Complexos diimínicos de cobre(II) têm despertado grande interesse como modelos estruturais e funcionais do sítio ativo de diversas proteínas e enzimas dependentes deste metal, particularmente aquelas relacionadas ao oxigênio molecular e seus derivados reduzidos. Embora sejam bons miméticos da SOD, uma enzima antioxidante, estes compostos também podem apresentar atividade peroxidásica considerável, causando danos oxidativos a diversos substratos. Neste trabalho, 3 novos complexos diimínicos de cobre(II), derivados de 2,3-butanodiona e 2-(2-aminofenil)benzimidazol, 2-(aminometil)benzimidazol ou 2-(2-aminoetil)piridina, foram sintetizados e posteriormente caracterizados através de análise elementar, medidas magnéticas e espectroscopia UV/Vis, IR e EPR, com a finalidade de verificar como modificações no ligante podem modular suas propriedades, especialmente frente a oxidantes biológicos, como peróxido de hidrogênio e peroxinitrito. Estes novos complexos preparados tiveram ainda suas propriedades comparadas às de espécies semelhantes, derivadas de piridinaldeído e etilenodiamina ou acetilpirazina e propilenodiamina, estudadas anteriormente. As propriedades antioxidantes dos complexos foram estimadas através da atividade catalítica acentuada na dismutação de radicais superóxidos, em comparação a complexos similares descritos na literatura, indicando que estas espécies são bons miméticos da SOD. Evidências da distorção tetraédrica ao redor do íon cobre, similar à observada na enzima nativa, foram obtidas através de parâmetros espectroscópicos característicos. Os novos complexos também mostraram atividade pró-oxidante, gerando radicais hidroxil em quantidades apreciáveis, em presença de peróxido de hidrogênio, detectados e identificados por EPR com a adição de captador de spin. Danos oxidativos promovidos por estas espécies complexas foram observados através da peroxidação lipídica de lipossomos de fosfatidilcolina de lecitina. Estes danos foram expressivamente aumentados em presença de íons nitrito e/ou bicarbonato. Sua atividade catalítica na decomposição do peroxinitrito, em presença e ausência de dióxido de carbono, bem como na nitração do 4-hidroxifenilacetato, mediada por peroxinitrito, foi também estudada através de medidas de cinética rápida (stopped-flow). Evidências de intermediários de reação foram obtidas através de mudanças significativas no espectro EPR. As propriedades eletroquímicas e a estabilidade termodinâmica relativa dessas espécies, estimada pela técnica de dicroismo circular, usando a albumina bovina como quelante fisiológico, foram também verificadas. Todos os estudos relatados foram desenvolvidos para melhor correlacionar a reatividade observada com determinadas características estruturais dos complexos de cobre preparados. / Many investigations on diimine copper(II) complexes have been carried out in order to mimic functional and structural properties of the active sites in proteins and enzymes dependent on this metal. Special interest has been focused on their reactivity toward molecular oxygen and its reduced derivatives, and more recently toward peroxynitrite. These diimine copper(II) complexes exhibited SOD-like activities, but have also shown considerable peroxidase activity, causing oxidative damage to different targets. In this work, some new diimine copper(II) complexes were prepared, derived from 2,3-butanedione and 2-(2-aminophenyl)benzimidazole, 2-(aminomethyl) benzimidazole or 2-(2-aminoethyl)pyridine, and characterized using UV/Vis, IR and EPR spectroscopy, elemental analysis and determination of the effective magnetic moment. Those complexes have also been compared to similar species, derived from pyridinaldehyde and ethylenediamine, or acetylpyrazine and propylenediamine, previously prepared. The studied complexes showed significant SOD activity, indicative of antioxidant properties, and a pronounced tetrahedral distortion around the copper ion, estimated by characteristic spectroscopic parameters. On the other hand, the new compounds also exhibited pro-oxidant activities, by generating hydroxyl radicals in the presence of hydrogen peroxide, detected by the spin-trapping EPR method. The extension of lipid peroxidation promoted by these diimine copper(II) complexes was also investigated, using liposomes of lecithin L-α-phosphatidylcholine as membrane mimics. An enhancement of their peroxidase activity in the presence of bicarbonate and/or nitrite anion was also observed. Further, the decomposition of peroxynitrite, in the presence and absence of carbon dioxide, and the peroxynitrite-mediated nitration of 4-hydroxyphenylacetate, catalyzed by these copper compounds, was measured by stopped-flow kinetic runs. Evidence of intermediary species was provided by significant changes in the EPR spectra. Finally, their electrochemical properties were estimated by cyclic voltammetry and their relative thermodynamic stability was verified through the technique of circular dicroism, using a competitive reaction with albumin, a physiological Cu(II) chelator. All those studies were performed at the aim of correlating some structural characteristics to the observed reactivity of the diimine copper(II) complexes.

Complexos diimínicos de cobre(II) têm despertado grande interesse como modelos estruturais e funcionais do sítio ativo de diversas proteínas e enzimas dependentes deste metal, particularmente aquelas relacionadas ao oxigênio molecular e seus derivados reduzidos. Embora sejam bons miméticos da SOD, uma enzima antioxidante, estes compostos também podem apresentar atividade peroxidásica considerável, causando danos oxidativos a diversos substratos. Neste trabalho, 3 novos complexos diimínicos de cobre(II), derivados de 2,3-butanodiona e 2-(2-aminofenil)benzimidazol, 2-(aminometil)benzimidazol ou 2-(2-aminoetil)piridina, foram sintetizados e posteriormente caracterizados através de análise elementar, medidas magnéticas e espectroscopia UV/Vis, IR e EPR, com a finalidade de verificar como modificações no ligante podem modular suas propriedades, especialmente frente a oxidantes biológicos, como peróxido de hidrogênio e peroxinitrito. Estes novos complexos preparados tiveram ainda suas propriedades comparadas às de espécies semelhantes, derivadas de piridinaldeído e etilenodiamina ou acetilpirazina e propilenodiamina, estudadas anteriormente. As propriedades antioxidantes dos complexos foram estimadas através da atividade catalítica acentuada na dismutação de radicais superóxidos, em comparação a complexos similares descritos na literatura, indicando que estas espécies são bons miméticos da SOD. Evidências da distorção tetraédrica ao redor do íon cobre, similar à observada na enzima nativa, foram obtidas através de parâmetros espectroscópicos característicos. Os novos complexos também mostraram atividade pró-oxidante, gerando radicais hidroxil em quantidades apreciáveis, em presença de peróxido de hidrogênio, detectados e identificados por EPR com a adição de captador de spin. Danos oxidativos promovidos por estas espécies complexas foram observados através da peroxidação lipídica de lipossomos de fosfatidilcolina de lecitina. Estes danos foram expressivamente aumentados em presença de íons nitrito e/ou bicarbonato. Sua atividade catalítica na decomposição do peroxinitrito, em presença e ausência de dióxido de carbono, bem como na nitração do 4-hidroxifenilacetato, mediada por peroxinitrito, foi também estudada através de medidas de cinética rápida (stopped-flow). Evidências de intermediários de reação foram obtidas através de mudanças significativas no espectro EPR. As propriedades eletroquímicas e a estabilidade termodinâmica relativa dessas espécies, estimada pela técnica de dicroismo circular, usando a albumina bovina como quelante fisiológico, foram também verificadas. Todos os estudos relatados foram desenvolvidos para melhor correlacionar a reatividade observada com determinadas características estruturais dos complexos de cobre preparados. / Many investigations on diimine copper(II) complexes have been carried out in order to mimic functional and structural properties of the active sites in proteins and enzymes dependent on this metal. Special interest has been focused on their reactivity toward molecular oxygen and its reduced derivatives, and more recently toward peroxynitrite. These diimine copper(II) complexes exhibited SOD-like activities, but have also shown considerable peroxidase activity, causing oxidative damage to different targets. In this work, some new diimine copper(II) complexes were prepared, derived from 2,3-butanedione and 2-(2-aminophenyl)benzimidazole, 2-(aminomethyl) benzimidazole or 2-(2-aminoethyl)pyridine, and characterized using UV/Vis, IR and EPR spectroscopy, elemental analysis and determination of the effective magnetic moment. Those complexes have also been compared to similar species, derived from pyridinaldehyde and ethylenediamine, or acetylpyrazine and propylenediamine, previously prepared. The studied complexes showed significant SOD activity, indicative of antioxidant properties, and a pronounced tetrahedral distortion around the copper ion, estimated by characteristic spectroscopic parameters. On the other hand, the new compounds also exhibited pro-oxidant activities, by generating hydroxyl radicals in the presence of hydrogen peroxide, detected by the spin-trapping EPR method. The extension of lipid peroxidation promoted by these diimine copper(II) complexes was also investigated, using liposomes of lecithin L-α-phosphatidylcholine as membrane mimics. An enhancement of their peroxidase activity in the presence of bicarbonate and/or nitrite anion was also observed. Further, the decomposition of peroxynitrite, in the presence and absence of carbon dioxide, and the peroxynitrite-mediated nitration of 4-hydroxyphenylacetate, catalyzed by these copper compounds, was measured by stopped-flow kinetic runs. Evidence of intermediary species was provided by significant changes in the EPR spectra. Finally, their electrochemical properties were estimated by cyclic voltammetry and their relative thermodynamic stability was verified through the technique of circular dicroism, using a competitive reaction with albumin, a physiological Cu(II) chelator. All those studies were performed at the aim of correlating some structural characteristics to the observed reactivity of the diimine copper(II) complexes.

Made available in DSpace on 2015-03-03T13:58:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AngelicaMSL_DISSERT.pdf: 779404 bytes, checksum: 28160c948fb7d8a8df206e8b5a2b131e (MD5) Previous issue date: 2011-09-28 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Violacein is a violet pigment isolated from many gram-negative bacteria, especially from Chromobacterium violaceum, a betaproteobacterium found in the Amazon River in Brazil. It has potential medical applications as an antibacterial, fungicide, anti-tryptanocidal, anti-ulcerogenic and anti-cancer drug, among others. Furthermore, its pro-oxidant activity has been suggested, but only in two specific tumor lineages. Thus, in the present study, the prooxidant effects of violacein were investigated in both normal and tumor cells, seeking to evaluate the cell responses. The evaluation of violacein cytotoxicity using the Trypan blue dye exclusion method indicated that CHO-K1 cells were more resistant than tumor HeLa cells. The oxidative stress induced by violacein was manifested as an increase in intracellular SOD activity in CHO-K1 and MRC-5 cells at a specific concentration range. Nevertheless, a decrease was detected specifically at 6-12 ?M in HeLa and MRC-5 cells. Interestingly, the increase in SOD activity was not followed by a concomitant increase in catalase activity. Regarding to oxidative stress biomarkers, increased protein carbonylation and lipid hydroperoxides levels were detected respectively in CHO-K1 and MRC-5 cells treated with violacein at 1.5-3 ?M and 3 ?M, which may be an evidence that this compound causes oxidative stress specifically in these conditions. Additionally, it is believed that the decline in cell viability observed in MRC-5 cells and HeLa treated with violacein at 6-12 M is due to mechanisms not related to oxidative stress. Moreover, the results suggested that violacein might cause oxidative stress by increasing endogenous levels of O2 -, since the occurrence of an expressive change in SOD activity. In addition, in order to evaluate the antioxidant activity of violacein in the absence of a biological system, the total antioxidant and iron chelating activity were evaluated, so that antioxidant activities were detected at 30 and 60 ?M of violacein. Altogether, the results indicate that although oxidative stress is triggered by incubation with violacein, it did not seem to be high enough to cause serious damage to cell biomolecules in HeLa cells and only at specific concentrations in CHOK-1 and MRC-5 cells. Comparing the results obtained in cell culture and the in vitro antioxidant activity evaluation, the results confirmed that violacein presents opposing oxidant features when in presence or absence of a biological system and the antioxidant character only occurs at high concentrations of the pigment. / A violace?na ? um pigmento violeta isolado de v?rias esp?cies de bact?rias gram-negativas, especialmente da Chromobacterium violaceum, uma betaproteobact?ria encontrada no rio Amazonas, no Brasil. Diversas atividades biol?gicas j? foram descritas para este pigmento e dentre elas destacam-se a antibacteriana, antif?ngica, tripanocida, antileishmaniose, anti-?lcerog?nica, antiviral e antitumoral. Apesar de uma atividade antioxidante in vitro ter sido sugerida, a atividade pr?-oxidante tamb?m j? foi observada especificamente em duas linhagens tumorais e parece ser dependente de mecanismos espec?ficos para cada linhagem. Nesse sentido, os efeitos citot?xicos e pr?oxidantes da violace?na foram investigados em c?lulas normais e tumorais buscando-se avaliar a ocorr?ncia de diferentes respostas celulares. A an?lise da citotoxicidade da violace?na indicou que c?lulas CHO-K1 foram mais resistentes ao composto em rela??o ?s tumorais HeLa. Quanto ?s enzimas do aparato antioxidante, observou-se um aumento significativo na atividade da SOD intracelular nas linhagens CHO-K1 e MRC-5. Por?m, houve uma diminui??o na atividade enzim?tica especificamente nos tratamentos com 6 e 12 M nas linhagens MRC-5 e HeLa. Interessantemente, o aumento na atividade da SOD n?o foi acompanhado pelo aumento concomitante na atividade da catalase. Em rela??o aos biomarcadores de estresse oxidativo, n?veis elevados de prote?nas carboniladas e hidroper?xidos de lip?dio foram observados em c?lulas CHO-K1 e MRC-5 quando tratadas respectivamente com 1,5-3 ?M e 3 ?M de violace?na, indicando que o pigmento apresenta efeitos pr?-oxidantes especificamente nessas concentra??es. Adicionalmente, acredita-se que a acentuada queda na viabilidade celular observada em c?lulas MRC-5 e HeLa tratadas com 6-12 ?M de violace?na se deve a outros mecanismos n?o relacionados ? gera??o de estresse oxidativo propriamente dita. Os resultados obtidos em cultura de c?lulas sugerem tamb?m que a violace?na induz estresse oxidativo por eleva??o dos n?veis end?genos de O2 ??, visto a ocorr?ncia de uma significativa altera??o nos n?veis de atividade de SOD. Em adi??o, com o objetivo de avaliar o car?ter antioxidante in vitro da violace?na na aus?ncia de um sistema biol?gico celular, a capacidade antioxidante total e a atividade de quela??o f?rrica do pigmento foram avaliadas, de forma que atividades antioxidantes foram detectadas a 30 e 60 ?M de violace?na. Frente aos resultados obtidos, apesar do desencadeamento do estresse oxidativo ap?s a incuba??o com violace?na, este parece n?o ser suficiente para causar danos significativos aos componentes e estruturas celulares em c?lulas HeLa e apenas em concentra??es espec?ficas de pigmento para CHO-K1 e MRC-5, dentro das condi??es avaliadas. Por fim, os resultados confirmam que violace?na apresenta car?teres oxidantes opostos quando na presen?a ou aus?ncia de um sistema biol?gico, al?m de que o car?ter antioxidante s? se d? em concentra??es elevadas do pigmento

This thesis is focused on the unexplored field of organometallic copper(III) chemistry. Arylcopper(III) complexes have been proposed as key intermediates in Ullmann condensation reactions that consist in the coupling of aryl halides and heteroatom nucleophiles catalyzed by copper. The study of the reactivity of well-defined arylcopper(III) complexes may provide a better understanding of the mechanism of Ullmann condensation reactions, which is still under intense debate. In this doctoral dissertation we study the feasibility of well-defined arylcopper(III) complexes, which are stabilized within macrocyclic ligands, to participate in C-heteroatom bond forming reactions. We develop copper-catalyzed C-N and C-O bond forming reactions, as well halide exchange reactions, including fluorinations, based on Cu(I)/Cu(III) catalytic cycle within model aryl halide substrates. We uncover the fundamental understanding of the two-electron redox steps, oxidative addition and reductive elimination, at copper. / Aquesta tesi es centra en el camp de la química organometàl•lica del coure(III) que roman sense explorar. Els complexos arilcoure(III) s'han proposat com a intermedis clau en les reaccions de condensació Ullmann que consisteixen en l'acoblament d'halurs d'arils i nucleòfils basats en heteroàtoms catalitzades amb coure. L'estudi de la reactivitat de complexos arilcoure(III) ben definits pot proporcionar una millor comprensió del mecanisme de les reaccions de condensació Ullmann, el qual es troba sota un intens debat. En aquesta tesi doctoral s'estudia la viabilitat del complexos arilcoure(III), estabilitzats en lligands macrocíclics, de participar en reaccions de formació d'enllaç carboni-heteroàtom. S'han desenvolupat reaccions de formació d'enllaç C-N i C-O així com reaccions d'intercanvi d'halurs, on s'inclouen fluoracions, catalitzades amb coure i basades en un cicle catalític Cu(I)/Cu(III) utilitzant substrats models d'halur d'aril. S'ha obtingut una comprensió fonamental de les etapes redox a dos electrons, addició oxidant i eliminació reductiva, en coure.