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This thesis describes the procedures used in preparation of the derivatives of certain alkyl phenylacetates and the necessary intermediate compounds. Compounds resembling the structure of Benadryl were prepared in this study in the hope that at least one might prove to be of value in the fight against allergy.

A diverse cocktail of pharmaceuticals is spreading via water treatment plants’ effluent to surface water with known and unknown consequences of individual organisms and the ecosystem. In prior research on what consequences the pharmaceutical discharge can have, the antihistamine diphenhydramine has been found in surface waters and has been linked to alteration in organisms’ behaviours. In this study, Dytiscidae larvae were filmed before and after being exposed to diphenhydramin with a concentration of 1 µg/l. The exposure was done using four different treatments: no diphenhydramine, diphenhydramine in water, in their food or in both water and food. This was done to observe whether the behaviour, specifically activity and boldness, of Dytiscidae larvae would change with the exposure of the antihistamine and therefore potentially be a problem in aquatic ecosystems exposed to effluent. The experiment showed a significant difference (P = 0.015) between larvae in the control group and larvae only exposed to diphenhydramine through water, where exposed larvae were less active than the control group. Also, a trend pointed to a potential difference in exploration between the same groups, where the group exposed to diphenhydramine explored more than the control group. No behavioural change was found when larvae was exposed via food or food and water. The changed behaviour found here could influence fitness of the larvae and potentially also other parts of the ecosystem through cascading effects. Further research is required to confirm the dangers and consequences of diphenhydramine in surface waters, but my results suggest that it can alter the organism’s behaviour in aquatic ecosystems.

Nesta tese foi estudado um grupo de 28 compostos não-imidazólicos antagonistas do receptor H3 através de cálculos de orbitais moleculares utilizando os métodos de química quântica Austin Model 1, Hartree-Fock-Roothaan e Teoria do Funcional da Densidade com o objetivo de investigar possíveis relações entre descritores eletrônicos teóricos e as afinidades ligantes experimentais desses compostos (pKi). Observou-se nos resultados obtidos que as energias dos orbitais FERMOs (Frontier Effective-for-Reaction Molecular Orbitals) apresentam melhor correlação com os valores de pKi do que as energias dos orbitais de fronteira HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) e LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital). Além disso, verificou-se pelas análises de métodos multivariados PCA (Principal Componente Analysis) e HCA (Hierarchical Cluster Analysis) que um conjunto de quatro descritores foi capaz de separar os compostos em dois grupos distintos, o primeiro que apresenta valores de afinidades ligantes maiores e o segundo com menores valores de pKi. Esta separação foi possível com o uso dos seguintes descritores teóricos: energia do FERMO (εFERMO), carga derivada do potencial eletrostático no átomo de nitrogênio N1, índice de densidade eletrônica no átomo N1 (Σ(FERMO) ci2) e eletrofilicidade (ω\'). Estes descritores foram utilizados, posteriormente, para a construção de três equações de regressão pelo método PLS (Partial Least Squares). O melhor modelo de regressão gerou os seguintes parâmetros estatísticos Q2 = 0,88 e R2 = 0,927, obtidos com um conjunto treino e de validação externa de 23 e 5 moléculas, respectivamente. Logo após a avaliação da equação de regressão, juntamente com os valores dos descritores selecionados e outros não selecionados, foi sugerido que altos valores de energias dos FERMOs e de Σ(FERMO) ci2 em conjunto com baixos valores de eletrofilicidades e cargas extremamente negativas no átomo N1 são parâmetros relevantes para potencializar as afinidades ligantes de outros compostos a serem sintetizados, que apresentem estruturas químicas semelhantes às moléculas estudadas neste trabalho. Além disso, esses compostos podem ser considerados como doadores de elétrons e, logo, há uma grande probabilidade que tais moléculas interajam com o receptor histamínico H3 a partir de um processo de transferência de carga. / In this thesis, molecular orbital calculations were carried out on a set of 28 non-imidazole H3 antihistamine compounds using Austin Moldel 1, Hartree-Fock-Roothaan, and Density Functional Theory methods in order to investigate the possible relationships between electronic descriptors and binding affinity for H3 receptors (pKi). It was observed that the frontier effective-for-reaction molecular orbital (FERMO) energies were better correlated with pKi values than HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) and LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) energy values. Exploratory data analysis through hierarchical cluster (HCA) and principal component analysis (PCA) showed a separation of the compounds into two sets by using four descriptors, one grouping the molecules with high pKi values, the other gathering low pKi value compounds. This separation was obtained with the use of the following descriptors: FERMO energies (εFERMO), charges derived from the electrostatic potential on the nitrogen atom (N1), electronic density indexes for FERMO on the N1 atom (Σ(FERMO) ci2), and electrophilicity (ω\'). These electronic descriptors were used to construct three quantitative structure-activity relationship (QSAR) models through the Partial Least Squares Method (PLS). The best model generated Q2 = 0.88 and R2 = 0.927 values obtained from a training set and external validation of 23 and 5 molecules, respectively. After the analysis of the PLS regression equation, the values for the selected electronic descriptors and other descriptors, it is suggested that high values of FERMO energies and of Σ(FERMO) ci2, together with low values of electrophilicity and pronounced negative charges on N1 appear as desirable properties for the conception of new molecules which might have high binding affinity. Moreover, these molecules can be classified as electron donating compounds and have a great probability of interacting through a charge transfer process with the biological receptor H3.

This thesis describes three separate and unrelated chemical experiments. The first investigates analogs for the compound DDT. The second investigates the properties of O-substituted hydroxylamines. The third investigates the action of slight changes to the structure of an antihistaminic agent.

Nesta tese foi estudado um grupo de 28 compostos não-imidazólicos antagonistas do receptor H3 através de cálculos de orbitais moleculares utilizando os métodos de química quântica Austin Model 1, Hartree-Fock-Roothaan e Teoria do Funcional da Densidade com o objetivo de investigar possíveis relações entre descritores eletrônicos teóricos e as afinidades ligantes experimentais desses compostos (pKi). Observou-se nos resultados obtidos que as energias dos orbitais FERMOs (Frontier Effective-for-Reaction Molecular Orbitals) apresentam melhor correlação com os valores de pKi do que as energias dos orbitais de fronteira HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) e LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital). Além disso, verificou-se pelas análises de métodos multivariados PCA (Principal Componente Analysis) e HCA (Hierarchical Cluster Analysis) que um conjunto de quatro descritores foi capaz de separar os compostos em dois grupos distintos, o primeiro que apresenta valores de afinidades ligantes maiores e o segundo com menores valores de pKi. Esta separação foi possível com o uso dos seguintes descritores teóricos: energia do FERMO (εFERMO), carga derivada do potencial eletrostático no átomo de nitrogênio N1, índice de densidade eletrônica no átomo N1 (Σ(FERMO) ci2) e eletrofilicidade (ω\'). Estes descritores foram utilizados, posteriormente, para a construção de três equações de regressão pelo método PLS (Partial Least Squares). O melhor modelo de regressão gerou os seguintes parâmetros estatísticos Q2 = 0,88 e R2 = 0,927, obtidos com um conjunto treino e de validação externa de 23 e 5 moléculas, respectivamente. Logo após a avaliação da equação de regressão, juntamente com os valores dos descritores selecionados e outros não selecionados, foi sugerido que altos valores de energias dos FERMOs e de Σ(FERMO) ci2 em conjunto com baixos valores de eletrofilicidades e cargas extremamente negativas no átomo N1 são parâmetros relevantes para potencializar as afinidades ligantes de outros compostos a serem sintetizados, que apresentem estruturas químicas semelhantes às moléculas estudadas neste trabalho. Além disso, esses compostos podem ser considerados como doadores de elétrons e, logo, há uma grande probabilidade que tais moléculas interajam com o receptor histamínico H3 a partir de um processo de transferência de carga. / In this thesis, molecular orbital calculations were carried out on a set of 28 non-imidazole H3 antihistamine compounds using Austin Moldel 1, Hartree-Fock-Roothaan, and Density Functional Theory methods in order to investigate the possible relationships between electronic descriptors and binding affinity for H3 receptors (pKi). It was observed that the frontier effective-for-reaction molecular orbital (FERMO) energies were better correlated with pKi values than HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) and LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) energy values. Exploratory data analysis through hierarchical cluster (HCA) and principal component analysis (PCA) showed a separation of the compounds into two sets by using four descriptors, one grouping the molecules with high pKi values, the other gathering low pKi value compounds. This separation was obtained with the use of the following descriptors: FERMO energies (εFERMO), charges derived from the electrostatic potential on the nitrogen atom (N1), electronic density indexes for FERMO on the N1 atom (Σ(FERMO) ci2), and electrophilicity (ω\'). These electronic descriptors were used to construct three quantitative structure-activity relationship (QSAR) models through the Partial Least Squares Method (PLS). The best model generated Q2 = 0.88 and R2 = 0.927 values obtained from a training set and external validation of 23 and 5 molecules, respectively. After the analysis of the PLS regression equation, the values for the selected electronic descriptors and other descriptors, it is suggested that high values of FERMO energies and of Σ(FERMO) ci2, together with low values of electrophilicity and pronounced negative charges on N1 appear as desirable properties for the conception of new molecules which might have high binding affinity. Moreover, these molecules can be classified as electron donating compounds and have a great probability of interacting through a charge transfer process with the biological receptor H3.

O comportamento térmico, a obtenção e caracterização de formas cristalinas do anti-histamínico loratadina foram investigado. A escolha do anti-histamínico loratadina como objeto de estudo resulta do seu interesse farmacológico. A loratadina é a Denominação Comum Internacional (DCI) dada ao etil 4-(8-cloro-5,6-dihidro-11H-benzo[5,6]cicloheptano[1,2-b]piridino-11-ilideno)-1-piperidinocarboxilato, que é um potente antialérgico e anti-histamínicos tricíclico, não-sedativo de ação prolongada. Formas cristalinas foram preparadas e estudadas com vista à identificação de formas polimórficas. Os solventes utilizados na preparação das soluções foram: álcool etílico, acetonitrila, álcool isopropílico, acetona, álcool metílico, éter isopropílico, éter metil terc-butílico, tolueno, clorofórmio. A cristalização foi realizada por evaporação do solvente em diferentes temperaturas. A calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria e termogravimetria derivada (TG/DTG), análise térmica diferencial (DTA), difração de raios X (DRX) e a ressonância magnética nuclear (RMN) foram às técnicas utilizadas na caracterização das formas polimórficas. A maioria das amostras obtidas pelas técnicas de cristalização consistiam de misturas de formas cristalinas, contendo, por vezes, formas metaestáveis e formas amorfas. Identificaram-se duas formas cristalinas como polimorfos da loratadina, cujas curvas DSC mostrou interconversão entre ambas. / The preparation, characterization and thermal behavior of the crystalline forms of the antihistamine loratadine has been developed. The selection of loratadine as an object of study results from its pharmacological interest. Loratadine is the International Common Denomination (ICD) given to ethyl 4-(8-chloro-5,6-dihydro-11H-benzo [5,6] cyclohepta[1,2-b]pyridin-11-ylidene)-1-piperidinecarboxylate, a potent anti-allergic and anti-histamincs, tricyclic, non-sedating long acting. Crystalline forms were prepared and studied for the identification of polymorphic forms. The solvents used in preparing the solutions were: ethanol, acetonitrile, isopropyl alcohol, acetone, methyl alcohol, isopropyl ether, methyl tert-butyl ether, toluene, chloroform. The crystallization was performed by evaporating the solvent at different temperatures. The differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry and derivative thermogravimetry (TG/DTG), differential thermal analysis (DTA), X-ray diffraction (XRD) and nuclear magnetic resonance (NMR) techniques were used to characterize the polymorphic forms. Most of the samples obtained by the crystallization were mixtures of crystalline forms, containing sometimes forms metastable and amorphous forms. It was identified as two crystalline polymorphic forms of loratadine, whose DSC curves demonstrated that they are interconvertable.

O comportamento térmico, a obtenção e caracterização de formas cristalinas do anti-histamínico loratadina foram investigado. A escolha do anti-histamínico loratadina como objeto de estudo resulta do seu interesse farmacológico. A loratadina é a Denominação Comum Internacional (DCI) dada ao etil 4-(8-cloro-5,6-dihidro-11H-benzo[5,6]cicloheptano[1,2-b]piridino-11-ilideno)-1-piperidinocarboxilato, que é um potente antialérgico e anti-histamínicos tricíclico, não-sedativo de ação prolongada. Formas cristalinas foram preparadas e estudadas com vista à identificação de formas polimórficas. Os solventes utilizados na preparação das soluções foram: álcool etílico, acetonitrila, álcool isopropílico, acetona, álcool metílico, éter isopropílico, éter metil terc-butílico, tolueno, clorofórmio. A cristalização foi realizada por evaporação do solvente em diferentes temperaturas. A calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria e termogravimetria derivada (TG/DTG), análise térmica diferencial (DTA), difração de raios X (DRX) e a ressonância magnética nuclear (RMN) foram às técnicas utilizadas na caracterização das formas polimórficas. A maioria das amostras obtidas pelas técnicas de cristalização consistiam de misturas de formas cristalinas, contendo, por vezes, formas metaestáveis e formas amorfas. Identificaram-se duas formas cristalinas como polimorfos da loratadina, cujas curvas DSC mostrou interconversão entre ambas. / The preparation, characterization and thermal behavior of the crystalline forms of the antihistamine loratadine has been developed. The selection of loratadine as an object of study results from its pharmacological interest. Loratadine is the International Common Denomination (ICD) given to ethyl 4-(8-chloro-5,6-dihydro-11H-benzo [5,6] cyclohepta[1,2-b]pyridin-11-ylidene)-1-piperidinecarboxylate, a potent anti-allergic and anti-histamincs, tricyclic, non-sedating long acting. Crystalline forms were prepared and studied for the identification of polymorphic forms. The solvents used in preparing the solutions were: ethanol, acetonitrile, isopropyl alcohol, acetone, methyl alcohol, isopropyl ether, methyl tert-butyl ether, toluene, chloroform. The crystallization was performed by evaporating the solvent at different temperatures. The differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry and derivative thermogravimetry (TG/DTG), differential thermal analysis (DTA), X-ray diffraction (XRD) and nuclear magnetic resonance (NMR) techniques were used to characterize the polymorphic forms. Most of the samples obtained by the crystallization were mixtures of crystalline forms, containing sometimes forms metastable and amorphous forms. It was identified as two crystalline polymorphic forms of loratadine, whose DSC curves demonstrated that they are interconvertable.