This work consists in carrying out a crystalochemical and quantum chemical study of six tiofênicos derivative 2 - [(arylidene) amino] -4,5-cycloalkyl-thiophene-3-carbonitrile (LPSF / SB). This class of compounds is considered of fundamental importance for the study and design of new drugs, since they exhibit a wide range of pharmacological properties, such as antibacterial, antifungal, analgesic, anti-inflammatory, antioxidant, antitumor and anesthetic. In this context, the present work was to study structural and electronic parameters of the above-mentioned compounds, in order to assess and understand chemical characteristics that provide information about the reactivity and stability of the same. The structures of these compounds were determined by X ray crystallography technique, employing WingX v1.80.05 program. Such structures have also been obtained by geometry optimization using the semi-empirical method Recife Model 1 (RM1) by means of HyperChem program. Therefore, it was possible to verify the applicability of the computational method of molecular modeling (MM) to predict structural characteristics, such as distances, bonding angles, torsion angles and QSAR parameters. The results obtained from crystallographic coordinates (solid state) were compared to the results generated by energy minimization (which provides the geometric configuration of the molecule at equilibrium). With this analysis, we observed a good agreement between the crystallographic results and optimized. Thereafter, it was possible to correlate the calculated parameters and perform a structural analysis of the compounds, to verify the quantitative relationship between the chemical structure and some physicochemical properties (QSPR) and the quantitative relationship between chemical structure and biological activity (QSAR) of derivatives under study. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho consistiu na realização de um estudo cristaloquímico e químico-quântico de seis derivados tiofênicos 2-[(arilideno)-amino]-4,5-cicloalquil-tiofeno-3-carbonitrila (LPSF/SB). Esta classe de compostos é considerada de fundamental importância para o estudo e planejamento de novos fármacos, visto que apresentam uma larga escala de propriedades farmacológicas, tais como bactericida, antifúngica, analgésica, anti-inflamatória, antioxidante, antitumoral e anestésica. Neste âmbito, o presente trabalho teve como objetivo estudar parâmetros estruturais e eletrônicos dos derivados supracitados, a fim de avaliar e compreender características químicas que forneçam informações sobre a reatividade e estabilidade dos mesmos. As estruturas dos referidos compostos foram determinadas através da técnica de cristalografia de raios X, empregando o programa WingX v1.80.05. Tais estruturas foram obtidas também por otimização de geometria, utilizando o método semi-empírico Recife Model 1 (RM1), por meio do programa HyperChem. Com isto, foi possível verificar a aplicabilidade da metodologia computacional da Modelagem Molecular (MM) em predizer características estruturais, tais como distâncias, ângulos de ligações, ângulos de torção e parâmetros QSAR. Os resultados obtidos a partir das coordenadas cristalográficas (no estado sólido) foram comparados aos resultados gerados por minimização de energia (que fornece a configuração geométrica da molécula no estado de equilíbrio). Com esta análise, foi possível observar uma boa concordância entre os resultados cristalográficos e os otimizados. A partir de então, foi possível correlacionar os parâmetros calculados e realizar uma análise estrutural dos compostos, para verificar a relação quantitativa entre a estrutura química e algumas propriedades físico-químicas (QSPR), bem como, a relação quantitativa entre a estrutura química e a atividade biológica (QSAR) dos derivados em estudo.

Orientador: Marcia Miguel Castro Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T02:36:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Melo_EduardoBorgesde_D.pdf: 5803988 bytes, checksum: 6377ba7d02209df67db56420a1568312 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Apesar da implantação da HAART, existe uma necessidade contínua de novos agentes anti- HIV. Os inibidores da enzima HIV-1 integrase (HIV-IN) constituem um dos mais recentes avanços na luta conta a AIDS. A principal abordagem utilizada nessas pesquisas são os métodos relacionados ao planejamento de fármacos auxiliados por computador (CADD). Neste trabalho, foram realizados três estudos QSAR (2D, 4D e híbrido) utilizando um conjunto de treinamento formado por 85 compostos descritos como inibidores da reação de transferência de fita catalisada pela HIV-IN. No estudo QSAR-2D, foram utilizados 1291 descritores físico-químicos obtidos por diversos programas. Para o estudo QSAR-4D, perfis de amostragem conformacionais (PACs) foram obtidos com o programa de dinâmica molecular Gromacs 4, e 65.856 descritores de campo (Coulomb e Lennard-Jones) foram obtidos a partir do programa LQTA-QSAR. As seleções de variáveis foram realizadas pela metodologia Ordered Predictors Selection (OPS), e os modelos foram construídos utilizando regressão por quadrados mínimos parciais (PLS). Na etapa de QSAR-2D, foi realizado um estudo preliminar com 33 compostos com baixa variabilidade estrutural e 167 descritores de mais simples interpretação. O modelo obtido foi formado por duas variáveis latentes e quatro descritores. Esse modelo apresentou uma relação direta com o mecanismo de inibição mais aceito. Já para o modelo com o conjunto completo, foram selecionados quatro descritores, porém de difícil interpretação, provavelmente devido à grande variabilidade estrutural do conjunto de treinamento. Já para o modelo QSAR-4D, uma relação direta com o mecanismo de inibição, com descritores correspondentes à interação com os co-fatores metálicos e com a alça hidrofóbica do sítio de ligação da HIV-IN, também pôde ser traçada. Todos os modelos apresentaram qualidade estatística aceitável, com boas capacidades de predição interna e robustez, além de não apresentarem correlação ao acaso. Já o modelo híbrido, construído com alguns dos descritores selecionados nos estudos anteriores, possui alta qualidade estatística, mas é inferior ao modelo QSAR-4D. Logo, ao serem considerados os resultados obtidos, conclui-se que os objetivos da tese foram alcançados e que os modelos obtidos apresentaram grande potencial para proposição de novos inibidores da HIV-IN. / Abstract: Despite the HAART implantation, there is a continuous need to search for new anti-HIV agents. The HIV-1 integrase (HIV-IN) inhibitors are one of the most recent breakthrough in AIDS research. So, the computer aides-drug design (CADD) related methods have been the main approach used in the research of such class of drugs. In this work, three QSAR studies (2D, 4D and hybrid), with a training set, consisted of 85 inhibitors of strand transfer (ST) reaction catalyzed by HIV-IN. In the 2D-QSAR study, 1,291 physicochemical descriptors were obtained by several programs. For the 4D-QSAR study, the conformational essembles profiles (CEPs) were obtained by the molecular dynamic program Gromacs 4. With the LQTA-QSAR program, 65,856 descriptors (Coulomb and Lennard-Jones) were obtained. In both the studies, the variable selections were carried out according to the Ordered Predictors Selection (OPS) method while the models were composed with Partial Least Squares (PLS) regression. In the 2D-QSAR step, a preliminary study with 33 compounds with low structural variability and 167 descriptors of more simple interpretation was developed. The obtained model was based on two latent variables and four descriptors. But, for the model with a complete set, there were four selected descriptors, although the difficult interpretation, probably due to the great structural variability of the training set. On the other hand, a direct relation with the inhibition mechanism could be traced for the 4D-QSAR model, including descriptors related with the interaction with the metallic co-factors and with the hydrophobic loop, placed in the binding site of HIV-IN. All the models showed an acceptable statistic quality, with good capacity of internal prediction and robustness. Moreover, the models did not present any randomized correlation. But, the hybrid model, built with some of descriptors selected in both studies, although it also has high statistic quality, is inferior to the 4D-QSAR model. Hence, considering the good obtained results, it can be concluded that the purposes of this thesis were achieved and that the models present a great potential to propose new HIV-IN inhibitors. / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

A capsaicina é um componente pungente das pimentas do gênero capsicum que possui atividade antitumoral. Na busca por compostos antineoplásicos mais eficazes e seletivos em relação aos disponíveis atualmente, foi desenvolvido um análogo sulfonamídico sintético da capsaicina, o RPF101, que apresentou atividade citotóxica superior em linhagens de adenocarcinoma de mama. Face ao exposto, o objetivo deste trabalho foi otimizar a atividade do RPF101 a partir da síntese de análogos sulfonil-hidrazônicos planejados por bioisosterismo. Treze análogos foram sintetizados em três etapas, baseando-se na reação entre cloreto de sulfonila e hidrato de hidrazina para obtenção do intermediário sulfonil-hidrazida; oxidação do álcool piperonílico para obtenção do piperonal; e reação de adição nucleofílica entre sulfonil-hidrazida e piperonal ou vanilina, que apresentaram rendimentos entre 23 e 85%. Os compostos foram caracterizados por metodologias de RMN 1H/13C, faixa de fusão e análise elementar e avaliados quanto sua capacidade citotóxica em células de adenocarcinoma de mama (MDA-MB-231 e MCF-7) pelo método do MTT. Dois análogos mostraram-se ativos nas duas linhagens, dos quais o mais promissor, RPF906 (IC50 em MDA-MB-231 = 104,6 µM) foi submetido a estudos de elucidação mecanística, onde observou-se indução de apoptose, causando interrupção do ciclo celular na fase G0/G1. Os resultados obtidos mostraram que o grupo benzodioxol favorece a atividade biológica quando comparado ao grupo metilcatecol. Estudos de modelagem molecular sugerem que uma maior hidrofilicidade esteja relacionada com uma atividade superior. Embora menos ativas que seu protótipo, as sulfonil-hidrazonas apresentaram efeito biológico e mostram-se promissoras no desenvolvimento de compostos com potencial antitumoral. Novas modificações moleculares devem ser planejadas com o intuito de otimizar a atividade e seletividade destes compostos. / Capsaicin is a primary pungent compound in red peppers, which has antitumor activity. In view of demand for more selective and less toxic anticancer agents, our group reported a synthetic sulfonamide capsaicin-like analogue, RPF101, which presents higher cytotoxicity in adenocarcinoma cell line than its prototype. Thus, the aim of this work is to optimize RPF101 activity by the synthesis of sulfonylhydrazone analogues, using the bioisosterism as molecular modification strategy. Thirteen analogues were synthesized in three reaction steps: oxidation of piperonyl alcohol to the piperonyl aldehyde; nucleophilic substitution reaction between sulfonyl chloride and hydrazine hydrate to obtain the intermediate sulfonylhydrazide; nucleophilic addition reaction between sulfonylhydrazide and piperonal of vanilin to obtain sulfonylhydrazones, which showed yields between 23 and 85%. All compounds were characterized by NMR 1H/13C, melting point and elemental analisys and evaluated for their cytotoxic activity in breast tumor cell lines (MDA-MB-231 and MCF-7). Two analogues showed cytotoxic effect although RPF906 (IC50 in MDA-MB-231= 104.6 µM) had been the most promising and was further evaluated about its mechanistic properties. This compound induced apoptosis and cell cycle arrest at the G0/G1 phase. Results showed that the introduction of benzodioxol group increases cytotoxicity. Molecular modeling studies suggests that superior hydrophilicity is related to superior activity. Sulfonyl-hydrazone analogues were less cytotoxic than their prototype, but they are still promising compounds. Molecular modifications strategies should be done to optimize the activity and selectivity of these compounds.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-06-01T11:24:15Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Murilo Machado dos Anjos - 2015.pdf: 3279307 bytes, checksum: dc7ced1aa57b2f7b3078d3d7c37e0ae1 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-06-01T11:26:44Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Murilo Machado dos Anjos - 2015.pdf: 3279307 bytes, checksum: dc7ced1aa57b2f7b3078d3d7c37e0ae1 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-01T11:26:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Murilo Machado dos Anjos - 2015.pdf: 3279307 bytes, checksum: dc7ced1aa57b2f7b3078d3d7c37e0ae1 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-06-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The world's population sees aging and some diseases that become more common. Alzheimer's disease (AD) is a dementia caused by loss of cognitive function of the individual and drugs used in their treatment is based on the inhibition of the enzyme acetylcholinesterase (AChE). Cancer is a group of diseases that develop due to the disorderly proliferation of cells may be related to genetic factors as well as dietary habits and exposure to radiation, the treatment being based on three main techniques: surgery, radiation and chemotherapy. In this work we synthesized 15 compounds (11 chalcones and 4 imines), based on the condensation of Claisen-Smth, and they are characterized by NMR (1H and 13C), IV These compounds were submitted to acetylcholinesterase activity by the modified method of Elman, using CCD and Martson, in addition to the evaluation of cytotoxic tumorias lines SF-295 (glioblastoma - human), HL-60 (acute leukemia promielítica) and HCT-116 (colon). The compounds showed no activity for the enzyme AChE front of the methods employed, and this cause investigated using molecular modeling methods, which sought in the literature active compounds for this enzyme, containing resemblance with the structures synthesized in this work. 80 descriptors were calculated being submitted to statistical analysis (Fisher's weight) where the number of variables is reduced to 24 and these have been selected GAP and bond angle where it was observed that the values of the synthesized compounds, mostly It was found out of range for the active compounds. The previous modeling studies are not sufficient to determine the causes of inactivity of the compounds, being necessary to the realization of a structure and reactivity studies. The evaluation of the antitumor compounds presented become more positive as the MCH-1 / A população mundial veem envelhecendo e com isto algumas doenças tornam-se mais comum. A doença de Alzheimer (DA) é uma demencia causada pela perda da função cognitiva do indivíduo e as drogas empregadas no seu tratamento tem como base a inibição da enzima acetilcolinesteráse (AChE). O cancer é um conjunto de doenças que se desenvolvem pela multiplicação desordenada de células, pode estar relacionado com fatores genéticos como também hábitos alimentares e exposição à radiação, sendo o tratamento baseado em três principais técnicas: cirurgia, radioterapia e quimioterapia. Neste trabalho foram sintetizados 15 compostos (11 chalconas e 4 iminas), baseando-se na condensação de Claisen-Smth, sendo os mesmos caracterizados por RMN (1H e 13C) e I.V. Estes compostos foram submetidos à atividade anticolinesterásica pelo método modificado de Elman, utilizando-se CCD, e Martson, além da avaliação citotóxica para as linhagens tumorias SF-295 (glioblastoma - humano), HL-60 (leucemia promielítica aguda) e HCT-116 (colón). Os compostos não apresentaram atividade para a enzima AChE frente aos métodos empregado, sendo esta causa investigada utilizando métodos de modelagem molecular, onde buscou-se na literatura compostos ativos para esta enzima, que continham similiaridades com as estruturas sintetizadas neste trabalho. Foram calculados 80 descritores sendo estes submetidos à uma análise estátistica (peso de fisher) onde o número de variáveis foi reduzido para 24 e destas foram selecionadas o GAP e ângulo de ligação, onde observou-se que os valores dos compostos sintetizados, em sua maioria, estavam fora da faixa encontrada para os compostos ativos. Os estudos prévios de modelagem não são suficientes para determinar as causas da inatividade dos compostos, sendo necessário a realização de um estudo de estrutura e reatividade. A avaliação antitumoral dos compostos apresentou-se mais positiva, sendo as chalconas Mch-1 e Mch-7 ativas para duas linhagens celulares tumorais (HCT-116 e SF-265).

Alguns nitrocompostos apresentam atividade antichagásica resultante do processo de redução do grupo nitro com conseqüente formação de radical nitro ânion e de intermediários tóxicos ao parasita. A variação estrutural dos derivados 5-nitroheterocíclicos pode interferir no processo de redução destes compostos e, também, na atividade biológica. Neste aspecto, o estudo da redução dos nitrocompostos por meio de técnicas voltamétricas, como a voltametria cíclica e a voltametria de onda quadrada é uma forma de avaliar ou até simular o mecanismo de ação destes derivados. Assim, a avaliação de processos eletródicos e a determinação dos potenciais de redução dos nitrocompostos fornecem subsídios para a compreensão do mecanismo da atividade antiparasitária. Neste trabalho, desenvolveram-se procedimentos eletroquímicos utilizados para a determinação do potencial de redução e do potencial de meia onda de vinte e três nitrocompostos (5-nitro-2-tiofilideno 4-R-benzidrazidas e 5-nitro-2-furfurilideno 4-R-benzidrazidas), visando o emprego destes em estudos de QSPR e SAR. As determinações foram realizadas empregando-se Voltametria Cíclica e Voltametria de Onda Quadrada em célula eletroquímica de 10 mL nos meios prótico (solução tampão PIPES com eletrólito de suporte NaNO3 0,1 mol L-1), misto de DMSO/solução tampão PIPES (50% v/v) e em meio aprótico de DMSO (com eletrólito de suporte Bu4NH4BF4). O eletrodos de referência e auxiliar utilizados foram Ag/AgCl saturado e platina. Os eletrodos de trabalho utilizados foram o carbono vítreo (meio aprótico e misto), pasta de carbono (meio misto e prótico) e pasta de carbono modificada com nitrocompostos (meio prótico). Foram realizados estudos teóricos, de modelagem molecular, e experimental, espectrofotometria UV/visível, com o objetivo de determinar a conformação de menor energia mínima global e confirmar a ocorrência de disposição estrutural co-planar. No estudo teórico, utilizou-se as metodologias de otimização de geometria, e análise conformacional dos nitrocompostos calculadas por meio de AM1 e HF3-21G* e HF6- 31G* para obtenção dos confôrmeros de menor energia mínima. Estes confôrmeros foram submetidos a cálculo de carga de ponto único (AM1), onde determinou-se os valores de energia de diversas propriedades de caráter eletrônico (energias de formação em vácuo e meio solvatado, de HOMO, de LUMO, momento de dipolo, dureza, potencial químico, afinidade eletrônica, potencial de ionização, cargas de potencial eletrostático), geométrica (volume molecular) e mapas 3D de densidade de potencial eletrostático, de HOMO e de LUMO. Todos os cálculos foram realizados empregando-se os pacotes computacionais Spartan O2 for Linux, Spartan O4 for Windows e ClogP 4.0 (para determinar os valores de hidrofobicidade). Os valores do potencial de pico catódico (Epc 1) e de meia onda bem como as propriedades físico-químicas, obtidos a partir de cálculos de química quântica, de σp e σR, ClogP e π) foram utilizados em análise de QSPR aplicando-se a Análise de Hansch e regressão multivariada, PLS. Avaliou-se ainda, a atividade antichagásica de dez nitrocompostos (oito derivados tiofilidênicos e dois derivados fufurilidênicos) visando investigar a possibilidade de influência do processo de redução dos nitrocompostos sobre a atividade biológica. Realizaram-se ensaios que permitiram avaliar o efeito antiproliferativo dos nitrocompostos sobre o parasita, em 24 horas, por meio de contagem do número de unidades viáveis em câmara de Neubauer. Os métodos voltamétricos utilizados mostraram-se adequados para a avaliação da redução eletroquímica dos nitrocompostos, e foram apropriados para a obtenção dos potenciais de redução de pico catódico e dos potenciais de meia onda de todos os derivados em meio aprótico e misto. Em meio aquoso, obtiveram-se os valores dos potenciais de redução de pico catódico apenas para os derivados tiofilidênicos. A partir dos resultados obtidos na análise conformacional, observou-se a quebra de efeito co-planar estrutural na região do anel benzênico substituído e porção hidrazídica molecular. Adicionalmente, nos mapas de densidade de potencial eletrostático, registrou-se a ocorrência de efeito mesomérico conjugado reduzido entre as porções moleculares citadas acima. De posse destes dados, em conjunto com as visualizações de sinais característicos para grupos cromóforos distintos em espectros UV/visível, sugere-se a ausência de efeito conjugado molecular e, como conseqüência, de influência dos grupos substituintes em posição para do anel benzênico sobre o grupo nitro ligado ao anel heterocíclico. Nos resultados obtidos a partir das análises de QSPR, observou-se que não ocorre correlação entre as propriedades físico-químicas, determinadas para os nitrocompostos, e os descritores eletroquímicos, obtidos em diferentes meios de reação. Diante deste fato, sugere-se que a quebra do efeito co-planar interfere diretamente na intensidade da influência das propriedades físico-químicas de grupos substituintes sobre o potencial de redução dos nitrocompostos. Observou-se, também, que a maioria dos compostos apresentou atividade antichagásica superior ao fármaco de referência, o benznidazol. Verificou-se que os compostos não substituído e cloro derivado da série dos 5-nitro-2-furfurilidênicos são mais ativos que os correspondentes análogos das 5-nitro-2-tiofilideno benzidrazidas. Em análise preliminar, observou-se que o potencial de redução e o potencial de meia onda não exercem influência sobre a atividade antichagásica dos nitrocompostos. / Some nitrocompounds have show activity against to Trypanosoma cruzi. Those biological activity are resulting from nitro group reduction with subsequent formation of radical nitro anion and other reaction\'s intermediates, which are toxic to the parasite. The structural difference among the 5-nitro-heterocyclic derivatives might exert influence on these compounds reduction and also on the antichagasic activity. In this way, the study of reduction process by voltammetric techniques, such as cyclic voltammetry and square wave voltammetry, is a mode of evaluate the biological action mechanism. Therefore, the evaluation of the electrodic process and the determination of nitrocompounds reduction potential provide information for elucidating the antitrypanosomal activity mechanism. In the present work, the procedures employed to determinate the cathodic reduction and reduction potentials were carried out on twenty three nitrocompounds (5-nitro-2-tiofilidenic benzhidrazides and 5-nitro-2-furfurilidenic benzhidrazides) with the aim using those data in QSPR and SAR analysis. Cyclic voltammetry and square wave voltammetry techniques were used to determined the reduction potential in electrochemical cell of 10 mL in the protic media (PIPES buffer and electrolyte of support NaNO3 0.1 mol L-1), mixed media of DMSO and PIPES buffer 50:50 v/v (electrolyte of support NaNO3 0.1 mol L-1), and aprotic media of DMSO (electrolyte of support Bu4NH4BF4 0.1 mol L-1). The reference and counter electrodes used were Ag/AgCl (with KCl saturated) and platinum, respectively. In these studies, the work electrodes were glassy carbon (aprotic and mixed media), carbon paste (mixed and protic media) and carbon paste modified with nitrocompounds (protic media). Molecular modeling studies and UV/visible spectrophotometry were investigated with the aim for determining the lowest conformational energy and the occurrence of co-planarity molecular structure. In this work were performed the geometry optimization (using the quantum chemistry AM1, ab initio HF3-21G* and HF6-31G* level of theory), conformational analysis(AM1 and ab initio HF6-31G*) and single point calculations (AM1). All the lowest energy conformers from conformational analysis were submitted to single point calculations. These models were used to determine the physicochemical properties (energy of formation in vacuum and solvated media, energy of HOMO, energy of LUMO, dipole moment, hardness, chemistry potential, electronic affinity, ionization potential and charges of electrostatic potential) and the molecular electrostatic potential, HOMO and LUMO maps, respectively. All calculations were performed using the computational software Spartan O2 for Linux, Spartan O4 for Windows, and the ClogP 4.0 (only for hydrophobicity). The cathodic reduction and half-wave potentials values and the set of physicochemical properties, which are obtained from quantum chemistry calculations, as well as the electronic effect (σp and σR derived of σ Hammett) and the hydrophobicity property (ClogP, and π of Hansch) were used in QSPR analysis applying Hansch analysis and PLS methodologies. Afterwards, the antichagasic activity of ten compounds (eight thiofilidenic and two furfurylidenic derivatives) was evaluated considering the influence of nitrocompounds reduction on biological activity. This assay allows to analyse the antiproliferative effect of nitrocompounds on the parasites growing, in twenty-four (24) hours, reading the number of trypanosomes in Haemocytometer. The voltammetric methodologies allowed to determinate the cathodic reduction and half-wave potential values in aprotic and mixed media to all nitrocompounds. In protic media, however, the cathodic reduction potential values were obtained only for the 5-nitro-2-tiofilidenic benzhidrazides. Those procedures seen to be appropriated for perform the electrochemistry reduction evaluation. The geometry optimization and conformational analysis allows determining a lack of structural planarity in all derivatives located at the bond between the carbonilic carbon and benzhoyl group. Additionally, the electrostatic potential maps presented a decreased on the electronic conjugate effect of the structures of nitrocompounds investigated. The conformational analysis allows us to determine the nitroheterocyclic biosostere conformations dependence on the reaction phase studied. The UV/visible spectra presented two waves, which are indicating responses related to different chromophores. These results suggest the absence of conjugate effect in nitrocompound structure, indicating that the presence of groups attached to benzene ring do not exert influence on the nitro group attached to heterocyclic ring. In the QSPR analysis was not detected any correlations between thel physicochemical properties and the cathodic reduction and reduction potentials, in all reaction media investigated. Those results might be occurred due to the lack of molecular co-planarity, which is reducing the influence of any property on the nitrocompounds reduction. Almost all nitrocompounds investigated show higher antichagasic activity than the reference drug, benznidazol. In a preliminary analysis it was verified that the cathodic reduction and half-wave potentials do not exert influence on the nitrocompounds antichagasic activity.

Sistemas de transporte tipo ABC são responsáveis pelo transporte de uma grande variedade de substâncias dentre elas os oligopeptídeos e molibdato. Neste trabalho estudamos dois sistemas de transportadores do tipo ABC (mod, envolvido na captação de molibdato e o opp na capação de oligopeptídeos) presentes na bactéria Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac). Em particular analisamos a organização genética dos óperons mod e as proteínas ModA e OppA, componentes solúveis localizados no periplasma e responsáveis pela ligação aos substratos. Por meio de técnicas de modelagem molecular, definimos modelos estruturais para as proteínas ModA e OppA. Para a proteína ModA caracterizamos cinco resíduos que compõem a cavidade ligadora e são responsáveis pelas interações com o íon molibdato, assim como a sua similaridade estrutural e sequencial com ortólogos de 3 grupos distintos de bactérias. Para a OppA, descrevemos o seu comportamento na ancoragem de diferentes oligopeptídeos. Avaliamos parâmetros como a extensão da cadeia e estabelecemos uma ordem crescente de afinidade entre os oligopeptídeos com diferente composição residual e a proteína OppA. / ABC transport system are responsable for the uptake of a large variety of substrates, including oligopeptides and molybdate. In this work we studied two ABC transporter systems (mod and opp responsable for molybdate and oligopeptide uptake, respectively) present in plant pathogen Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac). We investigated the genetic organization of mod operon and, particularly, structural feature of periplasmic components, ModA and OppA proteins, of the uptake systems. Using molecular modeling techniques, we defined the structural models of both ModA and OppA proteins. Based on the ModA structural model, amino acid residues involved in molybdate interaction were identified. In addition, both the structural and sequence similarities of Xac ModA and other bacterial orthologs with experimentally defined structural organizations were described. Based on the OppA structural model, we applied molecular docking tools to determine the binding specificity for different oligopeptide regarding number and amino acid composition. Collectively, our results represent an important contribution to the study of ABC transporters in an economically relevant phytopathogen bacterial species.

O trabalho tem por objetivo a aplicação de técnicas de modelagem molecular como ferramenta de pesquisa em Engenharia Química, em particular no estudo das reações químicas envolvidas na degradação do fenol em processos oxidativos avançados. Os resultados obtidos para reações em fase gasosa mostram que o uso dessa ferramenta, no nível de teoria selecionado (B3LYP/6-31++G(d,p)), é adequado para descrever a maioria das reações do mecanismo proposto. As constantes cinéticas calculadas (através da Teoria do Estado de Transição), quando comparadas com os dados experimentais disponíveis, encontram-se dentro da mesma ordem de grandeza para a rota mais viável. A simulação de um par de reações paralelas mostra o mesmo perfil de queda do fenol encontrado para as constantes cinéticas experimentais. A comparação com resultados teóricos prévios mostra que a adição de efeitos de polarização das nuvens eletrônicas ao conjunto de base resulta em um aperfeiçoamento nos valores das constantes cinéticas. Os estudos do meio solvatado mostram que o modelo de solvatação implícita SM5.42R é adequado para descrever o sistema, por reproduzir bem o valor experimental da energia de solvatação do fenol. Entretanto, não é possível fazer comparações quanto aos radicais devido à ausência de dados experimentais. Dentre os modelos de solvatação explícita construídos, o modelo que conta com uma esfera de solvatação de 4 moléculas de água se mostrou melhor para o fenol. Já para o intermediário radicalar O1, o modelo mais adequado foi o que conta com 6 moléculas de água formando um ciclo sobre as hidroxilas ligadas ao anel. Com os resultados obtidos e suas comparações com valores experimentais discute-se a aplicabilidade de técnicas de Modelagem Molecular em estudos aplicados em Engenharia Química, reforçando a visão desta ferramenta como um instrumento importante no projeto de novos produtos e na otimização de processos de interesse tecnológico. / This work has the main objetive of applying molecular modeling techniques as a research tool in Chemical Engineering particularly on the study of the chemical reactions involved in the degradation of phenol by Advanced Oxidation Processes. The obtained results for gas phase reactions show that the use of this tool, in the selected level of theory (B3LYP/6- 31++G(d,p)) is adequate to describe most of the reactions within the proposed mechanism. The calculated kinetic constants (through Transition State Theory), when compared with the available experimental data, were found to be within the same order for the most likely pathway. The simulation of a parallel reactions pair shows the same declining profile found for experimental kinetic constants. The comparison with previous theoretical results suggest that the addition of polarization effects on the basis set results in a higher accuracy of the kinetic constant values. The studies of the continuum show that the implicit solvation model SM5.42R is adequate to describe the system, since it reproduces well the experimental value of solvation energy for phenol. However, it is not possible to do comparisons for the radicals due to the absence of experimental data. Among the explicit solvation models constructed, the one which represents a solvation sphere of four water molecules has shown better accuracy to phenol. For the radical intermediate O1, the most suitable model found was the one with six water molecules joined in a cycle on the hydroxyls bonded to the ring. With the obtained results and their comparisons with experimental data, the applicability of Molecular Modeling techniques in Chemical Engineering studies is discussed, reinforcing the perspective of this tool as an important instrument for the design of new products and the optimization of technologically relevant processes.

Desde os tempos antigos, o leite de papoula é usado como sedativo e poderoso analgésico. Hoje, na terapêutica, a morfina - a qual se encontra em grande proporção no leite da papoula - continua sendo utilizada como analgésico em casos de dor moderada e severa. Concomitantemente, drogas derivadas da morfina têm sido amplamente utilizadas; sendo a heroína uma das drogas com maior potencial viciante conhecido. <br /> O desenvolvimento de antagonistas do receptor alvo da morfina/heroína (receptor &mu;-opioide) pode auxiliar tanto no desenvolvimento de medicamentos analgésicos mais seguros e potentes, bem como no desenvolvimento de medicamentos que podem ter utilidade no tratamento da dependência por drogas opiáceas. <br /> Com o intuito de criar a relação entre a atividade biológica de um conjunto de 51 moléculas e sua respectiva ação antagonista ao receptor &mu;-opioide, foram selecionadas, da literatura, moléculas que apresentam interações biológicas contra o receptor &mu;-opioide. <br /> As moléculas selecionadas tiveram suas geometrias otimizadas e suas propriedades calculadas pelo método DFT/B3LYP, com um conjunto de funções de base 6-31g++(d,p). Os dados obtidos, como informações sobre a estrutura eletrônica, propriedades topológicas e físico-químicas, foram relacionados com os valores de pKi. Para a correta análise das variáveis que são úteis na descrição da atividade biológica, métodos de análise estatística como PCA, HCA, SIMCA e KNN foram utilizados, além do método de PLS para a construção do modelo matemático de relação entre atividade biológica e as variáveis. <br /> Os resultados mostram que variáveis como a energia do orbital LUMO, a quantidade de nitrogênios na cadeia da molécula, o volume de alguns substituintes e o valor das variáveis E1p e E3u (mensuradas respectivamente pela polarizabilidade molecular e peso atômico) têm grande relação com a atividade biológica. <br /> O modelo criado é útil na previsão da atividade biológica de outras moléculas, bem como ao fornecer ideias para uma síntese planejada de novos compostos com atividade antagonista promissora. / Since antiquity, the poppy\'s milk has been used as sedative and powerful analgesic. Nowadays, in the therapy, the morphine - that is found in large proportion in poppy\'s milk - is still being used as painkiller in cases of moderate and severe pain. Concurrently, drugs made from morphine have been widely used; being the heroin the drug with the highest known addictive potential. <br /> The development of the antagonists of the morphine/heroine target receptor (&mu;-opiate receptor) can help on more safety and powerful medicine developments, and also to develop medicines that can be useful in treating opiate drugs addiction. <br /> In order to create the relationship between biological activity of a set of 51 molecules and their respective antagonist action by &mu;-opiate receptor, was selected, from the literature, molecules that show biological interaction against &mu;-opiate receptor. <br /> The selected molecules had their geometries optimized and their properties calculated by DFT/B3LYP method, with a set of base functions 6-31g++(d,p). The data obtained, as information about the electronic structure, topological properties and physical-chemical, were related to the pKi values. To the correct analysis of the variables that are useful on the description of the biological activity, were used statistical analysis methods as PCA, HCA, SIMCA and KNN, other than the PLS method for building the mathematical model of relationship between the biological activity and the variables. <br /> The results show that variables as the energies of LUMO orbital, the quantity of nitrogen in the molecular chain, the volume of some substituents and the value of the variables E1p and E3u (measured respectively by molecular polarity and atomic weight) has big relationship with the biological activity. <br /> The created model is useful in biological activity prevision for other molecules, as well as providing ideas for a planned synthesis of new compounds with promissory antagonist activity.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-12T17:59:56Z No. of bitstreams: 1 williantassiogomesnovato.pdf: 7712650 bytes, checksum: adfa7e3f6c5e2987d6257a1273717217 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T16:53:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 williantassiogomesnovato.pdf: 7712650 bytes, checksum: adfa7e3f6c5e2987d6257a1273717217 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T16:53:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 williantassiogomesnovato.pdf: 7712650 bytes, checksum: adfa7e3f6c5e2987d6257a1273717217 (MD5) Previous issue date: 2012-08-02 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No presente trabalho, metodologias teóricas foram utilizadas para análise de propriedades estruturais, termodinâmicas e cinéticas de agregados do peptídeo β- amilóide Aβ(1-42) e seus adutos formados com complexos de platina(II) derivados da 1,10-fenantrolina (ortofenantrolina), os quais são considerados potenciais agentes reguladores do Mal de Alzheimer (MA). Através de técnicas de modelagem molecular propomos um modelo de estrutura/reatividade/estabilidade para esta classe de compostos metálicos com resíduo de histidinas (His). Utilizando simulações de Dinâmica Molecular (DM) foi possível propor o perfil aglomerativo entre os peptídeos, no qual resíduos de His foram mapeados de forma topológica e identificados como responsáveis pela estabilidade dos aglomerados. Os resultados obtidos concordam com os indícios experimentais os quais sugerem que o bloqueio dos sítios de His favorece a diminuição da formação de aglomerados Aβ(1-42). Na segunda parte do trabalho, a cinética da reação entre complexos de Pt(II) com Aβ(1-42) foi investigada utilizando métodos quânticos (QM) e híbridos (QM/MM). O alvo biológico foi dividido em 3 níveis contendo 1, 10 e 42 resíduos de aminoácidos (AA) respectivamente, de tal forma que pudéssemos perceber a resposta desaglomerativa induzida por esta classe de compostos de Pt(II) nos adutos formados, sendo viável para o desenvolvimento de possíveis futuras novas drogas anti-MA. / In the present work, theoretical methods were used to analyze the structural, thermodynamic and kinetic properties of β-amyloid peptide aggregates and its adducts formed with phenanthroline derivatives platinum(II) complex, which are considered potentials regulators of Alzheimer’s disease. Through molecular modeling techniques, we propose a model of structure/reactivity/stability to this class of metal compounds with hitidine (His) residues. Using Molecular Dynamic (MD) simulations was possible to propose the agglomerative profile among the peptides in which His residues of were mapped in a topological and identified as the responsible for the clusters’s stability. The obtained results are in agreement with the experimental evidences, which suggests that blocking the His sites, favors the decrease of formation of the Aβ(1-42) agglomerates. In the second part of the work, the reaction kinetics between Pt(II) complexes with Aβ(1-42) was investigated using quantum methods (QM) and hybrid (QM/MM). The biological target was divided into 3 parts containing 1, 10 and 42 amino acids residues (AA) respectively, so that it was possible to note the deagglomerative response induced by this class of metal compounds in the formed adducts, being feasible the development of possible new drugs against Alzheimer disease.

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