2(H2O)2] (3) and [Mn18O14(O2CEt)18(hmp)4(hmpH)2(H2O)2] (4). All complexes 1-4 are mixed-valent (II/III). Complex 1 is a new member of a growing family of heptanuclear clusters with a core consisting of six Mn ions arranged in a ring around a seventh central Mn2+ ion. Complexes 2, 3 and 4 are examples of high-nuclearity and high-symmetry Mn clusters with aesthetically pleasing structures and interesting magnetic properties.