A preparação, caracterização e estudo de propriedades moleculares e supramoleculares de meso-tetrapiridilporfirinas modificadas com quatro complexos de cloro(bipiridina) platina(II) ligados às posições meta e para de ligantes piridínicos periféricos, foi objetivo desta tese. As supermoléculas isômeras foram isoladas no estado sólido e extensivamente caracterizados por meio de espectroscopia UV/VIS, FT-IR e RMN de Pt-195, assim como através de TGA e espectrometria de massa com ionização por spray de elétrons, ESI-MS, e técnicas de dissociação induzidas por colisão. Medidas de voltametria cíclica e de espectroeletroquímica foram realizadas para caracterizar os estados redox da porfirina central e dos complexos periféricos, mostrando uma semelhança entre as duas formas isômeras. A maior diferença, entretanto, foi observada nas suas propriedades estruturais, diagnosticadas por modelagem molecular, e refletidas na morfologia dos filmes obtida por meio de técnicas de microscopia de varredura por sonda, SPM, e através da associação com filmes de DNA, monitorada com o auxílio de técnicas de espectroscopia eletrônica e ressonância plasmônica de superfície, SPR. No último caso, o DNA foi imobilizado sobre a superfície do sensor de ouro, usando aminotióis adequados, sendo que a interação do isômero meta conduziu a uma resposta contrastante, relevando uma forte ligação com a cadeia do DNA, provavelmente nas proximidades das fendas estruturais menores desse biopolímero. A interação do isômero para com o DNA foi demasiadamente fraca para ser observada por meio de SPR. A associação molecular das porfirinas tetraplatinadas catiônicas com ftalocianinas aniônicas tetrassulfonadas conduziu à formação de pares iônicos em solução. O filme do isômero para imobilizado sobre eletrodo de carbono vítreo apresentou atividade na redução eletrocatalítica de nitrito. Os trabalhos realizados demonstraram que os novos sistemas supramoleculares derivados de porfirinas e complexos de platina proporcionam interessantes materiais híbridos inorgânico-biológicos contendo DNA e metais nobres, com potenciais aplicações em terapia fotodinâmica, sensoriamento e em dispositivos moleculares. / The synthesis, characterization and investigation of the molecular and supramolecular behaviour of meso-tetrapyridylporphyrins containing four chloro(bipyridine) platinum(II) complexes attached at the meta and para positions of the peripheral pyridine ligands is focused on this thesis. The isomeric supermolecules were isolated in the solid state, and extensively characterized by means of UV-visible, FT-IR and 195Pt NMR spectroscopy, as well as, by TGA and electrospray spectrometry associated with collision induced techniques. Cyclic voltammetry and spectroelectrochemical measurements were performed to characterize the redox sites on the porphyrin and peripheral complexes, revealing a close similarity between the two isomeric supermolecules. Major differences were observed on their structural properties, as demonstrated by means of molecular simulations, and by the morphology of the molecular films probed by SPM techniques, and also by their association with DNA films, which was monitored by means of SPR techniques. In the last case, DNA was first immobilized onto the surface of the gold sensor, using suitable aminothiols and the interaction of the meta-isomer led to a contrasting response, exhibiting a strong binding to the DNA chain, presumably at the proximity of the minor grooves. The interaction of the para-isomer with DNA was too weak to be probed by means of the SPR technique. Molecular association of the tetraplatinum porphyrin species, with tetrasulphonated phtalocyanines, leading to ion pairs in solution, was also investigated. The molecular film of the para-isomer immobilized over glass carbon electrode has shown activity in the electrocatalytic reduction of nitrite. This work on the supramolecular porphyrin platinum species provided new interesting approaches for generating hybrid biological-inorganic systems, containing DNA and noble metals, for sensing applications, and molecular devices.

Nesta tese serão discutidos alguns aspectos químicos, fotoquímicos e fotofísicos importantes no desenvolvimento de fotossensibilizadores para aplicação em terapia fotodinâmica (TFD). Os estudos abrangeram a investigação de 29 espécies, sendo que 20 delas continham um anel porfirínico convencional e 9 eram porfirinas duplamente N-confusas. As primeiras foram sintetizadas para apresentarem diferentes números e tipos de substituintes catiônicos coordenados à posição meso do anel porfirínico, mais especificamente as meso(N-4-piridil)fenilporfirinas e as meso(N-3-piridil)fenilporfirinas contendo um, dois (em trans), dois (em cis), três e quatro grupos [Ru(bipy)2Cl]+ ou CH3+ (figura 1). Em contraste com as porfirinas convencionais. as outras 9 estruturas consistiram das formas protonadas, neutras e desprotonadas de porfirinas que exibem dois anéis pirrólicos adjacentes voltados para fora do anel porfirínico, mais especificamente a base livre (H2N2CP) e os respectivos complexos de prata (AgHN2CP) e de cobre (CuHN2CP). Esta peculiaridade estrutural permite coordenar metais de transição por meio de dois átomos de carbono e dois de nitrogênio, estabilizando fortemente íons metálicos em estados de oxidação anormalmente elevados como Ag3+ e Cu3+. Os dois nitrogênios pirrólicos externos ao anel são susceptíveis tanto a protonação quanto a desprotonação, possibilitando a modulação das propriedades eletrônicas desses compostos por simples alteração no pH do meio. De um modo geral, a acidificação das amostras perturbou mais significativamente suas propriedades fotoquímicas que a desprotonação. Em especial, as espécies neutras metaladas apresentaram bandas bastante intensas na região fototerapêutica de 600 a 750 nm, além de um elevado rendimento quântico de formação de oxigênio singlete (ΦΔ > 0,90 para o complexo Ag(III)). Todavia, um processo de fotodecomposição atribuído ao ataque do 1O2 formado, também foi observado. Ambos os processos, ΦΔ e fotodecomposição, parecem ser modulados pelo metal coordenado no centro do anel. Tanto a coordenação de Ag(lII) como Cu(lII) aumentou o ΦΔ, provavelmente devido ao efeito do metal pesado sobre o cruzamento interssistema. Todavia, verificou-se que o derivado AgHN2CP é muito menos reativo que o CuHN2CP e a base livre. Os motivos deste comportamento ainda não são completamente compreendidos, mas é evidente que o complexo de Ag(lII) apresenta melhores propriedades fotodinâmicas que as demais. Em comparação com as porfirinas duplamente N-confusas, as demais 20 porfirinas catiônicas são muito mais solúveis em água. Neste caso, o enfoque dos experimentos foi direcionado às aplicações biológicas propriamente ditas. Assim, além das propriedades fotofísicas associadas à formação de oxigênio singlete (1O2), também foram exploradas a influência do número dos substituintes periféricos sobre a ligação e danos fotooxidativos provocados em eritrócitos, lipossomos, mitocôndrias e células cancerígenas. Os resultados de ΦΔ mostraram ser inversamente proporcionais ao número de cargas positivas, para as porfirínas contendo grupos N-4metilpiridíniom. Estas diferenças foram consistentes com os efeitos de agregação, causados pela formação de dímeros ou oligômeros, no caso das espécies mais hidrofóbicas. Os coeficientes de partição em n-octanol/água (logPOA) corroboraram estes resultados, apresentando uma dependência inversamente proporcional ao número de cargas positivas ou proporcional ao número de resíduos fenila. As eficiências de ligação à bicamada lipídica mitocondrial, lipossomal e celular e os processos de peroxidação lipídica fotoinduzidos mostraram uma dependência proporcional aos valores de logPOA, exceto para as porfirinas contendo complexos de rutênio. O comportamento não linear neste último caso pode estar associada a dissociação da ligação rutênio-porfirina, devido a elevada força iônica das soluções fisiológicas utilizadas. Neste caso, a descoordenação dos complexos periféricos deve promover uma drástica diminuição da solubilidade do composto. Por este motivo os experimentos foram conduzidos somente com as espécies metiladas. No caso, de mitocôndrias isoladas verificou-se que a interação também apresenta uma razoável participação do potencial de membrana. De fato, quando a mitocôodria estava energizada foi observado um acréscimo de 15% no acúmulo da 3P2cMe em comparação com à mitocôndria desacoplada. Para as demais porfirinas houve um menor acúmulo com o aumento do número de resíduos N-3-metilpirídínio. Em todos os experimentos, um comportamento diferenciado foi observado no caso dos isômeros dicatiônicos. A espécie com cargas dispostas nas posições cis (3P2cMe) apresentou praticamente o dobro de eficiência que o correspondente isômero trans (3P2tMe). Este comportamento parece consistente com uma maior penetração da primeira espécie na bicamada lipídica, proporcionado pelo caráter antipático de sua estrutura química. Os resultados apresentados neste estudo mostraram que estas séries de meso-porfirinas catiônicas constituem sistemas bastante interessantes para a compreensão dos efeitos estruturais envolvidos na ação fotodinâmica dos compostos sobre membranas lipídicas, devido à possibilidade de modulação da relação hidrofilicidade/lipofilicidade, sem alterar significativamente a eficiência na formação de 1O2. Além disso, a disposição espacial das cargas positivas na estrutura do fotossensibilizador demonstrou ser extremamente crítica no processo de ancoragem do mesmo na membrana celular ou mitocondrial e consequentemente em causar efeitos fotooxidativos mais eficientemente. As porfirinas contendo grupos 3-metilpiridínio apresentam vantagens sobre as 4-metilpiridínio, normalmente estudas, por serem mais hidrofílicas, terem menor tendência de agregação e possuírem similar atividade fotodinâmica. Em especial, a estrutura anfipática da 3P2cMe associada a sua elevada formação de 1O2 e estabilidade lhe conferem uma interessante potencialidade como agente fototerapêutico. / In this thesis the chemical, photochemical and photophysical relevant aspects for the development of new photosensitizers for photodynamic therapy applications are discussed. 20 conventional porphyrins species and 9 doubly Nconfused porphyrins species were investigated. The first series contains variable number (1 to 4) of cationic groups, [Ru(bipy)2CI]+ or CH3+ (figure 1), bound to the meta or para-pyridil N-atoms of meso-phenylpyridylporphyrins. On the other hand, the protonated, neutral and deprotonated doubly N-confused porphyrins possess two rotated adjacent pyrrol rings, such that they have two coordinating camon atoms. Consequently, transition metal ions in unusually high oxidation states such as Ag(lII) and Cu(lII) can be stabilized by this structure, while the outer pyrrol N-atoms are susceptible to protonation and deprotonation reactions, allowing the modulation of their electronic properties simply by controlling the pH of the solution. In general, the protonation perturbed more significantly the photochemical properties than the deprotonation. The neutral species exhibit intense absorption bands in the phototherapeutical range (600 to 750 nm), associated with a high singlet oxygen sensitization quantum yield (ΦΔ> 0,90 for the Ag(lII) complex). Furthermore, a photodecomposition process due to the reaction with 1O2 was also identified. Both ΦΔ and photodecomposition are influenced by the metal ion coordinated to the doubly N-confused porphyrin ring. The coordination of Ag(lIl) and Cu(lII) increased ΦΔ, probably due to the enhancement of intersystem crossing quantum yield associated with the heavy atom effects. However, AgHN2CP is much more stable than CuHN2CP or the free-base, but the reasons are not clear and should be further investigated. The above results clearly evidence the superior properties of the Ag(lIl) complex as photosensitizer for PDT applications. The 20 cationic pyridylporphyrin derivatives are much soluble in water and experiments directed to biological applications could be carried out. Accordingly, in addition to the quantum yield for singlet oxygen generation(1O2), the effect of the stereochemistry and number and position of the electrically charged substituents on the binding constants and photooxidative damage on erythrocytes, lipossomes, mitochondria and HeLa cells were evaluated. The ΦΔ values were constant in the case of the N-3-methylpyridinium derivatives but inversely proportional to the number of positive charges for the N-4-methylpyridinium derivatives. This was assigned to an increase of aggregation of the sensitizers as the number of meso-phenyl rings and the lipophylicity increase. The partition coefficients in n-octanol/water (logPOA) corroborate that assertion showing a linear correlation with increasing of the number of phenyl groups. The binding efficiency towards the mitochondrial, lipossomal and cellular membrane and the photo-induced lipidic peroxidation processes were directly proportional to the logPOA, except for the ruthenated porphyrins. This last behavior may be associated with the dissociation reactions of the rutheniumpyridylporphyrin bond in the physiologic solution. Accordingly, those experiments were carried out only with the methylpyridynium derivatives. For the first time, we showed inequivocally that the interaction of the methyllated porphyrins with mitochondria are significantly influenced by the membrane potential. In fact, when the mitochondria was energized a 15% increase was observed in the binding constants of 3P2cMe in comparison with teh results with decoupled mitochondria. Also, the amount of bond porphyrin sensitizer decreased as the number of methylpyridynium groups was increased, following the same tendency as above. The behavior of the cis (3P2cMe) and trans (3P2tMe) isomers didn\'t follow the general tendency for the other derivatives in a series, such that the binding constants of the cis isomers were always about twice higher than for the trans, which were much higher than predicted by the general behavior. This means that they can associate more strongly and penetrate deeper in the membrane than the more charged porphyrin derivatives. In particular, the cis species is amphiphilic, i.e. possess an adequate structure for that interaction. The results presented in this thesis showed conclusively that the two series of meso-phenylpyridylporphyrins are adequate for the investigation of the effect of the stereochemistry on the bonding ability and photodynamic properties of those photosensitizers. This is particularly true due to the possibility of modulating the ratio between hydrophobicitylhydrophylicity and the stereochemistry without influencing significantly the quantum yield for 1O2 generation. The meta- series showed an advantage over the conventionally used para- series of methylpyridynium porphyrins because it is more soluble and shows lesser tendency to aggregate. In condusion, the amphiphilic 3P2cMe is the species with the highest potentiallity as por sensitizer because of its high binding constants, low tendency to associate and high ΦΔ.

[pt] Vários complexos metálicos têm sido identificados como alvos para a ligação de óxido nítrico. Para que esses complexos possam ser usados com eficiência e segurança em aplicações medicinais, tem-se como meta compreender suas propriedades cinéticas e estruturais em modelos cada vez mais realísticos. Neste trabalho foram utilizadas as técnicas de absorção ótica e de ressonância paramagnética eletrônica para estudar a nitrosilação de duas porfirinas férricas solúveis em água, FeTMPyP, porfirina catiônica, e FeTPPS4, porfirina aniônica, pelo doador de óxido nítrico S-nitroso-acetilpenicilamina (SNAP). Foram obtidas as taxas de formação dos complexos nitrosilados em função da concentração de SNAP. Foram encontradas as constantes cinéticas de segunda ordem para ambas porfirinas. A semelhança entre essas constantes, KTMPyP = 0.84 x 10(3) M(-1)s(-1) e KTPPS4 = 0.97 x 10(3) M(-1)s(-1), sugeriram que o mecanismo da reação é independente da natureza dos meso substituintes das porfirinas. Demonstrou-se que a nitrosilação por SNAP é diferente daquela obtida por reação com NO e propô-se um mecanismo para a reação. A reação foi investigada na presença de oxigênio. Ao contrário do que acontece com gás NO, SNAP foi capaz de produzir ferro-porfirinas nitrosiladas em ambiente aeróbico. A influência da interação com micelas iônicas na estabilidade dos complexos foi avaliada em atomosfera aeróbica. A associação das forro-porfirinas com albumina sérica bovina e sua influência de fatores eletrostáticos na ligação da ferro-porfirina com a BSA. A interação com BSA exerceu forte influência sobre as taxas de / [en] Serveal metalic complexes have been identified as tergets for the binding of nitric oxide. In order that these complexes can be efficiently and safely used in medical applications, it is important to understand their kinetic and structural properties in realistic models. In this work, the optical absorption and electron paramagnetic resonance techniques were used to study the nitrosylation of two water soluble ferric porphyrins, FeTMPyP, cationic, and FeTPPS4, anionic, by the NO donor S-nitrous- Nacetylpenecillamine (SNAP). For both porphyrins, nitrosylation rates as a function of SNAP concentration were obtained, and the second order rate constants were found. The similarity between these constants, KTMPYP = 0.84 x 10(3) M(-1)s(-1) and KTPPS4 = 0.97 x 10(3) M(-1)s(-1), suggests a mechanism independent of the nature of the porphyrin meso-substituents. It was demonstrated tha the nitrosylation by SNAP is different from that by NO gas, and a reaction mechanism was proposed. The reaction was also studied in aerobic environment. In contrast to NO gas, SNAP was able to produce nitrosylated iron porphyrins even in the presence of oxygen. The influence of ionic micelles on the stability of nitrosylated complexes was evaluated. The association of iron porphyrins with BSA and its influence on nitrosylation by SNAP were studied. The results demonstrated strong electrostatic influence on the binding of iron porphyrins to BSA. The interaction with BSA influenced the nitrosylation rates. The nitrosylated porphyrins were characterized by EPR spectroscopy.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-06-28T12:13:34Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5054699 bytes, checksum: b0c36e922ea87a1775b247b54f1978c1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-28T12:13:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5054699 bytes, checksum: b0c36e922ea87a1775b247b54f1978c1 (MD5) Previous issue date: 2016-02-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / In this work, cytochrome P450-inspired biomimetic oxidation systems were developed for aliphatic C–H bond activation and triclosan oxidation. Heterogenization of Mn(III) N-pyridylporphyrin derivatives onto silica gel resulted in three groups of catalysts. Immobilization of Mn(III) N-pyridylporphyrins (MnT-X-PyPCl, X = 2, 3, 4) on chloropropylfunctionalized silica gel (Sil-Cl) yielded the first group of catalysts, Sil-Cl/MnT-X-PyPCl. The second group was prepared by in situ methylation of Sil-Cl/MnT-X-PyPCl materials resulting in the Sil-Cl/MnT-X-PyPCl/MeOTs materials. Finally the third group of catalysts were prepared via electrostatic immobilization of Mn(III) N-methylpyridiniumporphyrins (MnTM-X-PyPCl5, X = 2, 3, 4) onto unfunctionalized silica gel to yield SiO2/MnTM-XPyPCl5 (X = 2, 3, 4). These materials were studied as catalysts for iodosylbenzene-based hydroxylation reactions of the model substrate cyclohexane. The heterogenized catalysts proved to be more efficient, selective and oxidatively stable than the corresponding homogeneous systems for cyclohexane oxidation. No significant loss in catalytic efficiency was observed upon recycling of these materials. The increase in Mn(III)/Mn(II) reduction potentials associated with the alkylation of the pyridyl moieties of Sil-Cl/MnT-XPyPCl/MeOTs (X = 2, 3, 4) materials did not result in significant changes in catalytic efficiency as compared with the non-methylated starting materials Sil-Cl/MnT-X-PyPCl (X = 2, 3, 4). The PhIO-oxidation of the emerging contaminant triclosan under homogenous conditions was carried out using Mn porphyrins as biomimetic catalysts for P450-based xenobiotic degradation. The second generation catalyst Mn(III) meso-tetrakis(2,6- dichlorophenyl)porphyrin chloride, MnTDCPPCl, was more efficient and oxidatively stable than its first generation analogue Mn(III) meso-tetraphenylporphyrin chloride, which was considerably destroyed during the reactions. GC-FID, HPLC-DAD and LC-MS/MS analyses were used to confirm the formation of two products already identified as in vivo metabolites of triclosan: 4-chlorocatechol and 2,4-dichlorophenol. LC-MS/MS spectra of reation mixture indicated the formation of four additional triclosan degradation products (m/z 270, 323, 448, and 483), whose structural identity and biological relevance have yet to be confirmed. / Neste trabalho foram desenvolvidos modelos biomiméticos dos citocromos P450 pela heterogeneização das N-piridilporfirinas de Mn(III) em sílica-gel, resultando em três classes de catalisadores. A primeira classe descreve a imobilização das N-piridilporfirinas de Mn(III) (MnT-X-PyPCl, X = 2, 3, 4) em sílica-gel funcionalizada com o grupo cloropropila (Sil-Cl), a segunda classe envolve a metilação in situ dos materiais obtidos anteriormente e a terceira classe corresponde ao ancoramento eletrostático das N-metilpiridinioporfirinas de Mn(III) (MnTM-X-PyPCl5, X = 2, 3, 4) em sílica-gel in natura, sendo denominados como Sil-Cl/MnT-X-PyPCl, Sil-Cl/MnT-X-PyPCl/MeOTs e SiO2/MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4), respectivamente. Estes materiais foram empregados em reações de hidroxilação do substrato modelo cicloexano por iodosilbenzeno (PhIO). Os catalisadores heterogeneizados mostram-se mais eficientes, seletivos e resistentes à destruição catalítica do que os sistemas em fase homogênea, além de não serem observadas perdas significativas na eficiência catalítica após reúsos desses materiais. O aumento do potencial de redução Mn(III)/Mn(II) associado ao aumento do grau de alquilação nos catalisadores Sil-Cl/MnT-X-PyPCl/MeOTs (X = 2, 3, 4) não levaram a alterações significativas na eficiência catalítica desses materiais em comparação aos materiais de partida Sil-Cl/MnT-X-PyPCl (X = 2, 3, 4). A investigação da atividade catalítica das Mn-porfirinas de primeira e segunda geração, cloreto de mesotetrafenilporfirinatomanganês (III) (MnTPPCl) e cloreto de meso-tetraquis(2,6- diclorofenil)porfirinatomanganês (III) (MnTDCPPCl), na oxidação do contaminante emergente triclosan revelou que estes modelos biomiméticos podem efetuar a degradação deste xenobiótico. A MnTDCPPCl mostrou-se mais eficiente do que seu análogo de primeira geração MnTPPCl, que foi mais degradado durante as reações. Pelas técnicas de GC-FID, HPLC-DAD e LC-MS/MS foi possível confirmar a formação de dois produtos já identificados na literatura como metabólitos in vivo: 4-clorocatecol e 2,4-diclorofenol. Ainda por LC/MS-MS pode-se identificar a formação de mais quatro produtos de degradação do triclosan ainda não definidos (m/z 270, 323, 448 e 483)

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 8221472 bytes, checksum: cac315a193674c3a77482441306e409a (MD5) Previous issue date: 2013-11-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / An alternative route for the synthesis of the three isomers of Mn(III) N-metylpyridylporphyrins, MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4) was developed by the direct methylation of MnT-X-PyPCl (X = 2, 3, 4) with methyl tosylate; this methodology may be adapted for preparing the longer-alkyl-chain analogues. The investigation of the thermal stability of the potent redox modulator Mn(III) meso-tetrakis(N-ethylpyridinium-2- yl)porphyrin chloride (MnTE-2-PyPCl5) showed that the thermal decomposition of MnTE-2-PyPCl5∙11H2O under air occurs in three successive steps: dehydration, dealkylation (ethyl chloride loss) and combustion, to yield Mn oxide as final residue. Heating MnTE-2-PyPCl5∙11H2O up to ~100 ºC leads to dehydration, but with no effect onto the catalytic SOD activity after rehydration/dissolution. Heating the sample at temperatures above 100 ºC leads to dealkylation, which affects catalytic and biological properties. The immobilization of the neutral Mn porphyrins (MnPs) MnT-X-PyPCl (X = 2, 3, 4) covalently onto chloropropyl silica-gel (Sil-Cl) or the cationic MnPs MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4) electrostatically into sodium vermiculite (verm) yielded stable biomimetic models of cytochromes P450. The resulting materials, Sil-Cl/MnT-X-PyPCl e verm/MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4), were used as oxidation catalyst for hydroxylation of cyclohexane and adamantane by iodosylbenzene. The heterogeneous systems were more efficient, selective, and oxidatively stable than the homogeneous counterparts, and could be reused three times with no significant loss in efficiency. The use of more drastic conditions (i.e., large excess of PhIO), led to considerable decrease in efficiency, which was partial recovered upon catalyst reuse uner milder conditions, indicating that the support protects the supported MnP against oxidative degradation. The materials efficiently catalyzed the oxidation of cyclohexanol to cyclohexanone, suggesting that the ketone observed during cyclohexane hydroxylation may result, at least partially, from cyclohexanol oxidation. The covalent bond between Sil-Cl and MnPs via N-pyridyl moiety allowed the preparation of efficient and stable catalysts, even with first generation, simple MnPs, such as MnT-X-PyPCl (X = 2, 3, 4). Vermiculite was revealed as a simple and effective support for rapid and qualitative immobilization of cationic MnPs, MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4). Grinding of the vermiculite-based materials decreased the crystallinity of the systems, which was followed by an increase in the catalytic efficiency of the meta and para isomers verm/MnTM-X-PyPCl5 (X = 3 and 4), but did not affect of the high efficiency of the immobilized ortho isomer (verm/MnTM-2-PyPCl5), whose resistance to oxidative destruction and/or leaching was, additionally, higher than that of the other isomers. / Neste trabalho foi desenvolvida uma rota alternativa para obtenção dos três isômeros das N-metilpiridinioporfirinas de Mn(III), MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4), a partir da metilação direta dos complexos MnT-X-PyPCl (X = 2, 3, 4) com tosilato de metila; esta metodologia pode ser adaptada para obtenção de derivados alquilas de cadeias maiores. A investigação da estabilidade térmica do modulador redox potente cloreto de meso-tetraquis(N-etilpiridinio-2-il)porfirinatomanganês(III) (MnTE-2-PyPCl5) revelou que a decomposição térmica da MnTE-2-PyPCl5∙11H2O em ar ocorre em três etapas sucessivas, associadas à desidratação, desalquilação (perda dos grupos EtCl) e combustão, levando a óxidos de Mn como resíduo final. O aquecimento da MnTE-2- PyPCl5∙11H2O até ~100 °C leva à desidratação, mas não afeta a atividade catalítica SOD após a re-hidratação/dissolução. O aquecimento da amostra à temperatura elevada (>100 oC) leva à desalquilação e compromete as propriedades catalíticas e biológicas da amostra. O desenvolvimento de modelos biomiméticos dos citocromos P450 pela heterogeneização covalente das Mn-porfirinas (MnPs) neutras MnT-X-PyPCl (X = 2, 3, 4) na sílica cloropropil (Sil-Cl) e pela heterogeneização eletrostática das MnPs catiônicas MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4) na vermiculita de sódio (verm) foi estudado. Os materiais resultantes, Sil-Cl/MnT-X-PyPCl e verm/MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4), foram empregados como catalisadores em reações de hidroxilação de cicloexano e adamantano por iodosilbenzeno (PhIO). Os catalisadores heterogeneizados foram mais eficientes, seletivos e resistentes à destruição oxidativa do que os catalisadores em meio homogêneo, e foram reutilizados por três vezes sem perda significativa na eficiência catalítica. Sob condições mais drásticas, com o uso de grande excesso de PhIO, há diminuição considerável da eficiência, mas os catalisadores imobilizados puderam ser reutilizados com recuperação parcial da eficiência, o que indica que o suporte exerce proteção das MnPs contra degradação oxidativa. Os catalisadores heterogeneizados foram eficientes ao catalisar a oxidação do cicloexanol à cicloexanona, sugerindo que a cetona observada nas hidroxilações pode advir da oxidação seqüencial, cicloexano-cicloexanol-cicloexanona. A ligação covalente entre a Sil-Cl e as MnPs via grupo N-piridil possibilitou a obtenção de catalisadores eficientes e estáveis, mesmo utilizando MnPs simples de primeira geração, MnT-X-PyPCl (X = 2, 3, 4). Já a vermiculita mostrou-se um suporte simples e efetivo para imobilização rápida e quantitativa de MnPs catiônicas, MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4). A pulverização dos materiais à base de vermiculita diminuiu a cristalinidade dos sistemas, promoveu um aumento na eficiência dos isômeros meta e para (verm/MnTM-X-PyPCl5, X = 3 e 4), mas não modificou a alta eficiência do isômero orto imobilizado (verm/MnTM-2-PyPCl5), cuja resistência à destruição oxidativa e/ou lixiviação foi superior à dos outros isômeros.

Nesta tese foram desenvolvidos sensores amperométricos baseados em porfirinas supramoleculares e hidróxido de níquel nanoestruturado e estabilizado na fase alfa, bem como novos materiais baseados em hidróxidos mistos de níquel e cobalto nanoetruturados e estabilizados na fase alfa. Também, um analisador FIA amperométrico, foi desenvolvido em colaboração com o Laboratório de Instrumentação Analítica do IQ-USP, para a determinação e quantificação de SO2 livre em amostras reais, como vinhos, águas de coco e sucos de frutas. Os sensores amperométricos baseados em porfirinas supramoleculares foram empregados na determinação de SO2 livre, presente em sucos de frutas e águas de coco, utilizando um sistema FIA amperométrico. O sistema FIA amperométrico foi constituído de um injetor manual, uma cela amperométrica em fluxo integrada a uma unidade de difusão de gases e um fluxo de uma solução de ácido sulfúrico e de uma solução de eletrólito. Possíveis interferentes como ácido ascórbico, catecol, glicose e benzoato de sódio foram avaliados antes de iniciar as análises das amostras reais. Os resultados das análises foram comparados com o método oficial Monier-Williams. Os níveis de SO2 livre encontrados nas amostras estavam de acordo com o que é preconizado pela Legislação Brasileira. Os eletrodos de FTO, modificados com hidróxido de níquel estabilizado na fase alfa, foram utilizados como sensores amperométricos para a determinação de glicose, usando um sistema FIA amperométrico. Estes sensores apresentaram excelentes respostas lineares em concentrações inferiores a 100 µM. Ainda estes sensores têm apresentado uma sensibilidade específica muito elevada para a glicose, provavelmente associada com a sua natureza nanoestruturada, e consequêntemente sua área superficial aumentada. No entanto o eletrodo modificado apresentou uma tendência de mudar de fase, da fase meta-estável alfa para a fase termodinamicamente estável beta, com o aumento da concentração de glicose. Novos materiais baseados em hidróxidos mistos de níquel e cobalto estabilizados na fase alfa também foram desenvolvidos. A partir de técnicas como difratometria de raio-x e Microbalança Eletroquímica de Cristal de Quartzo (MECQ) foi possível determinar a fase polimórfica dos materiais. Técnicas como AFM e MEV demonstraram que estes materiais são formados por nanopartículas com tamanhos de 5 nm. Estes nanomateriais apresentaram uma maior quantidade de carga específica, em comparação com o hidróxido de níquel puro. E por último um analisador FIA amperométrico automatizado foi desenvolvido para a realização de análises de SO2 livre em amostras líquidas. Este analisador é composto por reservatórios de soluções, sistema de amostragem, sistema de propulsão das soluções, cela FIA amperométrica integrada a uma unidade de difusão de gases, um sensor amperométrico, além de placas controladoras, mini-potenciostato e um software para controlar o equipamento. Uma elevada reprodutibilidade foi alcançada para análises sequenciais de uma amostra, mas quando a amostra foi trocada a reprodutibilidade foi muito baixa, sendo necessário mais desenvolvimento do sistema FIA automatizado nesta área. / New nanomaterials based on mixed nickel and cobalt hydroxides stabilized in the alpha phase, as well as amperometric sensors based on supramolecular porphyrins and stabilized alpha nickel hydroxide were developed in this thesis. An amperometric FIA sulfite analyzer was also developed in colaboration with of Group of Analytical Instrumentation of IQ-USP, for determination of free SO2 present in liquid samples such as wine, coconut water and fruit juices. The amperometric FIA system is constituted by manual injector, amperometric FIA cell with integrated gas diffusion unit and amperometric sensor based on supramolecular porphyrins, whereas sulfuric acid and electrolyte were used as reactive and carrier solution. Some species such as ascorbic acid, cathecol, glucose and sodium benzoate were evaluated as possible interferents before starting the analyses of real samples. The results were compared with those obtained with the official Monier-Williams method. The concentrations of free SO2 found in fruit juices and coconut water were in accordance with Brazilian law. The amperometric FIA sensors for determination of glucose were based on FTO electrodes modified stabilized alpha nickel hydroxide, which presented excellent linear responses at concentrations below 100 µM. These sensors have shown a very high specific sensitivity for glucose probably associated with their nanostructured nature, and consequent enhanced surface area. Nevertheless, the electrode material was shown to have an increasing tendency to change from alpha to the beta phase as function of the glucose concentration. New materials based on mixed nickel and cobalt hydroxides, stabilized in the alpha phase was prepared and characterized by techniques such as X-ray diffraction, thermogravimetric analysis and Electrochemical Quartz Crystal Microbalance to determine their polymorphic phase. The nanostructured nature of the mixed nickel and cobalt hydroxide materials was confirmed by microscopy techniques such as AFM and SEM. These new materials showed a high specific charge, in fact higher than of nanostructured stabilized alpha nickel hydroxide. An amperometric FIA sulfite analyzer system for liquid samples consisting of solution reservoirs, a sampling system, a solution propulsion system, an amperometric FIA cell with integrated gas diffusion unit, an amperometric sensor based on supramolecular porphyrins, in addition to controller boards, a mini-potentiostat and control software, was developed and tested for determination of free SO2. High reproducibility was achieved for sequential analyses of a sample but the reproducibility after exchange of samples was relatively low, needing further developments in the sampling system.

Nesta tese foram desenvolvidos sensores amperométricos baseados em porfirinas supramoleculares e hidróxido de níquel nanoestruturado e estabilizado na fase alfa, bem como novos materiais baseados em hidróxidos mistos de níquel e cobalto nanoetruturados e estabilizados na fase alfa. Também, um analisador FIA amperométrico, foi desenvolvido em colaboração com o Laboratório de Instrumentação Analítica do IQ-USP, para a determinação e quantificação de SO2 livre em amostras reais, como vinhos, águas de coco e sucos de frutas. Os sensores amperométricos baseados em porfirinas supramoleculares foram empregados na determinação de SO2 livre, presente em sucos de frutas e águas de coco, utilizando um sistema FIA amperométrico. O sistema FIA amperométrico foi constituído de um injetor manual, uma cela amperométrica em fluxo integrada a uma unidade de difusão de gases e um fluxo de uma solução de ácido sulfúrico e de uma solução de eletrólito. Possíveis interferentes como ácido ascórbico, catecol, glicose e benzoato de sódio foram avaliados antes de iniciar as análises das amostras reais. Os resultados das análises foram comparados com o método oficial Monier-Williams. Os níveis de SO2 livre encontrados nas amostras estavam de acordo com o que é preconizado pela Legislação Brasileira. Os eletrodos de FTO, modificados com hidróxido de níquel estabilizado na fase alfa, foram utilizados como sensores amperométricos para a determinação de glicose, usando um sistema FIA amperométrico. Estes sensores apresentaram excelentes respostas lineares em concentrações inferiores a 100 µM. Ainda estes sensores têm apresentado uma sensibilidade específica muito elevada para a glicose, provavelmente associada com a sua natureza nanoestruturada, e consequêntemente sua área superficial aumentada. No entanto o eletrodo modificado apresentou uma tendência de mudar de fase, da fase meta-estável alfa para a fase termodinamicamente estável beta, com o aumento da concentração de glicose. Novos materiais baseados em hidróxidos mistos de níquel e cobalto estabilizados na fase alfa também foram desenvolvidos. A partir de técnicas como difratometria de raio-x e Microbalança Eletroquímica de Cristal de Quartzo (MECQ) foi possível determinar a fase polimórfica dos materiais. Técnicas como AFM e MEV demonstraram que estes materiais são formados por nanopartículas com tamanhos de 5 nm. Estes nanomateriais apresentaram uma maior quantidade de carga específica, em comparação com o hidróxido de níquel puro. E por último um analisador FIA amperométrico automatizado foi desenvolvido para a realização de análises de SO2 livre em amostras líquidas. Este analisador é composto por reservatórios de soluções, sistema de amostragem, sistema de propulsão das soluções, cela FIA amperométrica integrada a uma unidade de difusão de gases, um sensor amperométrico, além de placas controladoras, mini-potenciostato e um software para controlar o equipamento. Uma elevada reprodutibilidade foi alcançada para análises sequenciais de uma amostra, mas quando a amostra foi trocada a reprodutibilidade foi muito baixa, sendo necessário mais desenvolvimento do sistema FIA automatizado nesta área. / New nanomaterials based on mixed nickel and cobalt hydroxides stabilized in the alpha phase, as well as amperometric sensors based on supramolecular porphyrins and stabilized alpha nickel hydroxide were developed in this thesis. An amperometric FIA sulfite analyzer was also developed in colaboration with of Group of Analytical Instrumentation of IQ-USP, for determination of free SO2 present in liquid samples such as wine, coconut water and fruit juices. The amperometric FIA system is constituted by manual injector, amperometric FIA cell with integrated gas diffusion unit and amperometric sensor based on supramolecular porphyrins, whereas sulfuric acid and electrolyte were used as reactive and carrier solution. Some species such as ascorbic acid, cathecol, glucose and sodium benzoate were evaluated as possible interferents before starting the analyses of real samples. The results were compared with those obtained with the official Monier-Williams method. The concentrations of free SO2 found in fruit juices and coconut water were in accordance with Brazilian law. The amperometric FIA sensors for determination of glucose were based on FTO electrodes modified stabilized alpha nickel hydroxide, which presented excellent linear responses at concentrations below 100 µM. These sensors have shown a very high specific sensitivity for glucose probably associated with their nanostructured nature, and consequent enhanced surface area. Nevertheless, the electrode material was shown to have an increasing tendency to change from alpha to the beta phase as function of the glucose concentration. New materials based on mixed nickel and cobalt hydroxides, stabilized in the alpha phase was prepared and characterized by techniques such as X-ray diffraction, thermogravimetric analysis and Electrochemical Quartz Crystal Microbalance to determine their polymorphic phase. The nanostructured nature of the mixed nickel and cobalt hydroxide materials was confirmed by microscopy techniques such as AFM and SEM. These new materials showed a high specific charge, in fact higher than of nanostructured stabilized alpha nickel hydroxide. An amperometric FIA sulfite analyzer system for liquid samples consisting of solution reservoirs, a sampling system, a solution propulsion system, an amperometric FIA cell with integrated gas diffusion unit, an amperometric sensor based on supramolecular porphyrins, in addition to controller boards, a mini-potentiostat and control software, was developed and tested for determination of free SO2. High reproducibility was achieved for sequential analyses of a sample but the reproducibility after exchange of samples was relatively low, needing further developments in the sampling system.