M.Sc. (Chemistry) / Please refer to full text to view abstract

Previous investigations of FePd circular island arrays have shown the hysteresis-free switching from vortex to collinear magnetic state at high temperatures [1]. This raises interest in the exploration of the temperature and inter-island interaction effect on the magnetization dynamics in this kind of structures. Ferromagnetic resonance (FMR) measurements allow for the investigation of the magnetization response to time-dependent magnetic field excitations. In this work, the dynamics of a square lattice of circular Fe20Pd80 alloy islands were investigated. The micromagnetic simulations of FMR response were carried out with the parameters similar to those used in the experiments. The experimentally measured FMR absorption spectra were qualitatively reproduced employing micromagnetic simulations. Furthermore, the spatial maps of th estanding spin wave modes were calculated. It was confirmed that the features arising in the FMR absorption spectra are governed by both the temperature and the inter-island interactions.

Orientador: Adelino Vieira de Godoy Netto / Coorientador: Antonio Eduardo Mauro / Banca: Lucinéia Vizzotto Marconcini / Banca: José Clayston Melo Pereira / Banca: Roberto Santana da Silva / Banca: Claudia Bincoletto Trindade / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo sintetizar e caracterizar estruturalmente compostos ciclopaladados motivado pela possível aplicação dos mesmos como fármacos antitumorais. Os complexos foram sintetizados utilizando como precursores os compostos [Pd(S(-)-C2,N-dmpa)(Cl)]2 (1) {S(-)-C2,N-dmpa = S(-)N,N-dimetil-1-feniletilamina} e [Pd(C2,N-dmba)(Cl)]2, (6) {C2,N-dmba = N,N-dimetilbenzilamina) dos quais foram obtidos os dímeros [Pd(S(-)-C2,N-dmpa)(X)] (X = I 2, N3 3, NCS 4 e NCO 5) e [Pd(C2,N-dmba)(X)]2 (X = I 7, N3 8, e NCO 9) pela reação com os sais KI, NaN3, KNCS e KNCO, respectivamente. Estes dímeros foram clivados com o ligante 2,6-lutidina obtendo-se os compostos [Pd(S(-)-C2,N-dmpa)(X)(luti)] (X = Cl 10, I 11, N3 12 e NCO 13) e [Pd(C2,N-dmba)(X)(luti)] (X = Cl 14, I 15, N3 16, e NCO 17). As suas estruturas foram propostas com base em medidas de análise elementar, espectroscopia vibracional na região do infravermelho, espectroscopia de RMN e por difração de raios X em monocristal. As espécies 1-5, 10, 12, 13, 14, 15 e 17 tiveram seus comportamentos térmicos investigados por termogravimetria e análise térmica diferencial. Os ciclopaladados 10-13 tiveram seus efeitos citotóxicos avaliados frente às linhagens de glioblastomas U251 e T98G e de melanomas humanos HT144 e LB737 MEL. Os compostos 14-17 foram testados frente às linhagens celulares de melanoma murino B16F10-Nex2, melanoma humano A2058, Skmel-10 e Skmel-05, de carcinoma murino de mama 4T1. Estas linhagens de cé... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The presente study aimed to synthesize and characterize structurally cyclopalladated compounds motivated by their possible applications as antitumor drugs. The complexes were synthesized using as precursors the compounds [Pd(S(-)-C2,N-dmpa)(Cl)]2 (1) {S(-)-C2,N-dmpa = S(-)N,N-dimethyl-1-phenethylamine} e [Pd(C2,N-dmba)(Cl)]2, (6) {C2,N-dmba = N,N-dimethylbenzylamine} which were obtained [Pd(S(-)-C2,N-dmpa)(X)] (X = I 2, N3 3, NCS 4 e NCO 5) e [Pd(C2,N-dmba)(X)]2 (X = I 7, N3 8, e NCO 9) dimers by reaction with the salts KI, NaN3, KNCS e KNCO, respectivelly. These dimers were cleaved with 2,6-lutidine ligand producing [Pd(S(-)-C2,N-dmpa)(X)(luti)] (X = Cl 10, I 11, N3 12 e NCO 13) e [Pd(C2,N-dmba)(X)(luti)] (X = Cl 14, I 15, N3 16, e NCO 17). Their structures were proposed based on measurements of elemental analysis, infrared and NMR spectroscopy and X-ray diffraction on single crystal. The thermal behavior of compounds 1-5, 10, 12, 13, 14, 15 and 17 was studied by thermogravimetry and differential thermal analysis. The cytotoxicity effects of the cyclopalladated 10-13 were carried out using tumor cell lines glioblastoma (U251 and T98G) and human melanoma (HT144 and LB737 MEL). The compounds 14-17 were tested against tumor cell lines murine melanoma (B16F10-Nex2), human melanoma A2058, Skmel-10 and Skmel-05, and mammary carcinoma murine 4T1. These cell lines represent extremely aggressive tumor models, showing the in vitro cytotoxicity results of the compounds have potent... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A cristalografia por difração de raios X (DRX) é uma ciência eminentemente interdisciplinar, cujo desenvolvimento tem possibilitado o avanço de várias outras áreas científicas. A determinação das estruturas tridimensionais de substâncias, sejam elas naturais ou sintéticas, tem sido fundamental para o estudo e compreensão das relações entre propriedades físicas, químicas e terapêuticas, e a estrutura a nível atômico. Neste trabalho serão apresentados alguns aspectos teóricos sobre complexos ferrocenos e a teoria envolvida na determinação de estruturas cristalinas e moleculares por DRX, bem como a resolução e caracterização de dois complexos ferrocenos. Os resultados obtidos foram comparados com estruturas similares encontradas no Cambridge Structural Database. Nos compostos estudados no presente trabalho, 1,1\'- bis(difenilfosfina)ferroceno e oCHCl3, o Fe apresentou-se complexado a dois anéis de ciclopentadienila, em conformação estrela, os quais estão dispostos de forma equidistante do átomo de Fe, não apresentando distorções significativas. Devido à alta toxicidade da cis-platina no tratamento de neoplasias, muitos grupos de pesquisa têm dedicado seus esforços a encontrar fármacos análogos compatíveis, sendo os derivados de paládio muito visados por terem propriedades eletrônicas e estruturais semelhantes. Sabe-se que a geometria em torno do átomo de platina, na cis-Pt, é quadrado planar, como no presente caso, o que torna o composto oCHCl3 passível de ser estudado quanto à sua possível atividade. Uma das grandes incógnitas dentro da área de farmacologia é saber exatamente quais são os produtos oriundos da degradação de um determinado fármaco e através da determinação por DRX das estruturas cristalinas e moleculares dos dois compostos estudados, concluiu-se que os mesmos são oriundos da degradação do composto [Pd2(C2, N-(dmpa) 2 (μ-dppf)Cl2], uma vez que os compostos estudados tiveram suas estruturas determinadas a partir de um tubo contendo o composto inicial. Portanto, o presente trabalho possui uma considerável importância no estudo deste fármaco o qual pode ser usado no combate ao câncer. / X-ray diffraction is a highly interdisciplinary science, whose development has enabled the advancement of several other scientific areas. The determination of three-dimensional structures of substances, whether natural or synthetic, have been fundamental to the study and understanding of the relationships between physical, chemical, therapeutic and structure at the atomic level. This work will present some theoretical aspects of ferrocene complexes and the theory involved in determining of molecular and crystal structures by XRD, as well as resolution and characterization of two ferrocene complexes. The results were compared with similar structures found in the Cambridge Structural Database. At the compounds studied in the present work, 1,1\'-bis(diphenylphosphine)ferrocene e {(Dichloride)[bis (diphenylphosphine)-ferrocene]Palladium(II)}oCHCl3, the Fe complexes with two cyclopentadyenil rings, at star conformation, which are disposed equidistant from Fe atom, without significant distortions. Due to the elevated toxicity of cis-platine at neoplasms, many research groups have been dedicated efforts to found compatible analog drugs, which the palladium derivatives are the most researched, because of their electronic and structural properties. It has been known that the geometry around the Pt is square planar, as like as the present case, which makes the {(Dichloride)[bis (diphenylphosphine)-ferrocene] Palladium(II)}oCHCl3, possible to be study at his possibly activity. One of the great unknowns in the area of pharmacology is to know exactly which are the products of degradation of a certain drug and determining by XRD the crystal and molecular structures of both studied compounds, concluded that they are derived from the degradation of the compound [Pd2(C2, N-(dmpa) 2 (μ-dppf)Cl2], since such compounds has their structures determined from a tube containing the [Pd2(C2, N-(dmpa) 2 (μ-dppf)Cl2]. So, the present work has considerable importance in the study of this drug which can be used against cancer.

A Reação de Redução de Oxigênio (RRO) foi estudada em eletrocatalisadores constituídos por platina e paládio suportados em carbono em eletrólito de H2SO4. A caracterização estrutural foi realizada por DRX (difratometria de raios X) e a composição dos catalisadores foi determinada por EDX (espectroscopia de energia dispersiva de raios X). As propriedades eletrônicas foram investigadas por XAS (X-ray absorption spectroscopy) in situ, na região de XANES (X-ray absorption near edge structure). As atividades dos catalisadores foram comparadas por curvas de Tafel corrigidas por transporte de massa. Os materiais formados por Pt-Pd suportados em carbono mostraram maior atividade específica para a RRO quando comparados com os catalisadores constituídos somente por platina suportada em carbono. A maior atividade foi relacionada a uma menor força de adsorção de espécies oxigenadas nesses catalisadores. / Oxygen reduction reaction (ORR) on platinum-palladium electrocatalysts supported on carbon was studied in H2SO4 electrolyte. The structure of the catalysts was characterized by XRD (X-ray diffractometry) and the composition was determined by EDX (Energy dispersive X-ray spectroscopy). The electronic properties were investigated by in situ XAS (X-ray absorption spectroscopy) in the XANES (X-ray absorption near edge structure) region. Mass-transport corrected Tafel plots were used to compare the electrocatalytic activity of the materials. The Pt-Pd catalysts have shown higher specific electrocatalytic activity than Pt only catalysts. The higher activity of Pt-Pd catalysts was attributed to a lower adsorption energy of oxygenated species in these catalysts.

Neste trabalho estão apresentadas as estruturas cristalinas e moleculares e o estudo da estereoespecificidade de compostos de paládio com geometria de coordenação quadrado planar. Estas estruturas foram determinadas com o objetivo de verificar a relação entre a geometria e sua potencialidade como um possível agente anti-cancerígeno.<br /> No estudo de correlação através de Quimiometria foi introduzida como parâmetros a distância do átomo de paládio ao plano, que avalia o quanto o átomo de paládio esta distante do plano formado pelos seus quatro ligantes, o ângulo de ligação, onde se observa a distorção dos ângulos entre os átomos coordenados ao paládio e a superfície de van der Waals calculada para a molécula.<br /> O estudo da relação destes parâmetros mostrou que eles são suficientes para realizar a separação entre ativos e inativos, indicando para os inéditos, com estrutura estudada neste trabalho, a possível (ou não) atividade. / This work presents the crystal and molecular structures and the study of stereospecificity of palladium compounds with square planar coordination geometry. These structures were determined with the objective of verifying the relationship between the molecular geometry and its potential as a possible anti-tumor agent.<br /> In the correlation study by Chemometry, the parameters introduced were: the distance from the palladium atom to the plane, which assesses how much the palladium atom is far from the plane formed by its four ligands, the bond angle, that shows a noticeable distortion of the angles between the atoms coordinated to the palladium atom, and van der Waals surface calculated for the molecule.<br /> The relationship between these parameters showed that they are sufficient to accomplish the separation between active and inactive molecules, indicating for the novel, with structure studied in this work, the possible (or not) activity.

Upon treatment with a palladium catalyst and hydrogen gas in the presence of caesium carbonate, a wide range of exomethylenic allylic alcohols were found to afford their corresponding trisubstituted isomers. Although hydrogenation was an unavoidable competing pathway, careful monitoring of the reaction progress allowed the desired isomerised products to be obtained in moderate to excellent yields and high (E):(Z) ratios.

Nanopartículas bimetálicas de AuPd têm mostrado excelente atividade catalítica em reações de oxidação. O entendimento dos efeitos da variação da composição e morfologia das nanopartículas bimetálicas em suas propriedades catalíticas é fundamental para a preparação de catalisadores cada vez mais ativos e seletivos. Neste trabalho foram estudadas nanopartículas bimetálicas de AuPd de composição variável suportadas sobre um suporte constituído por nanopartículas de magnetita revestidas por sílica. O efeito da calcinação e da redução com hidrogênio sobre a morfologia e composição das nanopartículas bimetálicas foi acompanhado pelas técnicas de TEM, XEDS, XAS, XRD e XPS. A correlação entre estrutura, composição e atividade catalítica dos catalisadores preparados foi estudada pelo acompanhamento de reações de oxidação de monóxido de carbono e de oxidação de álcool benzílico. As amostras não calcinadas apresentaram segregação metálica em todas as composições estudadas. Após a etapa de calcinação, maior segregação metálica foi encontrada, com a formação de óxido de paládio na superfície das nanopartículas, exceto na amostra mais rica em ouro. O tratamento das amostras oxidadas com hidrogênio foi capaz de reduzir os metais oxidados na superfície das nanopartículas, mas um enriquecimento em paládio na superfície e maior segregação entre ouro e paládio foram observados. Uma melhora na atividade catalítica na oxidação de monóxido de carbono foi observada juntamente com um aumento na composição de paládio, além disso, observou-se uma maior atividade catalítica em relação às nanopartículas não calcinadas para as amostras calcinadas e reduzidas. Para a oxidação de álcool benzílico um aumento na atividade catalítica de até cinco vezes foi observado após a calcinação dos catalisadores, com maior atividade para a amostra de composição Au1Pd2. A queda na atividade catalítica após a redução dos catalisadores mostrou que a presença de óxido de paládio na superfície das nanopartículas é fundamental para que seja observada uma maior atividade catalítica. / AuPd bimetallic nanoparticles have shown excellent catalytic performance in oxidation reactions. Understanding the effects of composition and morphology of the bimetallic nanoparticles in their catalytic properties is key for the preparation of more active and selective catalysts. In this work, we studied AuPd bimetallic nanoparticles supported over silica coated magnetite nanoparticles. The effects of calcination and reduction with hydrogen on the morphology and composition of the bimetallic nanoparticles was investigated by TEM, XEDS, XAS, XRD and XPS. The correlation between structure, composition and catalytic activity of the prepared catalysts was studied by the oxidation of carbon monoxide and benzyl alcohol. The non calcined samples showed metal segregation for all investigated compositions. After the calcination step, greater metal segregation occurred, and the formation of palladium oxide on the surface of the nanoparticles was observed, except for the most gold-rich sample. The treatment of the oxidized samples with hydrogen reduced the metal oxides on the surface of the nanoparticles, but a palladium surface enrichment and greater metal segregation between gold and palladium was observed. The catalytic activity observed for the oxidation of carbon monoxide increased with increasing palladium concentrations. An increase in catalytic activity was observed for the calcined and reduced samples when compared to their non-calcined counterparts. For benzyl alcohol oxidation, a five-fold increase in catalytic activity after calcination was observed, with a peak in catalytic activity for the Au1Pd2 sample. A drop in catalytic activity after the reduction of the oxidized catalysts with hydrogen showed that the presence of palladium oxide on the surface of the nanoparticles is fundamental for an increased catalytic activity.

A eletroredução de íons nitrato foi estudada em eletrodos de Paládio suportados em carbono, preparados através de ultra-som, com diferentes tamanhos de partículas. Para tanto, foi necessária a caracterização do catalisador de Pd/C através de DR-X, MET, EDX. Após a caracterização dos catalisadores, preparou-se os eletrodos através de pintura dos catalisadores em tecido de carbono que foram caracterizados por voltametria cíclica. Os estudos de redução de íon nitrato foram realizados utilizando a técnica de DEMS. Foi realizada a normalização dos eletrodos através da porcentagem de paládio obtidas em análise de EDX, o que possibilitou realizar comparações entre os eletrodos. Os estudos foram realizados alterando condições como a temperatura e a concentração de íon nitrato e verifico-se a formação de N2O e NO. Durante os experimentos também foram observadas formações de produto m/z = 33 que no início eram atribuídos a hidroxilamina, mas resultados com compostos marcados isotopicamente mostraram que este produto é atribuído a espécies não nitrogenadas. Os eletrodos de Paládio mostraram-se eficientes para a redução de íons nitrato, embora não seletivo para a formação de nitrogênio, destacando o eletrodo preparado com catalisador de menor tamanho de partícula. Deste modo espera-se maiores valores de corrente para a formação dos produtos monitorados pois para nanopartículas de menor tamanho há aumento significativo da área do catalisador. / The eletroredução of nitrate ions was studied on carbon supported Palladium electrodes, prepared by the ultrasound method, with different sizes of particles. The characterization of the Pd/C catalysts was carried out by DR-X, MET, EDX. After the characterization of the catalysts, the electrodes were prepared through the painting procedure in carbon cloth that had been characterized by cyclic voltammetry. The studies of ion reduction nitrate have been carried through the DEMS technique. The normalization of the electrodes was performed by the percentage of palladium determined by EDX analysis. The studies have been carried out modifying experimental conditions such as temperature and concentration of nitrate ions and verifying the formation of N2O and NO. During the experiments, the product formation were detected by m/z = 33 that in the beginning it was attributed to hydroxylamine, but resulted with composites marked had isotopes shown that this substance is attributed the species without not nitrogenous. The electrodes with Palladium have revealed efficient for the reduction of nitrate ions, however do not selective for the nitrogen formation, detaching the electrode prepared with smaller particle size. In this way, it is expected larger values of current for the formation of the monitored products, because for smaller nanoparticles, there is a significant increase of the catalyst surface area.

This thesis comprises three projects on the theme of catalytic C(sp3)–H carbonylation of secondary aliphatic amines. Chapter 2 describes the development of a general methyl C–H carbonylation of secondary aliphatic amines to form synthetically useful β-lactam building blocks. Amines exhibiting a range of substitution patterns around the nitrogen functionality, and bearing a wide variety of functional groups, could be tolerated in the reaction. The desired β-lactam products were delivered in high yields, with excellent selectivity observed for the β-C–H position. Computational studies suggested that the reaction proceeds through a novel carbamoyl cyclopalladation pathway, which is distinct from classical cyclopalladation. The subsequent discovery of a selective methylene C–H carbonylation of α-tertiary amines (ATAs) is discussed in chapter 3. By employing the ATA motif, remarkable levels of selectivity for β-methlyene C–H bonds were achieved, even in the presence of traditionally more reactive methyl C–H and C(sp2)–H bonds. Once more, the reaction was found to exhibit excellent functional group tolerance, delivering highly functionalised β-lactam building blocks in high yields and selectivity. Chapter 4 presents work towards the total synthesis of the marine natural product (±)cylindricine C. The key step of this synthesis was demonstrated to proceed in good yield and excellent selectivity.