Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-07T12:40:57Z No. of bitstreams: 1 marcosrodriguesfacchinicerqueira.pdf: 4104766 bytes, checksum: a30bb0a2c3edae3f0d744732482aa070 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-08T13:31:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marcosrodriguesfacchinicerqueira.pdf: 4104766 bytes, checksum: a30bb0a2c3edae3f0d744732482aa070 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-08T13:31:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marcosrodriguesfacchinicerqueira.pdf: 4104766 bytes, checksum: a30bb0a2c3edae3f0d744732482aa070 (MD5) Previous issue date: 2012-03-02 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Muitas pessoas sofrem da falta crônica de água potável para necessidades pessoais e, nesse contexto, a água de chuva surge como uma possível fonte alternativa. Em cima disso, foi proposto um método simples e efetivo para a determinação de cobre(II), cádmio(II), zinco(II) e chumbo(II) em 64 amostras de água de chuva de Juiz de Fora/MG/Brasil utilizando a técnica de redissolução potenciométrica. Um potenciostato μ-AUTOLAB foi utilizado para a aquisição dos dados e a célula eletroquímica consistia de um eletrodo de trabalho de carbono vítreo modificado com filme de mercúrio, um eletrodo de Ag/AgCl(sat) como eletrodo de referência e um de eletrodo de platina como eletrodo auxiliar. Foi realizada uma avaliação do pH do meio variando de 0-3 para uma determinação simultânea de Cd, Pb e Cu e de 0-6 para a determinação de Zn. Um Planejamento Estrela 22 foi realizado para a otimização das condições eletroquímicas das determinações. Para as determinações de Cd, Pb e Cu foram estudados níveis entre -1,06 e -0,64 V para o potencial de deposição (Ed), com tempo de deposição (td) entre 239 s e 662 s. Para a determinação de Zn os níveis estudados para o Ed foram entre -1,70 V e -1,10 V, com td entre 239 s e 662 s. A condição ótima encontrada para o pH do meio foi de pH = 4 para a determinação de Zn e um pH = 0 para a determinação de Cd, Pb e Cu. De acordo com as superfícies de resposta obtidas, foi estipulado para a determinação de Zn um Ed = -1,40 V e um td = 300 s e para a determinação de Cd, Pb e Cu um Ed = -1,00 V e um td = 300 s. Foram construídas curvas analíticas para verificar a linearidade do método. Os limites de detecção e quantificação foram de 1,26 e 3,83 μg L-1 para Zn, 0,38 e 1,26 μg L-1 para Cd, 0,41 e 1,36 μg L-1 para Pb e 0,96 e 3,20 μg L-1 para Cu, respectivamente. O método mostrou valores de recuperação entre 86 e 113%. As amostras de água de chuva também foram analisadas por espectroscopia de absorção atômica em forno de grafite (GFAAS), como método de referência, demonstrando uma boa correlação entre os resultados. Foram encontrados valores entre 3,93 e 13,8 μg L-1 de Zn, 3,11 e 7,51 μg L-1 de Cu, enquanto que nenhuma concentração significativa foi observada para Pb e Cd. Conforme os valores estipulados na Portaria nº 2914, de 12 de dezembro de 2011, do Ministério da Saúde, a água de chuva da região de Juiz de Fora pode ser considerada como potável com relação os parâmetros avaliados. / Many people suffer from a chronicle lack of potable water for their personal needs and, in this context, the rainwater arises as a possible alternative source. Upon this, an effective and simple method to determine copper(II), cadmium(II), zinc(II) and lead(II) in 64 rainwater samples from Juiz de Fora/MG/Brazil, using potentiometric stripping analysis (PSA), is proposed. A μ-AUTOLAB potentiostat was used for data acquisition and the electrochemical cell consisted of a working glassy carbon electrode modified with a thin mercury film, an Ag/AgCl(sat) as reference electrode and a platinum as auxiliary electrode. The pH of the medium was evaluated in the range of 0-3 for the simultaneous determination of Cd, Pb and Cu, and in the range of 0-6 for Zn. A 22 Star Design was run to optimize the analytical conditions. For Cd, Pb and Cu determination the studied levels for deposition potential (Ed) were between -1.06 V and -0.64 V, with deposition time (td) between 239 s and 662 s. For Zn determination the studied levels for Ed were between -1.70 V and -1.10 V, with td between 239 s and 662 s. The optimum medium pH conditions found were of pH = 4 for Zn determination and pH = 0 for Cd, Pb and Cu determination. According to the obtained response surfaces it was stipulated for Zn determination a Ed = -1.40 V and a td = 300 s and for Cu, Pb and Cd determination a Ed = -1.00 V and a td = 300 s. Analytical curves were constructed to verify the method linearity. The detection and quantification limits were of 1.26 and 3.83 μg L-1 for Zn, 0.378 and 1.26 μg L-1 for Cd, 0.407 and 1.36 μg L-1 for Pb and 0.960 and 3.20 μg L-1 for Cu, respectively. The method showed recovery values between 86 and 113%. The rainwater samples were also analyzed by graphite furnace atomic absorption spectrometry (GFAAS), as reference method, showing a good correlation between the results. Values between 3.93 and 13.8 μg L-1 of Zn, 3.11 and 7.51 μg L-1 of Cu were found, while no significant concentrations of Pb and Cd were found. According to the stipulated values on Portaria nº 2914, of december 12 of 2011, from Ministério da Saúde, the Juiz de Fora region rainwater can be considered potable, with respect to the evaluated parameters.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-05-04T19:26:38Z No. of bitstreams: 1 lucasfagundesesteves.pdf: 10750065 bytes, checksum: 8871e6f0092a5a329a1cc8099f9a0382 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-05-17T13:33:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lucasfagundesesteves.pdf: 10750065 bytes, checksum: 8871e6f0092a5a329a1cc8099f9a0382 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-17T13:33:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lucasfagundesesteves.pdf: 10750065 bytes, checksum: 8871e6f0092a5a329a1cc8099f9a0382 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta tese propõe uma investigação teórica do mecanismo de quebra hidrolítica de um modelo para diésteres de fosfato, o íon BDNPP [bis(2,4-dinitrofenil)fosfato], catalisada por um complexo dinuclear de cobre(II) (R1). Esse complexo metálico foi originalmente planejado para mimetizar a estrutura e as propriedades catalíticas do sítio ativo das catecóis oxidases (COs), revelando um caso interessante de promiscuidade catalítica em sistemas biomiméticos. As possibilidades de mecanismo foram cuidadosamente avaliadas através de cálculos de Teoria do Funcional da Densidade (DFT) em fase gás e em fase aquosa com cálculos no ponto dentro do modelo contínuo polarizável (PCM). Dois mecanismos principais foram encontrados. O Mecanismo 1 (Concertado) corresponde a uma reação do tipo SN2 que envolve o ataque da ponte µOH, situada entre os íons Cu(II), ao centro fosfórico da molécula de BDNPP, enquanto que o Mecanismo 2 (Associativo) ocorre através de sucessivas transferências de próton entre o átomo de oxigênio desta mesma ponte com o átomo de oxigênio terminal do grupo fosfato, passando pela formação de um intermediário pentacoordenado estável. O Mecanismo 1 envolve dois possíveis caminhos reacionais para a liberação do íon DNPP [(2,4-dinitrofenil)fosfato] gerado após a quebra hidrolítica. O primeiro caminho reacional (p1) envolve uma transferência de próton – que ocorre entre o átomo de oxigênio que compunha a ponte µ-OH e o átomo de oxigênio terminal do grupo fosfato – imediatamente após a quebra hidrolítica, seguido pela entrada de duas moléculas de água, sendo a etapa de transferência de próton determinante da velocidade. O segundo caminho reacional (p2) envolve a entrada de duas moléculas de água imediatamente após a quebra hidrolítica sem que haja a reação de transferência de próton, sendo a etapa de quebra hidrolítica a etapa determinante da velocidade. Dentre as propostas de mecanismo estudadas o caminho reacional p2 dentro do Mecanismo 1 corresponde ao mais provável, uma vez que possui a menor barreira de reação (ΔG‡ = 23,7 kcal mol-1, em solução aquosa). A constante de velocidade observada experimentalmente, Kobs, vale 1,7 × 10-5 s-1, indicando que o valor calculado teoricamente (K1 = 2.6 × 10-5 s-1) está em excelente acordo com o valor experimental. O efeito isotópico cinético (KIE) foi avaliado para o caminho reacional p2 dentro do Mecanismo 1 com o intuito de entender as alterações estruturais envolvidas na formação do TS1-i (Estado de transição para o Mecanismo 1), caracterizando perfeitamente o mecanismo descrito. O efeito explícito da inclusão de moléculas do solvente foi avaliado de maneira preliminar para apenas uma estrutura do ciclo catalítico para a quebra hidrolítica de ésteres de fosfato, através da utilização do método de Monte Carlo. Os resultados permitem uma análise detalhada da organização das moléculas de solvente ao redor do complexo, podendo servir de ponto de partida para uma análise mais elaborada dos mecanismos reacionais utilizando modelos explícitos para o solvente. O mecanismo de oxidação de catecóis – representado pelo substrato modelo, o 3,5-di-tercbutilcatecol (DTBC) – no sítio ativo do complexo R1 foi avaliado através de cálculos quanto-mecânicos. Embora não tenham sido obtidos resultados conclusivos acerca da cinética da reação, os aspectos estruturais das principais espécies envolvidas no ciclo catalítico foram analisados. / In this thesis the theoretical investigation of the hydrolytic cleavage mechanism of a phosphate diester, BDNPP [bis(2,4-dinitrophenyl)phosphate] in the active site of the dinuclear copper complex, labelled as R1, has been proposed. The metal complex was originally designed to mimic the active site structure as well the catalytic properties of catechol oxidase, revealing an interesting case of catalytic promiscuity in biomimetic systems. The mechanistic possibilities have been carefully evaluated through Density Functional Theory (DFT) calculations in gas phase and in aqueous solution using continuum solvation models with single point calculations within the Polarizable continuum model (PCM). Two reaction mechanisms have been proposed. The Mechanism 1 (Concerted) is a SN2 type mechanism which involves the direct attack of the µ-OH bridge between the two copper(II) ions towards the phosphorus center whereas, the Mechanism 2 (Associative) occurs through two successive proton transferences between the oxygen atom of the bridging hydroxo ligand and another oxygen atom of the phosphate model forming a stable pentacoordinate intermediate. There are two reactions paths for Mechanism 1 to release the DNPP (2,4-dinitrophenylphosphate) ion generated after the hydrolytic cleavage. The first reaction path (p1) involves a proton transfer immediately after the hydrolytic cleavage, being the proton transfer the rate-determining step, followed by the entry of two water molecules. The second reaction path (p2) comprises the entry of two water molecules just after the hydrolytic cleavage without any proton transfer, being the hydrolytic cleavage the rate limiting step. The most probable catalytic path occurs via Mechanism 1, following the second reaction path (p2) once it involves the lowest free energies activation barrier (ΔG‡ = 23.7 kcal mol-1, in aqueous solution). The experimental rate constant, Kobs is 1.7 × 10-5 s-1, indicating that the calculated value, (K1 = 2.6 × 10-5 s-1) is in a very good accordance with the experimental value. Kinetic Isotope Effect (KIE) analysis for the second reaction path (p2) within the Mechanism 1 has also been considered in order to understand the changes taking place in TS1-i (transition state of Mechanism 1) and perfectly characterize the mechanism here described. The solvent effect using explicit water molecules were evaluated in a preliminary fashion for one structure within the catalytic cycle of hydrolytic cleavage of phosphate ester, using the Monte Carlo method. The obtained results allows a detailed analysis of the water molecules organization around the complex, serving as a starting point for an more elaborated study of the reaction mechanisms by using explicit solvent models. The oxidation of catechols – represented herein by the model substrate, 3,5-di-tercbuthylcatechol (DTBC) – in the active site of the R1 complex were evaluated by using quantum-mechanical calculations. The results are not conclusive for the kinetic, but the structural aspects for the main species in the catalytic cycle were studied.

[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.