Este trabalho visa determinar a estrutura e a reatividade de íons [C2H5S]+, fragmentos comuns em espectros de massa, através de reações íon-molécula em fase gasosa. Identificaram-se diferentes estruturas isoméricas, para íons com composição formal [C2,H5,S]+, com reatividades distintas. Verificou-se que os íons [C2H5S]+ obtidos por fragmentação do íon molecular do metiletilsulfeto reagem por três caminhos independentes com seu precursor neutro: a) abstração de hidreto; b) transferência de carga; c) transferência de próton. A cinética desta reação, estudada por ressonância ciclotrônica de íons por transformada de Fourier, sugere a presença de mais de um isômero do íon reagente. As reações de abstração de hidreto e transferência de próton são consistentes com as estruturas CH2=S+-CH3 e CH3CH=SH+, respectivamente, enquanto que a reação de transferência de carga indica a presença do cátion tioetóxi (CH3CH2S+), estável apenas em estado triplete. Estudos usando CD3SC2H5 demonstram que a reação de transferência de carga é promovida por cátions formados a partir da quebra da ligação C-S. Cálculos indicam que durante este caminho de fragmentação há uma tendência de se formar um íon em estado triplete, no entanto, é a primeira vez que se demostra isto experimentalmente. Isolando individualmente cada um dos diversos isômeros, verificou-se que o íon sulfônio reage essencialmente por abstração de hidreto e/ou transferência de grupos metilênicos, enquanto que o tioacetaldeído protonado e o tiirano protonado reagem, principalmente, por transferência de próton. Dependendo da forma como os íons são obtidos (ionização química ou eletrônica), e das propriedades termoquímicas dos substratos, verifica-se que estes íons podem reagir por outros caminhos, provavelmente por um mecanismo de isomerização bimolecular. A observação de que é possível gerar íons CH3CH2S+, no estado triplete, cuja vida média é de pelo menos centenas de milisegundos sugere a possibilidade da observação de outros cátions semelhantes. / This thesis describes a series of simple gas-phase ion-molecule reactions of [C2H5S]+ ions aimed at elucidating the structure of these ions. Different isomeric structures were identified according to their reactivity. These ions obtained by electron ionization from CH3SC2H5 at 13 eV undergo three distinct low pressure reactions with the parent neutral: hydride abstraction, proton transfer and charge transfer. The kinetics of these reactions studied by FT-ICR techniques suggests the [C2H5S]+ species to be a mixture of isomers. While hydride abstraction and proton transfer are consistent with CH2=S+-CH3 and CH3CH=SH+, the observed charge transfer argues for the presence of thioethoxy cation (CH3CH2S+), predicted to be stable only in the triplet state. Studies using CD3SC2H5+ show that charge-transfer reactions are promoted by cations originating from a S-C bond cleavage. Calculations of the primary fragmentation pathways of the molecular ion reveal the tendency to generate triplet thioethoxy cation. However, this is the first time that these long lived cations have been observed experimentally. The reactions of each isolated isomer show that the sulfonium ion reacts basically by hydride abstraction and methylene transfer, while protonated tioacetaldehyde and protonated tiirane react by proton transfer. Depending on how the [C2H5S]+ ions are obtained ( chemical or electronic ionization) and the thermochemical properties of the neutral substrates, these ions undergo different reaction pathways, probably by a bimolecular isomerization mechanism. The observation of these long-lived cations suggests that other thioalkoxy cations may also be amenable to experimental observation.

Este trabalho visa determinar a estrutura e a reatividade de íons [C2H5S]+, fragmentos comuns em espectros de massa, através de reações íon-molécula em fase gasosa. Identificaram-se diferentes estruturas isoméricas, para íons com composição formal [C2,H5,S]+, com reatividades distintas. Verificou-se que os íons [C2H5S]+ obtidos por fragmentação do íon molecular do metiletilsulfeto reagem por três caminhos independentes com seu precursor neutro: a) abstração de hidreto; b) transferência de carga; c) transferência de próton. A cinética desta reação, estudada por ressonância ciclotrônica de íons por transformada de Fourier, sugere a presença de mais de um isômero do íon reagente. As reações de abstração de hidreto e transferência de próton são consistentes com as estruturas CH2=S+-CH3 e CH3CH=SH+, respectivamente, enquanto que a reação de transferência de carga indica a presença do cátion tioetóxi (CH3CH2S+), estável apenas em estado triplete. Estudos usando CD3SC2H5 demonstram que a reação de transferência de carga é promovida por cátions formados a partir da quebra da ligação C-S. Cálculos indicam que durante este caminho de fragmentação há uma tendência de se formar um íon em estado triplete, no entanto, é a primeira vez que se demostra isto experimentalmente. Isolando individualmente cada um dos diversos isômeros, verificou-se que o íon sulfônio reage essencialmente por abstração de hidreto e/ou transferência de grupos metilênicos, enquanto que o tioacetaldeído protonado e o tiirano protonado reagem, principalmente, por transferência de próton. Dependendo da forma como os íons são obtidos (ionização química ou eletrônica), e das propriedades termoquímicas dos substratos, verifica-se que estes íons podem reagir por outros caminhos, provavelmente por um mecanismo de isomerização bimolecular. A observação de que é possível gerar íons CH3CH2S+, no estado triplete, cuja vida média é de pelo menos centenas de milisegundos sugere a possibilidade da observação de outros cátions semelhantes. / This thesis describes a series of simple gas-phase ion-molecule reactions of [C2H5S]+ ions aimed at elucidating the structure of these ions. Different isomeric structures were identified according to their reactivity. These ions obtained by electron ionization from CH3SC2H5 at 13 eV undergo three distinct low pressure reactions with the parent neutral: hydride abstraction, proton transfer and charge transfer. The kinetics of these reactions studied by FT-ICR techniques suggests the [C2H5S]+ species to be a mixture of isomers. While hydride abstraction and proton transfer are consistent with CH2=S+-CH3 and CH3CH=SH+, the observed charge transfer argues for the presence of thioethoxy cation (CH3CH2S+), predicted to be stable only in the triplet state. Studies using CD3SC2H5+ show that charge-transfer reactions are promoted by cations originating from a S-C bond cleavage. Calculations of the primary fragmentation pathways of the molecular ion reveal the tendency to generate triplet thioethoxy cation. However, this is the first time that these long lived cations have been observed experimentally. The reactions of each isolated isomer show that the sulfonium ion reacts basically by hydride abstraction and methylene transfer, while protonated tioacetaldehyde and protonated tiirane react by proton transfer. Depending on how the [C2H5S]+ ions are obtained ( chemical or electronic ionization) and the thermochemical properties of the neutral substrates, these ions undergo different reaction pathways, probably by a bimolecular isomerization mechanism. The observation of these long-lived cations suggests that other thioalkoxy cations may also be amenable to experimental observation.

Aminoacetona (AA) é um catabólito de Thr e Gly que se acumula nas síndromes cri-du-chat e treoninemia. Atualmente, a oxidação de AA é considerada uma das fontes alternativas de metilglioxal (MG), agente citotóxico e genotóxico, em diabetes mellitus. Em estados de deficiência metabólica, tal como o diabetes, há acúmulo de AA que, por sua vez, sofre oxidação na presença de amino oxidases sensíveis à semicarbazida (SSAO) com a produção de MG, H2O2 e NH4+. As SSAO são enzimas Cu-dependentes, cujo mecanismo de atuação ainda é pouco conhecido e possui como substrato, além de AA, metilamina (endógena) e a benzilamina (xenobiótico). AA possui um grupo amino vicinal à uma carbonila, o que sugere que ela possa sofrer enolização e oxidação catalisada por metal, produzindo espécies reativas de oxigênio (EROs), inclusive radicais HO•. A presente tese tem por objetivo esclarecer o mecanismo pelo qual AA sofre oxidação aeróbica, direta e catalisada por metal, com concomitante produção de EROs. Foi dada ênfase à catalise por ferro por sua implicação em desordens associadas com diabetes. Serão apresentados resultados que implicam AA como promotora de danos a membrana de mitocôndrias isoladas, bem como a estrutura proteica de ferritina e ceruloplasmina (CP). Como ferritina e CP estão envolvidas na homeostase de ferro, os danos causados a estas proteínas por AA possivelmente afetam o estado redox de plasma de diabéticos, contribuindo significantemente para o aumento do estresse oxidativo no diabetes. / Aminoacetone (AA) is a threonine and glycine catabolite long known to accumulate in cri-du-chat and threoninemia syndromes and, more recent1y, implicated as a contributing source of methylglyoxal (MG) in diabetes mellitus. AcetylCoA overproduction in diabetes also leads to AA accumulation. AA as well as many other endogenous (e.g., methylamine) and xenobiotic amines (e.g., benzylamine) are oxidized by dioxygen in the presence of SSAO, a group of poorly understood plasma circulating and membrane bound Cu-dependent enzymes, yielding an aldehyde, H2O2 and NH4+ ions. With AA, SSAO activity paradoxally produces the cytotoxic and genotoxic MG. AA bears an amino group vicinal to the carbonyl function and therefore is expected to undergo phosphate-catalyzed enolization and iron-catalyzed oxidation to yield reactive oxygen species (ROS), including HO• radicals. The present work aims to clarify the mechanisms by which AA undergoes direct and metal-catalyzed aerobic oxidation to yield deleterious ROS, with emphasis on the catalytic role of iron given its well-known implications in diabetes. In the present work we show that ROS generated through the aerobic oxidation of AA are able to induce damage in isolated rat liver mitochondria as well as in horse spleen ferritin (HoSF) and human ceruloplasmin (CP). The current findings of changes in HoSF and CP may contribute to explain intracellular iron-induced oxidative stress during AA accumulation in diabetes mellitus patients.

Aminoacetona (AA) é um catabólito de Thr e Gly que se acumula nas síndromes cri-du-chat e treoninemia. Atualmente, a oxidação de AA é considerada uma das fontes alternativas de metilglioxal (MG), agente citotóxico e genotóxico, em diabetes mellitus. Em estados de deficiência metabólica, tal como o diabetes, há acúmulo de AA que, por sua vez, sofre oxidação na presença de amino oxidases sensíveis à semicarbazida (SSAO) com a produção de MG, H2O2 e NH4+. As SSAO são enzimas Cu-dependentes, cujo mecanismo de atuação ainda é pouco conhecido e possui como substrato, além de AA, metilamina (endógena) e a benzilamina (xenobiótico). AA possui um grupo amino vicinal à uma carbonila, o que sugere que ela possa sofrer enolização e oxidação catalisada por metal, produzindo espécies reativas de oxigênio (EROs), inclusive radicais HO•. A presente tese tem por objetivo esclarecer o mecanismo pelo qual AA sofre oxidação aeróbica, direta e catalisada por metal, com concomitante produção de EROs. Foi dada ênfase à catalise por ferro por sua implicação em desordens associadas com diabetes. Serão apresentados resultados que implicam AA como promotora de danos a membrana de mitocôndrias isoladas, bem como a estrutura proteica de ferritina e ceruloplasmina (CP). Como ferritina e CP estão envolvidas na homeostase de ferro, os danos causados a estas proteínas por AA possivelmente afetam o estado redox de plasma de diabéticos, contribuindo significantemente para o aumento do estresse oxidativo no diabetes. / Aminoacetone (AA) is a threonine and glycine catabolite long known to accumulate in cri-du-chat and threoninemia syndromes and, more recent1y, implicated as a contributing source of methylglyoxal (MG) in diabetes mellitus. AcetylCoA overproduction in diabetes also leads to AA accumulation. AA as well as many other endogenous (e.g., methylamine) and xenobiotic amines (e.g., benzylamine) are oxidized by dioxygen in the presence of SSAO, a group of poorly understood plasma circulating and membrane bound Cu-dependent enzymes, yielding an aldehyde, H2O2 and NH4+ ions. With AA, SSAO activity paradoxally produces the cytotoxic and genotoxic MG. AA bears an amino group vicinal to the carbonyl function and therefore is expected to undergo phosphate-catalyzed enolization and iron-catalyzed oxidation to yield reactive oxygen species (ROS), including HO• radicals. The present work aims to clarify the mechanisms by which AA undergoes direct and metal-catalyzed aerobic oxidation to yield deleterious ROS, with emphasis on the catalytic role of iron given its well-known implications in diabetes. In the present work we show that ROS generated through the aerobic oxidation of AA are able to induce damage in isolated rat liver mitochondria as well as in horse spleen ferritin (HoSF) and human ceruloplasmin (CP). The current findings of changes in HoSF and CP may contribute to explain intracellular iron-induced oxidative stress during AA accumulation in diabetes mellitus patients.

Cálculos usando métodos de estrutura eletrônica (Hartree-Fock, Mõller-Plesset de segunda ordem e DFT, B3LYP) foram efetuados pelo programa Gaussian98 em microcomputadores e estações de trabalho, com o objetivo de elucidar os canais de decomposição unimolecular de éter dietílico em fase gasosa e foram comparados com valores obtidos através de aproximações baseadas na mecânica estatística pela metodologia de Benson. O éter dietílico vem sendo usado como um aditivo para o óleo diesel e combustível alternativo e o conhecimento de suas vias vias de decomposição é fundamental nestas investigações. Dezesseis modos primários, do qual, quatro ocorrem através de cisão de ligações simples C-O, C-C,C(1)-H e C(2)-H e doze ocorrendo através de estados de transição cíclicos, os quais eliminam produtos como hidrogênio etano, acetaldeído, etano, álcool etílico, metil etil éter, metano, alguns carbenos e também di-radicais, foram considerados para a determinação das barreiras de ativação, entalpias de reação, entropias de reação e energia livre de Gibbs de reação. Vias primárias ocorrendo através de cisão de ligação, não reproduziram os valores experimentais para as barreiras de ativação, mas reproduziram de modo significante, valores da entalpia da reação. Eliminação de eteno e álcool etílico, ocorrendo através de um estado de transição de quatro centros, apresentou a barreira de ativação mais baixa. Acetaldeído e eliminação de etano, ocorrendo através de quatro centros, apresentou barreira significativamente alta, mas por outro lado, a menor entalpia, ligeiramente exotérmica por -0,8 kcal.mol-1. Eliminações 1,2 de metano e carbeno ocorrendo através de três centros, junto com a eliminação 1, 1 de hidrogênio e carbeno por três centros, eliminação 2,2 hidrogênio e carbeno por três centros e eliminação 1,4 de hidrogênio, acetaldeído e eteno por seis centros, apresentaram barreiras de ativação relativamente próximas mostrando que elas são competitivas entre si. Os valores computados dos canais que ocorrem por estados de transição cíclicos foram comparados com os resultados experimentais disponíveis e discutida a validade desta abordagem computacional para o estudo de reações unimoleculares de multi-canais. Determinação de parâmetros termoquímicos, como calor de formação para espécies radicalares dos canais de decomposição primário e alguns radicais alcóxidos, junto com a estimativa de afinidade eletrônica e protônica (com a abordagem ab initio Gaussian 2 a qual estima energias eletrônicas muito precisas) foram efetuados e seus resultados foram comparados com os valores experimentais disponíveis e valores obtidos através de energias de ligação e da regra de aditividade de Benson. / Calculations using methods of electronic structure(Hartree-Fock, second order Moller-Plesset and DFT: B3LYP) had been effected through the Gaussian98 program in microcomputers and workstations, with the objective to elucidate the unimolecular decomposition channels of diethyl ether in gaseous phase. These results also had been compared to those obtained by the methodology based in statistical mechanics through Benson\'s approach. Sixteen primary ways, which, four occur through the break of simple bonds C-O, C-C,C(1)-H, C(2)-H, and twelve occur through cyclical transistion states, which eliminate products as hydrogen, ethene, acetaldehyde, ethane, ethyl alcohol, methyl ethyl ether, methane, some carbenes and also diradicals. These products had been considered to the determination of the activation barriers, enthalpies of reaction, entropies of reaction and free energy of Gibbs of reaction. Primary ways occurring through the break of bonds, had not reproduced experimental values for the activation barriers, however they had reproduced in a significant way, values of the enthalpy of the reaction. Elimination of ethene and ethyl alcohol, occurring by a transition state of four centers, presented the lowest activation barrier. Acetaldehyde and ethane elimination occurring through four centers, presented a high significantly barrier, but on the other hand it presented the smallest enthalpy, lightly exothermic above -0,8 kcal.mol-1. Eliminations 1,2 of methane and carbene occurring through three centers, together with the elimination 1,1 of hydrogen and carbene through three centers, elimination 2,2 of hydrogen and carbene through three centers and elimination 1,4 of hydrogen, acetaldehyde and ethene through six centers, had presented relatively next activation barriers, showing that they are competitive among themselves. The computed values of the channels that occur through cyclical transition states had been compared with the available experimental results and the trustworthiness of this computational boarding for the study of unimolecular reactions in multi-channel had been dicussed. Determination of thermochemical parameters, as heat of formation for radicalar species of the primary channel of decomposition and some alcoxyde radicais, together with the estimative of the electronic and protonic affinities,( with the ab initio Gaussian 2 boarding which estimate very precise eletronic energies ) and their results had been compared with the available experimental values and with values gotten through energies of bond and Benson\'s additivity rule.

Cálculos usando métodos de estrutura eletrônica (Hartree-Fock, Mõller-Plesset de segunda ordem e DFT, B3LYP) foram efetuados pelo programa Gaussian98 em microcomputadores e estações de trabalho, com o objetivo de elucidar os canais de decomposição unimolecular de éter dietílico em fase gasosa e foram comparados com valores obtidos através de aproximações baseadas na mecânica estatística pela metodologia de Benson. O éter dietílico vem sendo usado como um aditivo para o óleo diesel e combustível alternativo e o conhecimento de suas vias vias de decomposição é fundamental nestas investigações. Dezesseis modos primários, do qual, quatro ocorrem através de cisão de ligações simples C-O, C-C,C(1)-H e C(2)-H e doze ocorrendo através de estados de transição cíclicos, os quais eliminam produtos como hidrogênio etano, acetaldeído, etano, álcool etílico, metil etil éter, metano, alguns carbenos e também di-radicais, foram considerados para a determinação das barreiras de ativação, entalpias de reação, entropias de reação e energia livre de Gibbs de reação. Vias primárias ocorrendo através de cisão de ligação, não reproduziram os valores experimentais para as barreiras de ativação, mas reproduziram de modo significante, valores da entalpia da reação. Eliminação de eteno e álcool etílico, ocorrendo através de um estado de transição de quatro centros, apresentou a barreira de ativação mais baixa. Acetaldeído e eliminação de etano, ocorrendo através de quatro centros, apresentou barreira significativamente alta, mas por outro lado, a menor entalpia, ligeiramente exotérmica por -0,8 kcal.mol-1. Eliminações 1,2 de metano e carbeno ocorrendo através de três centros, junto com a eliminação 1, 1 de hidrogênio e carbeno por três centros, eliminação 2,2 hidrogênio e carbeno por três centros e eliminação 1,4 de hidrogênio, acetaldeído e eteno por seis centros, apresentaram barreiras de ativação relativamente próximas mostrando que elas são competitivas entre si. Os valores computados dos canais que ocorrem por estados de transição cíclicos foram comparados com os resultados experimentais disponíveis e discutida a validade desta abordagem computacional para o estudo de reações unimoleculares de multi-canais. Determinação de parâmetros termoquímicos, como calor de formação para espécies radicalares dos canais de decomposição primário e alguns radicais alcóxidos, junto com a estimativa de afinidade eletrônica e protônica (com a abordagem ab initio Gaussian 2 a qual estima energias eletrônicas muito precisas) foram efetuados e seus resultados foram comparados com os valores experimentais disponíveis e valores obtidos através de energias de ligação e da regra de aditividade de Benson. / Calculations using methods of electronic structure(Hartree-Fock, second order Moller-Plesset and DFT: B3LYP) had been effected through the Gaussian98 program in microcomputers and workstations, with the objective to elucidate the unimolecular decomposition channels of diethyl ether in gaseous phase. These results also had been compared to those obtained by the methodology based in statistical mechanics through Benson\'s approach. Sixteen primary ways, which, four occur through the break of simple bonds C-O, C-C,C(1)-H, C(2)-H, and twelve occur through cyclical transistion states, which eliminate products as hydrogen, ethene, acetaldehyde, ethane, ethyl alcohol, methyl ethyl ether, methane, some carbenes and also diradicals. These products had been considered to the determination of the activation barriers, enthalpies of reaction, entropies of reaction and free energy of Gibbs of reaction. Primary ways occurring through the break of bonds, had not reproduced experimental values for the activation barriers, however they had reproduced in a significant way, values of the enthalpy of the reaction. Elimination of ethene and ethyl alcohol, occurring by a transition state of four centers, presented the lowest activation barrier. Acetaldehyde and ethane elimination occurring through four centers, presented a high significantly barrier, but on the other hand it presented the smallest enthalpy, lightly exothermic above -0,8 kcal.mol-1. Eliminations 1,2 of methane and carbene occurring through three centers, together with the elimination 1,1 of hydrogen and carbene through three centers, elimination 2,2 of hydrogen and carbene through three centers and elimination 1,4 of hydrogen, acetaldehyde and ethene through six centers, had presented relatively next activation barriers, showing that they are competitive among themselves. The computed values of the channels that occur through cyclical transition states had been compared with the available experimental results and the trustworthiness of this computational boarding for the study of unimolecular reactions in multi-channel had been dicussed. Determination of thermochemical parameters, as heat of formation for radicalar species of the primary channel of decomposition and some alcoxyde radicais, together with the estimative of the electronic and protonic affinities,( with the ab initio Gaussian 2 boarding which estimate very precise eletronic energies ) and their results had been compared with the available experimental values and with values gotten through energies of bond and Benson\'s additivity rule.