[pt] Foram sintetizados 16 complexos de cobre(II) coordenados com seis aminoácidos presentes na placa b-amilóide, que está associada à Doença de Alzheimer - ácido aspártico, ácido glutâmico, metionina, glicina, serina e arginina, outros dois aminoácidos também encontrados no cérebro - cisteína e homocisteína, além da L-carnitina e acetil-L-carnitina que vêm sendo utilizados como suplemento alimentar em pacientes com doenças neurodegenerativas. Nosso objetivo foi verificar a afinidade do cobre(II) com estes aminoácidos, uma vez que o envelhecimento provoca aumento no cérebro tanto das concentrações de íons cobre como dos níveis de todos estes aminoácidos (que são consequência de fragmentações peptídicas). Por esta razão, procurou-se trabalhar in vitro com condições próximas ao meio biológico utilizando apenas água deionizada como solvente. Os complexos obtidos foram caracterizados pelas seguintes técnicas: análise elementar (espectrometria de absorção atômica e CHN), condutimetria, análise termogravimétrica, ressonância paramagnética eletrônica, voltametria cíclica e espectroscopia no infravermelho. Foi possível verificar que, exceto a acetil-L-carnitina, todos se comportam como ligantes bidentados e complexam facilmente ao cobre(II). Ácido aspártico, ácido glutâmico, serina, metionina, glicina e arginina se coordenaram através do átomo de oxigênio do grupo carboxilato e do átomo de nitrogênio do grupo amino, cisteína e homocistéina através do átomo de enxofre e do átomo de nitrogênio do grupo amino, L-caritina através do átomo de oxigênio do grupo carboxilato e do átomo de oxigênio alcoólico e acetil-L-carnitina se coordena monodentadamente através do átomo de oxigênio do grupo carboxilato. / [en] Sixteen complexes of copper(II) with six amino acids that are present in the b-amyloid peptide, which is associated with Alzheimer’s disease - aspartic acid, glutamic acid, methionine, glycine, serine and arginine -, two amino acids also found in the brain - cysteine and homocysteine -, as well as L-carnitine and acetyl-L-carnitine, which have been used as food supplement in patients with neurodegenerative diseases, were studied. Our aim was to determine the affinity of copper(II) with these amino acids, since aging causes an increase in brain concentrations of copper ions as well as in the level of all of these amino acids, as a consequence of peptide fragmentation. For this reason, we decided to do an in vitro study in similar conditions as the biological environment, using only deionized water as solvent. These compounds were characterized through the following techniques: elementary analysis (atomic absorption spectrometry and CHN), conductimetry, thermogravimetric analysis, electron paramagnetic resonance, electrochemical analysis, and infrared spectroscopy. It was possible to verify that, except for acetyl-L-carnitine, all amino acids behaved as bidentate ligands. They all form complexes with copper(II) easily. Aspartic acid, glutamic acid, serine, methionine, glycine and arginine coordinate through the oxygen atom of the a-carboxylate group and the nitrogen atom of the amine group. Cysteine and homocysteine coordinate through the sulfur atom and the nitrogen atom of the amine group, L-Carnitine coordinates through one oxygen atom of the carboxylate group and one oxygen atom of the alcohol group, and acetyl-L -carnitine coordinates through the oxygen atom of the carboxylate group.

[pt] Este trabalho descreve a síntese e caracterização de quatro complexos de cobre (II) e quatro complexos de zinco (II), com dipeptídeos, no estado sólido. Os dipeptídeos envolvidos foram: glicil-glicina, glicil-valina, metionil-metionina, metionil-glicina e cisteinil-glicina, cujos aminoácidos fazem parte de algumas proteínas envolvidas em processos de neurodegeneração, mais especificamente na doença de Alzheimer. Embora os mecanismos que desencadeiam esta patologia não estejam ainda totalmente esclarecidos, sabe-se que os íons metálicos, como o cobre (II) e o zinco (II), interagem com o peptídeo beta-amilóide. Acredita-se que tais interações favoreçam a formação de agregados protéicos sólidos deste peptídeo, observados nos cérebros de pacientes com essa doença. Dessa forma, a obtenção e o estudo de modelos simples no estado sólido, sintetizados em condições próximas ao meio biológico, podem permitir uma melhor compreensão de possíveis interações de tais metais neste sítio protéico. Os compostos obtidos foram caracterizados utilizando as seguintes técnicas: análise elementar, absorção atômica, espectroscopia de infravermelho, espectroscopia Raman, espectroscopia de ultravioleta-visível, termogravimetria, RPE (para os complexos de cobre) e condutivimetria. Para os complexos de zinco, foram realizados cálculos teóricos mecânico-quânticos para obtenção de parâmetros geométricos e espectros de infravermelho. A análise dos compostos obtidos mostrou que os complexos de cobre e zinco com os dipeptídeos estão coordenados por átomos de oxigênio e nitrogênio. Nos complexos de peptídeos contendo enxofre, a coordenação também ocorre pelo átomo de enxofre (cobre com metionil-metionina e metionil-glicina e zinco com cisteinil-glicina). Os compostos obtidos para ambos os metais na proporção metal-ligante (1:1) mostram comportamento diferente dos estudos em solução e aqueles obtidos na proporção metal-ligante (1:2) mostram comportamento similar a complexos de metais com aminoácidos. / [en] This work describes the synthesis and characterization of copper (II) and zinc (II) complexes, with dipeptides in solid state. The dipeptides involved were: glycyl-glycine, glycyl-valine, methionyl-methionine, methionyl-glycine and cysteinyl-glycine, whose aminoacids take part in some proteins involved in neurodegeneration processes, more specifically in Alzheimer’s disease. Although the mechanisms that trigger this pathology are still not totally clear, it is known that metallic ions, such as copper (II) and zinc (II) interact with the beta-amyloid peptide. It seems that such interactions favor the formation of solid proteic aggregates of this peptide, observed in the brains of patients with Alzheimer’s disease. Thus, the obtaining and study of simple models in the solid state, synthesized in similar conditions to the biological medium, may allow a better understanding of the possible interactions of such metals in this proteic site. The compounds obtained were characterized using the following techniques: elemental analysis, atomic absorption, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, ultraviolet-visible spectroscopy, thermogravimetry, EPR (for the copper complexes) and conductivimetry. For the zinc complexes, quantum-mechanical theoretical calculations were performed to obtain geometrical parameters and infrared spectra. The analysis of the compounds showed that the copper and zinc complexes with dipeptides are coordinated through oxygen and nitrogen atoms. In complexes of dipeptides containing sulfur, coordination trough the sulfur atom occurs too (copper with methionyl-methionine and methionyl-glycine and zinc with cysteinyl-glycine). The compounds obtained for both metals at the metal-ligand ratio (1:1) behave differently from those studied in solution e those obtained in the metal-ligand ratio (1:2) show similar behavior of metal complexes with aminoacids.

[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] 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.