Evolution of strategies for biodegradation of synthetic organic pollutants relies on recruitment of genes from catabolic pathways for natural compounds. Investigation of metabolic diversity in nature can provide insight into biochemical strategies that could be recruited for bioremediation of pollutants. As part of a search for novel metabolic diversity we isolated soil bacteria able to degrade 2-nitroimidazole (2NI) and 5-nitroanthranilic acid (5NAA), and determined the biochemistry and molecular biology of their biodegradation pathways. 2NI and its analogs are increasingly used as prodrugs for the treatment of both tuberculosis and cancer. The biodegradation of 2NI by a soil Mycobacterium sp. is initiated by an unusual hydrolytic denitration. The reaction is catalyzed by a novel nitrohydrolase with a divergent sequence and represents the discovery of a previously unreported drug resistance mechanism in soil prior to its identification in clinical situations. 5NAA is the starting material for various nitroaromatic compounds and dyes. The biodegradation pathway of 5NAA is initiated by an unusual hydrolytic deamination. The corresponding gene is very distantly related to biochemically characterized genes in the NCBI database. The nitro group of 5NAA is eliminated as nitrite during the spontaneous formation of lactones from a ring fission product, a previously unreported mechanism. Degradation pathways of 5NAA and 2NI serve as precedents for those of nitroaniline and nitroimidazole pollutants. The work supports the hypothesis that the study of the metabolism of natural organic compounds selected on the basis of unusual structural features and ecological roles can reveal new metabolic diversity.

Thesis (M.S.)--Rutgers University, 2008. / "Graduate Program in Microbiology and Molecular Genetics." Includes bibliographical references (p. 33-34).

Thesis (doctoral)--Westfälische Wilhelms-Universität zu Münster, 1973. / Vita. Includes bibliographical references (p. 183-191).

Nitroaromatic compounds are very used in the pharmaceutical industry for their known biological properties. One of the probable mechanisms of action of this class of compounds may be involved in redox reactions. The identification of nitro and its products, for a technique simple, sensitive and low cost technique such as electrochemical techniques, is fundamental, because through them it is possible to analyze the solubilization process of these compounds in association with some encapsulating agents. A feature of nitro compound studied, 2 - [(4-nitrophenyl) amino]-4,5,6,7-tetrahydro-4H-benzo [β] thiophene-3-carbonitrile, (6CN10) is its low solubility in water, which justifies its combination with substances such as cyclodextrin and dendrimers, such as PAMAM. The formation of an inclusion complex between 6CN10 and β-cyclodextrin and 6CN10 and PAMAM 3rd generation was evaluated in this work through electrochemical and spectroscopic techniques. The electrochemical system was composed of three electrodes, Ag/AgCl/Cl- saturated (reference), platinum (auxiliary), glassy carbon with and without modification with carbon nanotubes (NTC) or gold (Au) (working) in a buffered medium pH 7.03 with and without a cosolvent and a Na2SO4 solution of 0.2 mol L-1. Also was performed spectroscopic studies by UVVis in aqueous-ethanolic medium in different concentrations of β-Cyclodextrin, as well as the characterization of the complex 6CN10: PAMAM in methanolic solution. The studies demonstrated that the 6CN10 has standard reduction mechanism of nitroaromatic in potential within the expected range for compounds with biological activity its mechanism of action may be associated with the redox process The first analysis showed the interaction of 6CN10 as β-CD and the influence of time in this process. By forming a self-assembled monolayer (SAM) of β-CD-SH on the Au electrode it was possible to determine the equilibrium constant between the complex 6CN10:β-CD with value 3,3x105 M-1. Already by spectrophotometric methods, the constant was 7,86x104 M-1. Regarding the PAMAM the first results verified the influence of time on complex formation between 6CN10:PAMAM, reaching the optimum time of 30 minutes. Then With the increasing variations in the concentration of 6CN10 it was possible to determine the equilibrium constant (KF = 5,61x105 M-1) between the complex 6CN10:PAMAM, in NTC sensor. It is observed that the obtained value is relatively higher in comparison with the electrochemical constant for the complex 6CN10:β-CD. This favoring behavior 6CN10:PAMAM complex can also be observed by the values of LD and LQ obtained, which were, respectively, 1,49x10-6 and 4,96x10-6 mol L-1 to the complex with PAMAM and 1,83x10-6 and 6,1x10-6 mol L-1 to β-CD. When the SAM of PAMAM-MUA was used the constant obtained was of 2,16x105 M-1. In characterizing the 6CN10:PAMAM complex per UV-Vis, the results show that a higher amount than the number of PAMAM ramifications (32 ramifications) and of the 6CN10 interacted, suggesting that the nitro interacted of different forms with PAMAM. Both encapsulating agents demonstrated efficiency for complex formation with the compound under study, but PAMAM presented subtle advantage. However both could be used for the development of different pharmaceutical formulations containing the nitro compound. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os nitrocompostos aromáticos são muito aplicados na indústria farmacêutica por suas conhecidas propriedades biológicas. Um dos prováveis mecanismos de ação dessa classe de compostos pode estar envolvido em reações de oxirredução. A identificação do nitro e de seus produtos, por uma técnica simples, sensível e de baixo custo como as técnicas eletroquímicas, é fundamental, pois através delas é possível analisar o processo de solubilização desses compostos em associação com alguns agentes encapsulantes. Uma característica do nitrocomposto estudado, 2-[(4-nitrofenil)-amino]-4,5,6,7-tetraidro-4H-benzo[b]tiofeno-3-carbonitrila, (6CN10) é sua baixa solubilidade em água, o que justifica sua associação com substâncias como ciclodextrina e dendrímeros, como o PAMAM. A formação de um complexo de inclusão entre o 6CN10 e a β-Ciclodextrina e 6CN10 e PAMAM 3ª geração foi avaliado nesse trabalho através das técnicas eletroquímicas e espectroscópicas. O sistema eletroquímico utilizado foi composto por 3 eletrodos, Ag/AgCl/Cl- saturado (referência), platina (auxiliar), carbono vítreo com e sem modificação com nanotubos de carbono (NTC) ou ouro (Au) (trabalho), em meio tamponado pH 7,03 com e sem um cosolvente, e em uma solução de Na2SO4 a 0,2 mol L-1. Também foram realizados estudos espectroscópicos por UV-Vis em meio aquoso-etanólico em diferentes concentrações de β-Ciclodextrina, bem como a caracterização do complexo 6CN10:PAMAM em solução metanólica. Os estudos demonstraram que o 6CN10 possui mecanismo de redução padrão de nitroaromáticos com potencial dentro da faixa esperada para compostos com atividade biológica, podendo seu mecanismo de ação estar associado ao processo redox. As primeiras analises demonstram a interação do 6CN10 como β-CD e a influência do tempo nesse processo. Através da formação de uma monocamada auto-organizada (SAM) de β-CD-SH no eletrodo de Au, foi possível determinar a constante de equilíbrio entre o complexo 6CN10:β-CD com valor de 3,3x105 M-1. Já por métodos espectrofotométricos, a constante foi de 7,86x104 M-1. Em relação ao PAMAM os primeiros resultados verificaram a influência do tempo na formação do complexo entre 6CN10:PAMAM, chegando ao tempo otimizado de 30 min. Em seguida, com as variações crescentes na concentração de 6CN10 foi possível determinar a constante de equilíbrio (Kf=5,61x105 M-1) entre o complexo 6CN10:PAMAM em sensor de NTC. Observou-se que o valor obtido é relativamente maior em comparação com a constante eletroquímica para o complexo 6CN10:β-CD. Tal comportamento de favorecimento do complexo 6CN10:PAMAM também pode ser observado pelo valores de LD e LQ obtidos, que foram, respectivamente, 1,49x10-6 e 4,96x10-6 mol L-1 para o complexo com PAMAM e de 1,83x10-6 e 6,1x10-6 mol L-1 para β-CD. Quando a SAM de PAMAM-MUA foi utilizada, a constante obtida foi de 2,16x105 M-1. Ao caracterizar o complexo 6CN10:PAMAM por UV-Vis, os resultados demostraram que uma quantidade maior que o nº de ramificações do PAMAM (32 ramificações) e do 6CN10 interagiram, propondo que o nitro interage por diferentes formas com o PAMAM. Ambos os agentes encapsulantes demonstraram eficiência para formação do complexo com o composto em estudo, porém o PAMAM apresentou uma sutil vantagem. Entretanto, ambos poderiam ser utilizados para o desenvolvimento de diferentes formulações farmacêuticas contendo o nitrocomposto.

A doença de Chagas afeta cerca de 6 a 7 millhões de pessoas no mundo, principalmente América Latina. A busca de alternativas terapêuticas para esta enfermidade tem grande relevância para a sociedade, já que as opções atuais são limitadas, sendo disponível apenas o benznidazol (BZD) e nifurtimox. Os derivados nitroheterocíclicos são considerados compostos bioativos com número crescente de estudos na comunidade científica contra seu agente etiológico, o Trypanosoma cruzi. Neste sentido, o presente trabalho tem por objetivo a identificação de derivados do 5-nitrofurano com atividade frente a diferentes cepas do T. cruzi, assim como estudar possíveis modo de ação desta classe de compostos. Esta investigação envolve estudos computacionais com o propósito de construir modelos quantitativos de relações estrutura-atividade (QSAR multivariado) que possam auxiliar na previsão de novas estruturas com perfil farmacológico otimizado. No presente trabalho foram realizadas as etapas de planejamento, síntese e identificação de 36 compostos com resultados satisfatórios quanto à identificação estrutural, pureza e rendimento, que foi da ordem de 70%. A determinação da atividade anti-T. cruzi in vitro dos compostos obtidos foi realizada frente às cepas Silvio X10 cl1, Y, Bug 2149 cl10 e Colombiana na forma epimastigota do parasito. A maioria dos compostos analisados apresentou maior capacidade de inibição de crescimento do parasito, comparado ao BZD: Silvio X10 cl1 - IC50 = 29,16 ±2,90 µM, Y - IC50 = 40,40 ±3,37µM, Bug 2149 cl10 - IC50 = 30,63 ±3,21 µM, Colombiana - IC50 = 47,91 ±4,96 µM. O composto mais ativo (BSF-35) apresentou os seguintes valores: Silvio X10 cl1 - IC50 = 3,17 ±0,32 µM, Y - IC50 = 1,17 ±0,12 µM, Bug 2149 cl10 - IC50 = 1,81 ±0,18 µM e Colombiana - IC50 = 3,06 ±0,23 µM. Foram realizados cálculos de propriedades moleculares das estruturas tridimensionais dos compostos, seguido pela análise exploratória de dados por análise de agrupamentos hierárquicos (HCA) e análise de componentes principais (PCA), possibilitando o reconhecimento de padrões do conjunto. Considerando esta análise prévia, foram obtidos modelos QSAR com abordagem multivariada, aplicando algorítmo OPS e método de regressão por quadrados mínimos parciais, PLS. Os melhores modelos gerados foram obtidos considerando os compostos benzenos substituídos para as quatro cepas estudadas. Os descritores que mais influenciaram na análise foram o ClogP (coeficiente de partição) e cargas CHELPG. Considerando as informações obtidas, foram planejados e sintetizados quatro novos compostos com objetivo de obter compostos mais ativos e validar os modelos QSAR. Estes compostos apresentaram alta atividade frente a forma epimastigota das quatro cepas estudadas. Os compostos mais ativos foram avaliados quanto a citotoxicidade frente células LLC-MK2 e apresentaram seletividade até 25 vezes superior ao BZD. Estudos in vitro frente a forma amastigota da cepa Y em células U2OS foram realizados com metodologia fenotípica de análise de alto conteúdo (HCA\') e os compostos apresentaram atividade até 64 vezes superior ao BZD e com seletividade de até 50 vezes superior a este fármaco. Quanto à determinação da atividade dos compostos frente às enzimas tripanotiona redutase (TcTR) e glutationa redutase (GR), os compostos analisados não apresentaram atividade relevante, indicando não ser este o mecanismo desta classe de compostos. Com finalidade de explorar outro possível mecanismo de ação dos compostos 5-nitrofurânicos, foi realizada a análise de potencial de redução da membrana mitocondrial, porém a morte parasitária não foi atribuída à despolarização da membrana em estudos simultâneos com iodeto de propídio. / Chagas disease affects approximately 6-7 millions people worldwide, especially Latin America. The search for therapeutic alternatives for this disease is of great relevance to society, as current options are limited and there are only two available drugs: benznidazole (BZD) and nifurtimox. The nitroheterocyclic derivatives are considered bioactive compounds with increasing number of studies in the scientific community against its etiologic agent, Trypanosoma cruzi. In this sense, this work aims to identify derivatives of 5-nitrofuran with activity against different strains of T. cruzi, and to study possible mode of action of this compounds. This research involves computational studies to obtain models of quantitative structure-activity relationships (QSAR multivariate) that can help predict new structures with optimized pharmacological profile. In this work were carried out the design, synthesis and identification of 36 compounds with satisfactory results regarding the structural identification, purity and yield (approximately 70%). The determination of anti-T. cruzi activity in vitro of the compounds obtained was carried out with Silvio X10 cl1, Y, Bug 2149 CL10 and Colombiana strains of epimastigote form of the parasite. Most of the compounds examined showed greater capacity of growth inhibition of the parasite compared to the BZD (Silvio X10 CL1 - IC 50 = 29.16 ± 2.90 µM, Y - IC50 = 40.40 ± 3,37µM, 2149 CL10 Bug - IC 50 = 30.63 ± 3.21 µM, Colombiana - IC 50 = 47.91 ± 4.96 µM). The most active compound (BSF-35) showed the following values: Silvio X10 cl1 - IC 50 = 3.17 ± 0.32 uM, Y - IC 50 = 1.17 ± 0.12 µM, Bug 2149 CL10 - IC50 = 1, 81 ± 0.18 µM and Colombiana - IC 50 = 3.06 ± 0.23 µM. Calculations were performed for the molecular properties of three-dimensional structures of the compounds, followed by exploratory data analysis by hierarchical cluster analysis (HCA) and principal component analysis (PCA), allowing the recognition of the set. Considering this preliminary analysis were obtained QSAR models with multivariate approach, using OPS algorithm and regression method of partial least squares, PLS. The best generated models were obtained considering the benzyl substituted compounds for the four strains. The descriptors that most influenced the analysis were ClogP (partition coefficient) and CHELPG charges. Considering the information obtained, four new compounds were designed and synthesized to obtain more active compounds and validate QSAR models. These compounds showed high activity against epimastigote form of the four strains studied. The most active compounds were evaluated for cytotoxicity against LLC-MK2 cells and the compounds selectivity values were up to 25 times higher than BZD. In vitro studies against amastigote form of the Y strain in U2OS cells were performed with phenotypic method of high content analysis (HCA\') and the compounds showed activity to 64 times higher than BZD and selectivity of up to 50 times. The activity of the compounds against trypanothione reductase enzymes (TcTR) and glutathione reductase (GR) showed no significant activity, indicating that this is not the mechanism of this class of compounds. In order to exploit another possible mechanism of action of 5-nitrofuran derivatives, analysis reduction of mitochondrial membrane potential was held, however the cell death was not attributed to membrane depolarization in simultaneous studies with propidium iodide.

A doença de Chagas afeta cerca de 6 a 7 millhões de pessoas no mundo, principalmente América Latina. A busca de alternativas terapêuticas para esta enfermidade tem grande relevância para a sociedade, já que as opções atuais são limitadas, sendo disponível apenas o benznidazol (BZD) e nifurtimox. Os derivados nitroheterocíclicos são considerados compostos bioativos com número crescente de estudos na comunidade científica contra seu agente etiológico, o Trypanosoma cruzi. Neste sentido, o presente trabalho tem por objetivo a identificação de derivados do 5-nitrofurano com atividade frente a diferentes cepas do T. cruzi, assim como estudar possíveis modo de ação desta classe de compostos. Esta investigação envolve estudos computacionais com o propósito de construir modelos quantitativos de relações estrutura-atividade (QSAR multivariado) que possam auxiliar na previsão de novas estruturas com perfil farmacológico otimizado. No presente trabalho foram realizadas as etapas de planejamento, síntese e identificação de 36 compostos com resultados satisfatórios quanto à identificação estrutural, pureza e rendimento, que foi da ordem de 70%. A determinação da atividade anti-T. cruzi in vitro dos compostos obtidos foi realizada frente às cepas Silvio X10 cl1, Y, Bug 2149 cl10 e Colombiana na forma epimastigota do parasito. A maioria dos compostos analisados apresentou maior capacidade de inibição de crescimento do parasito, comparado ao BZD: Silvio X10 cl1 - IC50 = 29,16 ±2,90 µM, Y - IC50 = 40,40 ±3,37µM, Bug 2149 cl10 - IC50 = 30,63 ±3,21 µM, Colombiana - IC50 = 47,91 ±4,96 µM. O composto mais ativo (BSF-35) apresentou os seguintes valores: Silvio X10 cl1 - IC50 = 3,17 ±0,32 µM, Y - IC50 = 1,17 ±0,12 µM, Bug 2149 cl10 - IC50 = 1,81 ±0,18 µM e Colombiana - IC50 = 3,06 ±0,23 µM. Foram realizados cálculos de propriedades moleculares das estruturas tridimensionais dos compostos, seguido pela análise exploratória de dados por análise de agrupamentos hierárquicos (HCA) e análise de componentes principais (PCA), possibilitando o reconhecimento de padrões do conjunto. Considerando esta análise prévia, foram obtidos modelos QSAR com abordagem multivariada, aplicando algorítmo OPS e método de regressão por quadrados mínimos parciais, PLS. Os melhores modelos gerados foram obtidos considerando os compostos benzenos substituídos para as quatro cepas estudadas. Os descritores que mais influenciaram na análise foram o ClogP (coeficiente de partição) e cargas CHELPG. Considerando as informações obtidas, foram planejados e sintetizados quatro novos compostos com objetivo de obter compostos mais ativos e validar os modelos QSAR. Estes compostos apresentaram alta atividade frente a forma epimastigota das quatro cepas estudadas. Os compostos mais ativos foram avaliados quanto a citotoxicidade frente células LLC-MK2 e apresentaram seletividade até 25 vezes superior ao BZD. Estudos in vitro frente a forma amastigota da cepa Y em células U2OS foram realizados com metodologia fenotípica de análise de alto conteúdo (HCA\') e os compostos apresentaram atividade até 64 vezes superior ao BZD e com seletividade de até 50 vezes superior a este fármaco. Quanto à determinação da atividade dos compostos frente às enzimas tripanotiona redutase (TcTR) e glutationa redutase (GR), os compostos analisados não apresentaram atividade relevante, indicando não ser este o mecanismo desta classe de compostos. Com finalidade de explorar outro possível mecanismo de ação dos compostos 5-nitrofurânicos, foi realizada a análise de potencial de redução da membrana mitocondrial, porém a morte parasitária não foi atribuída à despolarização da membrana em estudos simultâneos com iodeto de propídio. / Chagas disease affects approximately 6-7 millions people worldwide, especially Latin America. The search for therapeutic alternatives for this disease is of great relevance to society, as current options are limited and there are only two available drugs: benznidazole (BZD) and nifurtimox. The nitroheterocyclic derivatives are considered bioactive compounds with increasing number of studies in the scientific community against its etiologic agent, Trypanosoma cruzi. In this sense, this work aims to identify derivatives of 5-nitrofuran with activity against different strains of T. cruzi, and to study possible mode of action of this compounds. This research involves computational studies to obtain models of quantitative structure-activity relationships (QSAR multivariate) that can help predict new structures with optimized pharmacological profile. In this work were carried out the design, synthesis and identification of 36 compounds with satisfactory results regarding the structural identification, purity and yield (approximately 70%). The determination of anti-T. cruzi activity in vitro of the compounds obtained was carried out with Silvio X10 cl1, Y, Bug 2149 CL10 and Colombiana strains of epimastigote form of the parasite. Most of the compounds examined showed greater capacity of growth inhibition of the parasite compared to the BZD (Silvio X10 CL1 - IC 50 = 29.16 ± 2.90 µM, Y - IC50 = 40.40 ± 3,37µM, 2149 CL10 Bug - IC 50 = 30.63 ± 3.21 µM, Colombiana - IC 50 = 47.91 ± 4.96 µM). The most active compound (BSF-35) showed the following values: Silvio X10 cl1 - IC 50 = 3.17 ± 0.32 uM, Y - IC 50 = 1.17 ± 0.12 µM, Bug 2149 CL10 - IC50 = 1, 81 ± 0.18 µM and Colombiana - IC 50 = 3.06 ± 0.23 µM. Calculations were performed for the molecular properties of three-dimensional structures of the compounds, followed by exploratory data analysis by hierarchical cluster analysis (HCA) and principal component analysis (PCA), allowing the recognition of the set. Considering this preliminary analysis were obtained QSAR models with multivariate approach, using OPS algorithm and regression method of partial least squares, PLS. The best generated models were obtained considering the benzyl substituted compounds for the four strains. The descriptors that most influenced the analysis were ClogP (partition coefficient) and CHELPG charges. Considering the information obtained, four new compounds were designed and synthesized to obtain more active compounds and validate QSAR models. These compounds showed high activity against epimastigote form of the four strains studied. The most active compounds were evaluated for cytotoxicity against LLC-MK2 cells and the compounds selectivity values were up to 25 times higher than BZD. In vitro studies against amastigote form of the Y strain in U2OS cells were performed with phenotypic method of high content analysis (HCA\') and the compounds showed activity to 64 times higher than BZD and selectivity of up to 50 times. The activity of the compounds against trypanothione reductase enzymes (TcTR) and glutathione reductase (GR) showed no significant activity, indicating that this is not the mechanism of this class of compounds. In order to exploit another possible mechanism of action of 5-nitrofuran derivatives, analysis reduction of mitochondrial membrane potential was held, however the cell death was not attributed to membrane depolarization in simultaneous studies with propidium iodide.

CI Disperse Blue 291 (CI DB 291) é um corante dinitrobromoaminoazobenzeno com atividade mutagênica para S. typhimurium, aumentada na presença de nitrorredutase, o-acetiltransferase e enzimas microssomais (S9). Neste estudo foram isolados e caracterizados quatro produtos da redução de DB 291 com ditionito de sódio (in vitro), sendo denominados 2- fenilbenzotriazóis não clorados (não-ClPBTAs). Os espectros de absorbância não apresentam o pico correspondente à ligação azo (?λ=613 nm), indicando a redução dessa ligação. Espectros de massas e 1H RMN mostram que os produtos são dois pares de tautômeros com m/z 465 [M+H]+ e m/z 449 [M+H]+. Esses produtos foram acetilados com piridina/anidrido acético e espectros de massas desses produtos indicam adição de grupamento acetil na molécula e formação de produtos com m/z 507 [M+H]+ e m/z 491 [M+H]+. Esses compostos foram reagidos com dGuo e obtivemos dois produtos com m/z 632 [M+H]+ e m/z 683 [M+H]+, sendo os possíveis adutos. A partir do composto não clorado com m/z 449 obtido após redução com ditionito de sódio, sintetizamos o análogo clorado (PBTA) após reação de cloração. Espectros de massa confirmam a formação do composto clorado com m/z 483 [M+H]+. Também incubamos o corante CI DB 291 com nitrorredutase/NADH. Análises por HPLC/ESI/MS indicam a formação de não-ClPBTA (m/z 449). Uma vez que não-ClPBTAs são mais mutagênicos para linhagens de S. typhimurium (com fração S9) que seus dinitrofenilazo corantes precursores, a conversão enzimática do corante para não-ClPBTAs pode ser uma via importante para sua bioativação. / C.I. Disperse Blue 291 (C.I. DB 291) is a dinitrobromoaminoazobenzene dye with mutagenic activity to S. typhimurium, that is increased in the presence of nitroreductase, o-acetyltransferase and microsomal enzymes (S9). In this study were isolated and characterized four products of the reduction of DB 291 with sodium dithionite (in vitro), named non- chlorinated 2- phenylbenzotriazoles (non-ClPBTAs). The absorbance spectra do not present the peak corresponding to the band of azo bond (λ= 613 nm), indicating that the reduction of this bond occured. Mass spectra and 1H NMR show that the products are two pairs of tautomers with m/z 465 [M+H]+ and m/z 449 [M+H]+. These compounds were acetylated with pyridine/acetic anhydride and their mass spectra indicate the addition of an acetyl group to the molecules and formation of products with m/z 507 [M+H]+ e m/z 491 [M+H]+. After reaction of these compounds with dGuo we have got two products with m/z 632 [M+H]+ and m/z 683 [M+H]+, which are possible adducts. Starting from the non chlorinated compound with m/z 449, obtained through the dye reduction with sodium dithionite, we have synthesized the chlorinated analogous (PBTA) after chlorination reaction. Mass spectrum confirms formation of the chlorinated product with m/z 483 [M+H]+. The DB 291 dye was also incubated with nitroreductase NADH. HPLC/ESI/MS analyses indicate the formation of a non chlorinated PBTA (m/z 449). Since non- chlorinated PBTAs are more mutagenic to S. typhimurium strains (with S9 mix) than the parent phenylbenzotriazole dye, enzymatic conversion of this type of dye non chlorinated PBTAs may be an important way for its bioactivation.

CI Disperse Blue 291 (CI DB 291) é um corante dinitrobromoaminoazobenzeno com atividade mutagênica para S. typhimurium, aumentada na presença de nitrorredutase, o-acetiltransferase e enzimas microssomais (S9). Neste estudo foram isolados e caracterizados quatro produtos da redução de DB 291 com ditionito de sódio (in vitro), sendo denominados 2- fenilbenzotriazóis não clorados (não-ClPBTAs). Os espectros de absorbância não apresentam o pico correspondente à ligação azo (?λ=613 nm), indicando a redução dessa ligação. Espectros de massas e 1H RMN mostram que os produtos são dois pares de tautômeros com m/z 465 [M+H]+ e m/z 449 [M+H]+. Esses produtos foram acetilados com piridina/anidrido acético e espectros de massas desses produtos indicam adição de grupamento acetil na molécula e formação de produtos com m/z 507 [M+H]+ e m/z 491 [M+H]+. Esses compostos foram reagidos com dGuo e obtivemos dois produtos com m/z 632 [M+H]+ e m/z 683 [M+H]+, sendo os possíveis adutos. A partir do composto não clorado com m/z 449 obtido após redução com ditionito de sódio, sintetizamos o análogo clorado (PBTA) após reação de cloração. Espectros de massa confirmam a formação do composto clorado com m/z 483 [M+H]+. Também incubamos o corante CI DB 291 com nitrorredutase/NADH. Análises por HPLC/ESI/MS indicam a formação de não-ClPBTA (m/z 449). Uma vez que não-ClPBTAs são mais mutagênicos para linhagens de S. typhimurium (com fração S9) que seus dinitrofenilazo corantes precursores, a conversão enzimática do corante para não-ClPBTAs pode ser uma via importante para sua bioativação. / C.I. Disperse Blue 291 (C.I. DB 291) is a dinitrobromoaminoazobenzene dye with mutagenic activity to S. typhimurium, that is increased in the presence of nitroreductase, o-acetyltransferase and microsomal enzymes (S9). In this study were isolated and characterized four products of the reduction of DB 291 with sodium dithionite (in vitro), named non- chlorinated 2- phenylbenzotriazoles (non-ClPBTAs). The absorbance spectra do not present the peak corresponding to the band of azo bond (λ= 613 nm), indicating that the reduction of this bond occured. Mass spectra and 1H NMR show that the products are two pairs of tautomers with m/z 465 [M+H]+ and m/z 449 [M+H]+. These compounds were acetylated with pyridine/acetic anhydride and their mass spectra indicate the addition of an acetyl group to the molecules and formation of products with m/z 507 [M+H]+ e m/z 491 [M+H]+. After reaction of these compounds with dGuo we have got two products with m/z 632 [M+H]+ and m/z 683 [M+H]+, which are possible adducts. Starting from the non chlorinated compound with m/z 449, obtained through the dye reduction with sodium dithionite, we have synthesized the chlorinated analogous (PBTA) after chlorination reaction. Mass spectrum confirms formation of the chlorinated product with m/z 483 [M+H]+. The DB 291 dye was also incubated with nitroreductase NADH. HPLC/ESI/MS analyses indicate the formation of a non chlorinated PBTA (m/z 449). Since non- chlorinated PBTAs are more mutagenic to S. typhimurium strains (with S9 mix) than the parent phenylbenzotriazole dye, enzymatic conversion of this type of dye non chlorinated PBTAs may be an important way for its bioactivation.

Les alcools sont des partenaires électrophiles attractifs pour des réactions de substitution nucléophile puisque l'eau est le seul sous-produit de la réaction en présence de nucléophiles protiques. Malgré le fait que la réaction soit fortement intéressante, la portée des transformations catalytique reste limitée à une combinaison spécifique alcool/nucléophile, ce qui rend l’emploi d’un ensemble général de conditions catalytiques fortement élusif. Cette thèse décrit le développement d'un système général de catalyse doux pour l'activation d'une large gamme d’alcools π-activés ainsi que d’alcools aliphatiques abordant ainsi les limitations clés dans le domaine. B(C6F6)3•H2O, un acide de Brønsted fort quand il est combiné avec le nitrométhane, a été découvert comme étant un système catalytique idéal pour la substitution chimiosélective d'alcools en présence de fonctionnalités et de groupements protecteurs sensibles aux conditions acides sans le compromis typique entre vitesse de réaction, réactivité substrat/nucléophile et quantité de catalyseur. Plus particulièrement, un effet co-catalytique de composés nitro est décrit pour la réaction d’azidation des alcools aliphatiques tertiaires en employant B(C6F6)3•H2O, permettant, pour la première fois, un turnover catalytique. Sur la base des investigations cinétiques, électroniques et spectroscopiques qui ont été menées, des agrégats de composés nitro et d’acides liés par des intéractions hydrogènes sont proposé comme étant l’espèce catalytiques responsables de la cinétique de la catalyse observée. L'utilité des nouvelles conditions catalytiques a été étendue au-delà de l'activation d'alcool et appliquée au clivage des liaisons fortes C-F dans les réactions de Friedel-Crafts défluorinatives de fluorures aliphatiques tertiaires. / Alcohols are attractive electrophilic partners for nucleophilic substitution reactions as water is the only by-product in a reaction with protic nucleophiles. Despite being a highly desirable reaction, the scope of useful catalytic transformations remains limited to specific alcohol-nucleophile pairs and a general set of catalytic conditions remains elusive. This thesis describes the development of a general and mild catalyst system for the activation of a broad range of π-activated and aliphatic alcohols to address key limitations in the field. B(C6F6)3•H2O, a strong Brønsted acid, when combined with nitromethane has been found as a widely useful catalyst system for chemoselective alcohol substitution in the presence of acid sensitive functionalities and protecting groups without the typical compromises in reaction rates, substrate/nucleophile scope and catalyst loading. In particular, a co-catalytic effect of nitro compounds is described for the B(C6F6)3•H2O catalyzed azidation of tertiary aliphatic alcohols, enabling catalyst turnover for the first time. On the basis of kinetic, electronic, and spectroscopic investigations, higher order hydrogen-bonded aggregates of nitro compounds and acids are proposed as kinetically competent Brønsted acid catalysts at the origin of the enhanced reactivity. The utility of the new catalytic conditions has been extended beyond alcohol activation and applied to the cleavage of strong C–F bonds in defluorinative Friedel-Crafts reactions of tertiary aliphatic fluorides.

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