Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-12-05T17:42:30Z No. of bitstreams: 1 StanrleyBandeira.pdf: 1297237 bytes, checksum: c39acc4db03b1190e402e8b3a4c9d8ff (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-05T17:42:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 StanrleyBandeira.pdf: 1297237 bytes, checksum: c39acc4db03b1190e402e8b3a4c9d8ff (MD5) Previous issue date: 2017-08-28 / FAPEMA / The present master's work was focused on quantum chemistry calculations and based on the Functional Density Theory (DFT) the interaction between platinum compounds used in anti-cancer therapy and DNA. Based on the analysis of the factors that influence the bonding process between the platinum complexes and the DNA. All the nitrogenous bases of the DNA were analyzed, in order to choose the one that would present better interaction with the studied complexes. The theoretical results showed that the different platinum compounds have binders that decrease toxicity, or increase membrane binding. The platinum compounds, Carboplatin, Iproplatin, Nedaplatin and Oxaliplatin, were structured through the GAUSS VIEW 5.0 software. Then, the optimization of these structures was performed using the GAUSSIAN 9.0 program. This optimization used bases extracted from the EMSL BASIS SET EXCHANGE database. As a result of these optimizations the HOMO-LUMO intervals were used to characterize the stability of the molecules, as well as the stability variations that occurred during the hydrolysis reactions, and their connections with the guanine base of the DNA. This observation, as well as the thermodynamic properties, served to describe the toxicities presented in the literature. / O presente trabalho de mestrado foi voltado a examinar por meio de cálculos de química quântica e com base na Teoria do Funcional Densidade (DFT) a interação entre compostos de platina usados na terapia anti-câncer e o DNA. Com base na análise dos fatores que influenciam o processo de ligação entre os complexos de platina e o DNA.Analisou-se todas as bases nitrogenadas do DNA, para a escolha da que apresentaria melhor facilidade de interação com os complexos estudados. os resultados teóricos mostraram que que os diferentes compostos de platina apresentam ligantes que diminuem a toxicidade, ou aumentam a ligação com membranas. Os compostos platínicos,Carboplatina, Iproplatina, Nedaplatina e Oxaliplatina, foram estruturados através do progarama GAUSS VIEW 5.0. Em seguida realizou-se a otimização dessas estruturas utilizando-se o programa GAUSSIAN 9.0. Essa otimização utilizou bases extraídas do banco de dados EMSL BASIS SET EXCHANGE. Como resultado dessas otimizações foram extraídos os intervalos HOMO-LUMO, utilizados para caracterizar a estabilidade das moléculas, bem como, as variações de estabilidade, que ocorriam durante as reações de hidrolise, e respectivas ligações com a base GUANINA do DNA. Essa observação,bem como as propriedades termodinâmicas serviu para descrever as toxicidades, apresentadas em literatura.

Neste trabalho uma classe de carboxilatos trinucleares de rutênio coordenados a ligantes ortometalados foi apresentada. As propriedades eletrônicas, eletroquímicas e fotofísicas destes complexos foram investigadas, bem como a atividade anticâncer e interações com biomoléculas alvo, DNA e HSA. Foram realizadas as sínteses e caracterização dos ligantes (L2) C18H10N4, (L3) C19H12N4, (L4) C18H9ClN4, dos precursores (1) [Ru3O(OAc)6(CH3OH)3]CH3COO, (2) [Ru3O(OAc)6(CO)(CH3OH)2], (3) [Ru3O(OAc)6(CO)(py)2], (4) [Ru3O(OAc)6(H2O)(py)2]PF6 e dos novos complexos (1-5), [Ru3O(OAc)5(py)2(L)]PF6, (onde py = piridina, L1 = dppn, L2 = dppz, L3 = dppzCH3, L4 = dppzCl, L5 = phen). Os dados de RMN mostraram que a ortometalação dos ligantes fenazínicos afeta a estrutura dos complexos, com severo abaixamento de simetria. Já a investigação das propriedades eletrônicas e eletroquímicas indicaram que a presença de diferentes substituintes e a basicidade dos ligantes ortometalados influenciaram pouco as propriedades da unidade [Ru3O]+. Em termos da estrutura eletrônica dos complexos, este efeito indica que não há interações de natureza significativas entre os orbitais da unidade [Ru3O]+ e dos ligantes ortometalados. Esse fato pode se originar na falta de planaridade entre a unidade [Ru3O]+ e os ligantes fenazínicos. Os resultados de citotoxicidade em linhagem de célula tumoral (B16F10) e não tumoral (L929) mostraram que os complexos apresentam efeito citotóxico maior contra as células tumorais do que os ligantes livres, bem como baixa citotoxicidade contra a célula não tumoral. Estes resultados mostraram que a série com ligantes ortometalados traz os exemplos com os melhores desempenhos já observados em nosso grupo de pesquisa, em comparação com outros clusters com ponte -oxo, frente ao câncer de melanoma. Os estudos de interação com biomoléculas alvo mostraram que os complexos interagem com o DNA e a HSA. Com o DNA observou-se interações de natureza eletrostática, com contribuição do mecanismo de intercalação à medida que o tamanho e a extensão da conjugação dos ligantes ortometalados aumentam, sendo que o processo de intercalação é favorecido no caso do complexo (1) com o ligante dppn. Foram realizados estudos de interação dos complexos (1-5) com a HSA. Constataram-se valores altos das constantes de ligação complexos-HSA (da ordem 109 M-1) e alterações na estrutura secundária da proteína. Os parâmetros termodinâmicos de interação com o DNA e HSA indicaram que as interações clusters-biomoléculas também apresentam contribuições de caráter hidrofóbico / In this work a class of trinuclear ruthenium carboxylates coordinated to ortho-metallated ligands was presented. The electronic, electrochemical and photophysical properties of these complexes were investigated, as well as anticancer activity and interactions with target biomolecules, DNA and HSA. Synthesis and characterization of ligands (L2) C18H10N4, (L3) C19H12N4, (L4) C18H9ClN4, precursors (1) [Ru3O(OAc)6(CH3OH)3]CH3COO, (2) [Ru3O(OAc)6(CO)(CH3OH)2], (3) [Ru3O(OAc)6(CO)(py)2], (4) [Ru3O(OAc)6(py)2(CH3OH)]PF6 and the complexes (1-5), [Ru3O(OAc)5(py)2(L)] PF6, (where py = pyridine, L1 = dppn, L2 = dppz, L3 = dppzCH3, L4 = dppzCl, L5 = phen). NMR data showed that the ortho-metallation of phenazine ligands affects the structure of the complexes, with severe symmetry lowering. On the other hand, the investigation of the electronic and electrochemical properties indicated that presence of different substituents and the basicity of the ortho-metallated ligands influence little the properties of the unit [Ru3O]+. In terms of the electronic structure of the complexes, this effect indicates that there are no significant -type interactions between the orbitals of the [Ru3O]+ unit and ortometalated ligands. This fact may arise from the lack of planarity between the [Ru3O]+ unit and the phenazine ligands. The results of cytotoxicity in tumor cell and non-tumor cell lines showed that the complexes have a greater cytotoxic effect against tumor cells than free ligands, as well as low cytotoxicity against the non-tumor cell. These results have shown that the series with ortometal ligands brings the best performing examples already observed in our research group, compared to other trinuclear acetates of ruthenium with -oxo bridge, against melanoma cancer. The interaction studies with target biomolecules showed that the complexes interact with DNA and HSA. With the DNA, we observed interactions of an electrostatic nature, with contribution of the intercalation mechanism as the size and extent of conjugation of the orthomolected ligands increases, and the intercalation process is favored in the case of complex (1) with the dppn binder. Interaction studies of the complexes (1-5) with the HSA were performed. High complex-protein association constants (of the order 109 M-1) and alterations in the secondary structure were observed in the presence of the complexes (1-5). The thermodynamic parameters of interaction with DNA and HSA indicated that the clusters-biomolecules interactions also present hydrophobic contributions

A preparação, caracterização e estudo de propriedades moleculares e supramoleculares de meso-tetrapiridilporfirinas modificadas com quatro complexos de cloro(bipiridina) platina(II) ligados às posições meta e para de ligantes piridínicos periféricos, foi objetivo desta tese. As supermoléculas isômeras foram isoladas no estado sólido e extensivamente caracterizados por meio de espectroscopia UV/VIS, FT-IR e RMN de Pt-195, assim como através de TGA e espectrometria de massa com ionização por spray de elétrons, ESI-MS, e técnicas de dissociação induzidas por colisão. Medidas de voltametria cíclica e de espectroeletroquímica foram realizadas para caracterizar os estados redox da porfirina central e dos complexos periféricos, mostrando uma semelhança entre as duas formas isômeras. A maior diferença, entretanto, foi observada nas suas propriedades estruturais, diagnosticadas por modelagem molecular, e refletidas na morfologia dos filmes obtida por meio de técnicas de microscopia de varredura por sonda, SPM, e através da associação com filmes de DNA, monitorada com o auxílio de técnicas de espectroscopia eletrônica e ressonância plasmônica de superfície, SPR. No último caso, o DNA foi imobilizado sobre a superfície do sensor de ouro, usando aminotióis adequados, sendo que a interação do isômero meta conduziu a uma resposta contrastante, relevando uma forte ligação com a cadeia do DNA, provavelmente nas proximidades das fendas estruturais menores desse biopolímero. A interação do isômero para com o DNA foi demasiadamente fraca para ser observada por meio de SPR. A associação molecular das porfirinas tetraplatinadas catiônicas com ftalocianinas aniônicas tetrassulfonadas conduziu à formação de pares iônicos em solução. O filme do isômero para imobilizado sobre eletrodo de carbono vítreo apresentou atividade na redução eletrocatalítica de nitrito. Os trabalhos realizados demonstraram que os novos sistemas supramoleculares derivados de porfirinas e complexos de platina proporcionam interessantes materiais híbridos inorgânico-biológicos contendo DNA e metais nobres, com potenciais aplicações em terapia fotodinâmica, sensoriamento e em dispositivos moleculares. / The synthesis, characterization and investigation of the molecular and supramolecular behaviour of meso-tetrapyridylporphyrins containing four chloro(bipyridine) platinum(II) complexes attached at the meta and para positions of the peripheral pyridine ligands is focused on this thesis. The isomeric supermolecules were isolated in the solid state, and extensively characterized by means of UV-visible, FT-IR and 195Pt NMR spectroscopy, as well as, by TGA and electrospray spectrometry associated with collision induced techniques. Cyclic voltammetry and spectroelectrochemical measurements were performed to characterize the redox sites on the porphyrin and peripheral complexes, revealing a close similarity between the two isomeric supermolecules. Major differences were observed on their structural properties, as demonstrated by means of molecular simulations, and by the morphology of the molecular films probed by SPM techniques, and also by their association with DNA films, which was monitored by means of SPR techniques. In the last case, DNA was first immobilized onto the surface of the gold sensor, using suitable aminothiols and the interaction of the meta-isomer led to a contrasting response, exhibiting a strong binding to the DNA chain, presumably at the proximity of the minor grooves. The interaction of the para-isomer with DNA was too weak to be probed by means of the SPR technique. Molecular association of the tetraplatinum porphyrin species, with tetrasulphonated phtalocyanines, leading to ion pairs in solution, was also investigated. The molecular film of the para-isomer immobilized over glass carbon electrode has shown activity in the electrocatalytic reduction of nitrite. This work on the supramolecular porphyrin platinum species provided new interesting approaches for generating hybrid biological-inorganic systems, containing DNA and noble metals, for sensing applications, and molecular devices.

A preparação, caracterização e estudo de propriedades moleculares e supramoleculares de meso-tetrapiridilporfirinas modificadas com quatro complexos de cloro(bipiridina) platina(II) ligados às posições meta e para de ligantes piridínicos periféricos, foi objetivo desta tese. As supermoléculas isômeras foram isoladas no estado sólido e extensivamente caracterizados por meio de espectroscopia UV/VIS, FT-IR e RMN de Pt-195, assim como através de TGA e espectrometria de massa com ionização por spray de elétrons, ESI-MS, e técnicas de dissociação induzidas por colisão. Medidas de voltametria cíclica e de espectroeletroquímica foram realizadas para caracterizar os estados redox da porfirina central e dos complexos periféricos, mostrando uma semelhança entre as duas formas isômeras. A maior diferença, entretanto, foi observada nas suas propriedades estruturais, diagnosticadas por modelagem molecular, e refletidas na morfologia dos filmes obtida por meio de técnicas de microscopia de varredura por sonda, SPM, e através da associação com filmes de DNA, monitorada com o auxílio de técnicas de espectroscopia eletrônica e ressonância plasmônica de superfície, SPR. No último caso, o DNA foi imobilizado sobre a superfície do sensor de ouro, usando aminotióis adequados, sendo que a interação do isômero meta conduziu a uma resposta contrastante, relevando uma forte ligação com a cadeia do DNA, provavelmente nas proximidades das fendas estruturais menores desse biopolímero. A interação do isômero para com o DNA foi demasiadamente fraca para ser observada por meio de SPR. A associação molecular das porfirinas tetraplatinadas catiônicas com ftalocianinas aniônicas tetrassulfonadas conduziu à formação de pares iônicos em solução. O filme do isômero para imobilizado sobre eletrodo de carbono vítreo apresentou atividade na redução eletrocatalítica de nitrito. Os trabalhos realizados demonstraram que os novos sistemas supramoleculares derivados de porfirinas e complexos de platina proporcionam interessantes materiais híbridos inorgânico-biológicos contendo DNA e metais nobres, com potenciais aplicações em terapia fotodinâmica, sensoriamento e em dispositivos moleculares. / The synthesis, characterization and investigation of the molecular and supramolecular behaviour of meso-tetrapyridylporphyrins containing four chloro(bipyridine) platinum(II) complexes attached at the meta and para positions of the peripheral pyridine ligands is focused on this thesis. The isomeric supermolecules were isolated in the solid state, and extensively characterized by means of UV-visible, FT-IR and 195Pt NMR spectroscopy, as well as, by TGA and electrospray spectrometry associated with collision induced techniques. Cyclic voltammetry and spectroelectrochemical measurements were performed to characterize the redox sites on the porphyrin and peripheral complexes, revealing a close similarity between the two isomeric supermolecules. Major differences were observed on their structural properties, as demonstrated by means of molecular simulations, and by the morphology of the molecular films probed by SPM techniques, and also by their association with DNA films, which was monitored by means of SPR techniques. In the last case, DNA was first immobilized onto the surface of the gold sensor, using suitable aminothiols and the interaction of the meta-isomer led to a contrasting response, exhibiting a strong binding to the DNA chain, presumably at the proximity of the minor grooves. The interaction of the para-isomer with DNA was too weak to be probed by means of the SPR technique. Molecular association of the tetraplatinum porphyrin species, with tetrasulphonated phtalocyanines, leading to ion pairs in solution, was also investigated. The molecular film of the para-isomer immobilized over glass carbon electrode has shown activity in the electrocatalytic reduction of nitrite. This work on the supramolecular porphyrin platinum species provided new interesting approaches for generating hybrid biological-inorganic systems, containing DNA and noble metals, for sensing applications, and molecular devices.