Quinones have been the subject of much interest due to their various biological activities, mainly as antitumor and as trypanocidal agents. Quinones are cytotoxic by two main mechanisms: the generation of ROS resulting in oxidative stress and alkylation of cellular nucleophiles, such as DNA and some enzymes such as topoisomerases. Their activity depends on bioreduction, similarly to what happens to nitroaromatic compounds. They also catalyze electron transfer reactions in biological processes and, after reduction generate radical anions (semiquinone radical anion and nitro), which depending on stability, can furnish their free electrons to acceptor molecules. In the present study, compounds with mixed functionalities derived from nor-β-lapachone, including a nitroaniline group were electrochemically studied in protic (acetate buffer) and aprotic (DMF+TBABF4, DMSO+TBAP and Acetonitrile+TBABF4) media, using glassy carbon and mercury as working electrodes. The compounds showed a complex redox behavior and the mechanism was elucidated using electron spin resonance. The electroreduced products of nor-β-lapachone and of the nitroquinones reacted with oxygen, indicative of the generation of reactive oxygen species, reactivity in the order of 2 > nor-β-lapachone > 3 > 1. We investigated their interaction with DNA, which was shown to be positive for nitroquinones and negative for the precursor nor-β-lapachone, in agreement with biological assays which had also shown that the nitroquinones cause DNA damage. The stability of the nitrosemiquinones, their half-life times were measured using mercury electrode, and the reaction rates for the electrochemical process-following-up-isproportionation reaction were measured. From these studies, a lower stability for the meta-substituted nitrophenylaniline (k2 = 5.188 x 103 L mol-1 s-1 and t1/2 = 0.06 s) was evidenced. Upon spectroelectrochemical reduction studies of the nitroquinones, the generation of radicalar intermediates (semiquinone radical anion and nitro radical anion) was observed, with differences between o- and m-derived compounds and the p-substituted one. To increase the solubility of the nitroquinones, in order to allow in vivo studies, the formation of inclusion complexes with β-cyclodextrin were evaluated. Positive results were obtained, leading to a viable formulation alternative for further biological studies with the compounds. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Quinonas despertam muito interesse devido às suas diversas atividades biológicas, principalmente como agentes antitumoral e tripanossomicida. A citotoxicidade de quinonas decorre de dois mecanismos principais: geração de EROs resultando no estresse oxidativo e alquilação de nucleófilos celulares, como o DNA e algumas enzimas, como as topoisomerases. Sua atividade depende de biorredução, similarmente ao que acontece com compostos nitroaromáticos. Eles também catalisam reações de transferência de elétrons biológicas e, após a redução geram ânions radicais (ânions radicais semiquinona e nitro), que dependendo da estabilidade, podem transferir seus elétrons livres a moléculas aceptoras. Neste trabalho, compostos de funcionalidade mista derivados da nor-β-lapachona, com um grupo nitroanilina, foram estudados eletroquimicamente nos meios prótico (tampão acetato) e aprótico (DMF + TBABF4, DMSO + TBAP e acetonitrila + TBABF4), utilizando carbono vítreo e mercúrio como eletrodos de trabalho. Os compostos apresentaram um comportamento redox complexo e o mecanismo elucidado por espectroeletroquímica. Os produtos da eletro-redução da nor-β-lapachona e nitroquinonas reagiram com oxigênio, indicativo da geração de EROs, na ordem de reatividade 2 > nor-β-lapachona > 3 > 1. Foi investigada a interação com DNA, que se mostrou positiva para as nitroquinonas e negativa para o precursor nor-β-lapachona, concordantes com ensaios biológicos que também evidenciou que as nitroquinonas causam dano ao DNA. A estabilidade do nitrosemiquinona, tempos de meia-vida e as taxas reacionais referentes à reação química de desproporcionamento acoplada ao processo eletroquímico para cada derivado foram determinadas usando eletrodo de mercúrio. A partir desses estudos, foi evidenciada a menor estabilidade para o nitrofenilamina meta-substituída (k2 = 15,188 x 103 L mol-1 s-1 and t1/2 = 0,06 s). Nos estudos por espectroeletroquímica das nitroquinonas, observou-se a geração de intermediários radicalares (ânions radicais semiquinona e nitro), com diferenças entre os nitroderivados o- e m-, assim como para o p- derivado. Com objetivo de aumentar a solubilidade das nitroquinonas, para posteriores estudos in vivo, foi avaliada a formação de complexos de inclusão com β-ciclodextrina. Foram obtidos resultados positivos, refletindo em alternativa viável para formulações posteriores com estes compostos e ensaios biológicos.

Cancer is one of the most dreadful diseases due to its figure of morbidity and mortality and its strong social and economic impact in public healthy. The development of new chemotherapics is urgently required. Pharmoelectrochemical studies are important tools in pharmaceutical chemistry, pharmacology and biomedicine. In the present work, the cytotoxic activity of the nitroquinone 2,2–dimethyl–3-(3-nitrophenylamine)-2,3-dihydronaphtho[1,2-b]furan-4,5-dione, was performed, using electrochemical and pharmacological methods, in order to elucidate its mechanism of reduction and biological action. Additionally, electrochemical behaviour of cytotoxic arylamine and [1,2,3] triazolic naphthoquinones was investigated, in order to obtain reduction potentials, to correlate them with their biological activity. Studies were undertaken in aprotic medium (DMSO/TBAP and Acetonitrile/TBABF4) and protic medium (acetate buffer pH 4.5). The nitroquinone was further investigated, concerning its cytotoxicity, genotoxicity, cells morphological modification and immunomodulation effects in its presence, using, for that, dsDNA biosensors and flow cytometry, with the main goal of proposing its pharmacological mechanism of antitumour action. The nitroquinone is not genotoxic and it caused apoptosis, by an intrinsic (mithocondrial) pathway. The electrochemical behaviour of all the quinones, in aprotic and protic media, are typical of well-behaved quinones. The triazole ring worked as a highly electronwithdrawing group, shifting positively all the redox potentials. The nitroquinone has hybrid electrochemical behaviour due to the presence of two eletroactive groups in the molecule. The analysis by ESR allowed the definition of its reduction mechanism. Reduction potential values (EpIc) of the two sets of substances are not directly related to the pharmacological activities of the compounds. Log P values showed better correlation with the biological activity. With the aid of dsDNA biosensor, and ssDNA in a modified electrode, it was possible to analyse the positive and direct interaction of acridines with DNA. The adaptation of the methodology of ssDNA, enabling the study of these (insoluble) substances in ssDNA, demonstrated the contribution of pharmoelectrochemistry to the discovery of the mechanism of action of drugs. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O câncer é uma das doenças que mais causam temor na sociedade, devido ao seu potencial de morbidade e mortalidade, seu grande impacto econômico em saúde pública e, em todos os setores produtivos. O desenvolvimento de novos fármacos anticâncer é necessário e urgente. Estudos farmacoeletroquímicos constituem ferramentas importantes em química farmacêutica, farmacologia e biomedicina. No presente trabalho, avaliou-se o potencial citotóxico da nitroquinona 2,2–dimetil–3-(3-nitrofenilamino)-2,3-di-hidronafto[1,2-b]furan-4,5-diona, por meio de métodos farmacológicos e eletroquímicos, visando à elucidação de seu mecanismo de redução e de ação citotóxica. Investigou-se, adicionalmente, o comportamento eletroquímico e citotóxico de naftoquinonas [1,2,3]-triazólicas citotóxicas, com o intuito de determinar seus potenciais de redução para avaliar a possibilidade de correlação com a atividade biológica. Foram realizados estudos eletroquímicos em meio aprótico (DMSO/TBAP e Acetonitrila/TBABF4) e prótico (tampão acetato pH 4,5). A nitroquinona foi investigada detalhadamente quanto à citotoxicidade, à genotoxicidade, na avaliação de modificações morfológicas celulares, aspectos de imunomodulação, empregando biossensores de DNA e citometria de fluxo, com o intuito de propor o mecanismo de ação farmacológica da atividade antitumoral. Ela não se mostrou genotóxica e seu mecanismo de ação envolve a via apoptótica, dependente da mitocôndria. Todas as quinonas heterocíclicas apresentam comportamento eletroquímico típico de quinonas bem comportadas, em meio aprótico e prótico. O anel triazólico funcionou como um grupo altamente eletroatraente, deslocando positivamente os processos de redução desses compostos. A nitroquinona possui comportamento eletroquímico híbrido devido à presença de dois grupos eletroativos na molécula. A análise por ESR definiu o mecanismo de redução desta substância. Os potenciais de redução catódicos (EpIc) das duas séries de substâncias não estão diretamente relacionados às atividades farmacológicas dos compostos. Os valores de Log P correlacionam-se melhor com as atividades citotóxicas. As acridinas, estudadas em biossensor de DNA e em presença de ssDNA, mostram interação direta com o DNA. A adaptação da metodologia do biossensor de DNA possibilitou o estudo dessas substâncias (insolúveis) em ssDNA, demonstrando a contribuição da farmacoeletroquímica na descoberta do mecanismo de ação de fármacos.