Neste trabalho são relatados os resultados do emprego de nitrosilo complexos de rutênio para a preparação de materiais otencialmente liberadores de óxido nítrico. A partir deste objetivo inicial, três diferentes estratégias foram investigadas, a saber: i) preparação de um nitrosilo complexo de rutênio com o ligante 1,4,8,11-tetraazaciclotetradecano (cyclam) mono-N-substituído com um grupamento carboxipropil; ii) imobilização de uma tetraamina de rutênio com o ligante nitrosilo na superfície da sílica-gel modificada com grupamentos isonicotinamida e iii) deposição de filmes finos hibrídos orgânico-inorgânicos contendo o complexo trans-[Ru(NO)Cl(cyclam)](PF6)2, sobre a superfície do aço 316L (aço cirúrgico), utilizando o processo sol-gel. A primeira estratégia envolveu a síntese do ligante ácido 3-(1,4,8,11- tetraazaciclotetradeca-1-il)propanóico, (1-carboxipropil)cyclam, com modificações do método previamente descrito na literatura. O ligante foi purificado através de uma nova metodologia, a qual levou a um expressivo aumento no rendimento. Este ligante, bem como seu cloridrato análogo, foram caracterizados utilizando-se técnicas como ressonância magnética nuclear (RMN) de 1H e de 13C, espectrometria de massa (ESIMS), espectroscopia no infravermelho (IV) e análise elementar. Para o cloridrato também foi realizada a determinação do pKa da carboxila do substituinte. A partir da reação do ligante 1-(carboxipropil)cyclam com RuNOCl3 foi sintetizado o complexo fac-[Ru(NO)Cl2(k3N4,N8,N11(1-carboxipropil)cyclam)]ClH2O. Para efeitos de comparação também foi sintetizado o análogo trans-[Ru(NO)Cl(cyclam)](PF6)2 através da reação com RuNOCl3 e da rota descrita na literatura. O complexo fac- [Ru(NO)Cl2(k3N4,N8,N11(1-carboxipropil)cyclam)]ClH2O teve sua estrutura cristalina e molecular determinada por difração de Raios-X e foi caracterizado através de técnicas como espectrometria de massa por electrospray (ESI-MS) e espectrometria de massa por electrospray com fragmentação por impacto (ESI-MS/MS), RMN de 1H e de 13C, análise elementar, espectroscopia no IV e no ultravioleta e visível (UV-Vis). O referido complexo teve seu comportamento eletroquímico investigado. Foram estimados os valores de pKa e a labilidade dos ligantes cloreto foi investigada. Por fim foram realizados estudos preliminares de citotoxicidade deste complexo em células tumorais da linhagem B16-F10. No tocante à segunda estratégia, inicialmente foi preparada uma sílica-gel contendo grupos isonicotinamida em sua superfície, a 3-isonicotinamidapropil sílica (ISNPS). Este suporte foi preparado a partir da reação entre a 3-aminopropil sílica e o ácido isonicotínico na presença de ,3-diclohexilcarbodiimida (DCCI) em refluxo de dimetilformamida a qual levou a formação de uma ligação amida entre o grupamento amina da sílica e o ácido carboxílico da base nitrogenada. A sílica modificada foi caracterizada por análise elementar e espectroscopia no IV e teve sua área superficial específica determinada. A ISNPS foi utilizada para imobilizar a unidade [Ru(NH3)4(SO3)] através da reação com trans-[Ru(NH4)(SO2)Cl]Cl levando à obtenção do complexo imobilizado [ºSi(CH2)3(isn)Ru(NH3)4(SO3)]. A partir deste complexo foram preparados os análogos [ºSi(CH2)3(isn)Ru(NH3)4(L)]3+/2+ (L = SO2, SO4 2-, OH2 e NO), os quais foram caracterizados através de espectroscopia no IV e no UV-Vis bem com por voltametria cíclica. A síntese do nitrosilo complexo imobilizado foi realizada pela reação do aquo complexo imobilizado [ºSi(CH2)3(isn)Ru(NH3)4(H2O)]2+ pela reação com nitrito tanto em meio ácido como em tampão fosfato (pH = 7,4). Os resultados semelhantes obtidos por ambos os métodos indicam que o aquo complexo é capaz de converter o ion nitrito em NO coordenado. O nitrosilo complexo imobilizado [ºSi(CH2)3(isn)Ru(NH3)4(NO)]3+ foi investigado com relação à liberação de óxido nítrico (NO), mostrando-se capaz de liberar NO tanto por irradiação com luz quanto por redução química, gerando, respectivamente, os aquo complexos de rutênio (III) e (II). O nitrosilo complexo de rutênio imobilizado pode ser regenerado a partir destes materiais através da reação com solução de nitrito em pH 7,4. Até 3 ciclos de redução e regeneração do nitrosilo complexo imobilizado foram realizados. Observou-se que a tetraamina de rutênio é estável em relação à lixiviação e é capaz de manter a capacidade de liberar NO durante os ciclos de redução e regeneração. Por fim, a terceira estratégia envolveu inicialmente o desenvolvimento de um tratamento para a superfície do aço cirúrgico 316L. A eficiência de cada tratamento foi avaliada através de microscopia ótica e de medidas de ângulo de contato estático e dinâmico. O tratamento com melhor resultado levou à obtenção de uma superfície hidrofílica e homogênea tanto física como quimicamente, conforme observado através dos resultados de medidas de ângulo de contato estático e dinâmico e por microscopia de força atômica (AFM). Cinco diferentes filmes de silanos híbridos orgânicoinorgânicos foram depositados sobre a superfície do aço, utilizando-se o processo solgel e a técnica de spin coating. Como siloxanos foram utilizados o tetraetoxisilano (TEOS), o 3-glicidoxipropiltrimetoxisilano (Glymo) e o poli(dimetil)siloxano (PDMS) em misturas binárias. Os filmes obtidos foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (AFM), espectroscopia de reflectância especular no IV, ressonância magnética nuclear no estado sólido com rotação no ângulo mágico (RMN MAS) de 29Si e de 13C. As espessuras foram determinadas através de reflectância especular e as energias superficiais dos filmes foram determinadas através da técnica de ângulo de contato. Propriedades como adesão mecânica e estabilidade em solução dos filmes também foram avaliadas. A adesão mecânica foi investigada através de testes do tipo peel segundo normas ASTM, sendo que, dos cinco filmes avaliados, apenas um apresentou uma adesão pobre, sendo a adesão dos demais adequada. A estabilidade dos filmes em solução foi avaliada por testes de imersão estática nas temperaturas de 25 ± 1 oC e 37 ± 1 oC em tampão fosfato salino (PBS). Para a avaliação da estabilidade, a quantidade de silício liberada foi analizada por espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). A partir dos resultados obtidos na caracterização dos filmes e dos testes de adesão e estabilidade química foram escolhidas duas condições para a imoblização do complexo trans-[Ru(NO)Cl(cyclam)](PF6)2 a qual foi realizada pela incorporação do complexo no sol e posterior deposição do gel contendo o complexo sobre a superfície do aço cirúrgico por spin-coating. Os filmes assim preparados foram caracterizados por MEV, AFM, espectrocopia de reflectancia especular no IV. A espessura dos filmes foi determinada através de reflectancia especular e a energia superficial dos filmes foi obtida através de medidas de ângulo de contato. / In this work we report the results on three different strategies aiming the preparation of materials that might be used as potential nitric oxide releasing materials. In order to achieve this goal, the following approaches were conducted: i) the synthesis and characterization of a new ruthenium nitrosyl complex with cyclam ligand mono- N-substituted with a carboxypropyl pendant group; ii) the immobilization of a ruthenium tetraamine nitrosyl complex on the modified silica gel surface and iii) deposition on the surface of surgical stainless steel of hybrid organic-inorganic thin films containing the trans-[RuCl(NO)(cyclam)](PF6)2 (cyclam = 1,4,8,11- tetraazacyclotetradecane) complex prepared by the sol-gel process. Regarding the first approach, the 3-(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecan-1- yl)propionic acid ligand, 1-(carboxypropyl)cyclam, was synthesized according to a reported method with slight modifications and purified by a new method which resulted in a significant yield improvement. The 1-(carboxypropyl) ligand, as well as its tetrahydrochloride analog, was characterized by means of 1H and 13C nuclear magnetic resonance (NMR), electrospray mass spectrometry (ESI-MS), vibrational (IR) spectroscopy and elemental analysis. For the 1-(carboxypropyl)cyclam tetrahydrochloride, pKa of carboxypropyl group was determined. The complex fac- [Ru(NO)Cl2(k3N4,N8,N11(1-carboxypropyl)cyclam)]ClH2O was prepared in an one pot reaction by mixing equimolar amounts of RuNOCl3 and (1-carboxypropyl)cyclam. For comparative purposes, the analogous complex trans-[Ru(NO)Cl(cyclam)](PF6)2 was synthesized using RuNOCl3 as starting material, and, also, by a published procedure. The complex fac-[Ru(NO)Cl2(k3N4,N8,N11(1- carboxipropil)cyclam)]ClH2O was characterized by X-ray crystallography, electrospray ionization tandem mass spectrometry (ESI-MS/MS), elemental analysis, 1H and 13C NMR, ultraviolet and visible (UV-Vis) and IR spectroscopies. The electrochemical behavior and chloride inertness of the fac complex were investigated and pKa values were estimated. A preliminary investigation of the citotoxicity of this complex on B16-F10 tumor cells was performed.

Orientador: Paula Homem de Mello / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2013

Síntese, aspectos estruturais, propriedades fotoquímicas, fotofísicas e fotoindução para avaliação citotóxica in vitro de derivados de [Ru (Pc)] (PC = ftalocianina) são descritos neste trabalho. O desenvolvimento ftalocianinas utilizando anéis macrocíclicos, substituídos e não substituídos simetricamente, coordenados com o centro metálico de rutênio permitiu a obtenção de diferentes compostos. Coordenação de ligantes derivados de óxido nítrico (NO) na posição axial do rutênio (II) permitiu obter [Ru(NO)(Pc)(NO2)], um complexo liberador de NO quando submetido ao processo de redução. Os complexos foram caracterizados por FTIR, UV-Vis, 1H RMN e espectrometria de massas. As propriedades fotoquímicas de complexos como ftalocianinas de rutênio (II) têm sido investigadas por fotólise a laser em diferentes comprimentos de onda. Na irradiação de luz em 660 nm em solução aquosa aerada, observamos o fotoprocesso com a produção de oxigênio singleto. Pode-se observar a relação do rendimento quântico de oxigênio singleto e dos fotossensibilizadores utilizados para sua produção. O oxigênio singleto para [Ru (Pc-R)] segue a ordem [Ru(Pc)]> [Ru (Pc-DCBz)]> [Ru(Pc-DMX)] com DCBz = ácido 4-(3,4-dicianofenoxi) benzóico e DMX = 4,5-bis (2,5-dimetilfenoxi) ftalonitrilo. Estudos fotobiológicos são destacados com particular enfoque na irradiação de luz em 660 nm com interesse para aplicações de terapia fotodinâmica (TFD). Neste contexto, temos também a avaliação citotóxica em linhagens de células B16F10 do efeito sinérgico entre NO e oxigênio singleto quando comparado ao complexo [Ru(Pc)], um composto que é apenas produtor de oxigênio singleto. O NO parece potencializar a ação de oxigênio singleto uma vez que em ensaios de viabilidade celular, o complexo [Ru(NO)(Pc)(NO2)] é pelo menos 40% mais ativo que [Ru(Pc)], considerando 8,93 J / cm2 como uma potência. Considerando apenas a produção de oxigênio singleto encontramos a espécie [Ru(Pc-DCBz)] mais citotóxica nas linhagens B16F10 e MCF-7, sob irradiação em 660nm. Com base em todos os estudos, concluímos que citotoxicidade é dependente tanto da localização subcelular quanto do rendimento quântico de oxigênio singleto. A citotoxicidade pode ser reforçada pela produção de NO, seguido por irradiação de luz na janela terapêutica. / Synthesis, structural aspects, photochemistry, photophysical and in vitro photoinduced cytotoxic properties of [Ru(Pc)] (pc = phthalocyanine) derivatives are described in this work. Use of an unsubstituted or symmetrically substituted phthalocyanine ring coordinated to the central ruthenium allowed to obtain different compounds. Coordination of nitric oxide (NO) derivative ligands on axial position of ruthenium(II) ion permitted to obtain [Ru(NO)(Pc)(NO2)] a NO deliver agent under reduction process. The complexes were characterized by FTIR, UV-Vis, 1H NMR and mass spectrometry. The photochemical properties of (phthalocyanine)ruthenium(II) like complexes have been investigated by laser photolysis at different wavelengths. At 660 nm light irradiation in aerated aqueous solution we observed photoprocesses with singlet oxygen production. We have addressed the relationship of the singlet oxygen quantum yield and the photosensitizers used in its generation. The singlet oxygen for [Ru(Pc-R)] follows the order [Ru(Pc)] > [Ru(Pc-DCBz)] > [Ru(Pc-DMX)] with DCBz = 4-(3,4-dicianofenoxy)benzoic acid and DMX = 4,5-bis (2,5-dimethylfenoxy)ftalonitrile. Photobiological studies are highlighted with particular focus on light irradiation on 660 nm with interest for photodynamic therapy (PDT) applications. In this way we also have compared the synergism effect of NO and singlet oxygen production with [Ru(Pc)] as a compound producer of singlet oxygen only by means of cytotoxicity in B16F10 cell line. The NO seems to leverage the singlet oxygen action once [Ru(NO)(NO2)(Pc)] cell viability is at least 40 % more active than [Ru(Pc)] considering 8.93 J/cm2 as a potency. Considering only singlet oxygen production we found [Ru(Pc-DCBz)] more cytotoxic specie in B16F10 and MCF7 cell lines, under irradiation in 660 nm. Based on all studies, we have concluded that citotoxycity is dependent on subcellular localization as well singlet oxygen quantum yield. The cytotoxicity could be enhanced by NO production followed by light irradiation on the therapeutic window.

Oxido nítrico (NO) é uma molécula que participa de várias atividades fisiológicas no organismo, entre as quais incluem-se ação vasodilatadora e antitumoral. Entretanto sua resposta biológica é dependente da concentração, que quando alta apresenta citotoxicidade. Um fator limitante para sua aplicação em sistemas biológicos é seu curto tempo de meia vida no organismo, o que direcionou os estudos de complexos de rutênio-nitrosilo (RuNO) como doadores de NO. Complexos RuNO apresentam interesse especial devido suas propriedades termoestáveis e fotoquímicas. O uso da luz como um estímulo externo torna-se vantajoso pela capacidade de controlar-se a localização, o tempo de liberação da droga e a dosagem. A terapia fotodinâmica (TFD) tem sido aplicada na terapia clínica contra o câncer. TFD depende da concentração de oxigênio para a produção de espécies reativas, o que é limitado em alguns tipos de tumores devido a hipóxia. Os Pontos quânticos (PQs), semicondutor nanocristalino, destacam-se como materais funcionais com propriedade ópticas únicas dependentes do tamanho. Podem atuar como antenas na captação de luz e fotossensibilização de complexos rutênio-nitrosilo para a liberação de moléculas bioativas. Neste trabalho descrevemos a síntese e caracterização de diferentes PQs (CdS, CdSe e CdTe) utilizando diferentes agentes passivantes (ATG, TOPO e AMP)e a síntese e caracterização do complexo rutênio-nitrosilo cis-[Ru(NO)(4-amp)(bpy)2]3+ (4-amp= 4-aminopiridina; bpy = 2,2 \'bipiridina. Estudos das propriedades fotofísicas e avaliação fotoquímica da interação entre PQ e RuNO foram realizados como também a avaliação da atividade citotóxica x desta associação sobre cultura de células de melanoma murino B16-F10. As medidas das propriedades fotofísicas demonstraram interação pela supressão da fluorescência analisada pela equação de Stern-Volmer. Pela determinação do número de sítios de ligação (≈ 2) e a constante de ligação (kb) verificou-se que a interação entre as espécies apresentaram supressão da emissão em um gráfico não linear de Stern-Volmer resultante do processo de agregação entre os compostos. Os dados obtidos corroboram para o mecanismo proposto, demonstrando que cada PQ540 interage com duas moléculas de RuNO. Ainda observou-se que, sob irradiação na região do visível, em 532 nm, aumenta-se o número de mols de NO liberado de no mínimo 6 vezes quando irradiado na presença de PQs comparado à irradiação do complexo sozinho em solução. O processo de transferência eletrônica fotoinduzida foi proposto como o mecanismo fotoquímico para a liberação de NO, enquanto que o processo de transferência de energia mostrou-se desfavorável devido a não sobreposição entre os espectros de absorção do complexo nitrosilo e o espectro de emissão do PQ. As análises de imagem fluorescentes demonstraram o potencial dos PQs como marcadores celulares. As concentrações utilizadas nos experimentos não demonstraram toxicidade sobre as células de melanoma murino na ausência de luz. Porém quando irradiadas, apresentaram citotoxicidade parcial. Portanto, essa transferência pode ocorrer pela redução do NO+ para NO0, seguida pela liberação de NO ou por fotoaquação e consequente fotoredução do nitrito em solução. / Nitric oxide (NO) is a molecule involved in many physiological activities in human body among them include vasodilator and antitumoral. However, the biological response is concentration dependent and in high concentrations it causes cytotoxicity. A limiting factor for biological applications is the short half-life of NO in the body which has led to the research of nitrosyl ruthenium complexes (RuNO) as NO donors. RuNO complexes are of special interest because of their thermal stability and photochemical properties. The use of light as an external stimulus is advantageous as we can track the location, timing of drug release and dosage. Photodynamic therapy (PDT) has been used in clinical therapy for cancer treatment. PDT depends on oxygen concentrations for reactive oxygen species production what is limited in some types of tumors because of hypoxia. The Quantum dots (QDs), semiconductor nanocrystal, as functional materials, possess unique optical size-dependent properties. QDs can act as antennas in capturing light and photosensitizing ruthenium- nitrosyl complexes for release of bioactive molecules. In this work we describe the synthesis and characterization of different PQs (CdS, CdSe and CdTe) using different passivating agents (TGA, TOPO and MPA), the synthesis and characterization of ruthenium- nitrosyl complex cis-[ Ru(NO)(4- amp)( bpy )2]3+ (4 -amp = 4 - aminopyridine; bpy = 2,2 \'bipyridine ). The photophysical properties and photochemical evaluation from the interaction between QD and RuNO were done as well the citotoxicity activity from thi association on murine melanoma cell line B16-F10 . Measurements of photophysical xii properties show interactions by the quenching of fluorescence plotted with the Stern-Volmer equation. By determining the number of binding sites (≈ 2) and the binding constants ( kb ) it was found that the interaction between the species presented an emission suppression in a nonlinear curve Stern- Volmer plot resulted by the aggregation process between both compounds. The data corroborates the proposed mechanism that QD540 interacts with two molecules of RuNO. It was also observed that under irradiation in the visible region, 532 nm, that moles of NO released increases at least 6 times when irradiated in the presence of QDs compared to the irradiation of the RuNO complex alone in solution. The process of photo induced electron transfer was proposed as the mechanism for photochemical release of NO while the process of energy transfer was deemed unfavorable due to no overlap between nitrosyl complex absorption and the QD emission spectrum. The fluorescence image analysis demonstrated the potential of QDs as cell markers. The concentrations used in the experiments have not shown toxicity on murine melanoma cells in the absence of light. However when irradiated, QDs exhibited partial cytotoxicity. Therefore, this transfer may occur by the reduction of NO+ to NO0, followed by the release of NO or photoaquation and subsequent photoreduction of nitrite in solution.

A Braquiterapia oftálmica utiliza radionuclídeos, como o Rutênio-106 no tratamento de melanomas uveais e outras neoplasias oculares. Para realização desse procedimento é necessária uma interação da equipe multidisciplinar principalmente entre a Oftalmologia, Oncologia, Radioterapia, Física Médica e Enfermagem, envolvendo estrutura física e profissionais qualificados para garantir os processos e resultados do procedimento. Este estudo tem o objetivo de avaliar os primeiros tratamentos de braquiterapia oftálmica com Rutênio-106 e também estabelecer protocolos e processos para implementação da técnica em um Hospital Geral. Os resultados obtidos para os primeiros 11 casos tratados entre 2015 e 2017, sendo 10 melanomas e 1 hemangioma, evidenciaram baixa toxicidade aguda. Foram analisados 5 pacientes com seguimento de 5 a 13 meses. Houve regressão da lesão em todos os pacientes, com média de 28% no ápice e 12% na base no período de até 12 meses, sendo observado uma regressão progressiva durante o período de avaliação. Os protocolos foram utilizados e validados durante todas as etapas do tratamento. O uso do Ru-106 mostra-se alternativa viável no tratamento de lesões oculares, sendo primordial a capacitação e integração da equipe e seguimento de protocolos para o êxito do tratamento. / Ophthalmic Brachytherapy uses radionuclides, such as Ruthenium-106 in the treatment of uveal melanomas and other ocular tumors. For this procedure is necessary a multidisciplinary interaction between Ophthalmology, Oncology, Radiotherapy, Medical Physics and Nursing, involving physical structure and qualified professionals to guarantee the processes and results of the procedure. This study aims to evaluate the first ophthalmic brachytherapy treatments with ruthenium- 106 and also to establish protocols and processes for the implementation of this service in a General Hospital. The results obtained for the first 11 cases treated between 2015 and 2017, being 10 melanomas and 1 hemangioma, showed low acute toxicity. Five patients were followed up for 5 to 13 months. There was regression of the lesion in all of these patients, with a mean of 28% at the apex and 12% at the base in the period close to 1 year, with a progressive regression during the evaluation period. The protocols were used and validated during all stages of treatment. The use of 106-Ru is a viable alternative in the treatment of ocular tumors, being the team qualification and the correct follow-up of the protocols crucial for the treatment success.

Os complexos trans-[Ru(NO)(NH3)4(L)](X)3 (1), [Ru(NO)(Hedta)] (2) e seus precursores sintéticos trans-[Ru(H2O)(NH3)4(L)](X)2 (3), trans-[Ru(SO4)(NH3)4(L)](X) (4) , onde L = isn, nic, imN, 4-pic, py, P(OEt) e X = PF6 - e BF4 -, foram testados como captadores dos radicais livres DPPHo, OHo e O2 -o em meio aquoso. O potencial de oxidação do centro metálico nos complexos (1) foram estimados utilizando eletrodo de diamante dopado com boro como eletrodo de trabalho, estando situados em meio aquoso acima de 2,0 V vs. ECS (CH+ = 1,0 x 10-3, µ = 0,1 mol L-1). Os complexos (1) e (2) mostraram-se incapazes de reagir com o radical DPPHo, exceto o complexo trans-[Ru(NO)(NH3)4(P(OEt)3)]3+, que reagiu apenas em grande excesso (50 vezes) em relação ao radical DPPHo. Os complexos (3) reagiram quando em excesso ou em proporção estequiométrica. O mecanismo pelo qual esta reação ocorre é predominantemente o de transferência de elétrons. O radical OHo foi captado pelos complexos (1), sendo provavelmente o mecanismo predominante o de transferência de elétrons pela oxidação do centro metálico [Ru(NO)]3+ a [Ru(NO)]4+, compatível com o potencial de oxidação do radical OHo (acima de 2,8 V vs. ECS) reportado na literatura para este radical. As constantes de velocidade específica para estas reações foram estimadas como estando no intervalo de 108 a 1010 M-1 s-1. Não foi observada reação entre o radical OHo e os complexos (4). Os complexos (1) e (2) captam o radical O2 -o pela redução do ligante NO+ com constantes de velocidade específicas no intervalo de 2,0 ± 1,0 x 104 a 4,2 ± 1,0 x 105 M-1 s-1, em medidas efetuadas via cinética de competição com citocromo c. Após a redução, a liberação de NO foi acompanhada via eletrodo seletivo a NO e espectrofotometricamente pela reação do NO com o citocromo c. Nas condições experimentais utilizadas, não se observou a formação do íon peroxinitrito (ONOO-). Os complexos (3) e (4) não reagiram com o radical O2 -o. / The complexes trans-[Ru(NO)(NH3)4(L)](X)3 (1), [Ru(NO)(Hedta)] (2) and their synthetic precursors trans-[Ru(H2O)(NH3)4(L)](X)2 (3), trans-[Ru(SO4)(NH3)4(L)](X) (4) , where L = isn, nic, imN, 4-pic, py, P(OEt) e X = PF6 - and BF4 -, were tested as scavengers for the radicals DPPHo, OHo e O2 -o in aqueous media. The redox potential for the metal center in the complexes (1) were obtained a using boron doped diamond electrode as working electrode. The redox potentials values for ruthenium nitrosyl complexes were higher than 2,0 V vs. SCE. The complexes (1) and (2) were unable to reduce the radical DPPHo, excepted the complex ion trans-[Ru(NO)(NH3)4(P(OEt)3)]3+. The complexes (3) react with DPPHo in stoichometric proportion. Electron transfer from the oxidation of the ruthenium(II) center seems to be the reaction pathway. The OHo radical reacts with ruthenium nitrosyls, predominantly oxidizing the metal center, yielding the fragment [Ru(NO)]4+. This reaction is exothermic since the redox potential of the OHo is around 2.8 V vs. SCE. From competition kinetics the rate constant for this reaction were estimated in the range of 108 a 1010 M-1 s-1. Since the reaction between OHo radical and the complexes (4) was not observed, the hydrogen atom transfer mechanism for the scavenger of OHo by the nitrosyl complexes ca be ruled out. The complexes (1) and (2) scavenge the radical O2 -o by the reduction of the coordinated nitrosyl with specific rate constants ranging from 2,0 ± 1,0 x 104 to 4,2 ± 1,0 x 105 M-1 s-1 as probed by competitive kinetics using cytochrome c. After reduction, nitric oxide dissociation were probed ampherometricaly using a selective NO electrode or spectrophotometrically using cytochrome c as probe. Reduction of the complexes (3) by superoxide ion was not observed and may suggest the coordinated nitrosonium as the reaction site for reduction.

As propriedades da molécula de nitroxil livre e do ligante nitroxil em tetraamminas de Ru(II) (trans-[Ru(NH3)4(nitroxyl)n(L)]2+n, n = carga do nitroxil e L = NH3, py, P(OEt)3, H2O, Cl- and Br-) foram estudadas utilizando-se a teoria do funcional da densidade (DFT). De acordo com as energias calculadas para as conformações dos complexos de HNO, esses são mais estáveis do que os análogos desprotonados e a configuração singleto (trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+) é de menor energia em relação a correspondente tripleto <br /> (trans-3[Ru(NH3)4(L)HNO]2. A avaliação dos componentes &sigma; e &pi; na ligação <br /> L-Ru-HNO sugere que o aumento da estabilidade destes orbitais juntamente com o aumento das contribuições dos orbitais HNO estão correlacionacionado a menores valores de distâncias Ru-N(H)O e freqüências inferiores para os estiramentos &nu;NO. A estabilidade da ligação Ru-HNO também foi avaliada através de um estudo cinético teórico da dissociação de HNO a partir de <br /> trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+. De acordo com a ordem de estabilidade de ligação Ru-HNO em trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+ observa-se a seguinte ordem em função de L: H2O &gt; Cl- ~ Br- &gt; NH3 &gt; py &gt; P(OEt)3, que corresponde à ordem do efeito trans e influência trans medida experimentalmente para a série de L em complexos octaédricos. A mesma tendência foi também observada utilizando o modelo explícito solvente, considerando-se, assim, a presença de uma molécula de H2O juntamente com uma molécula de HNO no estado de transição. Para esta série, as energias calculadas para a ligação Ru-HNO estão no intervalo de 21,4 - 41,5 kcal.mol-1. Observou-se uma boa concordância entre os valores calculados de &Delta;G&dagger; HNO para substituição por H2O a partir do complexo trans-1[Ru(NH3)4(P(OEt)3HNO]2+ (28.5 kcal mol-1) e os dados experimentais disponíveis para reações de substituição em sistemas trans-[Ru(NH3)4(POEt)3(Lx)]2+ (19.4 e 24.0 kcal.mol-1 para Lx = isn e P(OET)3, respectivamente). Experimentos de voltametria cíclica foram realizados observando os processos de redução do ligante nitrosônio gerando nitroxil e podendo gerar amônia, o que foi também observado por cálculos envolvendo efeito de uma primeira esfera de solvatação. / The properties of free nitroxyl molecule and the nitroxyl ligand in Ru(II) tetraammines (trans-[Ru(NH3)4(nitroxyl)n(L)]2+n, n = nitroxyl charge and L = NH3, py, P(OEt)3, H2O, Cl- and Br-) were studied trough density functional theory (DFT). According to the calculated conformation energies the HNO complexes are more stable than the deprotonated analogues and the singlet configuration (trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+) is lower energy the than the corresponding triplet (trans-3[Ru(NH3)4(L)HNO]2+). Evaluation of the &sigma; and &pi; components in the L-Ru-HNO bond suggest that increased stability of these orbitals and enhanced contributions from the HNO orbitals correlate to shorter Ru-N(H)O distances and lower &nu;NO stretching frequencies. The stability of the Ru-HNO bond was also evaluated through a theoretical kinetic study on HNO dissociation from trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+. Accordingly, the order of the Ru-HNO bonding stability in trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+ as a function of L is: H2O &gt; Cl- ~ Br- &gt; NH3 &gt; py &gt; P(OEt)3, which parallels the order of the trans effect and trans influence series experimentally measured for L in octahedral complexes. The same trend was also observed using the explicit solvent model, thus considering the presence of both the HNO and H2O molecules in the transition state. For this series, the calculated bond energies for the Ru-HNO bond are in the range 21.4 to 41.5 kcal.mol-1. Good agreement was observed between the calculated &Delta;G&dagger; values for HNO substitution by H2O from the complex trans-1[Ru(NH3)4(P(OEt)3HNO]2+ (28.5 kcal mol-1) and the available experimental data for substitution reactions of trans-[Ru(NH3)4(POEt)3(Lx)]2+ (19.4 to 24.0 kcal.mol-1 for Lx = isn and P(OET)3, respectively). Cyclic voltammetry experiments were carried out observing the reduction processes of the nitrosonium ligand generating nitroxil and could generate ammonia, which was also observed by calculations involving the effect of a first sphere of solvation.

O trabalho apresentado nesta Tese tem como objetivo a elaboração de estruturas polinucleares baseadas em clusters trinucleares de rutênio. Os oligômeros estudados são opções interessantes para o desenvolvimento futuro de dispositivos supramoleculares, em função de suas propriedades fotofísicas e eletroquímicas. Um trímero e uma série de dímeros mistos foram obtidos pela combinação do cluster [Ru3O(CH3COO)6(py)2(CH3OH)]+ com complexos [Ru(bpy)2(P)(L)]+ (P = ligante de ponte N-heterocíclico; L = P, Cl ou CN). A caracterização por RMN, voltametria cíclica e espectroeletroquímica dos dímeros onde L = Cl foi utilizada como base na interpretação dos resultados obtidos para os demais complexos; os dados refletem uma interação fraca entre os fragmentos, que depende das características eletrônicas da ponte P. Nos dímeros onde L = CN, ocorre a supressão da emissão do cromóforo [Ru(bpy)2] pelo cluster através de um mecanismo de transferência de elétrons fotoinduzida. Para o cluster na forma reduzida, sugere-se também a ocorrência de transferência de energia. Na segunda parte da Tese, são apresentados sistemas policlusters contendo seis e dez unidades ligadas em ponte. As novas supermoléculas apresentam uma série de processos redox multieletrônicos e, neste caso, a comunicação eletrônica entre os centros metálicos é mais pronunciada, sendo dependente do estado de oxidação dos clusters. / The aim of the work reported is to develop polynuclear structures based on trinuclear ruthenium clusters. All the oligomers are seen as interesting options to the future development of supramolecular devices, due to their photophysical and electrochemical properties. A series of mixed dimers and one trimer were obtained by the combination of the [Ru3O(CH3COO)6(py)2(CH3OH)]+ cluster with [Ru(bpy)2(P)(L)]+ complexes (P = N-heterocyclic bridging ligand; L = P, Cl or CN). The NMR, cyclic voltammetry and spectroelectrochemical characterization of the dimers where L = Cl were used as a base to interpret the results collected for the other complexes; the data reflect a weak interaction between the units, depending on the electronic characteristics of the bridging ligand P. In the dimers where L = CN, occurs the quenching of the [Ru(bpy)2] emission by the cluster through a photoinduced electron transfer mechanism. For the cluster in its reduced form, it is suggested that an energy transfer process also occurs. On the second part of the Thesis, polycluster systems containing six and ten bridged cluster units are reported. The novel supermolecules present a series of multielectronic redox processes and, in this case, electronic communication among the metallic centers is more pronounced, depending on the clusters oxidation state.

Os sulfóxidos de rutênio(II) apresentam grande interesse em catálise oxidativa e em química medicinal. Com o intuito de contribuir para um melhor entendimento do comportamento químico e da estrutura eletrônica desta classe de compostos, realizamos, neste trabalho, um estudo sistemático da série de complexos do tipo [RuCl2(S-dmso)2Lx], onde x = 1 (compostos poliméricos) ou 2 (monômeros) e L = base N-heterocíclica (derivados de piridina, pirazina e imidazol). Os compostos foram obtidos a partir do precursor [RuCl2(S-dmso)3(O-dmso)], sendo que nos produtos das sínteses dos monômeros, há formação de misturas dos isômeros geométricos cis-Cl, cis-S, trans-N e cis-Cl, cis-S, cis-N. Os dados espectroscópicos e de microanálise não têm permitido detectar a existência destas misturas. Porém, com o auxílio conjunto das técnicas de voltametria cíclica e HPLC-fase reversa foi possível identificar e analisar os isômeros. A caracterização destes foi efetuada com base na comparação com o complexo de 2,6-dimetilpirazina, o qual foi isolado na forma cis-Cl, cis<-S, trans-N pura, e também como mistura dos dois isômeros. Em todos os derivados, o sulfóxido encontra-se coordenado via átomo de enxofre ao Ru(II) (v(SO): 1070 a 1100 cm-1). Os isômeros apresentam três bandas de transferência de carga (TC) Ru(II) &#8594; L, na região de 290 a 450 nm, conforme esperado para microssimetria C2V. As energias destas, no entanto, são menores para as espécies cis-N, evidenciando uma maior retrodoação-&#960; Ru(II) &#8594; L para os N-heterocíclicos em configuração cis. Os valores de potenciais redox (E) são altos (0,9 a 1,5 V vs EPH, em acetonitrila) devido à contribuição da retrodoação-&#960; Ru(II)&#8594; S para a estabilização do HOMO nos complexos, sendo que os isômeros trans-N são mais facilmente oxidáveis do que os cis-N. Para ambos, existem correlações lineares entre E e pKa(L), havendo uma diminuição do potencial com o aumento da capacidade &#963;-doadora de L. As correlações lineares entre E e as energias das bandas TC (ETC) também são boas, sendo observada uma diminuição no valor do potencial à medida que diminui a retrodoação-&#960; Ru(II) &#8594; L. As energias das bandas TC são maiores para os ligantes que possuem maior pKa, existindo também boa correlação linear entre ETC e pKa para os dois isômeros. O tipo de base N-heterocíclica e as posições ocupadas pelos diferentes ligantes (Cl-, dmso e L) no \"octaedro\" determinam a estabilidade e o comportamento espectroscópico e eletroquímico dos complexos. As interações inter-ligantes, nesta série, são de extrema importância, influenciando as magnitudes das retrodoações-&#960; Ru(II) &#8594; S-dmso e Ru(II) &#8594; L. A retrodoação metal&#8594; ligante é fortalecida quando o receptor- &#960; ocupa posição trans ao cloreto, que é doador-&#960;, devido às interações trans- cooperativas do tipo: doador-&#960 &#8594; Ru(II) &#8594; receptor-&#960; O sulfóxido tem grande importância para a estabilização dos niveis &#960 do rutênio. O fraco acoplamento existente entre os sítios metálicos Ru e Fe em espécies polinucleares formadas entre o [RuCl2(S-dmso)2(pirazina)2] e o íon [Fe(CN)5]3- comprova o abaixamento da energia dos níveis &#960; do Ru(II) em relação aos do Fe(II). Outro aspecto interessante na série [RuCl2(dmso)2L2] são as possibilidades de equilíbrios dissociativos em solução, devido à presença dos três tipos diferentes de ligantes. Verificou-se que o isômero trans-N de 2,6-dimetilpirazina sofre aquação térmica, com labilização preferencial do N-heterocíclico. O cloreto é o ligante mais inerte, sendo a sua saída precedida pela do dmso. / Ruthenium(II) sulfoxides are compounds of great interest in oxidative catalysis and in chemotherapy. In order to contribute for the understanding of the chemistry and electronic structure of this class of compounds, it has been studied a series of [RuCl2(S-dmso)2Lx] complexes, where x = 1 (polymeric compounds) or 2 (monomers) and L = N-heterocyclic ligands (pyridine, pyrazine and imidazole derivatives). The complexes were synthesized from [RuCl2(S-dmso)3(O-dmso)]. A mixture of geometrical isomers was obtained in the monomeric products, consisting of two species, exhibiting cis-Cl,cis-S, trans-N and cis-Cl, cis-S, cis-N configurations. Microanalysis and spectroscopical data provided no information on the existenee of the isomers. However, they were identified and characterized based on cyclic voltammetry and reversed-phase high performance liquid chromatography, by comparison with the 2,6-dimethylpyrazine derivative, which was isolated as apure trans-N isomer as well as a mixture of isomers. The dmso ligand coordenates to Ru(II) by the sulfur atom (v(SO): 1070 - 1100 cm-1) in all the complexes. Three Ru(II)&#8594; L charge transfer bands (TC) are observed in the 290 to 450 nm region, as expected for a C2V microssymmetry for both isomers. The band energies of the cis-N isomers are smaller than those of trans-N, showing that Ru(II)&#8594; L &#960-backdonation is stronger when N-heterocyclic ligands exhibit cis configuration. The redox potential values (E) are high (0,9 to 1,5 V vs EPH. (EPH) in acetonitrile) due to the contribution of the Ru(II)&#8594; S-dmso &#960;-backdonation to the HOMO stabilization. Linear correlations between E and pKa(L) can be observed for both isomers, exhibiting a decrease of the potentials with the increase in the &#963;-donor capability of L. The correlation between E and TC band energies is also good showing that as the Ru(II)&#8594; L &#960;-backdonation decreases, the E values decrease. TC band energies increase linearly with the pKa of ligands. The nature of N-heterocyclic ligand and their coordenation are of great relevance to the stability, spectroscopic and electrochemical characteristics of the complexes. The trans-interactions are extremely important in this series, influencing the strength of the Ru(II)&#8594; S-dmso and Ru(II)&#8594; L &#960;-backdonation. The dmso and L Iigands are &#960;-acceptors. The metal&#8594; ligand &#960;-backdonation is strengthened when the Iigand is trans to chloride, which is &#960;-donor, due to trans-cooperative interactions of the type: &#960;-donor &#8594; Ru(II)&#8594; &#960;-acceptor. The sulfoxide is important for the stabilization of the &#960; levels of the ruthenium ion. The weak coupling observed for the Ru and Fe metallic centers in the polynuclear species formed between the [RuCl2(S-dmso)2(pyrazine)2] complex and the [Fe(CN)5]3- ion is indicative of a decrease of the &#960;-levels of Ru(II) with respect to those of the Fe(II) ions. Another interesting aspect in the series of [RuCl2(S-dmso)2L2] complexes is the occurrence of dissociative equilibria in the solution, due to the existence of three types of ligands. It was observed that the trans-N isomer of 2,6-dimethylpyrazine derivative undergoes thermal substitution, with preferential labilization of the N-heterocyclic ligand. Chloride ion is the most inert ligand in this complex.

A síntese e a caracterização de uma série de porfirinas polinucleares, por meio de análise elementar, espectroscopia eletrônica e Raman ressonante, voltametria cíclica e espectroeletroquímica, são apresentadas nesta tese. Estas supermoléculas foram obtidas pela coordenação de quatro grupos Ru(edta)- ou Ru(bipY)2Cl+ aos resíduos piridínicos das meso-tetra(piridil)porfirinas base-livre e metaladas. As propriedades eletrocatalíticas, fotoquímicas e fotofísicas foram estudadas, dando especial atenção às propriedades supramoleculares resultantes da interação entre as porfirinas e os complexos de rutênio periféricos. Também, foi explorada a capacidade singular desses complexos de formar filmes. Estes materiais são excelentes condutores iônicos e eletrônicos, e se comportam como fotocondutores moleculares, possibilitando a conversão de energia luminosa em elétrica. A possibilidade de utilizar estes filmes na confecção de dispositivos, tais como retificadores, amplificadores e transístores, assim como, células fotoelétricas e fotoeletroquímicas, abre novas perspectivas na área da fotoeletrônica molecular. / The synthesis and characterization of a series of polynuclear porphyrins by elementary analysis, electronic and resonance Raman spectroscopy, cyclic voltanunetry and spectroelectrochemistry, are presented. Those supermolecules were obtained by attaching Ru( edta)- or Ru(bipY)2Cl+ groups to the four pyridine residues of the free-base or the metallated meso-tetra(pyridil)porphyrins. Their electrocatalytical, photochemical and photophysical properties were studied. Special attention were paid to the supramolecular properties resulting from the interaction of the porphyrin and the peripheral ruthenium complexes. The unusual ability of these complexes to form stable films was also explored. These materials are excellent ionic and electronic conductors and act as molecular photoconductors, converting light into electricity. The films can be used for the design of electronic devices such as rectifiers, amplifiers and transistors, as well as, of photoelectric and photoelectrochemical cells.