[pt] O estudo de complexos binários de Al(III) com aminoácidos sulfurados (metionina, cisteína, homocisteína e penicilamina) e ligantes fosfatados (adenosina 5’-trifosfato e fosfocreatina) foi feito em solução aquosa por meio de titulações potenciométricas, de RMN de (13)C e (27)Al, de espectroscopia Raman, de modelagem molecular e de cálculos teóricos do espectro vibracional através do procedimento de cálculo DFT: B3LYP/6-311G. As titulações potenciométricas e o RMN de (13)C e (27)Al foram obtidos apenas para os complexos contendo aminoácidos. Através da potenciometria determinaram-se as constantes de estabilidade dos complexos binários de Al(III) com os aminoácidos e suas curvas de distribuição de espécies. Ao se analisar os valores de constantes obtidos percebe-se que o complexo Al-Penicilamina apresenta um valor maior que os demais complexos formados, indicando um comportamento distinto. Propôs-se que a penicilamina atuaria como tridentada através dos átomos de oxigênio do carboxilato, de nitrogênio da amina e de enxofre da sulfidrila, enquanto os outros atuariam como bidentados coordenando-se através dos átomos de oxigênio do carboxilato e de nitrogênio da amina. As distribuições de espécies em função do pH mostraram que no pH fisiológico há a predominância das espécies hidrolisadas do metal e do complexo. Os espetros de RMN de (13)C e de Raman e os cálculos teóricos confirmaram a possibilidade dos sítios coordenativos propostos para os aminoácidos. O RMN de (27)Al e a modelagem molecular mostraram que a geometria adotada pelo centro metálico é a octaédrica distorcida. Para os ligantes fosfatados, a espectroscopia Raman, a modelagem molecular e os cálculos teóricos indicaram que no complexo com a adenosina 5’-trifosfato a geometria deve ser octaédrica distorcida, com o ligante comportando-se como bidentado através dos átomos de oxigênio dos fosfatos terminais beta e gamma. Já no complexo com a fosfocreatina, a geometria deve ser tetraédrica distorcida, com o ligante comportando-se como tridentado coordenando-se pelos átomos de oxigênio do grupamento fosfato, de oxigênio do grupamento carboxilato e de nitrogênio do grupamento guanidino. Estes resultados mostram a variedade do comportamento dos ligantes na complexação com o Al(III). / [en] The study of binary complexes of Al(III) with sulfur amino acids (methionine, cysteine, homocysteine and penicillamine) and phosphate ligands (adenosine 5 - triphosphate and phosphocreatine) was done in aqueous solution applying potentiometric titrations, (13)C and (27)Al NMR, Raman spectroscopy, molecular modeling and DFT: B3LYP/6-311G theoretical calculations of the vibrational spectra. The potentiometric titrations and (13)C and (27)Al NMR were performed only for the complexes with amino acids. The potentiometry was used to determine the stability constants of the Al(III)-amino acid binary complexes and the distribution graphs of their species. The comparison between the values obtained for the constants revealed a distinct behavior for the Al-Penicillamine complex, with higher stability constants than the other complexes. It is suggested that penicillamine might act as a tridentate ligand through the oxygen of the carboxylate, the nitrogen of the amine and the sulfur of the sulfhydryl, while others act as bidentate ligands coordinating through the oxygen of the carboxylate and the nitrogen of the amine. The graphs of the species distribution in function of pH showed that in biological pH there is a predominance of hydrolyzed species of the metal and the complex. Raman and (13)C NMR spectroscopy associated with theoretical calculations confirmed the coordination sites proposed for the amino acids. (27)Al NMR and molecular modeling showed that the geometry adopted by the metal center is distorted octahedral. For phosphate ligands, Raman spectroscopy, molecular modeling and theoretical calculations indicated that the geometry of adenosine 5 - triphosphate complex can be distorted octahedral with the ligand behaving as bidentate through one oxygen atom of each terminal (beta) and (gamma) phosphates. Nevertheless, for the phosphocreatine complex the geometry seems to be a distorted tetrahedron with the ligand behaving as a tridentate, one coordinating through one of the oxygens in the phosphate, the oxygen in the carboxylate and the nitrogen in the guanidine group. These results bring to light the multiplicity of ligand behaviors in the complexation with Al(III).

[pt] O presente trabalho trata da síntese, caracterização e estudo espectroscópico de novo ligante derivado da reação do ácido barbitúrico e isoniazida e seus respectivos complexos de zinco e cobre que foram todos igualmente estudados. Foi proposto um roteiro de síntese em meio aquoso utilizando metodologia gráfica para delinear as melhores condições de obtenção dos produtos. Um estudo espectroscópico completo dos reagentes foi realizado para ajudar na caracterização do ligante e dos complexos. A interpretação dos espectros de infravermelho e Raman foi acompanhada com os cálculos mecânico-quânticos utilizando o método DFT/B3LYP e o conjunto de base 3-21G acompanhado com os dados experimentais obtidos pela análise da segunda derivada do espectro. Os espectros de infravermelho com transformada de Fourier, e Raman tendo como base a estrutura proposta de acordo com os dados de CHN, RMN e absorção atômica, apresentaram uma excelente concordância com os espetros experimentais. A baixa solubilidade do ácido barbitúrico e seus derivados em regiões de pH acima de 5 produz uma mistura de hidroxo-complexos que dificulta o estudo das regiões de baixa energia, onde os modos vibracionais metal-ligante ocorrem. A metodologia gráfica empregada permitiu a obtenção de produtos mais puros e cristalizados possibilitando a correta caracterização espectroscópica de todos os modos vibracionais. / [en] The present study examined the synthesis, characterization, and spectroscopic study of new ligand derived from the reaction of barbituric acid and isoniazid. The ligand was used to synthetize complexes of zinc and copper and these complexes were analyzed. A synthesis plan was proposed in an aqueous medium using a graphical methodology, ensuring the best conditions to obtain the products. A complete spectroscopic study of reagents was implemented to aid in the characterization of both the ligand and the complexes. The interpretation of infrared spectra and Raman was complemented with a quantum-mechanical calculation method using DFT / B3LYP and a 3-21G basis. These calculations were compared with experimental data obtained by analyzing the second derivative of the spectrum. Based on the structure proposed according to the data of CHN, NMR, and the atomic absorption; the infrared spectra with a transformed Fourier and Raman were in line with the experimental spectra. Lastly, these conclusions lead us to better understand the complexities in spectroscopic characterization of compounds derived from barbituric acid and its coordination compounds. The low solubility of barbituric acid and its derivatives in pH regions above 5 creates a mixture of hydroxide complexes which complicate the study of low energy regions, where the metal-ligand vibrational modes occur. The graphical methodology used allowed us to obtain purer crystallized products, enabling the correct spectroscopic characterization of all vibrational modes.

[pt] Norfloxacina (NFX) é um antibiótico fluorescente de amplo espectro bacteriológico, membro da família das fluorquinolonas (FQs). A interação das FQs com íons metálicos pode incrementar a ação bactericida e agir contra a resistência das bactérias frente aos antibióticos. Diversos exemplos de complexos mistos de norfloxacina e Cu(II) podem ser encontrados na literatura. A compreensão dos mecanismos moleculares de interação desses antibióticos com os diferentes componentes das células e com nanopartículas de ouro, como transportadores do fármaco, é extremamente importante. Para entender essas interações, neste trabalho utilizamos diferentes técnicas espectroscópicas, como espectroscopia de fluorescência estacionária e resolvida no tempo, absorção de luz UV-Visível e ressonância paramagnética eletrônica (RPE). A interação de NFX e do complexo ternário Cu(II):L:NFX, onde o ligante L é a 1,10-fenantrolina (Phen) ou 2,2-bipiridina (Bipy), com micelas e lipossomas unilamelares pequenos de fosfatidilcolina de ovo (PC) foi estudada usando espectroscopia de fluorescência em estado estacionário e resolvida no tempo. Foi estudada a estabilidade dos complexos ternários formados em micelas. Foram obtidas constantes de estabilidade no interior de micelas de SDS, as quais mostraram valores muito maiores do que em tampão. Já os espectros de RPE deram maiores detalhes sobre a estrutura dos complexos e confirmaram a formação do complexo ternário dentro das micelas. Foram estudadas as interações de FQs e seus complexos de cobre com lipossomas de PC preparados com diferentes densidades superficiais de carga elétrica negativa. No estudo da interação de FQs com nanopartículas de ouro sintetizadas por ablação a laser (nanocompósitos, AuNCs), NFX mostrou maiores mudanças, tanto na absorbância como na fluorescência, do que as FQs ciprofloxacina (CFX) e levofloxacina (LFX). Os resultados sugerem mudanças no índice de refração na superfície dos AuNCs, por associação com o fármaco e/ou formação de aglomerados como resultado da interação. Observou-se também uma supressão lenta, porém significativa, na fluorescência da NFX, sem mudança na posição do pico, indicando que NFX mantém o seu estado inicial de protonação ligando-se à superfície dos AuNCs. Também foi observada a liberação de FQs ligadas à superfície de AuNPs mediante substituição por tióis, que ocasiona recuperação parcial da fluorescência da fluorquinolona. Por último, como o surfactante aniônico SDS se mostrou promissor na interação com NFX, em comparação com surfactantes catiônicos e neutros, e como os AuNCs são estáveis em SDS, estudamos a interação de NFX com AuNCs sintetizados em presença de SDS e, para comparação, com AuNCs colocados em solução de SDS após a síntese. / [en] Norfloxacin (NFX) is a fluorescent antibiotic of broad bacteriological spectrum, member of the fluoroquinolone (FQ) family. The interaction of FQs with metal ions can increase the bactericidal action and act against antibiotics bacterial resistance. Several examples of mixed-ligand norfloxacin Cu (II) complexes can be found in the literature. Understanding the molecular mechanisms of interaction of these antibiotics with different cell components and with gold nanoparticles as drug transporters is extremely important. To clarify these interactions, we used different spectroscopic techniques, such as steady-state and time-resolved fluorescence spectroscopy, UV-Visible light absorption, and electron paramagnetic resonance (EPR). The interaction of NFX and the ternary complex Cu(II):L:NFX, where the L is the ligand 1,10-phenanthroline (Phen) or 2,2-bipyridine (Bipy), with micelles and small unilamellar liposomes of egg phosphatidylcholine (PC) was studied using steady-state and time-resolved fluorescence spectroscopy. The stability of the ternary complexes formed in micelles was studied, and stability constants were obtained inside SDS micelles, which showed values much larger than in buffer. The EPR spectra gave further details on the structure of the complexes, and confirmed the formation of the ternary complex inside the micelles. The interactions of FQs and their copper complexes with PC liposomes prepared with different surface densities of negative electrical charge were studied. In the study of the interaction of FQs with gold nanoparticles synthesized by laser ablation (nanocomposites, AuNCs), NFX showed greater changes than FQs ciprofloxacin (CFX) and levofloxacin (LFX) in both absorbance and fluorescence. The results suggest changes in the surface refractive index of the AuNCs and/or cluster formation, as result of the interaction with the drug. A slow but significant quenching of NFX fluorescence was also observed, with no change in peak position, indicating that NFX maintains its initial state of protonation by binding to the surface of the AuNCs. Release of FQs attached to the surface of AuNCs by thiols has also been observed, which causes partial recovery of FQ fluorescence. Finally, as the anionic surfactant SDS showed to be promising in the interaction with NFX, compared to cationic and neutral surfactants, and because the AuNCs are stable in SDS, we studied the interaction of NFX with AuNCs synthesized in the presence of SDS and, for comparison, with AuNCs placed in SDS solution after synthesis.

[pt] O presente trabalho representa um estudo espectroscópico vibracional de complexos metálicos com aminoácidos. Foram analisados complexos ternários com os íons metálicos Zn(II), Cd(II) e Ni(II), com os seguintes aminoácidos: glicina, serina, metionina, cisteína, ácido aspártico e ácido guanidoacético, e somente um complexo binário do íon Ni(II) com o ácido guanidoacético. A análise vibracional rigorosa, aliada às caracterizações dos complexos e à utilização de cálculos teóricos foram recursos fundamentais e preciosos neste trabalho científico. Os trabalhos existentes em espectroscopia vibracional realizados para complexos metálicos com aminoácidos como ligantes são incompletos no que diz respeito à caracterização vibracional e à análise estrutural completa desses compostos. Aliado a isso, a escassez de informação na literatura científica sobre espectros vibracionais de complexos de metais, tendo aminoácidos como ligantes contribuiu significativamente na escolha do tema. Para a caracterização dos compostos foram utilizadas as seguintes técnicas: espectroscopia no infravermelho, análise termogravimétrica, análise elementar e espectroscopia Raman. Os cálculos mecânico-quânticos utilizados fundamentaram-se basicamente na utilização da Teoria do Funcional de Densidade (DFT) com o método B3LYP e o conjunto de base 6-311G (d,p). Foi determinado também por procedimento mecânicoquântico a Análise dos Orbitais Naturais de Ligação (NBO), para dois complexos de níquel (II), com o intuito de conhecer a real hibridização do cátion metálico na formação do complexo, assim como a hibridização dos átomos que formam parte da esfera de coordenação do complexo. Paralelamente à utilização desses recursos, foi realizada a interpretação da segunda derivada espectral tanto do espectro infravermelho quanto do espectro Raman, além da Análise de Deconvolução de Bandas que nos permitiu evidenciar as bandas recobertas e/ou sobrepostas de forma a elucidar corretamente o espectro vibracional estudado. O trabalho apresenta ainda uma nova proposta de atribuição vibracional, baseada na geometria distorcida dos diferentes modos normais, ou geometrias de não equilíbrio, ou perturbadas da molécula, concluindo com a atribuição teórica experimental dos diferentes espectros vibracionais. Por fim, as conclusões nos levam a perceber quão complexa e importante se faz a atribuição dos espectros vibracionais de complexos de compostos de coordenação bioinorgânicos, com o intuito de elucidar essencialmente a região de baixa energia, onde os modos vibracionais metal-ligante acontecem. O procedimento de integração das metodologias empregadas resultam em uma análise espectroscópica precisa e bem fundamentada. / [en] This work represents a spectroscopic vibrational study of metal complexes having amino acids as ligands. Here, were analyzed ternary complexes having Zn(II), Cd(II) and Ni(II) as central metallic ions with the following amino acids: cysteine, methionine, aspartic acid, serine, and with guanido acetic acid. The study was extended to one binary complex of Ni(II) with the guanidoacetic acid acting as ligand. The rigorous vibrational analyses allied to the complexes characterizations and to the theoretical calculations, were the fundamental and precious recourses in this research work. The infrared and/or vibrational spectroscopic information of metal – amino acids complexes are incomplete related to the vibrational characterization of all the normal modes, also we find lack of information referred to characterization and structural analysis. Allied to this fact, the lack of information or references in scientific literature on vibrational spectra of metal complex having amino acids as ligands, had a great contribution to elect the subject of this research. For the complexes characterization were used the following techniques: infrared analysis, thermo gravimetric analysis, elementary analysis and Raman spectroscopy. The quantum mechanical procedures were basically substantiated on the Density Functional Theory (DFT) with the B3LYP method and with the basis set 6-311G (d, p). The Natural Bond Orbital (NBO) was also determinate for two Ni(II) complexes. The intention here was to know the real hybridization of the metallic cation in the complex formation as well as the hybridization of the atoms which are inside of the coordination sphere of the central metallic ion. Joint to the utilization of these research sources, concerning the vibrational spectra, we carried out the second derivative interpretation for the infrared and Raman spectra, and using this information we extended the interpretation study of the normal modes to the deconvolution band analysis. This technique allowed us to put in evidence the overlapped bands, in such a way we are able to obtain almost all the fundamental bands in the vibrational spectrum. The research work present also a new way to assign the normal modes based on the characterization of the distorted geometry of the different normal modes, concluding with the theoretical and experimental assignment of the different vibrational spectra of these complexes. The conclusions point out to the consideration of the great importance which has the correct interpretation or assignment of the fundamental bands in the vibrational spectra of bioinorganic coordination compounds, essentially with the purpose to elucidate the low energy region where the metal – ligand vibrational modes are localized. The procedure of the integrated methodologies used here result in a precise and well substantiated vibrational analysis.

[pt] Um grande número de complexos de cobre(II) tendo como ligantes compostos biológicos têm sido utilizados como modelos para o entendimento das diversas reações que ocorrem in vivo. Diversas desordens neurodegenerativas são caracterizadas pela presença anormal de proteínas no sistema nervoso central que possuem uma alta afinidade pelo íon cobre(II). Essa coordenação do metal à proteínas favorece o processo de deposição e associado ocorre a produção em excesso de espécies reativas de oxigênio (ROS - reactive oxygen species). A metionina é um antioxidante presente no meio biológico que pode se ligar ao cobre e prevenir os danos oxidativos. No presente trabalho, estudamos em solução aquosa, os complexos binários Cu(II):L1 e Cu(II):L2 e o complexo ternário Cu(II):L1:L2 (L1 = GlyGly e L2 = Met) a 25 °C e μ = 0,1 mol L-1. As constantes de formação dos complexos foram calculadas utilizando o programa BEST7. Os modos de coordenação dos ligantes nos complexos de Cu(II) foram investigados por cálculos DFT utilizando o programa TURBOMOLE 6.1. Foi utilizado o funcional PBE empregando a aproximação da resolução da identidade (RI-J) e com o conjunto de bases def2-SVP. Os efeitos do solvente foram incluídos através do modelo de solvatação COSMO. Os resultados DFT mostraram comportamento bidentado da glicilglicina na espécie Cu(H-1GlyGly), sem a participação do oxigênio do grupo carboxílico na esfera de coordenação do metal. O modelo de cluster-contínuo foi utilizado para obter, para os complexos mais estáveis, as energias livres em fase gasosa e em solução aquosa através dos métodos DFT: B3LYP/def2/TZVP e PBE0/def2-TZVP. Para os complexos mais estáveis foi incluída a segunda camada de solvatação (36 moléculas de água) para verificar a interferência de moléculas explícitas do solvente nos cálculos. Os resultados mostraram comportamento monodentado do ligante glicilglicina no complexo [Cu(GlyGly)(H2O)36]+, sem a participação do oxigênio peptídico na esfera de coordenação do centro metálico. Observou-se que os clusters assumem diferentes geometrias: octaédrica ([Cu(Met)(H2O)36]+), pirâmide de base quadrada ([Cu(GlyGly)(H2O)36]+, [Cu(H-1GlyGly)(H2O)36], [Cu(Met)(OH)(H2O)36], [Cu(Met)(OH)2(H2O)36]-, [Cu(HGlyGly)(Met)(H2O)36], [Cu(GlyGly)(Met)(H2O)36]- e [Cu(GlyGly)(Met)(OH)(H2O)35]2-) e quadrado distorcido ([Cu(GlyGly)(OH)(H2O)35]-). Todos os clusters apresentaram uma configuração eletrônica do estado fundamental t6 2g d22 d1 x2-y2 o que concorda com a distorção Jahn-Teller. Nas doenças neurodegenerativas o pH fisiológico é levemente acidificado. Na espécie ternária [Cu(GlyGly)(Met)(H2O)36]-, que é formada em pH 7, o enxofre não faz parte da esfera de coordenação do cobre, indicando que ele pode exercer uma ação antioxidante em sistemas biológicos sob condições de estresse oxidativo. / [en] A great number of copper(II) complexes that have as ligands biological compounds have been used as models for the understanding of several reactions that occur in vivo. Several neurodegenerative disorders are characterized by the abnormal presence of proteins in the central nervous system that have a high affinity for the copper(II) ion. This coordination of metal to proteins favor the deposition process and associated the production in excess of reactive oxygen species (ROS) occurs. The methionine is an antioxidant present in the biological medium that could bind to copper and prevent the oxidative damages. In the present work we studied in aqueous solution the binary complexes Cu(II):L1 and Cu(II):L2 and the ternary complex Cu(II):L1:L2 (L1 = GlyGly and L2 = Met) at 25C and μ = 0.1 mol L-1. The binding constants of the complexes were determined using the BEST7 program. The coordination modes of the ligands in the Cu(II) complexes were investigated by DFT calculation using the TURBOMOLE 6.1 program. The PBE functional was used employing the resolution of identity approximation (RI-J) and with the def2-SVP basis set. The solvent effects were included through the COSMO solvation model. The DFT results showed bidentate behavior of the glycylglycine in the Cu(H-1GlyGly) species without the participation of the oxygen from the carboxylic group in the metal coordination sphere. The cluster-continuum model was used to obtain for the more stable complexes the free energies in gas phase and in the aqueous solution through DFT methods: B3LYP/def2/TZVP and PBE0/def2-TZVP. The second solvation shell (36 water molecules) was included in the more stable complexes to verify the interference of solvent explicit molecules in the calculation. The results showed monodentate behavior of the glycylglycine ligand in the complex [Cu(GlyGly)(H2O)36]+, without the participation of the peptidic oxygen in coordination sphere of metallic centre. It was observed that the clusters assume different geometries: octahedral ([Cu(Met)(H2O)36]+), square pyramid ([Cu(GlyGly)(H2O)36]+, [Cu(H-1GlyGly)(H2O)36], [Cu(Met)(OH)(H2O)36], [Cu(Met)(OH)2(H2O)36]-, [Cu(HGlyGly)(Met)(H2O)36], [Cu(GlyGly)(Met)(H2O)36]- and [Cu(GlyGly)(Met)(OH)(H2O)35]2-) and distorted square ([Cu(GlyGly)(OH)(H2O)35]-). All the clusters presented an electronic configuration of ground state t6 2g d22 d1 x2-y2 that agree with the Jahn-Teller distortion. In the neurodegenerative diseases the physiologic pH is slightly acidified. In the ternary species [Cu(GlyGly)(Met)(H2O)36]-, that is formed in pH 7, the sulfur is not part of the coordination sphere of copper, indicating that it could exert an antioxidant action in biological systems under oxidative stress conditions.

[pt] Neste trabalho investigou-se a complexação entre o íon alumínio e ligantes como a adenosina 5-trifosfato, a fosfocreatina e aminoácidos pelas técnicas de titulação potenciométrica, espectroscopia Raman e cálculos teóricos em solução aquosa, para conhecer as características dos compostos formados. O estudo visou subsidiar o entendimento dos mecanismos de absorção e biodisponibilidade do alumínio. Tal compreensão poderia auxiliar as pesquisas clínicas relacionadas à prevenção e ao tratamento de doenças neurodegenerativas. O alumínio está presente na água e em vegetais, carnes, laticínios e aditivos alimentares. Soluções de nutrição parenteral, fórmulas infantis e medicamentos podem conter alumínio também. Em fluidos corporais, os nucleosídeos di e trifosfatos e os aminoácidos são bons ligantes para o íon alumínio. Biomoléculas da baixa massa molecular formam complexos que aumentam o pH de precipitação do íon e sua absorção gastrointestinal. Esta pesquisa analisou seis complexos formados com o íon alumínio em solução aquosa. Os compostos binários, tetraaquaadenosina5- trifosfato alumínio(III) e aquafosfocreatina alumínio(III), foram estudados por espectroscopia Raman e cálculos quantomecânicos. As análises dos complexos ternários, adenosina5-trifosfatodiaquacisteína aluminato(III), adenosina5-trifosfatotriaquametionina aluminato(III), aquacisteínafosfocreatina aluminato(III) e aquafosfocreatinametionina aluminato(III), envolveram ainda a potenciometria. Os cálculos computacionais usaram a teoria do funcional de densidade com o funcional híbrido (B3LYP), a base 6-311++G(d,p) e consideraram o efeito do solvente água pelo modelo de contínuo polarizável. Eles englobaram a obtenção de parâmetros geométricos, o cálculo do espectro Raman e a descrição da superfície de contorno do potencial eletrostático e do mapa do potencial eletrostático. No que tange os complexos binários, as análises ratificaram o comportamento bidentado da adenosina 5-trifosfato por um oxigênio do fosfato alfa e um oxigênio do fosfato beta. No complexo formado entre o íon alumínio e a fosfocreatina, o ligante atua como tridentado por um oxigênio do fosfato, um oxigênio do carboxilato e um nitrogênio. Os mapas do potencial eletrostático apontaram a presença de regiões neutras ao redor dos átomos e como as cargas totais das moléculas eram zero, elas devem ser solúveis em lipídios. Nos complexos ternários, os modos de coordenação da adenosina 5-trifosfato e da fosfocreatina adotados nos compostos binários se mantêm. A cisteína se comporta como bidentada por um oxigênio do carboxilato e um nitrogênio. Na espécie adenosina5-trifosfatotriaquametionina aluminato(III), a metionina atua como monodentada pelo oxigênio do carboxilato. A despeito da carga total negativa dos complexos, as moléculas não apresentam um potencial eletrostático tão negativo e possuem uma estrutura estável. Quatro outros sistemas ternários, o alumínio(III):adenosina 5-trifosfato:homocisteína, o alumínio(III):fosfocreatina:homocisteína, o alumínio(III):adenosina 5-trifosfato: penicilamina e o alumínio(III):fosfocreatina:penicilamina, foram examinados apenas por potenciometria. Ela mostrou a ocorrência de várias reações de complexação e diversos complexos são formados de acordo com o pH. Comumente, o alumínio(III) se torna insolúvel entre pH 2,5 a 5,5. Todavia, isso não ocorreu. Os resultados exibiram a variedade do comportamento dos ligantes na complexação com o íon alumínio. As pesquisas sugerem como podem estar formados alguns complexos nos organismos vivos. / [en] This thesis investigated complexation reactions between aluminum(III) and ligands such as adenosine 5-triphosphate, phosphocreatine and amino acids by potentiometry, Raman spectroscopy and theoretical calculations in aqueous solution, with the aim to know the proprieties of formed complexes. The study was important to improve the knowledge about absorption mechanisms and bioavailability of aluminum(III). This learning could help clinical researches about prevention and treatment of neurodegenerative diseases. Aluminum is present in water and in vegetables, animal products and food additives. Parenteral nutrition solutions, infant formulas and medications also contain aluminum. In fluids, di- and triphosphate nucleosides and amino acids are good ligands for aluminum(III). Low molecular mass biomolecules form complexes which increase the pH of precipitation of the metal ion and its gastrointestinal absorption. This study analyzed six complexes with aluminum ions in aqueous solution. The binary compounds tetraaquaadenosine 5-triphosphate aluminum(III) and aquaphosphocreatine aluminum(III) were studied by Raman spectroscopy and quantum mechanical calculations. The analysis of the ternary complexes adenosine5-triphosphatediaquacysteine aluminate(III), adenosine5’- triphosphatetriaquamethionine aluminate(III), aquacysteinephosphocreatine aluminate(III) and aquaphosphocreatinemethionine aluminate(III) also involved potentiometry. Computational calculations used density functional theory with the hybrid functional B3LYP and the 6-311++G(d,p) basis set regarding water solvent effects by the polarizable continuum model. They included the assessment of geometrical parameters, Raman spectrum calculations and the description of electrostatic potential contour surfaces and mapped electrostatic potential. Regarding the binary complexes, analyses confirmed the bidentate behavior of adenosine 5-triphosphate through one oxygen of the phosphate beta and one oxygen of the phosphate gamma. In the complex that formed between aluminum(III) and phosphocreatine, the ligand behaved as a tridentate, coordinated through one oxygen in the phosphate, one oxygen in the carboxylate and one nitrogen in the guanidine group. The electrostatic potential maps pointed out the presence of neutral regions around atoms and, as the total charge of these molecules was zero, they should be soluble in lipids. In the ternary complexes, the coordination modes of adenosine 5-triphosphate and phosphocreatine adopted in binary compounds remained. Cysteine behaved as a bidentate ligand through one carboxylate oxygen and nitrogen. In the adenosine5- triphosphatetriaquamethionine aluminate(III) species, methionine acted as a monodentate ligand via the carboxylate oxygen. Despite the negative net charge of the complexes, they did not exhibit a negative electrostatic potential and had stable structures. The four other ternary systems, aluminum(III):adenosine 5- triphosphate:homocysteine, aluminum(III):phosphocreatine:homocysteine, aluminum(III):adenosine 5-triphosphate:penicillamine and aluminum(III): phosphocreatine:penicillamine, were examined only by potentiometry. The results showed the occurrence of various complexation reactions, and several complexes are formed depending on the pH. Commonly, aluminum(III) becomes insoluble between pH 2.5 to 5.5. However, this did not occur. These results bring to light the multiplicity of ligand behaviors in complexation with aluminum(III). This research also suggests that some complexes may be formed in living organisms.

[pt] As fluorquinolonas constituem uma importante classe de agentes antimicrobianos sintéticos utilizados clinicamente por mais de 30 anos. Além da atividade antibacteriana, algumas fluorquinolonas, assim como seus complexos metálicos, mostraram ter atividade citotóxica, sendo, portanto, promissores como agentes antitumorais. Neste trabalho, obtivemos complexos de Au(III), Cu(II) e Bi(III) com as seguintes fluorquinolonas: norfloxacina, levofloxacina e esparfloxacina. Esses novos complexos foram caracterizados por diversas técnicas, tais como: análise elementar, condutimetria, espectroscopia na região do infravermelho, ressonância paramagnética eletrônica (RPE), ressonância magnética nuclear (RMN) de 1H e 13C, espectroscopia UV-Vis, fluorescência estacionária e resolvida no tempo. Atividades biológicas foram realizadas para todos os complexos. Usualmente, as fluorquinolonas coordenam-se aos íons metálicos de modo bidentado, através da carbonila do ácido carboxílico e da carbonila cetônica. Esta coordenação foi confirmada para os complexos de Cu(II), entretanto, para os complexos de Au(III) e Bi(III), os resultados de infravermelho e do RMN de 1H e 13C mostraram que a coordenação foi feita através dos nitrogênios do anel piperazina, uma coordenação não encontrada usualmente para as fluorquinolonas. Os complexos de Au(III) mostraram ser ativos frente às linhagens tumorais A20 (Linfoma murino), B16-F10 (Melanoma murino) e K562 (Leucemia mielóide humana). Os complexos de Cu(II) mostraram significativa atividade antiparasitária, enquanto os complexos de Bi(III), mostraram atividade antibacteriana. / [en] The fluoroquinolones are an important class of synthetic antimicrobial agents clinically used for over 30 years. In addition to antibacterial activity, some fluoroquinolones, as well as their metal complexes, presented cytotoxic activity and are therefore promising as antitumor agents. In order to obtain new complexes of Au (III) and other metal ions that have biological activity, this work had the objective to synthesize new complexes using ligands of the group of fluoroquinolones. These new complexes were characterized by various techniques such as elemental analysis, conductometry, infrared spectroscopy, electron paramagnetic resonance (EPR), nuclear magnetic resonance (NMR) of 1H and 13C NMR, UV-Vis, stead state and time-resolved fluorimetry studies. Biological activities were analized for all complexes. Usually, the fluoroquinolones coordinate to the metal ions as bidentate through the carbonyl and carboxylic acid ketonic carbonyl group. This was confirmed Cu(II) complex, however, for Au(III) and Bi (III) complexes, the results of IR and 1H and 13C NMR showed that the coordination was trough the nitrogen using the piperazine ring, a coordination not usually found for fluoroquinolones. The complexes of Au(III) shown to be active against the A20 tumor cell lines (murine lymphoma), B16-F10 (murine melanoma) and K562 (human myeloid leukemia). Complexes of Cu(II) showed significant antiparasitic activity, whereas complexes of Bi(III) have shown antibacterial activity.

[pt] Os nanomateriais sensíveis à luz visível baseados em TiO2 são amplamente estudados para aplicações fotocatalíticas sob radiação UV-Vis. Entre os mecanismos de sensibilização à luz visível, vacâncias de oxigênio extrínsecas foram introduzidas em TiO2 e complexos de transferência de carga (CTCs) foram formados entre ligantes quelantes, como acetilacetona, e TiO2 nanocristalino ( TiO2-ACAC). Por outro lado, foi encontrado na literatura que o ácido glutárico acoplado à anatase nanocristalina (TiO2-GA) apresenta alta eficiência fotocatalítica sob UV devido à sua alta área superficial. No entanto, a influência das vacâncias de oxigênio extrínsecas no desempenho fotocatalítico dos CTCs à base de TiO2 é desconhecida e a sensibilização do TiO2 à luz visível por funcionalização com ácido glutárico (TiO2-GA) e seu desempenho fotocatalítico sob radiação de luz visível ainda não foram investigados. Neste trabalho, vacâncias de oxigênio extrínsecas de superfície/volume foram introduzidas em TiO2-ACAC através de calcinação a 270 °C sob ar estático, atmosferas de Ar e H2 e nanomateriais de TiO2-GA sensíveis à luz visível foram sintetizados via sol-gel e calcinados sob ar estático a 270 °C. Os CTCs de TiO2-ACAC e TiO2-GA foram caracterizados pelas técnicas de XRPD, FTIR, TGA, DRS, PL, EPR e XPS. Os resultados de FTIR comprovaram a formação do CTC através da interação quelante bidentada entre TiO2 e GA. Os CTCs de TiO2-GA calcinados a 270 °C sob ar estático exibiram uma longa cauda de absorção no espectro de luz visível devido à formação de centros F+ e defeitos Ti3+. A fotodegradação da tetraciclina (TC) usando sequestrantes e a correlação com EPR-spin trapping destacaram o papel fundamental do radical superóxido na degradação da TC pelos CTCs de TiO2-ACAC e TiO2- GA sob radiação de luz visível de baixa potência. O aumento da concentração de vacâncias de oxigênio extrínsecas não foi benéfico para o desempenho fotocatalítico dos CTCs de TiO2-ACAC, uma vez que as vacâncias de oxigênio extrínsecas no volume também atuam como centros de recombinação. De fato, o CTC de TiO2-ACAC com a menor concentração de vacâncias de oxigênio extrínsecas exibiu o maior desempenho fotocatalítico para degradação da TC devido a uma distribuição adequada de vacâncias de oxigênio extrínsecas no volume, o que fez com que os elétrons aprisionados sofressem saltos repetidos, reduzindo as taxas de recombinação e melhorando a eficiência na produção de radicais superóxido. Por outro lado, o alto teor de molécula orgânica de GA ineficientemente ligada à superfície do TiO2 não foi benéfica para o desempenho fotocatalítico dos CTCs de TiO2-GA, uma vez que a molécula orgânica que não é efetivamente ligada à superfície do TiO2 reduziu os sítios ativos na nanoestrutura de TiO2-GA. Nossas descobertas indicaram que os CTCs de TiO2-ACAC e TiO2-GA são capazes de degradar poluentes via interações com buracos eletrônicos e principalmente radicais superóxido e também forneceram informações fundamentais sobre a influência das vacâncias de oxigênio extrínsecas de superfície/volume no desempenho fotocatalítico, parâmetros de rede, propriedades ópticas e fotoquímicas dos CTCs baseados em TiO2. / [en] TiO2-based visible-light-sensitive nanomaterials are widely studied for photocatalytic applications under UV-Vis radiation. Among the mechanisms of visible light sensitization, extrinsic oxygen vacancies have been introduced into TiO2 and charge transfer complexes (CTCs) have been formed between chelating ligands, such as acetylacetone, and nanocrystalline TiO2 (TiO2-ACAC). On the other hand, it was found in the literature that nanocrystalline anatasecoupled glutaric acid (TiO2-GA) exhibits high photocatalytic efficiency under UV due to its high surface area. However, the influence of extrinsic oxygen vacancies on the photocatalytic performance of TiO2-based CTCs is unknown and the sensitization of TiO2 to visible light by functionalization with glutaric acid (TiO2-GA) and its photocatalytic performance under visible light radiation have not yet been investigated. In this work, surface/bulk extrinsic oxygen vacancies were introduced into TiO2-ACAC through calcination at 270 °C under static air, Ar and H2 atmospheres and visible-light-sensitive TiO2- GA nanomaterials were synthesized via sol-gel and calcined under static air at 270 °C. TiO2-ACAC and TiO2-GA CTCs were characterized by XRPD, FTIR, TGA, DRS, PL, EPR and XPS techniques. FTIR results proved the formation of the CTC through bidentate chelating interaction between TiO2 and GA. TiO2-GA CTCs calcined at 270 °C under static air exhibited a long absorption tail in the visible light spectrum due to the formation of F+ centers and bulk Ti3+ defects. Tetracycline (TC) photodegradation using scavengers and the correlation with EPR-spin trapping highlighted the key role of the superoxide radical in the TC degradation by TiO2-ACAC and TiO2-GA CTCs under low-power visible light radiation. The increased extrinsic oxygen vacancies concentration was not beneĄcial for photocatalytic performance of TiO2-ACAC CTCs, since bulk extrinsic oxygen vacancies additionally acts as recombination centers. In fact, the TiO2-ACAC CTC with the lowest extrinsic oxygen vacancies concentration exhibited the highest photocatalytic performance for TC degradation due to an adequate distribution of extrinsic bulk oxygen vacancies, which led to the trapped electrons undergoing repeated hopping, reducing the recombination rates and improving the efficiency in the superoxide radicals production. On the other hand, the high content of GA organic molecule ineffectively bounded to the TiO2 surface were not beneĄcial for photocatalytic performance of TiO2-GA CTCs, since the organic molecule that is not effectively bounded to the TiO2 surface reduced the active sites in the TiO2-GA nanostructure. Our Ąndings indicated that TiO2-ACAC and TiO2-GA CTCs are able to degrade pollutants via interactions with electronic holes and principally superoxide radicals and also, provided fundamental information about the influence of surface/bulk extrinsic oxygen vacancies on photocatalytic performance, lattice parameters, optical and photochemical properties of TiO2- based CTCs.

[pt] Na busca de novos quimioterápicos diferentes dos clássicos derivados de cisplatina, ligantes derivados aroíl-hidrazônicos e complexos de cobre(II) aparecem como compostos promissores. Esta tese relata o desenvolvimento e a síntese de uma nova combinação desses compostos a partir de oito ligantes bases de Schift aroíl-hidrazônicos inéditos e seus Cu2-complexos derivados de sais de perclorato ou acetato 1‒14. Os complexos de cobre(II) obtidos contêm em suas estruturas modelos estruturais de sítios ativos de algumas metaloenzimas. Os compostos foram amplamente caracterizados utilizando várias técnicas espectroscópicas e analíticas. As análises por difração de raios X de quatro ligantes e cinco complexos são descritas em detalhes nessa tese. A estabilidade dos compostos foi estudada em meio celular e sua atividade biológica foi analisada. Os resultados incluem um estudo da interação de dois ligantes derivados de tiofeno (H3L1) ou furano (H3L2) e seus respectivos complexos 1 e 2 (primeiro conjunto de compostos) com uma proteína e DNA do timo de vitelo (calf thymus DNA), com o objetivo de medir a afinidade de ligação à albumina sérica bovina e ao DNA usando as técnicas de absorção de UV/Visível e/ou fluorescência. Adicionalmente, foi visto através de técnicas de espalhamento de luz que a interação entre os compostos e a proteína é reversível. Uma importante contribuição do presente trabalho foi analisar a capacidade de clivagem do DNA plasmidial de dois complexos 1 e 2 usando a técnica de espalhamento de luz dinâmico. Neste trabalho são estudadas as alterações do raio hidrodinâmico do DNA plasmidial causada pelo corte nas hélices resultante da presença dos complexos. Ensaios de citotoxicidades em algumas células cancerígenas, revelaram a alta capacidade dos ligantes (H3L1 and H3L2) e dos complexos (1 e 2) de induzir a morte celular. Ademais, as muitas propriedades biológicas, incluindo a atividade anticancerígena do fragmento isoxazol, motivaram sua inclusão na estrutura dos ligantes H3L3 and H2L4 e complexos 3‒6 (segundo conjunto de compostos). A combinação dessas estruturas pode vir a ser promissora na procura de novos medicamentos contra o câncer. A interação dos derivados dos ligantes isoxazol-aroíl-hidrazônicos com o DNA foi diretamente estudada por espectroscopia na absorbância e fluorescência, usando as propriedades luminescentes apresentadas pelos ligantes. No caso dos complexos, o ensaio de deslocamento de brometo de etídio revelou uma afinidade importante através da intercalação nos ácidos nucleicos da sequência do DNA. Adicionalmente, este trabalho conseguiu demostrar que ligantes e complexos contendo um braço fenólico no lugar de um braço piridínico melhoram a citotoxicidade in vitro em células de câncer de mama epitelial humano, alcançando a faixa nanomolar. A capacidade de metalação e transmetalação dos ligantes binucleares H3L3 e H2L4 e seus complexos de cobre 3‒6 com Fe(II), Fe(III) e Zn(II) provenientes do meio biológico foi verificada como uma estratégia adicional para induzir a morte de células cancerígenas. Além disso, para estudar a interação dos compostos com o sistema biológico e/ou para demostrar a permeabilidade celular dos compostos, os ligantes (H3L5‒H3L7) e complexos (7‒12) foram funcionalizados com fluoróforos potentes como pireno (H3L5) (conjunto três de compostos), benzopiranotiofeno (H3L6) ou borodipirrometeno (H3L7) (conjunto quatro de compostos) associados aos fragmentos hidrazônicos. Estudos de microscopia de fluorescência do ligando H3L7 comprovaram sua presença dentro de células de câncer. Também, análises de co-localização para organelas mostraram a afinidade dos ligantes com a mitocôndria. Finalmente, motivada pelas propriedades biológicas da molécula isoniaziada e seu uso em tratamentos de quimioterapia, esta tese mostra de forma general a síntese, caracterização e citotoxicidade de um novo ligante isoniazídico (H2L8) e seus complexos de perclorato ou acetato de cobre(II) 13 e 14 (conjunto cinco de compostos) visando realizar um pedido de patente. / [en] On the search of new chemotherapeutic agents differing from the classic cisplatin family drugs, aroylhydrazonic derivatives and their copper(II) complexes appear as promising compounds. This thesis reports on the design and syntheses of a novel combination of them through eight new aroylhydrazones and their fourteen perchlorate and/or acetate Cu2-complexes 1‒14. The obtained bioinspired copper(II) complexes constitute structural models for the active sites of some type 3 copper enzymes. The compounds were fully characterized using various spectroscopic and analytical techniques. X-ray diffraction structures for four ligands and five complexes are described in detail. Compounds stability was studied in cellular medium and their biological activity was examined. The results include a large study on the interaction of two thiophene (H3L1) or furan (H3L2) ligand derivatives and their respective μ-hydroxo dicopper complexes 1 and 2 (first set of compounds) respectively, with bovine serum albumin protein and calf thymus DNA using different spectroscopic techniques, which include the binding affinity to BSA and DNA using UV/Visible and/or fluorescence techniques. Additionally, scattering techniques revealed that the interaction between the compounds and BSA induces reversible aggregation of the biomolecules. As an important contribution of the present work, the plasmid DNA cleavage ability of the complexes 1 and 2 was studied by Dynamic Light Scattering. The changes of hydrodynamic radius values of pBR322 plasmid DNA are correlated to the nick induced by the complexes in the helices. Cytotoxic assays on some cancer cells revealed the high ability of H3L1 and H3L2, and complexes 1 and 2 to induce cell death. On the other hand, the many biological properties, including anticancer activity, of the isoxazole molecule, motivated the inclusion of this moiety in two ligands H3L3 and H2L4 and four complexes 3‒6 (second set of compounds). Interaction of these isoxazole-aroylhydrazonic ligand derivatives with DNA was directly studied by absorbance and fluorescence spectroscopy, as a result of the fluorescence properties displayed by the ligands. In the case of the isoxazole-aroylhydrazonic complexes-DNA interaction, the ethidium bromide displacement assay revealed significant affinity by intercalation binding mode of the nucleic acid in the DNA sequence. Additionally, this work successfully demonstrated that ligands and complexes containing a phenol pendant arm instead of a pyridine one improve the in vitro cytotoxicity on human epithelial breast cancer cells, attaining nanomolar range. Metal chelation and transmetallation ability of binucleating ligands H3L3 and H2L4 and their copper complexes 3‒6 with Fe(II), Fe(III) and Zn(II) from the biological medium was verified as an additional cell death induction anticancer strategy. Moreover, to study the interaction of the compounds with the biological system and to demonstrate their cell permeability, ligands (H3L5‒H3L7) and complexes (7‒12) were functionalized in their hydrazone moieties with potent fluorophores, such pyrene (H3L5) (set three of compounds), benzopyranothiophene (H3L6), or boron-dipyrromethene (H3L7) derivatives (set four of compounds). Fluorescence microscopy studies proved the presence of ligand H3L7 inside cancer cells, proving its ability to pass through the cell membrane. Besides, co-localization analysis for organelles showed the affinity of this ligand for the mitochondria. Finally, motived by the wide spectrum of biological properties of the isoniazid molecule and its use in chemotherapy, this thesis reports the syntheses, characterization and cytotoxicity studies on cancer cells of a new isonicotinoyl hydrazone ligand (H2L8) and its perchlorate or acetate copper(II) complexes 13 and 14 (set five of compounds), which are involved in a patent request.