Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / This work investigates the development of electrochemical sensors employing glassy-carbon electrodes modified with multi-walled carbon nanotubes (MWCNT). Two different diameters (110-170 nm x 5-9, &#956;m corresponding to LD-MWCNT, and 6-9 nm x 5 &#956;m, corresponding to SD-MWCNT), chemically treated with concentrated acids, subjected to amperometric and voltammetric analyses for the electrochemical oxidation of hydroquinone (HQ), tert-butylhydroquinone (TBHQ), catechol (CT), and pyrogallol (PY). The electrochemical response for all phenolic compounds in glassy-carbon electrode modified with nanostructured materials showed a small decrease in the overpotential of oxidation reactions (<80 mV). Furthermore, the values of &#916;Epeak (distance between peak potential of the redox pair) were substantially reduced at LD-MWCNT and even more at SD-MWCNT compared to the unmodified electrode. Voltammetric tests showed a substantial increase (three fold) in oxidation current for the HQ, TBHQ, and PY on the modified electrode with SD-MWCNT. Amperometric measurements coupled to BIA system conducted in two different working potentials for each analyte also revealed the best performance of SD-MWCNT (increase up to four fold in sensitivity) for the detection of studied antioxidants, especially for the detection at lower potentials (0.5 V to HQ, TBHQ and PY and 0.6 V to CT). The analytical results obtained at lower potentials were respectively for HQ, TBHQ, CT and PY: large linear concentration ranges from 1 to 1000 &#956;mol L-1; low limits of detection, 0.014 &#956;mol L-1 / 0.011 &#956;mol L-1/ 0.034 &#956;mol L-1/ 0.013 &#956;mol L-1; low relative standard deviation values, 0.9% / 3.5% / 1.3% / 2.8% , high theoretical analytical frequency, 1368,9 injections h-1 / 820,7 injections h-1 / 1018,7 injections h-1 / 987,9 injections h-1, employing the batch-injection analysis system. Moreover, an amperometric method for the determination of PY was developed and applied for biodiesel samples (produced from soybean, canola and cottonseed oils) spiked with the antioxidant, and recovery values of 95% were obtained. / Este trabalho investiga o desenvolvimento de sensores eletroquímicos empregando eletrodos de carbono vítreo modificados com nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT s) de diferentes diâmetros (110-170 nm x 5-9 &#956;m correspondente ao LD-MWCNT e 6-9 nm x 5 &#956;m correspondente ao SD-MWCNT), tratados quimicamente com ácidos concentrados, em análises voltamétricas e amperométricas na oxidação eletroquímica de hidroquinona (HQ), terc-butil-hidroquinona (TBHQ), catecol (CT) e o pirogalol (PY). A resposta eletroquímica para todos compostos fenólicos em eletrodos de carbono vítreo modificados com materiais nanoestruturados apresentou uma pequena diminuição no sobrepotencial das reações de oxidação. Além disso, as d distância entre potenciais de pico do par redox, o &#916;Epico foram consideravelmente reduzidos para LD-MWCNT e ainda mais para SD-MWCNT em comparação com o eletrodo não modificado. Testes voltamétricos evidenciaram um aumento substancial de corrente resposta de até três vezes para a oxidação de HQ, TBHQ e PY em GCE modificado com SD-MWCNT. Medições amperométricas acopladas a sistema BIA realizadas em dois potenciais de trabalho diferentes para cada analito também revelaram o melhor desempenho de SD-MWCNT na detecção dos antioxidantes estudados, com aumento de até quatro vezes na sensibilidade, com destaque para a detecção em menores potenciais E=0,5V para HQ, TBHQ e PY e E=0,6V para CT. Os resultados analíticos obtidos em menor potencial foram, respectivamente para HQ, TBHQ, CT e PY: amplas faixas lineares de trabalho de 1 a 1000 &#956;mol L-1, baixos limites de detecção de 0,014 &#956;mol L-1 / 0,011 &#956;mol L-1 / 0,034 &#956;mol L-1 / 0,013 &#956;mol L-1, baixos desvios padrão relativos de 0,9 % / 3,5 % / 1,3 % / 2,8 %, elevada frequência analítica teórica de 1368,9 injeções h-1 / 820,7 injeções h-1 / 1018,7 injeções h-1 / 987,8 injeções h-1, empregando sistema de análise por injeção em batelada (BIA). Além disso, um método amperométrico para a determinação de PY em biodiesel usando eletrodo modificado com SD-MWCNT foi desenvolvido e aplicado a amostras de biodiesel de soja, canola e algodão fortificadas com o antioxidante, obtendo-se valores de recuperação de 95%. / Mestre em Química

Many quinones have been associated with a wide range of biological activities, including antitumoral, antimalarial, larvicidal and antibacterial activities. Although, there are many clinically important agents containing a quinone nucleus with excellent anticancer activity, many other quinones require testing for additional activities, for instance: Oncocalyxone A, Juglone, Biflorin and some hydroxylated and halogenated quinones. DNA represents one of the main targets of biologically active quinonoid compounds, which, generally, belong to the group of DNA intercalating and/or alkylating agents, and/or topoisomerase inhibitors. As such, the use of DNA biosensors or other electrochemical methods based on the investigation of nucleic acid/organic compound interaction, would allow to predicting a biological action, if this one is related to damage to DNA. Due to the importance of quinones, for instance, Oncocalyxone A, Juglone and Biflorin, electrochemical analysis and the development of a new electroanalytical method for detection in nanomolar quantities, together with DNA interaction analysis with those quinones was therein performed. We have used diverse electrochemical methods performed in protic and aprotic media, using glassy carbon electrode, Ag/AgCl electrode as reference and latinum wire as counter electrode. The pKa of juglone was determined (5.98). The development of a highly sensitive voltammetric sensor for oncocalyxone A using a glassy carbon electrode modified with a bilayer iron(II) tetrasulfonated phthalocyanine (FeTSPc) and iron(III) tetra-(N-methyl-4-pyridyl)-porphyrin (FeT4MPyP) was described. The modified electrode showed catalytic activity and stability for the oncocalyxone A reduction, provoking the anodic shift of the reduction peak potentials of ca. 30 mV and presenting much higher peak currents than those obtained on the bare GC electrode. A wide linear response range between 0.005-1.210-6 mol L-1, with a sensitivity of 8.11 μA L μmol-1 and limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) of 1.5 and 5.010-9 mol L-1 were obtained with this sensor, respectively. The interaction of chosen quinones with ssDNA, poly-guanilic and poly-adenilic acid was investigated, using voltammetric analysis, in solution. The DNA interaction investigation with juglone, oncocalyxone and biflorin had shown significant DNA activity, represented by the decrease of oxidation current and shift of oxidation peaks of guanine and adenine and the binding constant values obtained for these aducts; these observations could be related to Michael addition reaction, among other possible effects. Some of the quinones do not cause any change on the oxidation peaks of the used bases, as is the case of -lapachone, being used as negative control. These results, upon comparison with biological/ pharmacological activities, show correlation and indicate electrochemistry and DNA sensors as important tools in the screening of biologically active compounds. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Muitas quinonas têm sido associadas a uma grande variedade de atividades biológicas, incluindo atividades antitumorais, antimaláricas, larvicidas e antibacterianas. Embora existam muitos agentes clinicamente importantes contendo núcleo quinônico com excelente atividade anticâncer, muitas outras quinonas requerem testes para busca de atividades adicionais, como por exemplo: Oncocalixona A, Juglona, Biflorina e outras quinonas hidroxiladas e halogenadas. O DNA representa um dos principais alvos de compostos quinônicos, que, geralmente, pertencem aos grupos de intercaladores de DNA e/ou agentes alquilantes, e/ou inibidores de topoisomerases. Desta forma, o uso de biossensores de DNA ou outros métodos eletroquímicos baseados na investigação da interação entre ácidos nucléicos e compostos orgânicos, permitiria predizer a ação biológica, e se estas estão relacionadas aos danos ao DNA. Devido à importância das quinonas, entre elas, Oncocalixona A, Juglona e Biflorina, análises eletroquímicas e eletroanalíticas para detecção em quantidades nanomolares, bem como a investigação da interação destas quinonas com o DNA foram realizadas, no presente trabalho.Utilizou-se uma série de métodos eletroquímicos, em diferentes condições, em meios aprótico e prótico, usando eletrodo de carbono vítreo, como eletrodo de trabalho, Ag/AgCl, como eletrodo de referência e fio de platina, como contra-eletrodo. O pKa da juglona foi determinado (5,98). O desenvolvimento de um sensor voltamétrico altamente sensível para oncocalixona A, usando eletrodo de carbono vítreo modificado com uma bicamada de ftalocianina tetrassulfonada de ferro(II) (FeTSPc) e tetra-(N-metil- 4-piridil)-porfirina de ferro(III) (FeT4MPyP) foi descrito. O eletrodo modificado mostrou atividade catalítica e estabilidade para a redução da oncocalixona A, proporcionando o deslocamento anódico do potencial de pico de redução de ca. 30mV, apresentando correntes de pico maiores do que aquelas obtidas em eletrodo de carbono vítreo limpo. Uma faixa linear entre 0,005-1,210-6 mol L-1, com uma sensibilidade de 8,11 μA L μmol-1 e limites de detecção (LD) e quantificação (LQ) de 1,5 e 5,010-9 mol L-1 foram obtidos com este sensor, respectivamente. A interação das quinonas escolhidas com ssDNA, ácido poliguanílico e ácido poliadenílico foi investigada usando análises voltamétricas, em solução. Juglona, oncocalixona e biflorina mostraram forte interação em relação ao DNA, representado experimentalmente pela diminuição da corrente de oxidação e deslocamento dos picos diagnósticos de guanina e adenina, bem como pelos valores das constantes de associação calculadas para o aduto formado. Algumas das quinonas não causaram qualquer mudança nos picos de oxidação das bases usadas, como foi o caso da -lapachona, o que serviu como controle negativo, indispensável em relação a comparações com métodos farmacológicos. Estes resultados foram correlacionados positivamente com atividades biológicas/farmacológicas. Sensores de DNA são importantes ferramentas no mapeamento de compostos biologicamente ativos.