Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-10-04T18:17:54Z No. of bitstreams: 1 TesePBM.pdf: 75905555 bytes, checksum: 5f53c7047ae0f631a4f5887c86969ac3 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T19:14:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TesePBM.pdf: 75905555 bytes, checksum: 5f53c7047ae0f631a4f5887c86969ac3 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T19:15:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TesePBM.pdf: 75905555 bytes, checksum: 5f53c7047ae0f631a4f5887c86969ac3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-20T19:15:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TesePBM.pdf: 75905555 bytes, checksum: 5f53c7047ae0f631a4f5887c86969ac3 (MD5) Previous issue date: 2016-03-21 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / In this thesis we describe studies towards the synthesis of porphyrins aiming the optimization of literature protocols leading to more environmental friendly approaches. Also, structural modifications and photophysical evaluations in meso-tetraarylporphyrins were studied, especially in mesotetra(thien-2-yl) porphyrins. Classical synthetic methods for porphyrins involve the use of high temperatures, toxic solvents, high dilution, and often low yields. In view of this, we decided to explore the methodology described by Bonar-Law in order to verify the feasibility of using aqueous environments in the synthesis of porphyrins. Some modifications were studied using sodium dodecylbenzylsulfonate (SDBS) as a critical micelle-forming instead of sodium dodecyl sulfate (SDS) as previously described, and the use of trichloroisocyanuric acid as oxidizing agent instead of 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone (DDQ), and montmorillonite K-10 as catalyst instead of HCl. These were chosen in order to use reagents with less environmental impact. However, the results were not satisfactory, yielding amounts of side-products reported in the literature. Also, we have studied the synthesis of porphyrins under continuous flow conditions, since the use of this technology gives more safety and efficiency to chemical reactions. The experiments under continuous flow conditions were performed using an adaptation of Gonsalves and Lindsey methodologies. First, the synthesis of tetraphenylporphyrin (TPP) was optimized, and different flow, temperature and concentration of reagents were evaluated in order to obtain the best reaction conditions. Thus, under continuous flow conditions employing tubular reactors (adaptations Gonsalves methodology), the highest yield for mesotetraphenylporphyrin (TPP) was 31% using a concentration of 0.2 mol L-1 for the pyrrol, and benzaldehyde, a flow of 0.6 mL min-1 at 140 °C. For comparison, the same experiment performed in batch resulted in 25% yield for TPP. Moreover, streaming technology has enabled the synthesis of various meso-substituted derivatives in yields of 9% to 39% indicating good versatility of this tool. The use of solid phase reactors (Lindsey methodology adaptations) consisted of preliminary experiments should be explored in more detail and will be carried on by the research group. With regard to meso-tetra(2-thienyl)porphyrins, these exhibit unique photophysical, photochemical and electrochemical properties and have been identified as potential photosensitizers for photodynamic therapy (PDT) and solar cells (CS) applications. In view of this, we decided to study different conditions for the synthesis, structural modification and the photodynamic properties of these porphyrin derivatives. Meso-tetra(2-thienyl)porphyrin was successfully synthesized using different methodologies with improvements in the yields after experimental modifications of the literature procedures. After systematic studies, meso-tetra(thien-2-yl)porphyrin was obtained in pure form with 36% yield, using chlorobenzene as solvent, hydroxylamine hydrochloride as catalyst and nitrobenzene as oxidant. Nitration reactions were carried out using mild reaction conditions with sodium nitrite and trifluoroacetic acid. The nitrated derivatives were obtained at α-position of thiophene in 66% yield for the mono-nitro product and 59% for the tetra-nitro product. Also, the Vilsmeier-Haack reaction was studied for obtaining functionalized meso-tetra(2-thienyl)porphyrins with formyl groups. In these studies only formylations at the α-position of the thiophene ring were observed, and no formylation at the β position of the porphyrin core (common for tetraphenylporphyrins). Moreover, we obtained reaction conditions in which only mono-formylated product was formed (10%), or only the tetra-formylated product (10%), as well as experimental conditions that yielded different products (mono, di, tri and tetra -formylated). After obtaining the desired formylated product, we studied the application of mono-formylated product in Wittig reaction, Peterson olefination and condensation with 4,4-difluoro-4-bora-3a, 4adiaza-s-indacene (BODIPY ). The latter studies were only an initial exploration and still require further elaboration. Porphyrin derivatives as 2-thienyl-chlorins and 2-thieny- bacteriochlorins were obtained by cycloaddition reactions with nitrile oxide 1,3-dipole with good yields. Also, preliminary photophysical studies of these compounds were performed in order to evaluate the potential of these photosensitizers as photoactive dyes. The photophysical results indicated that the obtained compounds are good producers of oxygen, present good photo-stability and did not undergo aggregation in the studied concentration range. Therefore, the 2- thienyl-chlorins and 2-thienyl-bacteriochlorins obtained in this study showed promising characteristics for use as photosensitizers in photodynamic therapy. Finally, the new heterocycles herein obtained presented bathochromic shift of the absorption bands in the electromagnetic spectrum, since molecules having this characteristic represent high interest in chemical photosensitizers. / Neste trabalho foram realizados alguns estudos metodológicos de sínteses de porfirinas buscando-se otimização/desenvolvimento de abordagens menos nocivas ao ambiente, tendo como foco a preparação/modificações estruturais de meso-tetraarilporfirinas, em especial as meso-tetra(2-tienil)porfirinas. Os métodos clássicos de síntese de porfirinas envolvem a utilização de altas temperaturas, solventes tóxicos, alta diluição e, frequentemente, baixo rendimento. Em vista disso, resolvemos explorar de maneira mais ampla a metodologia descrita por Bonar-Law com o objetivo de verificar a viabilidade do uso de ambientes aquosos na síntese de porfirinas. Algumas das modificações estudadas foram: o uso de dodecilbenzilssulfonato de sódio (SDBS) como agente formador de meio micelar crítico como outra opção ao do dodecil sulfato de sódio (SDS) já descrito; o uso de ácido tricloroisocianúrico como agente oxidante em substituição à 2,3-dicloro-5,6-diciano-1,4-benzoquinona (DDQ) e montmorilonita K-10 como catalisador ácido em substituição ao HCl. Estes últimos foram escolhidos visando utilizar reagentes com menor impacto ambiental (metodologias mais limpas). Entretanto, os resultados obtidos tanto com as reprodutibilidades quanto nas modificações experimentais não foram satisfatórios, rendendo quantidades de produtos inferiores aos reportados na literatura. Ainda neste contexto, realizamos as sínteses de porfirinas em regime de fluxo contínuo, pois o uso desta tecnologia pode trazer mais segurança e eficiência para este processo. Os experimentos de reações em fluxo contínuo foram realizados utilizando uma adaptação das metodologias de Gonsalves e de Lindsey. Primeiramente, realizou-se a síntese da meso-tetrafenilporfirina (TPP) para que os parâmetros de vazão, temperatura e concentração dos reagentes fossem avaliados visando obter a melhor condição reacional e, a partir de então, testar estas condições na síntese de outros derivados porfirinóides. Assim, nos estudos empregando-se reatores tubulares em fluxo contínuo (adaptações da metodologia de Gonsalves), o maior rendimento observado para meso-tetrafenilporfirina (TPP) foi de 31% quando se utilizou a concentração de 0,2 mol.L-1 de pirrol e de benzaldeído, vazão de 0,6 mL.min-1 e 140°C. Para fins comparativos, o mesmo experimento só que realizado em batelada resultou em 25% de rendimento de TPP. Além disso, a tecnologia de fluxo contínuo permitiu as sínteses de diferentes derivados meso-substitídos com rendimentos de 9% a 39% indicando boa versatibilidade desta técnica. O uso de reatores de fase sólida (adaptações da metodologia de Lindsey) consistiu de experimentos preliminares devendo ser explorados com mais detalhes e continuado pelo grupo de pesquisa. A respeito das meso-tetra(2-tienil)porfirinas, estas apresentam propriedades fotofísicas, fotoquímicas e eletroquímicas únicas e vêm sendo apontadas como possíveis fotossensibilizadores para aplicações em Terapia Fotodinâmica (PDT) e Células Solares (CS). Em vista disso, decidiu-se estudar metodologias de síntese, modificação estrutural e atividades fotodinâmicas deste tipo de porfirina. Desse modo, a meso-tetra(2-tienil)porfirina foi sintetizada por algumas metodologias descritas na literatura, e também por meio de alterações experimentais visando melhorar os rendimentos e a pureza. Após alguns estudos sistemáticos, a meso-tetra(2-tienil)porfirina foi obtida com 36% de rendimento e de forma pura, empregando-se clorobenzeno como solvente, cloridrato de hidroxilamina como catalisador e nitrobenzeno como oxidante. Sobre as funcionalizações, reações de nitração foram efetuadas usando condições reacionais brandas com nitrito de sódio e ácido trifluoracético. Obtendo-se os derivados nitrados na posição α do tiofeno com 66% de rendimento para o produto mono-nitrado e com 59% para o tetra-nitrado. Ainda, foram utilizadas as reações de Vilsmeier-Haack para obtenção da meso-tetra(2-tienil)porfirina funcionalizadas com grupos formil. Nestes estudos foram observados somente a formilação na posição α anel tiofeno e nenhuma formilação na posição β do núcleo porfirínico (comum para tetrafenilporfirinas). Além disso, conseguiram-se obter condições reacionais que rendessem somente o produto mono-formilado (10%) ou somente o produto tetra-formilado (10%), e também condições experimentais que rendessem diferentes produtos formilados (mono, di, tri e tetra-formilados). Após a obtenção dos produtos formilados, estudou-se a aplicação do mono-formilado em reações de Wittig, de Olefinação de Peterson e de condensação com 4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indaceno (BODIPY). Estes últimos estudos foram apenas uma exploração inicial e ainda requerem de maior aprofundamento. Derivados do tipo 2-tienil-clorinas e 2-tienil-bacterioclorinas foram obtidos por meio de reações de cicloadição 1,3-dipolares com dipolos óxido de nitrilas com bons rendimentos.. Ainda, foram realizados estudos fotofísicos preliminares de alguns destes compostos a fim de avaliar o potencial destes como corantes fotossensibilizadores. Os resultados fotofísicos indicaram que são bons produtores de oxigênio, apresentam boa foto-estabilidade e não sofreram agregação na faixa de concentração estudada. Logo, as 2-tienil-clorinas e 2- tienil-bacterioclorinas obtidas neste trabalho apresentaram características promissoras para serem utilizadas como fotossensibilizadores em Terapia Fotodinâmica. Por fim, a obtenção dos novos heterociclos visou à disponibilização de compostos que apresentassem deslocamento batocrômico das bandas de absorção no espectro eletromagnético, uma vez que moléculas com esta característica representam elevado interesse na química de fotossensibilizadores.

A transferência de carga entre adsorbatos moleculares doadores e nanopartículas (NPs) semicondutoras aceitadoras têm encontrado extensivas aplicações recentes em células fotovoltaicas e de combustíveis, em fotocatálise e em eletrônica molecular. Além disso, NPs têm sido usadas como suporte para reagentes moleculares, fotosintetizadores e fármacos para variados fins. A eficiência destes dispositivos moleculares depende do estudo detalhado da dinâmica de transferência de carga na interface entre uma NP e moléculas adsorvidas e, em particular, da transferência lateral de energia entre moléculas adsorvidas. Além disso, é necessário otimizar de um lado a atração Coulombiana entre doadores oxidados e aceitadores reduzidos e por outro lado as reações de ancoramento de modo que elas não fiquem limitadas ao encontro estocástico e difuso em solução. Em especial, tem-se observado uma crescente demanda por dispositivos fotovoltaicos híbridos construídos a partir de NPs de dióxido de titânio (TiO2). Estudos de estabilidade à longo prazo e modificações na interface de tais dispositivos são essenciais para se obter uma melhor eficiência. Também já é bem conhecida na literatura o uso de NPs de TiO2 como uma alternativa na degradação de corantes e tratamento de efluentes. Outra classe de estudos igualmente importante consiste na aplicação de porfirinas e seus derivados na geração de oxigênio singleto e no tratamento de câncer. Portanto, é de grande interesse o estudo de sistemas baseados nas propriedades das porfirinas e TiO2. O presente trabalho de mestrado teve como objetivo o estudo por técnicas espectroscópicas a) da adsorção de moléculas de porfirina emissora de luz na superfície de NPs semicondutoras de TiO2, b) dos processos ópticos envolvidos na transferência de carga e de energia na interface entre NP aceitadora e as porfirinas doadoras adsorvidas e do efeito da NP na fotoestabilidade e fotodegradação da porfirina. Em nosso estudo, escolhemos uma porfirina (Photogem® ou PG) como padrão de sistema molecular, pois apresenta bandas de absorção e emissão bem definidos. Foram utilizadas séries distintas de NPs de TiO2 com diferentes razões de área superficial por volume e porcentagens das fases predominantes rutilo e anatase preparadas sob diversas condições pelo método dos precursores poliméricos. Desenvolvemos um método que consiste na centrifugação das NPs juntamente com as moléculas adsorvidas e posterior analise óptica da solução sobrenadante para estudar a adsorção das porfirinas na superfície do TiO2. Observamos que NPs de TiO2 com predominância da fase anatase em sua estrutura possui maior interação e, consequentemente, maior adsorção molecular. A fase rutilo possui baixa adsorção molecular por ser extremamente estável. A afinidade e interação entre porfirina e partículas de TiO2 em solução foram analisadas para diferentes valores de pH. Também foram estudados efeitos da agregação e cobertura molecular nos processos de fotodegradação e de transferência lateral de energia entre moléculas adsorvidas. / Actually, charge transfer processes between molecular adsorbate donors and semiconductor nanoparticles (NPs) acceptors have found extensive applications in photocatalysis, photovoltaics cells and molecular electronics. Moreover, NPs have been used as carrier by molecular reagents, photosynthesizing and drugs for various purposes. The efficiency of these molecular devices depends on the detailed study of the dynamics of charge transfer at the interface between NPs and adsorbed molecules and, in particular, the lateral energy transfer between adsorbed molecules. Furthermore, it is necessary to optimize the Coulomb attraction between oxidized donors and reduced acceptors as well as anchoring reactions so that they are not limited by stochastic and diffuse interaction in solution. In particular, there has been a growing demand for hybrid photovoltaic devices based on nanoparticles of titanium dioxide (TiO2-NPs). Studies of long-term stability and interface modification are essential to obtain devices with better efficiency. Also well known in literature it is the employ of TiO2-NPs as an alternative in dye degradation and wastewater treatment. Another class of important study is based on the application of porphyrins and their derivatives in the generation of singlet oxygen and treatment of cancer. Thus, it is of great interest the study of systems based on porphyrin and TiO2 properties. The present work had as objective the study by spectroscopic technics: a) the adsorption of a light-emitting porphyrin on the TiO2-NPs surfaces, b) optical processes involved in charge and energy transfer in the interface between NP acceptor and porphyrins donors and the effect of NP on the photostability and photodegradation of porphyrins. In our study, we chose a porphyrin (or PG Photogem ®) as standard molecular system, because it shows well defined absorption and emission bands. We used TiO2-NPs which differ in area/volume ratios and in the percentage of rutile and anatase phases that predominates under different conditions of preparation by polymeric precursor method. We developed a method based on the centrifugation of the NPs with adsorbed molecules and subsequent optical analysis of the supernatant solution to study the adsorption of porphyrins on TiO2-NPs surfaces. We observed that TiO2-NPs with predominantly anatase phase in its structure has greater interaction and, consequently, higher molecular adsorption. The rutile phase has low molecular adsorption due to your great stability. The affinity and interaction between porphyrin and TiO2-NPs in solution were analyzed for different pH values. Other subjects discussed in this work include molecular aggregation effects and coverage during photodegradation and lateral energy transfer between adsorbed molecules.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Increasingly, porphyrins have gained a position of detached interest in scientific circles. Its high biological compatibility, being a molecule found naturally in plants and many red blood animals, coupled with the possibility of forming complexes with lanthanide atoms, makes these compounds are particularly attractive in a branch of medicine quite promising in terms respect to combat cancer, called photodynamic therapy. The lanthanide-porphyrin complex act as photosensitizers in the production of singlet oxygen, a cytotoxic species, may be soaked in organic tissue of interest, promoting the cancer cell death. The synthesis of some Ln-porphyrin complexes [Ln (Ln = Gd, Er, Yb)] are already reported in the literature. However, with increasing ionic radius of metal that is intended to complex in the porphyrin, the energy barrier which prevails opposite the occurrence of this synthesis also increases, hindering the occurrence of the metalation process. Thus, this study seeks to promote metalation with europium, in 5,10,15,20 - meso - tetrapyridilporphyrin (H2TPyP). Was used the europium acetylacetonate salt [Eu(acac)3] in the synthesis as a source of Eu3+ ion. The obtained compound was purified by column chromatography on elution of alumina (Al2O3) and further characterized by absorption spectroscopy in the ultraviolet-visible region (UV-VIS) and infrared region (IR), luminescence and termogravimetric analysis (TG). The results obtained for the UV-vis spectra show for complex synthesized 3 Q bands, a lower number compared to the spectrum of the free base porphyrin, which has 4 Q bands, which discloses the formation of a compound with higher symmetry, which rose from D2h to D4h due to insertion of the metal ion in the porphyrin ring. It was observed also a bathochromic shift of the Soret band in the complex shifted from 417 to 429nm, consistent with the fact that the metallation occurred. The IR results and suggest the occurrence of metalation of the suppression band 3304cm-1, indicating deprotonation of the central atoms of Nytrogen, also suggested maintaining the acetylacetonate ion in stabilizing the structure of the complex. The luminescence showed that there was enhancement of emission bands, which is consistent with the formation of a metal complex. In the TG results, it was found that the compound formed to the amount of residue obtained was much higher than that for H2TPyP, suggesting the formation of metal oxide in the first case, consistent with the fact that formation of europium metalloporphyrin. / Cada vez mais, as porfirinas vÃm conquistando uma posiÃÃo de destacado interesse no meio cientÃfico. Sua elevada compatibilidade biolÃgica, sendo uma molÃcula encontrada naturalmente em plantas e em diversos animais de sangue vermelho, aliada a possibilidade da formaÃÃo de complexos com Ãtomos de lantanÃdeos, faz com que esses compostos sejam particularmente atrativos em um ramo bastante promissor da medicina no que diz respeito ao combate ao cÃncer, denominado de terapia fotodinÃmica. Isso porque os complexos lantanÃdeos-porfirina atuam como fotossensibilizadores na produÃÃo de oxigÃnio singlete, uma espÃcie citotÃxica, podendo esses complexos serem saturados em tecidos orgÃnicos de interesse, promovendo a morte de cÃlulas cancerÃgenas. A sÃntese de alguns complexos Ln-porfirina (Ln= Gd, Er, Yb) jà sÃo reportadas na literatura. Entretanto, com o aumento do raio iÃnico do metal que se pretende complexar a porfirina, a barreira energÃtica que se impera frente a ocorrÃncia desta sÃntese tambÃm aumenta, dificultando a ocorrÃncia do processo de metalaÃÃo. Dessa forma, o presente estudo busca promover a metalaÃÃo de eurÃpio na 5,10,15,20 â meso â tetrapiridilporfirina (H2TPyP). Utilizou-se o sal acetilacetonato de eurÃpio [Eu(acac)3] na sÃntese como fonte do Ãon Eu3+. O composto obtido foi purificado por eluiÃÃo em coluna cromatogrÃfica de alumina (Al2O3) e posteriormente caracterizado por espectroscopia de absorÃÃo na regiÃo do ultravioleta-visÃvel (UV-Vis) e infravermelho (IR), luminescÃncia e anÃlise termogravimÃtica (TG). Os resultados obtidos por UV-Vis para o complexo sintetizado mostraram espectros com 3 bandas Q, um menor nÃmero comparado ao espectro da porfirina base livre que apresenta 4 bandas Q, o que sugere a formaÃÃo de um composto com maior simetria, que passou de D2h para D4h, devido a inserÃÃo do Ãon metÃlico no anel porfirÃnico. Observou-se tambÃm um deslocamento batocrÃmico da banda Soret no complexo que deslocou de 417 para 429nm, fato condizente com a ocorrÃncia da metalaÃÃo. Os resultados de IR, alÃm de sugerirem a ocorrÃncia da metalaÃÃo pela supressÃo da banda em 3304cm-1, indicando a desprotonaÃÃo dos nitrogÃnios centrais, tambÃm sugeriram a manutenÃÃo do Ãon acetilacetonato na estabilizaÃÃo da estrutura do complexo. A luminescÃncia mostrou que houve intensificaÃÃo das bandas de emissÃo, o que condiz com a formaÃÃo de um complexo metÃlico. Nos resultados de TG constatou-se que para o composto formado a quantidade de resÃduo obtido foi bastante superior de que para a H2TPyP, sugerindo a formaÃÃo de Ãxido metÃlico no primeiro caso, fato condizente com a formaÃÃo da metaloporfirina de eurÃpio.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-08-12T11:59:46Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE BIBLIOTECA - VERSÃO FINAL (1).pdf: 2862588 bytes, checksum: 3d785691cce449a94e01f2c63a25153f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-12T11:59:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE BIBLIOTECA - VERSÃO FINAL (1).pdf: 2862588 bytes, checksum: 3d785691cce449a94e01f2c63a25153f (MD5) Previous issue date: 2015-03-16 / FACEPE / Nas três últimas décadas nanocristais de materiais semicondutores em regime de confinamento quântico - pontos quânticos (do inglês quantum dots) - vem atraindo o interesse em diversas áreas científicas. Suas propriedades ópticas e elétricas únicas possibilitam ampla aplicação em novas tecnologias tais como dispositivos eletrônicos e em novos protocolos diagnósticos biomédicos. Na área da saúde os pontos quânticos (PQs) vêm ganhando destaque em diagnóstico por imagem nas duas últimas décadas, mas recentemente vem sendo testados também em ensaios de terapia fotodinâmica (TFD) livres ou associados a outros compostos. Neste trabalho utilizamos PQs de CdTe como fotosensibilizadores (FS) em culturas de células de Candida albicans, Staphylococcus aureus e Leishmania amazonensis, comparando o efeito fotodinâmico dos sistemas livres e conjugados à zincoporfirina catiônica [Zn(II)tetraetil-2-piridilporfirina, aqui designada ZnP]. Os PQs de CdTe foram sintetizados através de precipitação em sistema coloidal aquoso na presença de dois diferentes agentes estabilizantes (acido mercaptosuccínico-MSA, ou cisteamina-CYS) sendo caracterizados por difração de raios-X e microscopia eletrônica de transmissão. Todos os sistemas foram caracterizados opticamente por espectroscopia de absorção, emissão e excitação eletrônica. A análise espectroscópica mostra que ocorre supressão da fluorescência dos PQs após adição de quantidades crescentes de ZnP, mas não confirma transferência de energia efetiva dos PQs para a ZnP. O potencial zeta dos bioconjugados foi determinado em função da razão PQ:ZnP. A produção de espécies reativas de oxigênio (EROs) por PQs, porfirinas e PQ-ZnP foi avaliada através de técnicas de detecção indireta, que indicou que todos os sistemas estudados produzem EROs. A citotoxicidade dos sistemas foi testada via ensaio fotodinâmico em fibroblastos e tanto os PQs quanto a ZnP não apresentaram toxicidade no escuro, mas apresentaram boa atividade fotodinâmica após irradiação, o que foi potencializado quando utilizou-se o conjugado PQ-ZnP. Os ensaios de TFD utilizando-se LED (150 mW.cm-2) (excitando somente PQs) mostraram que os PQs produziram uma inibição da C. albicans ~1 log10; ZnP reduziu ~ 3 log10 enquanto que o conjugado reduziu apenas ~ 1 log10. Sugere-se que a menor eficiência de TFD apresentada para os PQs e para os conjugados deve-se à dificuldade de incorporação dos sistemas nas células de C. albicans devido à baixa taxa de endocitose destas células e que os PQs não foram eficientes FS para a ZnP. Os ensaios de TFD para S. aureus evidenciaram ~8 log10 de inibição bacteriana (30s de irradiação) utilizando-se a ZnP, enquanto que observou-se ~2 log10 para os PQs (9 min de irradiação). Na TFD de L. amazonensis, a redução de viabilidade celular deste parasito foi de ~ 35% para os PQs e de ~ 70% utilizando-se ZnP. Os resultados evidenciam que existe um potencial para uso do PQs em TFD, entretanto a eficiência de geração de ROS precisa ser otimizada. Por outro lado, a ZnP apresentou-se bastante promissora para uso em TFD antimicrobiana. / In the last decade semiconductor nanocrystals in the quantum confinement region (also known as quantum dots) have attracted great interest in different research areas. Their unique optical and electrical properties promoted a vast use in most diverse technological fields, ranging from electronics to biomedical applications. In health sciences quantum dots (QDs) applied as fluorescent labels showed a great potential in the development of image diagnostics, but more recently they are also being tested as photosensitizers (PS) in Photodinamyc Therapy (PDT) free or conjugated to diverse molecules. In the present study we used CdTe QDs as PS for PDT upon cultures of Candida albicans, Staphylococcus aureus and Leishmania amazonensis, comparing the photodynamic effect in the free systems and the QDs conjugated to a cationic zincporphyrin [Zn(II)tetraetil-2-piridilporfirina, ZnP]. CdTe QDs were obtained by controlled precipitation in aqueous media in the presence of two different stabilizers (mercaptosuccinic acid – MSA; cysteamine – CYS) and characterized by X-ray diffractommetry and transmission electronic microscopy. The optical characterization of all the systems was performed by absorption, excitation and emission spectroscopy. The zeta potential of the bioconjugates was determined as a function of the QD:ZnP ratio. The spectroscopic analysis suggest that the expected energy transfer from the QDs to the ZnP is not effective, although a fluorescence quenching of the QDs is observed with increasing amounts of ZnP. The production of reactive oxygen species (ROS) induced by QDs, porphyrines and the conjugates was evaluated by indirect detection protocols. All the systems produced ROS but at different levels. The citotoxicity of the systems was tested under PDT irradiation in a fibroblast culture and none of the systems presented dark toxicity, but presented good photodinamyc activity after irradiation which was increased in the QDs-ZnP conjugates. The TFD assays on C. albicans using LED (150 mW.cm-2) (exciting QDs only) showed that the QDs induced a cell inhibition of 1 log10 while ~ 3 log10 for ZnP porphyrin and < 1log10 for the conjugate. We suggest that the less effective PDT action of the QDs and their conjugates on the C. albicans reflect the lower capacity of the cellular uptake of these systems by the cells and that QDs did not act as efficient PS for the ZnP molecules. The essays performed on S. aureus cells showed ~8 log10 of bacterial inhibition using ZnP (30s irradiation) while ~2 log10 for the QDs (9 min irradiation). L. amazonensis essays showed a cell inhibition of 35% for the QDs while 70% for ZnP. Under the conditions tested, the QD-ZnP conjugates did not present a good photodynamic inactivation on the tested cells. The overall results evidence that there is a potential application of the QDs as PS in PDT but the experimental conditions of the therapy and of the systems must increase their efficiency in ROS production. On the other hand, the ZnP alone demonstrated to be very efficient in microbicide PDT.

Neste trabalho foi realizada a síntese, purificação e caracterização de uma tetra crowned porfirina, a 5,10,15,20-tetraquis[2-(hexaoxacicloexadecano-3-amidafenil)]-porfirina, H2TCP, bem como a correspondente ferroporfirina, (FeTCP)Cl. Foi investigado a atividade catalítica desta ferroporfirina e da ferroporfirina mono-crowned substituída, (FeMCP)Cl, sintetizada anteriormente, na oxidação dos substratos (z)-ciclooocteno, estireno, cicloexano e do fármaco carbamazepina, por vários oxidantes: iodosilbenzeno, ácido meta-cloroperbenzóico e hipoclorito de sódio, em meio homogêneo (MeOH ou ACN) e bifásico (C2H4Cl2/H2O). Os resultados revelaram que estes sistemas metaloporfirinicos podem ser considerados bons modelos biomiméticos das enzimas citocromo P450, para oxidação dos substrados estudados, levando ao mesmo produto obtido in vivo na oxidação do fármaco carbamazepina, o cabamazepina-epóxido. Os rendimentos dos produtos de oxidação catalisada pelas ferro crowned porfirinas são, na maioria dos casos, mais expressivos do que aqueles observados com as metaloporfirinas amino-substituídas precursoras. Estes resultados indicam que o substituinte éter coroa confere maior estabilidade e reatividade ao catalisador, e leva à maior seletividade, resultado da interação do éter corôa com o substrato, direcionando-o para o sítio catalítico. Uma outra propriedade importante das crowned porfirinas estudadas é sua capacidade de atuar como agente transferidor de fases nas reações em meio bifásico, utilizando hipoclorito de sódio como oxidante. Os resultados catalíticos nestes sistemas mostraram que as unidades éter corôa foram capazes de carregar o oxidante do meio aquoso para o meio orgânico, onde se encontra o substrato. Foram avaliadas também as propriedades destas novas porfirinas e metaloporfirinas em extrair íons metálicos sódio e potássio do meio aquoso para o meio orgânico. As crowned porfirinas foram bastante eficientes na extração destes metais, principalmente utilizando a técnica de extração por fase única, levando a extrações superiores a 90 % do cátion potássio, e mostrando maior seletividade para este cátion, devido ao tamanho adequado da cavidade do éter corôa para ligar este íon. Foi realizada também a caracterização das porfirinas e ferroporfirinas crowned substituídas por voltametria cíclica, visando sua aplicação futura na análise eletroanalítica de íons potássio e/ou sódio. Observou-se que as porfirinas crowned substituídas sofrem reduções mais fáceis e oxidações mais difíceis quando comparadas com as porfirinas precursoras, mostrando o efeito sacador de elétrons dos substituintes éter corôa. Estes resultados ajudam a explicar os melhores resultados catalíticos obtidos com as ferro porfirinas crowned substituídas, mostrando o efeito do éter coroa em formar a metaloporfirina mais eletrofílica e aumentando a reatividade da espécie catalítica. / In this work we carried out the synthesis, purification and characterization of a tetra crowned porphyrin, 5,10,15,20-tetrakis[2- (hexaoxacyclohexanedecane-3-amidephenyl)]porphyrin, H2TCP, and its corresponding ironporphyrin, (FeTCP)Cl. We investigated the catalytic activity of both this ironporphyrin and the previously synthesized mono-crowned substituted (FeMCP)Cl in the oxidation of the substrates Z-cyclooctene, styrene, cyclohexane and the drug carbamazepine by oxidants like iodosylbenzene, metachloroperbenzoic acid and sodium hypochlorite, in homogeneous (methanol or acetonitrile) and biphasic (C2H2Cl2/H2O) media. Our results demonstrated that these metalloporphyrin systems can be considered good biomimetic models of the cytochrome P450 enzymes in the case of the substrates studied herein, since they led to the same product obtained in the in vivo oxidation of carbamazepine, the carbamazepine-epoxide. The product yields obtained in the oxidation reactions catalyzed by the crowned ironporphyrins were, in the majority of the cases, higher than those achieved with the precursor aminosubstituted metalloporphyrins. This indicates that the crown-ether substituent renders the catalyst more stable and reactive, thus leading to higher selectivity. This selectivity results from the interaction between the crown-ether and the substrate, which directs the latter toward the catalytic site. Another important feature of the studied crowned ironporphyrins is their ability to act as phase-transfer agent in the reactions carried out in biphasic medium, using sodium hypochlorite as oxidant. The catalytic results using such a system gave evidence that the crown ether entities were capable of carrying the oxidant from the aqueous to the organic medium, where the substrate was located. We also evaluated the ability of these novel porphyrins and ironporphyrins to extract sodium and potassium ions from aqueous solution to organic medium. The crowned porphyrins were efficient at extracting these metals, especially when the one-phase extraction technique was employed, leading to potassium ion extraction as high as 90 %. The complexes were more selective toward this latter ion due to the fact that the size of the crown ether cavity was more suitable for binding the larger K+. The crowned porphyrins and ironporphyrins were also characterized by cyclic voltammetry, aiming at their future application in the electroanalytical determination of sodium and potassium ions. When compared with the precursor aminosubstituted porphyrins, we observed that the crowned porphyrins undergo reduction more easily, but their oxidation is harder to achieve. This gives evidence of the electronwithdrawing effect of the crownether substituent. These results help explain the better catalytic results obtained with the crowned ironporphyrins, showing that the crown-ether entity must render the metalloporphyrin more electrophilic, thus increasing the reactivity of the active species.

A TFD está baseada no uso de um fármaco fotossensível que, uma vez ativado por luz visível e na presença do oxigênio, induz a produção de espécies reativas de oxigênio tais como o radical peroxila, o ânion radical superóxido e o radical hidroxila (Tipo I) ou oxigênio singlete (Tipo II), que atuam diretamente sobre os sistemas biológicos, induzindo a morte da célula por processo necrótico ou apoptótico. A maioria dos tipos de tumores responde ao tratamento e os resultados são promissores. Entretanto, órgãos altamente pigmentados e vísceras maciças (fígado, baço, rins e medula óssea) impedem a penetração da luz visível para o tratamento, o que representa um tipo de resistência aos protocolos da Terapia Fotodinâmica. Torna-se necessário, portanto, procurar por novos agentes fotossensibilizadores. Estudos mostraram que a ação fotodinâmica induz mudanças diretas na membrana celular que levam a um desequilíbrio na homeostase iônica celular (íons sódio, potássio e cálcio), o que certamente leva a um dano no transporte de proteínas da membrana plasmática e, em última análise, a um stress osmótico irreversível. Neste trabalho, procurou-se determinar a potencialidade do uso da 5,10,15,20-tetrakis[4-(1,4,7,10,13-pentaoxaciclopentadecane-2-aminometil)2,3,-5,6-tetrafluoro)fenil]-porfirina (H2C4P), e o Zn(II)5,10,15,20-tetrakis[4-(1,4,7,10,13-pentaoxaciclopentadecane-2-aminometil)2,3,5,6-(tetrafluoro)fenil]-porfirinato (ZnC4P) como fármaco fotossensível. Avaliou-se também a zinco ftalocianina associada ao éter de coroa onde, graças à presença do éter de coroa, pôde-se observar uma potencialização da ação fotodinâmica. Nos estudos fotofísicos e fotoquímicos, observou-se que os fármacos porfirínicos possuem importantes propriedades espectroscópicas para a TFD. O rendimento quântico de produção de oxigênio singlete foi medido e o valor encontrado para H2C4P ( = 0,62) foi maior que o valor encontrado para ZnC4P ( = 0,46). Os valores de rendimento quântico de produção dos estados excitado tripletes (T) para ZnC4P foi da ordem de 0,73 ± 0,06 e para H2C4P foi da ordem de 0,63 ± 0,05, mostrando que o mecanismos Tipo II para a porfirina base livre H2C4P é dominante e para o fotossensibilizador metalado ZnC4P tem-se Tipo I dominante. Ambos os sistemas apresentaram uma eficiente ação fotodinâmica nos estudos com a linhagem de células J774-A.1. Fez-se uso de sondas fluorescentes para monitorar a distribuição e alteração na homeostase de íons através da membrana plasmática. Esses estudos mostraram que a presença dos ligantes éter de coroa na estrutura da porfirina, atuando concomitantemente à ftalocianina, potencializa a ação fotodinâmica. Observou-se que o 18-crow-6 éter de coroa minimiza a diferença de potencial da mesma ordem de magnitude de quando está associado à ZnPc em uma formulação lipossomal (da ordem de 50%), o que mostra que a ZnPc não interfere na formação dos canais de íons potássio formados. Os resultados indicaram um grande potencial de aplicação do ligante éter de coroa associado ou ligado covalentemente ao fármaco no uso da TFD, visto que o éter de coroa não modificou as características fotofísicas e fotoquímicas dos fotossensibilizadores, uma nova perspectiva no que chamamos de Terapia Fotodinâmica Sinérgica. / Photodynamic Therapy (PDT) is based on the use of a photosensitive drug which, once activated by visible light and in the presence of oxygen, induces the production of several reactive species of oxygen, such as the peroxyl radical, superoxide anion and hydroxyl radical (Type I) or singlet oxygen (Type II), which act directly over the biological systems inducing the cell death, through a necrotic or apoptotic process. Most of the types of tumor respond to the treatment and the results are prosperous. However, highly pigmented organs and massive viscera (kidneys, spleen, liver and bone marrow) block the penetration of the visible light for the treatment, what represents a kind of resistance towards the Photodynamic Therapy protocols. Hence, it is necessary to look for new phosensitizing agents. Studies have shown that the photodynamic action induces direct changes in the cell membrane that lead to an unbalance in the cell ionic homeostasis (sodium, potassium and calcium ions), what certainly causes damage to the plasmatic membrane protein transport, and in a final analysis, irreversible osmotic stress. In this work, we aimed at determining the potentiality of the use of the 5,10,15,20-tetrakis[4-(1,4,7,10,13-pentaoxacyclopentadecane-2-aminometil)2,3,- 5,6-(tetrafluoro)phenyl] porphyrin (H2C4P), and the Zn(II)5,10,15,20-tetrakis[4- (1,4,7,10,13-pentaoxacyclopentadecane-2-aminomethyl)2,3,5,6-(tetrafluoro)- xvi phenyl]-porphyrinate (ZnC4P) as a photosensitive drug. We evaluated also the phytalocianine zinc associated to the crown ether where, due to the presence of the crown ether, we could observe a potentialization of the photodynamic action. In the photophysical and photochemical studies, we observed that the porphyirinic drugs present important spectroscopic properties to PDT protocol. The singlet oxygen production quantum yield was measured and the value found for H2C4P (FD = 0.62) was higher than that one found for ZnC4P (FD = 0.46). The value of the quantum yield of the production of the triplet excited states (FT) for ZnC4P was 0.73, and for H2C4P it was 0.63, showing that the mechanism Type II for the free-base porphyrin H2C4P is the dominant effect, and for the ZnC4P metallated photosensitizer, Type I process is the dominant one. Both systems present an efficient photodynamic action in the studies with the J774-A.1 cell strain. We used fluorescent probes to monitor the distribution and alteration of the ionic homeostasis through the plasmatic cell membrane. These studies showed that the presence of the crowned-ether ligants in the structure of the porphyrine, acting together with the dye structure, potentializes the photodynamic action. We observed that the 18-crow-6 crown ether decrease the difference in the transmembrane electrical potential in the same order of magnitude when it is associated to the ZnPC in a liposome formulation, (around 50%), what shows that the ZnPC does not interfere in the action of the potassium ion channels. xvii These results indicated a great potential of application of the crowned-ether ligant associated or covalently connected to the drug in the use of PDT, protocol once the crown ether structure did not modify the photophysical and photochemical characteristics of the photosensitizers, a new perspective in what we call Synergic Photodynamic Therapy.

A Terapia Fotodinâmica (TFD) é uma técnica para induzir dano ao tecido tumoral e consiste na administração de uma droga fotossensível que pode ser seletivamente retida no tecido tumoral e que produz oxigênio singlete quando irradiada em comprimento de onda adequado na presença de oxigênio molecular. Fotossensibilizadores do tipo porfirinas podem ser degradados pela luz modificando a concentração do fotossensibilizador (FS) no tumor. Este processo chamado de fotodegradação caracteriza-se pela diminuição nas intensidades das bandas de absorbância e fluorescência e pode ser acompanhado pela formação de fotoprodutos. Neste estudo o FS usado foi Photogem®, um derivado de hematoporfirina produzido na Rússia e que está sendo usado em TFD no Brasil. A fotodegradação do sensibilizador e formação de fotoprodutos foi monitorada pelas mudanças nas propriedades de fluorescência e absorbância, assim como pela formação do fotoproduto evidenciado pelo aparecimento de uma nova banda em torno de 640nm em PBS e 660nm em soluções de Triton X-100 e Brij-35. A fotodegradação do Photogem® e a formação dos fotoprodutos foram induzidas pela irradiação com laser e LED em diferentes concentrações, comprimentos de ondas de irradiação (351, 488, 514 e 630nm), em diferentes intervalos de tempo e intensidades de irradiação. A citotoxicidade do Photogem® e seus fotoprodutos em células tumorais (HEp-2) e células normais (VERO) foram investigadas no escuro e no claro. Experimentos em animais foram realizados com o objetivo de verificar a profundidade de necrose causada por Photogem® e seus fotoprodutos. Os resultados sugerem que os fotoprodutos do Photogem® são menos citotóxicos tanto no claro como no escuro e esta citotoxicidade diminui com o aumento do tempo de irradiação prévia do Photogem® . Os fotoprodutos obtidos do Photogem® em 514nm precisam de 1 h de irradiação em ambas as linhagens celulares para ter a mesma citotoxicidade que Photogem® irradiado por 14 min em células tumorais e 25 min em células normais. Os resultados sugerem que diferentes processos ocorrem na degradação do FS quando em diferentes meios (PBS, surfactantes e solventes), em diferentes concentrações e condições de irradiação (comprimento de onda, potência, tempo). Em TFD, os sensibilizadores estão tipicamente presentes em altas concentrações nas células tumorais. Desta forma, a fotodegradação dos fotossensibilizadores em taxas apropriadas durante a iluminação em PDT, pode vir a diminuir a concentração destes fotossensibilizadores nos tecidos normais, levando a uma diminuição da fotossensibilidade e fototoxicidade (pele), enquanto quantidade suficiente de fotossensibilizador pode persistir nas células tumorais para posterior fotodestruição, resultando em menor dano para o tecido normal. Assim a fotodegradação do fotossensibilizador é o elo fundamental da distribuição da dose fotodinâmica nos fluidos biológicos, estando relacionado com a cinética de eliminação do fotossensibilizador do organismo. Para os dados obtidos in vivo para a profundidade de necrose em tecido de fígado de ratos do Photogem®?e seus fotoprodutos obtidos pela degradação em 514nm e em 630nm, observou-se que na dose de irradiação de 150J/cm2 em ambas as concentrações (1,5 and 2mg/Kg ), a profundidade de necrose é maior para Photogem seguida de Photogem® degradado previamente em 514 e 630nm. Na dose de irradiação de 200J/cm2 e na concentração de 2mg/Kg não existe diferença na profundidade de necrose para Photogem®?bem como para seus fotoprodutos, o que pode estar relacionado com a fototoxicidade dos fotoprodutos, que em altas concentrações e doses de irradiação, apresentam uma maior atividade fotodinâmica. Os resultados obtidos in vivo concordam com os obtidos in vitro, uma vez que nos experimentos citotóxicos, Photogem® irradiado mostrouse menos tóxico do que Photogem® não irradiado e nos experimentos em animais observou-se uma menor profundidade de necrose para Photogem® irradiado. Estes resultados podem ser úteis para o estabelecimento da dosimetria para Photogem® em Terapia Fotodinâmica. / Photodynamic therapy (PDT) is a technique for inducing tumor tissue damage following administration of a drug that can be selectively retained in malignant tissue and produce singlet oxygen when irradiated in adequate wavelengths in the presence of molecular oxygen. Photosensitizers of porphyrin type can be degraded by light (photobleaching), modifying the concentration ratio of the photosensitizer (PS) in the tumor vs. normal tissue. This process, usually called photobleaching, is characterized by a decrease in the absorption and fluorescence intensities. It has been shown that, during photobleaching, the formation of redshifted absorbing photoproducts takes place. In this study the PS used was Photogem®, a hematoporphyrin derivative produced in Russia and being used in PDT in Brazil. The sensitizer photobleaching and photoproduct formation was monitored by fluorescence and absorption properties changes as well as by the photoproducts formation evidenced by the appearance of a new absorption band around 640nm in PBS and in 660nm in Triton X-100 and Brij-35 solution. Photogem® photobleaching and photoproducts formation was induced by laser and LED irradiation in different concentrations, irradiation wavelengths (351, 488, 514 and 630nm), in different time intervals and intensities of irradiation. The cytotoxicity of Photogem® and its photoproducts in tumor (HEp-2) and non-tumor (VERO) cell lines were analyzed in the dark and in the light. Experiments in animals were performed in order to access the depth of necrosis caused by Photogem® and its photoproducts in rat liver tissue. The results suggest that the photoproducts of Photogem® are less cytotoxic than Photogem® either in the dark or in the light, and the cytotoxicity decreases with the previous irradiation time of Photogem®. The photoproducts of Photogem® obtained at 514nm need one-hour irradiation for both cell lines to have the same cytotoxicity of Photogem® irradiated for 14min in tumor cells and 25min in non-tumor cells. The results suggest that different processes occurs in the PS degradation when in different environments (PBS, surfactants and solvents), in different concentrations and irradiation conditions (wavelength, potency, time). In PDT, the sensitizers are typically present in high concentrations in tumor cells. At the same time, the degradation of photosensitizers in properly elevate rates during the illumination in PDT, can lead to a decrease in the concentrations of these photosensitizers in normal tissue, decreasing the photosensibility and phototoxicity (skin), while adequate amount of photosensitizer can be maintained in tumor cells for photodestruction, resulting in a small damage for normal tissue. Photodegradation of photosensitizers is the fundamental connection of photodynamic dose distribution in the biological fluids, being related with the kinetic of photosensitizer elimination in the organism. For the data obtained in vivo for depth of necrosis of Photogem® x vii and its photoproducts obtained by degradation in 514nm and in 630nm, it was observed that in the irradiation dose of 150J/cm2 in both concentrations (1,5 and 2mg/Kg ), the depth of necrosis is greater for Photogem® followed by Photogem® previously degradated in 514 and then in 630nm. In the dose of 200J/cm2 and in the concentration 2,0mg/kg, there is no differences in the depth of necrosis for non-irradiated Photogem® as well as for its photoproducts, what can be correlated with the phototoxicity of the photoproducts, that in high concentrations and elevate irradiation doses, present a greater photodynamic activity. These results obtained in vivo are in agreement with the ones in vitro, since in the cytotoxic experiments the photoproducts are less cytotoxic than non irradiated Photogem® presenting in the animals a small depth of necrosis. These findings may be helpful for establishment of dosimetry for Photogem® in Photodynamic Therapy

Submitted by Daniele Amaral (daniee_ni@hotmail.com) on 2016-10-05T19:45:47Z No. of bitstreams: 1 DissELF.pdf: 2435463 bytes, checksum: e5222915ff0fbbc4aad0b56e9617a41d (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T16:23:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissELF.pdf: 2435463 bytes, checksum: e5222915ff0fbbc4aad0b56e9617a41d (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T16:23:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissELF.pdf: 2435463 bytes, checksum: e5222915ff0fbbc4aad0b56e9617a41d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-20T16:23:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissELF.pdf: 2435463 bytes, checksum: e5222915ff0fbbc4aad0b56e9617a41d (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / In this work, was built gold (Au) and glassy carbon (GC) electrochemical sensors modified with cooper (II) meso-tetra-(2-thienyl)-porphyrinate ([Cu(II)TThP]) and the GC modified electrode was applied for dopamine determination. For this, they where evaluated the gold electrode and glassy carbon electrode as substract and for electrode modification, was studied the drop coating (for gold electrode) and oxidative electropolymerization (for both electrodes) procedures. Studies based on the use of gold electrode did not obtain satisfactory results, however, the search for the optimization of an appropriate modification procedure led to studies on the electronic properties and electrochemical of [Cu(II)TThP]. Thus, studies were made of the redox processes of this compound by cyclic voltammetry, using molecules with similar groups for comparison and subsequent allocation of anodic and cathodic peak obtained for [Cu(II)TThP]. In addition, it performed tests by spectrophotometry UV-Visible for the compounds used in the electrochemical assay, thus knowing the electronic contribution of the complexed metal of the porphyrin ring and thiophene groups. Thus, electropolymerization of [Cu(II)TThP] on the glassy carbon electrode was carried out using the technique of cyclic voltammetry, monitoring the formation of layers of poly-[Cu(II)TThP] using the observed current increment done every cycle. The formation of the polymer film on the glassy carbon electrode was confirmed by morphological characterization studies, obtaining images by electron microscopy high resolution scan and Raman spectroscopy. From Cyclic voltammetry studies conducted to dopamine, one constant high heterogeneous electron transfer was diagnosed (2.73 × 10−3 cm s−1) for the poli-[Cu(II)TThP] electrode, where compared with glassy carbon electrode (3.53 × 10−4 cm s−1) showing good electrochemical performance of the proposed sensor. Then, volumetric methods for the determination of dopamine was developed. Using the square wave voltammetry technique (SWV) under optimized conditions, the analytical curves for dopamine was linear in the range of 0.0575 to 4.091 μmol L−1, with a 40.9 nmol L−1 for limit of detection. The proposed voltammetric procedure was efficiently applied to determine dopamine synthetic biological samples (urine and human serum). / Neste trabalho foram construídos sensores eletroquímicos de ouro (Au) e de carbono vítreo (GC) modificados com o mesotetra-(2-tienil)-porfirinato de cobre (II) ([Cu(II)TThP]) Para este fim, foram avaliados como eletrodo base os eletrodos de ouro e de carbono vítreo (GCE, do inglês “Glassy Carbon Electrode”) e como procedimentos de modificação os métodos de drop coating (para o eletrodo de ouro) e eletropolimerização oxidativa (para ambos eletrodos). Os estudos iniciais baseados na utilização do eletrodo de ouro não forneceram resultados satisfatórios, levando a substituição deste pelo eletrodo de carbono vítreo para os estudos posteriores, assim, a busca pela otimização de um procedimento de modificação adequado resultou na realização de estudos sobre as propriedades eletrônicas e eletroquímicas do complexo [Cu(II)TThP]. Desta forma, realizou-se estudos dos processos de oxirredução deste composto por voltametria cíclica, utilizando-se moléculas com grupos similares para comparação e posterior atribuição dos picos anódicos e catódicos obtidos para o [Cu(II)TThP]. Além disso, realizaram-se ensaios de espectroscopia UV-Visível para os compostos utilizados nos estudos eletroquímicos, a partir dos quais foi possível verificar a contribuição eletrônica do metal complexado, do anel porfirínico e dos grupos tiofeno. Assim, a técnica de eletropolimerização do [Cu(II)TThP] sobre o eletrodo de carbono vítreo foi selecionada para a preparação do sensor eletroquímico baseado no complexo proposto. A eletropolimerização do [Cu(II)TThP] foi realizada utilizando-se a técnica de voltametria cíclica, e a formação das camadas de poli-[Cu(II)TThP] foi monitorada por meio do incremento de corrente observado para os processos redox a cada ciclo subsequente. A formação do filme polimérico sobre o eletrodo de carbono vítreo foi confirmada por meio de estudos de caracterização morfológica, obtendo-se imagens por microscopia eletrônica de varredura de alta resolução, e estudos de espectroscopia Raman. A partir de estudos de voltametria cíclica conduzidos para dopamina, foi determinada uma elevada constante de transferência heterogênea de elétrons igual a 2,73 × 10−3 cm s−1 para o eletrodo de poli-[Cu(II)TThP]/GCE, quando comparado ao eletrodo de carbono vítreo (3,53 × 10−4 cm s−1), mostrando o bom desempenho eletroquímico do sensor proposto. Em seguida, um método voltamétrico para a determinação de dopamina foi desenvolvido. Utilizando-se a técnica de voltametria de onda quadrada (SWV, do inglês “Square-Wave Voltammetry”) sob condições otimizadas, a curva analítica construída para a dopamina foi linear no intervalo de 0,0575 a 4,091 μmol L−1, com um limite de detecção de 40,9 nmol L−1. O procedimento voltamétrico proposto foi aplicado com sucesso na determinação de dopamina em amostras biológicas sintéticas (urina e soro humano).

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-06-06T14:46:41Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3774616 bytes, checksum: 0876fb49507ce01bcd8d4756cb29ba71 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-06T14:46:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3774616 bytes, checksum: 0876fb49507ce01bcd8d4756cb29ba71 (MD5) Previous issue date: 2016-09-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The superoxide anion is among the reactive oxygen species closely related to physiopathological states associated with oxidative stress. The physiological superoxide levels are controlled in vivo by the superoxide dismutase enzymes (SOD). Pentacationic Mn porphyrins derived from 2-N-alkylpyridylporphyrins have been explored as potent SOD mimics and efficient redox modulators of oxidative stress. The in vivo efficiency of these compounds is related with their intrinsic catalytic activity, lipophilicity, bioavailability, and toxicity. The present study describes the synthesis of two A3B-type neutral porphyrins of low symmetry (A = 2-pyridyl, B = 3-methoxy-4-hydroxyphenyl or 3,4-dimethoxyphenyl), the methylation of these compounds to yield tricationic porphyrins and the preparation of the corresponding tetracationic Mn(III) porphyrins; overall, 8 new compounds are described: 5-(3-methoxy-4-hydroxyphenyl)-10,15,20-tris(2-pyridyl)porphyrin (H2VanTri-2-PyP), 5-(3,4-dimethoxyphenyl)-10,15,20-tris(2-pyridyl)porphyrin (H2MVanTri-2-PyP), 5-(3-methoxy-4-hydroxyphenyl)-10,15,20-tris(N-methylpiridinium-2-yl)porphyrin chloride (H2VanTriM-2-PyPCl3), 5-(3,4-dimethoxyphenyl)-10,15,20-tris(N-methylpiridinium-2-yl)porphyrin chloride (H2MVanTriM-2-PyPCl3), 5-(3-methoxy-4-hydroxyphenyl)-10,15,20-tris(2-pyridyl)porphinatomanganese(III) (MnVanTri-2-PyPCl), 5-(3,4-dimethoxyphenyl)-10,15,20-tris(2-pyridyl)porphinatomanganese(III) chloride (MnMVanTri-2-PyPCl), 5-(3-methoxy-4-hydroxyphenyl)-10,15,20-tris(N-methylpiridinium-2-yl)porphinatomanganese(III) chloride (MnVanTriM-2-PyPCl4) and 5-(3,4-dimethoxyphenyl)-10,15,20-tris(N-methylpiridinium-2-yl)porphinatomanganese(III) chloride (MnMVanTriM-2-PyPCl4). The spectroscopic, electrochemical properties and lipophilicity of all compounds were compared with A4-type 2-N-pyridyl porphyrin analogues. The monocationic compounds MnVanTri-2-PyP+ and MnMVanTri-2-PyP+ showed too low Mn(III)/Mn(II) reduction potential incompatible with superoxide dismuting activity, whereas the tetracationic complexes MnVanTriM-2-PyP4+ and MnMVanTriM-2-PyP4+ showed potential values suitable for the development these compounds as SOD mimics based on structure-activity relationships reported for analogous systems. The lipophilicity of MnVanTriM-2-PyP4+ and da MnMVanTriM-2-PyP4+ suggests promising bioavailability for in vitro and in vivo testing. / O ânion radical superóxido constitui uma das espécies reativas de oxigênio intimamente relacionada a estados fisiopatológicos associados ao estresse oxidativo. Os níveis fisiológicos do superóxido são controlados in vivo pelas enzimas Superóxido Dismutases (SOD). Mn-porfirinas pentacatiônicas derivadas das 2-N-alquilpiridilporfirinas têm se destacado como mímicos potentes das enzimas SOD e, por sua vez, potentes moduladores redox de estresse oxidativo. A eficiência in vivo destes compostos está relacionada à atividade catalítica intrínseca, à lipofilicidade, à biodisponibilidade e à toxicidade. No presente estudo, descreve-se a síntese de 2 porfirinas neutras de baixa simetria do tipo A3B (A = 2-piridil, B = 3-metoxi-4-hidroxifenil ou 3,4-dimetoxifenil), a metilação destes compostos para obtenção de porfirinas tricatiônicas e a preparação das Mn(III) porfirinas tetracatiônicos correspondentes; ao todo são descritos 8 compostos inéditos: 5-(3-metoxi-4-hidroxifenil)-10,15,20-tris(2-piridil)porfirina (H2VanTri-2-PyP), 5-(3,4-dimetoxifenil)-10,15,20-tris(2-piridil)porfirina (H2MVanTri-2-PyP), cloreto de 5-(3-metoxi-4-hidroxifenil)-10,15,20-tris(N-metilpiridinio-2-il)porfirina (H2VanTriM-2-PyPCl3), cloreto de 5-(3,4-dimetoxifenil)-10,15,20-tris(N-metilpiridinio-2-il)porfirina (H2MVanTriM-2-PyPCl3), cloreto de 5-(3-metoxi-4-hidroxifenil)-10,15,20-tris(2-piridil)porfirinatomanganês(III) (MnVanTri-2-PyPCl), cloreto de 5-(3,4-dimetoxifenil)-10,15,20-tris(2-piridil)porfirinatomanganês(III) (MnMVanTri-2-PyPCl), cloreto de 5-(3-metoxi-4-hidroxifenil)-10,15,20-tris(N-metilpiridinio-2-il)porfirinatomanganês(III) (MnVanTriM-2-PyPCl4) e cloreto de 5-(3,4-dimetoxifenil)-10,15,20-tris(N-metilpiridinio-2-il)porfirinatomanganês(III) (MnMVanTriM-2-PyPCl4). As propriedades espectroscópicas, eletroquímicas e de lipofilicidade de todos os compostos foram comparadas com os derivados das 2-N-piridilporfirinas análogas do tipo A4. Os complexos monocatiônicos MnVanTri-2-PyP+ e MnMVanTri-2-PyP+ apresentam potenciais de redução Mn(III)/Mn(II) muito baixos para catalisarem a dismutação do superóxido, enquanto os complexos tetracatiônicos MnVanTriM-2-PyP4+ e MnMVanTriM-2-PyP4+ apresentaram potenciais apropriados para o desenvolvimento de mímicos SOD com base nas relações estrutura-atividade reportadas para sistemas correlatos. A lipofilicidade da MnVanTriM-2-PyP4+ e da MnMVanTriM-2-PyP4+ sugere que os compostos têm biodisponibilidade promissora para testes in vitro e in vivo.

Polypyridine ruthenium complexes have attracted attention due to their remarkable photoelectronic properties and being employed as electron injection compounds in DSSCs, photo catalysts in water splitting among others. The first two chapters of this thesis present a comprehensive study of two novel ruthenium polypyridine and pyridine based complexes for DSSCs and for the study of an outer sphere intervalence electron transfer respectively. Porphyrins are organic structures commonly found in nature. Their outstanding chemical versatility, structural and electronic properties have made these compounds object of continuous research. Among these properties are enzymatic catalysis, transport and photoelectron generation. For these reasons the last two chapters of this thesis tried to focus in the development of supramolecular porphyrin arrangements capable of exploit and generate a synergistic effect of metallated cobalt porphyrins and polypyridine ruthenium complexes with opposite electronic properties -depending upon their - accepting or donating nature- and their interaction with GO as nanocomposites for effective tetraelectronic dioxygen reduction and isoniazid oxidation. These catalytic studies showed promising results as possible sensors for dioxygen and isoniazid when compared with reported methodologies. / Os complexos polipiridínicos de rutênio têm atraído muita atenção devido às suas notáveis propriedades foto eletrônicas, os quais têm sido empregados como compostos injetores de elétrons em DSSCs, fotocatalisadores na oxidação de água entre outros. Os dois primeiros capítulos desta tese apresentam um estudo abrangente de dois novos complexos polipiridínicos e piridínicos de rutênio para DSSCs e no estudo de uma transferência eletrônica de intervalência de esfera externa respetivamente. As porfirinas são estruturas orgânicas comumente encontradas na natureza. Sua excelente versatilidade química, propriedades estruturais e eletrônicas fizeram desses compostos objeto de intensa pesquisa. Entre essas propriedades estão a catálise enzimática, transporte e geração de fotoelétrons. Por estas razões, os dois últimos capítulos desta tese tentaram se concentrar no desenvolvimento de arranjos porfirínicos supramoleculares capazes de explorar e gerar um efeito sinérgico entre porfirinas de cobalto e complexos polipiridínicos de rutênio com propriedade eletrônicas opostas -dependendo da natureza -aceptor ou doador- e sua interação com GO como nano compósitos para a efetiva redução tetra eletrônica de oxigênio e oxidação de isoniazida. Os estudos catalíticos mostraramresultados promissores como possíveis sensores para oxigênio e isoniazida quando comparados com metodologias na literatura.