Na busca por novos materiais doadores de óxido nítrico (NO), o presente trabalho descreve o desenvolvimento de um filme à base de amido de mandioca, no qual foi incorporado um nitrosilo complexo de rutênio, e o estudo da liberação de NO nesse material. O nitrosilo complexo trans-[Ru(NH3)4(isn)NO](BF4)3 (RuNOisn; isn = isonicotinamida) apresenta a propriedade de liberar NO de forma controlada, por meio de fotólise (λirr = 310-370 nm) e de redução química. A incorporação desse complexo em filmes de amido foi realizada em condições brandas, resultando em um novo material para o armazenamento e liberação de NO, designado como CSx-RuNOisn. Os ensaios espectroscópicos indicaram que a esfera de coordenação do complexo RuNOisn permaneceu inalterada durante a produção dos filmes. A exposição de CSx-RuNOisn à luz (λirr = 355 nm) levou à liberação de NO e provavelmente à formação do fotoproduto trans [RuIII(NH3)4isn(H2O)]3+ no filme. A reação desse aquocomplexo de rutênio(III) com solução aquosa contendo nitrito de sódio regenerou o complexo de partida, RuNOisn. A identificação e quantificação do NO liberado durante a fotólise foi efetuada por meio da reação com oximioglobina. Durante o tempo de irradiação de 17 minutos, foram liberados 5,02 ± 0,12 μM de NO (10, 04 ± 0,24 nmol NO em 2 mL). Os ensaios de liberação de NO desencadeada por redução foram realizados utilizando-se L-cisteína como redutor. O fluxo de NO liberado a partir da reação com cisteína perdurou por mais de 7 horas, alcançando-se concentrações fisiologicamente relevantes, com fluxo médio de 1,9 pmol NO s-1 cm-2 de filme. Esse valor é comparável àquele produzido por células endoteliais, em que o fluxo de NO é de 1,67 pmol s-1 cm-2. Os resultados preliminares de degradação dos filmes in vivo sugerem que o material foi degradado pelo organismo em 30 dias. Todos os resultados alcançados sugerem que o filme CSx-RuNOisn é um candidato promissor para aplicações em meio biológico. Um novo complexo de rutênio contendo o ligante nitrosilsulfito (N(O)SO3 -) foi isolado, trans [Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)](X) (isn = isonicotinamida, X = PF6- ou SiPF6 2-), e a sua estrutura cristalina determinada por difração de raio-X. A síntese desse complexo foi realizada por meio da reação entre trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO)]3+ e íons sulfito (SO32-). O ataque nucleofílico do SO32- ocorreu no nitrogênio do ligante nitrosônio (NO) coordenado ao centro metálico de rutênio ([Ru-NO+]), originando o ligante O=N-SO3-: [RuNO+]3+ + SO32- →[Ru(N(O)SO3)]+. Observou-se que em meio aquoso, no intervalo de pH de 7,4 a 5,2 o complexo trans [Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ é estável, e a velocidade de decomposição (labilização do ligante isn) variou de k = 0,86 a 3,07 × 10-5 s-1. Em soluções mais ácidas (tampão ácido acético/acetato pH 4,2, 3,9, ou 1,0 M ácido trifluoroacético) o complexo trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ decompõe-se formando o respectivo nitrosilo complexo trans- [RuII(NH3)4(isn)NO+]3+. A reação do íon trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ com íons hidróxido (OH-) dá origem ao respectivo nitro complexo trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO2)]+, que foi caracterizado por RMN de 15N e por espectroscopia eletrônica. As constantes de velocidade para essa reação são k = 6,16 ± 0,22 M-1 s-1 à T = 25oC, e k = 2,15 ± 0,07 M-1 s-1 à T = 15oC. A reação entre o nitrosilo complexo trans [RuII(NH3)4(isn)NO+]3+ e íons OH- também resulta na formação do nitro complexo trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO2)]+. Neste caso, a constante de velocidade foi estimada entre k = 47-58 M-1 s-1 à T = 25oC, e o valor obtido experimentalmente à T = 15oC foi de k = 10,53 ± 0,29 M-1 s-1. O espectro eletrônico do íon complexo trans [Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ em meio aquoso apresentou uma banda larga com λ max = 362 nm (ε ∼6000 M-1 cm-1), atribuída por cálculos teóricos às seguintes transições: transferência de carga do metal para o ligante (TCML) Ru → N(O)SO3 e Ru → isn, e também d → d. Os ensaios preliminares de fotólise (λ irrad = 355 nm) do complexo trans[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)](PF6) em solução de tampão fosfato (pH 7,4) sugerem a formação das seguintes espécies nos intervalos iniciais de fotólise: i) NO, ii) SO3 •-, e iii) isn (labilizado do complexo). O mecanismo para a formação desses produtos ainda está sob investigação. / Aiming the production of new nitric oxide releasing materials (NORM), this work reports the development of a cassava starch based film, in which a ruthenium nitrosyl complex was impregnated, and evaluate the NO release from this film. Ruthenium nitrosyl complex trans-[Ru(NH3)4(isn)NO](BF4)3 (RuNOisn; isn = isonicotinamide) is able to release NO in a controlled manner through both photolysis (λirr = 310-370 nm) and chemical reduction. The incorporation of such complex into the starch-based films was performed under mild conditions, yielding a new material able to store and release NO, abbreviated as CSx-RuNOisn. Spectroscopic analysis of CSx-RuNOisn indicated that the coordination sphere of RuNOisn remained intact during film production. Exposure of CSx-RuNOisn to long wave UV-light (λirr = 355 nm) leads to NO release and likely to the formation of the paramagnetic photoproduct trans-[RuIII(NH3)4isn(H2O)]3+ in the film. Reaction of this aquoruthenium(III) complex with aqueous nitrite regenerates RuNOisn in the film. Delivery of NO upon photolysis of CSx-RuNO isn was verified and quantified by trapping with oxymyoglobin. The calculated concentration of NO released from the film was 5.02 ± 0.12 μM (10.04 ± 0.24 nmol NO in a 2 mL) after approximately 17 min of irradiation (500 laser pulses at 2 s intervals). Moreover, NO release upon chemical reduction was carried out using L-cysteine as a reductant. Cysteine-mediated NO delivery from CSx-RuNOisn persisted for more than 7 h, during which physiologically relevant NO concentrations were liberated (average flux of 1.9 pmol NO s-1 cm-2 of film). This value is comparable to that produced by endothelial cells (1.67 pmol s-1 cm-2). Preliminary results about the biodegradation of the films in vivo suggest that the films were completely absorbed by the organism in a period of 30 days. These results suggest that CSx-RuNOisn is a promising candidate for use in biological applications. A new nitrosylsulphito complex bearing the ligand (N(O)SO3-) was isolated, trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)](X) (isn = isonicotinamide, X = PF6- or SiPF6-), and its structure was determined by X-Ray crystallography. This complex was obtained by the reaction between trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO)]3+ and sulfite ions (SO32-). X-Ray results confirmed that the nucleophilic attack of the sulphite anion (SO32-) was on the nitrogen atom of the nitrosyl ligand (NO) coordinated to the ruthenium center ([Ru-NO+]), yielding the ligand O=N-SO3-: [RuNO+]3+ + SO32- → [Ru(N(O)SO3)]+. Complex trans- [Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ is stable in aqueous solution from pH 7.4 to 5.2, and the decomposition rates (k) (due to the isn labilization) are in the range of k = 0.86-3.07 × 10-5 s-1. In more acidic conditions, (acetate buffer pH 4.2, 3.9, and trifluoroacetic acid solution 1.0 M) complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ is converted into the respective nitrosyl trans-[RuII(NH3)4(isn)NO+]3+. Reaction of trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ and hydroxide ions (OH-) yielded the nitro complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO2)]+, which was characterized by 15N NMR and electronic spectroscopy. Rate constants for such reaction are k = 6.16 ± 0.22 M-1 s-1 at 25oC, and k = 2.15 ± 0.07 M-1 s-1 at 15oC. In the case of complex trans-[RuII(NH3)4(isn)NO+]3+, its reaction with OH- also yield the nitro complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO2)]+. The estimated rate constant for such reaction was k = 46.9-57.6 M-1 s-1 at 25oC, and the experimental value obtained at 15oC was k = 10.53 ± 0.29 M-1 s-1. The ion complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ showed an intense and broad band at 362 nm (ε∼6000 M-1 cm-1) in aqueous solutions, which was assigned by DFT calculations to the following transitions: metal to ligand charge transfer (MLCT) Ru→N(O)SO3 and Ru→isn, and d→d as well. Preliminary photolysis assays (λirrad = 355 nm) performed with complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)](PF6) in phosphate buffer solution (pH 7,4) suggests that the following species have been formed (in the initial photolysis period): i) NO, ii) SO3•-, and iii) isn (labilized). The whole mechanism to yield such products is still under investigation.

Na busca por novos materiais doadores de óxido nítrico (NO), o presente trabalho descreve o desenvolvimento de um filme à base de amido de mandioca, no qual foi incorporado um nitrosilo complexo de rutênio, e o estudo da liberação de NO nesse material. O nitrosilo complexo trans-[Ru(NH3)4(isn)NO](BF4)3 (RuNOisn; isn = isonicotinamida) apresenta a propriedade de liberar NO de forma controlada, por meio de fotólise (λirr = 310-370 nm) e de redução química. A incorporação desse complexo em filmes de amido foi realizada em condições brandas, resultando em um novo material para o armazenamento e liberação de NO, designado como CSx-RuNOisn. Os ensaios espectroscópicos indicaram que a esfera de coordenação do complexo RuNOisn permaneceu inalterada durante a produção dos filmes. A exposição de CSx-RuNOisn à luz (λirr = 355 nm) levou à liberação de NO e provavelmente à formação do fotoproduto trans [RuIII(NH3)4isn(H2O)]3+ no filme. A reação desse aquocomplexo de rutênio(III) com solução aquosa contendo nitrito de sódio regenerou o complexo de partida, RuNOisn. A identificação e quantificação do NO liberado durante a fotólise foi efetuada por meio da reação com oximioglobina. Durante o tempo de irradiação de 17 minutos, foram liberados 5,02 ± 0,12 μM de NO (10, 04 ± 0,24 nmol NO em 2 mL). Os ensaios de liberação de NO desencadeada por redução foram realizados utilizando-se L-cisteína como redutor. O fluxo de NO liberado a partir da reação com cisteína perdurou por mais de 7 horas, alcançando-se concentrações fisiologicamente relevantes, com fluxo médio de 1,9 pmol NO s-1 cm-2 de filme. Esse valor é comparável àquele produzido por células endoteliais, em que o fluxo de NO é de 1,67 pmol s-1 cm-2. Os resultados preliminares de degradação dos filmes in vivo sugerem que o material foi degradado pelo organismo em 30 dias. Todos os resultados alcançados sugerem que o filme CSx-RuNOisn é um candidato promissor para aplicações em meio biológico. Um novo complexo de rutênio contendo o ligante nitrosilsulfito (N(O)SO3 -) foi isolado, trans [Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)](X) (isn = isonicotinamida, X = PF6- ou SiPF6 2-), e a sua estrutura cristalina determinada por difração de raio-X. A síntese desse complexo foi realizada por meio da reação entre trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO)]3+ e íons sulfito (SO32-). O ataque nucleofílico do SO32- ocorreu no nitrogênio do ligante nitrosônio (NO) coordenado ao centro metálico de rutênio ([Ru-NO+]), originando o ligante O=N-SO3-: [RuNO+]3+ + SO32- →[Ru(N(O)SO3)]+. Observou-se que em meio aquoso, no intervalo de pH de 7,4 a 5,2 o complexo trans [Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ é estável, e a velocidade de decomposição (labilização do ligante isn) variou de k = 0,86 a 3,07 × 10-5 s-1. Em soluções mais ácidas (tampão ácido acético/acetato pH 4,2, 3,9, ou 1,0 M ácido trifluoroacético) o complexo trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ decompõe-se formando o respectivo nitrosilo complexo trans- [RuII(NH3)4(isn)NO+]3+. A reação do íon trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ com íons hidróxido (OH-) dá origem ao respectivo nitro complexo trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO2)]+, que foi caracterizado por RMN de 15N e por espectroscopia eletrônica. As constantes de velocidade para essa reação são k = 6,16 ± 0,22 M-1 s-1 à T = 25oC, e k = 2,15 ± 0,07 M-1 s-1 à T = 15oC. A reação entre o nitrosilo complexo trans [RuII(NH3)4(isn)NO+]3+ e íons OH- também resulta na formação do nitro complexo trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO2)]+. Neste caso, a constante de velocidade foi estimada entre k = 47-58 M-1 s-1 à T = 25oC, e o valor obtido experimentalmente à T = 15oC foi de k = 10,53 ± 0,29 M-1 s-1. O espectro eletrônico do íon complexo trans [Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ em meio aquoso apresentou uma banda larga com λ max = 362 nm (ε ∼6000 M-1 cm-1), atribuída por cálculos teóricos às seguintes transições: transferência de carga do metal para o ligante (TCML) Ru → N(O)SO3 e Ru → isn, e também d → d. Os ensaios preliminares de fotólise (λ irrad = 355 nm) do complexo trans[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)](PF6) em solução de tampão fosfato (pH 7,4) sugerem a formação das seguintes espécies nos intervalos iniciais de fotólise: i) NO, ii) SO3 •-, e iii) isn (labilizado do complexo). O mecanismo para a formação desses produtos ainda está sob investigação. / Aiming the production of new nitric oxide releasing materials (NORM), this work reports the development of a cassava starch based film, in which a ruthenium nitrosyl complex was impregnated, and evaluate the NO release from this film. Ruthenium nitrosyl complex trans-[Ru(NH3)4(isn)NO](BF4)3 (RuNOisn; isn = isonicotinamide) is able to release NO in a controlled manner through both photolysis (λirr = 310-370 nm) and chemical reduction. The incorporation of such complex into the starch-based films was performed under mild conditions, yielding a new material able to store and release NO, abbreviated as CSx-RuNOisn. Spectroscopic analysis of CSx-RuNOisn indicated that the coordination sphere of RuNOisn remained intact during film production. Exposure of CSx-RuNOisn to long wave UV-light (λirr = 355 nm) leads to NO release and likely to the formation of the paramagnetic photoproduct trans-[RuIII(NH3)4isn(H2O)]3+ in the film. Reaction of this aquoruthenium(III) complex with aqueous nitrite regenerates RuNOisn in the film. Delivery of NO upon photolysis of CSx-RuNO isn was verified and quantified by trapping with oxymyoglobin. The calculated concentration of NO released from the film was 5.02 ± 0.12 μM (10.04 ± 0.24 nmol NO in a 2 mL) after approximately 17 min of irradiation (500 laser pulses at 2 s intervals). Moreover, NO release upon chemical reduction was carried out using L-cysteine as a reductant. Cysteine-mediated NO delivery from CSx-RuNOisn persisted for more than 7 h, during which physiologically relevant NO concentrations were liberated (average flux of 1.9 pmol NO s-1 cm-2 of film). This value is comparable to that produced by endothelial cells (1.67 pmol s-1 cm-2). Preliminary results about the biodegradation of the films in vivo suggest that the films were completely absorbed by the organism in a period of 30 days. These results suggest that CSx-RuNOisn is a promising candidate for use in biological applications. A new nitrosylsulphito complex bearing the ligand (N(O)SO3-) was isolated, trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)](X) (isn = isonicotinamide, X = PF6- or SiPF6-), and its structure was determined by X-Ray crystallography. This complex was obtained by the reaction between trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO)]3+ and sulfite ions (SO32-). X-Ray results confirmed that the nucleophilic attack of the sulphite anion (SO32-) was on the nitrogen atom of the nitrosyl ligand (NO) coordinated to the ruthenium center ([Ru-NO+]), yielding the ligand O=N-SO3-: [RuNO+]3+ + SO32- → [Ru(N(O)SO3)]+. Complex trans- [Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ is stable in aqueous solution from pH 7.4 to 5.2, and the decomposition rates (k) (due to the isn labilization) are in the range of k = 0.86-3.07 × 10-5 s-1. In more acidic conditions, (acetate buffer pH 4.2, 3.9, and trifluoroacetic acid solution 1.0 M) complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ is converted into the respective nitrosyl trans-[RuII(NH3)4(isn)NO+]3+. Reaction of trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ and hydroxide ions (OH-) yielded the nitro complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO2)]+, which was characterized by 15N NMR and electronic spectroscopy. Rate constants for such reaction are k = 6.16 ± 0.22 M-1 s-1 at 25oC, and k = 2.15 ± 0.07 M-1 s-1 at 15oC. In the case of complex trans-[RuII(NH3)4(isn)NO+]3+, its reaction with OH- also yield the nitro complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO2)]+. The estimated rate constant for such reaction was k = 46.9-57.6 M-1 s-1 at 25oC, and the experimental value obtained at 15oC was k = 10.53 ± 0.29 M-1 s-1. The ion complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ showed an intense and broad band at 362 nm (ε∼6000 M-1 cm-1) in aqueous solutions, which was assigned by DFT calculations to the following transitions: metal to ligand charge transfer (MLCT) Ru→N(O)SO3 and Ru→isn, and d→d as well. Preliminary photolysis assays (λirrad = 355 nm) performed with complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)](PF6) in phosphate buffer solution (pH 7,4) suggests that the following species have been formed (in the initial photolysis period): i) NO, ii) SO3•-, and iii) isn (labilized). The whole mechanism to yield such products is still under investigation.

O complexo conhecido trans-[Ru(NO)(NH3)4(py)](BF4)3 foi sintetizado e caracterizado por cromatografia líquida de alta eficiência e espectroscopias de RMN de 1H, de absorção eletrônica e de infravermelho e RPE. O espectro de absorção de infravermelho do complexo apresenta o pico de estiramento de NO em 1931 cm-1 e o seu espectro de absorção eletrônica apresenta bandas em 237 nm (e = 5200 mol-1 L cm-1), 267 (e = 2300 mol-1 L cm-1), e 324 nm (e = 160 mol-1 L cm-1), concordantes com a literatura.O corante azul do Nilo (máx = 635 nm) sofre fotoquímica quando irradiado com luz de 577 nm, ao passo que os corantes rodamina-B (máx = 524 e 570 nm), fluoresceína sódica (máx = 437 nm) e tartrazina (máx = 438 nm) não. A fotólise do complexo em solução aquosa, pH ~3, com luz de 313 nm leva à liberação de NO. Soluções aquosas de trans-[Ru(NO)(NH3)4(py)](BF4)3 em pH 7,4 (tampão fosfato) na presença da forma monomérica dos corantes rodamina-B (lirr = 570 nm), fluoresceína sódica (lirr = 440 e 490 nm), tartrazina (lirr = 440 nm) e alaranjado de acridina (lirr = 440 nm) foram irradiadas com laser nas bandas de absorção máxima desses corantes. Para verificar se estava ocorrendo a liberação de NO pelo complexo através da sensibilização por corantes foram utilizados os capturadores de NO mioglobina e carboxy-PTIO. Os resultados indicam que não houve liberação de NO nesses casos, sugerindo que não ocorre transferência de energia de corantes para o complexo trans-[Ru(NO)(NH3)4(py)]3+, ao se irradiar na banda de absorbância máxima dos corantes, pelo mecanismo de Förster (transferência de energia a longa distância). Para que ocorra, a fotoquímica deve estar associada a uma transferência de energia do tipo Dexter, onde o corante é ligado diretamente ao complexo. / The known complex trans-[Ru(NO)(NH3)4(py)](BF4)3 was synthesized and characterized by high performance liquid chromatography, 1H NMR, EPR, and electronic and infrared absorption spectroscopies. The complex infrared absorption spectrum displays the NO stretching peak at 1931 cm-1 and its electronic absorption spectrum shows bands at 237 nm (e = 5200 mol-1 L cm-1), 267 (e = 2300 mol-1 L cm-1), and 324 nm (e = 160 mol-1 L cm-1), in agreement with reported values. The Nile blue dye (max = 635 nm) undergoes photochemistry by irradiation with 577 nm light, while rhodamine-B (max = 524 and 570 nm), sodium fluorescein (max = 437 nm) and tartrazine (max = 438 nm) do not. The photolysis of the complex in pH 3 aqueous solution with 313 nm light results in NO release. Aqueous solutions of trans-[Ru(NO)(NH3)4(py)](BF4)3 at pH 7,4 (BPS) in the presence of the monomeric forms of the rhodamina-B (lirr = 570 nm), sodium fluorescein (lirr = 440 e 490 nm), tartrazine (lirr = 440 nm), and acridine orange (lirr = 440 nm) dyes were irradiated at the their absorption maxima. In order to verify the NO release from the complex through sensitization by the dyes, the NO scavengers myoglobin and carboxy-PTIO were used. The results indicate that NO release does not occur under these circumstances, suggesting, thus, that there is no energy transfer from the dyes to the trans-[Ru(NO)(NH3)4(py)]3+ complex by irradiating at the dyes absorbance maxima bands by the Förster mechanism (long distance energy transfer). For the photochemistry to occur it should be associated to a Dexter type energy transfer, in which the sensitizer is directly attached to the complex.

Através da abordagem bottom-up, foram desenvolvidos novos sistemas supramoleculares baseados em complexos metálicos ligados por meio do ligante conjugado, trans-1,4-bis[2-(4-piridil)etenil]benzeno (BPEB). A combinação adequada de várias espécies selecionadas, conduziu a compostos bastante interessantes que foram caracterizados por meio 1H-RNM, voltametria cíclica e de espectrometria de massa, espectroscopia eletrônica, espectroeletroquímica. Seus correspondentes filmes moleculares também foram investigados por meio de microscopia de força atômica. Um desses sistemas foi constituído por clusters triangulares de acetato de rutênio com pontes µ-oxo e BPEB. Nesses casos, a espectrometria de massa acoplada à técnica de dissociação induzida por colisão, foi uma ferramenta poderosa para a investigação do processo de fragmentação em fase gasosa, permitindo a caracterização de novos intermediários, bem como a avaliação das energias de ligação envolvidas nos sistemas. Uma correlação linear das energias de ligação e parâmetros eletroquímicos foi demonstrada neste trabalho. Além disso, o comportamento eletrocrômico dos clusters de BPEB suportados sobre dióxido de titânio nanocristalino, também foi explorado na elaboração de dispositivos eletrocrômicos, com ótimo desempenho em termos de mudanças ópticas, reversibilidade e reprodutibilidade. Outro tipo de sistema foi baseado em complexos de rutênio-bipiridina e BPEB. Esses complexos foram empregados com bons resultados como sensibilizadores em células fotoeletroquímicas baseadas em dióxido de titânio nanocristalino, bem como em dispositivos eletrocrômicos de mesma natureza. Finalmente, as características estruturais do BPEB mostraram ser adequadas para exploração do reconhecimento molecular dos complexos na presença de β-ciclodextrina (β-CD). Neste estudo, foram gerados rotaxanos por meio da automontagem coordenativa do complexo binuclear µ-BPEB- bis[pentacianoferrato(II)] na presença de β-CD. Também foi demonstrado por meio de 1H-NMR, que a agregação do complexo de BPEB é bastante pronunciada em espectros de solução aquosa, sendo porém inibida na presença de β-CD. / The bottom up approach has been applied for the development of new supramolecular systems based on metal complexes connected by the linear, conjugated bridging ligand trans-1,4-bis[2-(4-pyridyl)ethenyl]benzene (BPEB). The combination of the many selected species led to very interesting compounds, which have been extensively characterized by means of ESI-MS, electronic spectroscopy, 1H-NMR, cyclic voltammetry and spectroelectrochemistry. Their molecular films have also been investigated by means of atomic force microscopy. One of such systems was constituted by triangular µ-oxo bridged ruthenium acetate clusters containing BPEB. In particular, mass spectrometry coupled with a collision induced dissociation technique provided a versatile tool for the investigation of their fragmentation process, allowing the characterization of novel intermediates, as well as, the evaluation of the binding energies involved in the systems. A linear correlation of the binding energies and electrochemical parameters has also been demonstrated in this work. In addition, the electrochromic behavior of the cluster-BPEB complexes supported on nanocrystalline titanium dioxide has also been exploited for the design of novel electrochromic devices, exhibiting sharp optical changes, high reversibility and great reproducibility. Another interesting type of system was based on polypyridine ruthenium(II) complexes and BPEB. Such species have been successfully employed as sensitizers in nanocrystalline titanium dioxide photoelectrochemical cells, and in photoelectrochromic devices. Finally, the suitable structural characteristics of BPEB have been explored in molecular recognition processes involving the corresponding complexes in the presence of ß-cyclodextrin (ß-CD). In this study, rotaxanes have been generated by coordination self-assembly of the binuclear µ-BPEB- bis[pentacyanoferrate(II)] complex and ß-CD. It has also been shown that the aggregation of the BPEB complexes, which proceeds to a high extent in aqueous solution, can be inhibited by adding ß-CD, as deduced by means of 1H-NMR spectroscopy

O NO é uma molécula endógena, envolvida em numerosos processos fisiológicos e patológicos. Diversas substâncias capazes de liberar NO in vivo têm sido estudadas, incluindo os complexos nitrosilo de rutênio, como o [Ru(terpy)(bdqi-COOH)NO](PF6)3, capaz de liberar NO após fotoestímulo. Considerando que as funções específicas do NO dependem de sua localização e cinética de liberação, e que a sua aplicação tópica pode evitar possíveis efeitos colaterais, o objetivo deste trabalho foi estudar a absorção cutânea passiva e iontoforética do complexo [Ru(bdqi-COOH)(terpy)(NO)](PF6)3, assim como a do NO dele liberado. A atividade citotóxica do complexo também foi estudada em cultura de células tumorais A431 na presença e ausência de luz e de corrente elétrica. Foi desenvolvido e validado um método analítico para a quantificação do complexo de rutênio por CLAE e estudos de pré-formulação de solubilidade, coeficiente de partilha e estabilidade do complexo foram realizados antes dos estudos de penetração cutânea. O complexo de rutênio manteve-se estável em solução aquosa a temperatura ambiente até o período de 48h, mas instável em contato com a pele inteira, com a degradação de 61% após 8h. Em contato apenas com o estrato córneo (EC), no entanto, a degradação do complexo não foi considerada significativa após 4 h. A aplicação de uma corrente elétrica fraca a uma solução do complexo em pH fisiológico não alterou a estabilidade do mesmo, que não apresentou degradação significativa por 6h. Nos estudos de penetração passiva, observou-se por CLAE e por espectrometria de massas com fonte de plasma acoplado (ICP-MS) que o complexo foi capaz de penetrar o EC sem sofrer degradação, mas liberando parte do NO quando em contato com a epiderme viável. A aplicação da iontoforese aumentou significativamente a quantidade de rutênio na epiderme viável e solução receptora (6 e 15 vezes respectivamente), indicando maior penetração do complexo. O complexo Ru-NO assim como seu aquo complexo (formado após liberação do NO), não apresentaram citotoxicidade às células A431, na ausência de luz. A irradiação das células incubadas com o complexo, passivamente, em 377 e 532nm com diferentes doses também não acarretou morte celular significativa. No entanto, a aplicação de corrente elétrica constante (0,3mA cm-2) seguida de incubação por 4h com o complexo levou a morte celular de aproximadamente 50% das células A431 após irradiação em 377 nm com a dose de 10J cm-2. Para atingir este mesmo resultado com a irradiação em 532nm foi necessário aumentar o tempo de incubação com o complexo para 24h. Conclui-se, resumidamente, que a corrente elétrica aumentou a entrada do complexo na pele e nas células, levando a liberação de maior quantidade de NO dentro delas, com consequente morte celular. A liberação do NO do complexo estudado ocorre não apenas por estímulo luminoso mas também por reações de oxi-redução quando em contato com a pele ou com a cultura de células estudadas. Sendo assim, propõe-se a encapsulação deste complexo em sistemas de liberação com o intuito de controlar a liberação do NO. Experimentos preliminares de nanopartículas contendo o complexo estão descritos no Apêndice 1 desta tese. / NO is an endogenous molecule that is involved in numerous physiological and pathological processes. Several compounds capable of releasing NO in vivo have been studied, including nitrosyl ruthenium complexes such as the [Ru (terpy)(bdqi-COOH)NO](PF6)3 that is capable of releasing NO after photo-stimulus. Because the specific role of NO depends on its location and kinetics of release, and its topical application may avoid possible side effects, the aim of this work was to study the passive and the iontophoretic skin absorption of the [Ru(terpy)(bdqi-COOH)NO](PF6)3 complex, as well as its NO release. The cytotoxic activity of the complex was also studied in A431 tumor cells in the presence and absence of light and electrical current. An analytical method for the quantification of the ruthenium complex by HPLC was developed and validated; studies of pre-formulation such as solubility, partition coefficient and stability of the complex were also performed before the penetration studies. The ruthenium complex was stable in aqueous solution at room temperature for 48 hours, but unstable in contact with the full-thickness skin (61% was degraded after 8 h). However, the complexs contact for 4 h with the stratum corneum (SC) alone did not lead to the complex degradation. The application of a weak electric current in a solution of the complex at physiological pH did not affect its stability, which showed no significant degradation for 6 h. In the passive penetration studies it was observed, by HPLC and inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS), that the complex was able to penetrate the SC without degradation, but with some NO release when in contact with the epidermis. The application of iontophoresis significantly increased the amount of ruthenium in the viable epidermis and in the receiver solution (6 and 15 times, respectively), indicating greater complex penetration. The nitrosyl ruthenium complex and its aquo complex (formed after release of NO) showed no cytotoxicity to A431 cells in the absence of light. The irradiation of the cells incubated with the complex, passively, in 377 and 532 nm with different doses also did not cause significant cell death. However, the application of a constant electric current (0.3 mA cm-2) for 30 min followed by incubation for 4 h with the complex led to approximately 50% of A431 cell death after irradiation at 377 nm with a dose of 10J cm-2. To achieve this same result with irradiation at 532 nm it was necessary to increase the incubation time with the complex for 24 hours. In summary, the electric current increased the nitrosyl ruthenium complex skin and cell penetration, leading to release of higher amounts of NO into them, with consequent cell death. Furthermore, the release of NO from the ruthenium complex is showed to happen not only by light stimuli but also by redox reactions when it is in contact with the skin or with the culture of cells studied. Therefore, we propose the encapsulation of this complex in delivery systems in order to control the release of NO. Preliminary experiments with nanoparticles containing the complex are described in Appendix 1.

Nesta dissertação são apresentadas a síntese e caracterização de duas novas substâncias, consideradas aqui como metalo-fármacos em potencial: o composto iônico (C17H19FN3O3)3[RuCl6].3H2O e o complexo [Ru(C17H17FN3O3)3].4H2O, obtidos através da reação entre RuIII e a fluoroquinona ciprofloxacina em diferentes condições de síntese (meio ácido ou neutro e refluxo, respectivamente). O espectro ESI MS em modo positivo de (C17H19FN3O3)3[RuCl6].3H2O exibiu um pico principal em m/z = 994,6 que foi atribuído ao aduto (ciprofloxacina)3.H+ em fase gasosa, enquanto [Ru(C17H17FN3O3)3].4H2O apresentou picos m/z em 1093,3 e 547,1, atribuídos aos íons [Ru(C17H17FN3O3)3].H+ e [Ru(C17H17FN3O3)3].2H+, respectivamente. Os resultados de análise térmica estão em concordância com os conteúdos de água propostos para as duas substâncias. Os espectros de absorção em meio aquoso são dominados pelas transições da ciprofloxacina na região UV. Não obstante, duas bandas foram observadas em 421 e 496 nm no caso de (C17H19FN3O3)3[RuCl6].3H2O, e atribuídas à transição de transferência de carga e à transição d-d, respectivamente; no caso de [Ru(C17H17FN3O3)3].4H2O, apenas um ombro largo em torno de 450 nm foi observado na região do Visível, tendo sido atribuído à uma transição d-d. O voltamograma cíclico deste complexo exibiu um processo quase-reversível em 0,25 V (versus EPH) enquanto o composto iônico apresentou o mesmo processo em 0,11 V, sugerindo que, neste caso, o íon central de rutênio é estabilizado no estado de oxidação III através da coordenação dos átomos de oxigênio das três unidades de ciprofloxacina. O complexo de coordenação é estável por mais de 48 horas em pH fisiológico, estomacal e intestinal. Ambos foram incubados nas condições estomacais (pH = 1,5 e temperatura = 370C) e não causaram diminuições significativas nos valores de pH. / This work presents the synthesis and characterization of two potential new metallodrugs, the ionic (C17H19FN3O3)3[RuCl6].3H2O and the coordination [Ru(C17H17FN3O3)3].4H2O compounds, by combining ruthenium (III) and the fluoroquinolone ciprofloxacin in different synthetic conditions (acid media or neutral and reflux conditions, respectively). The ESI MS (positive mode) spectrum of the ionic compound displayed a main peak at m/z = 994.6, which was assigned to the gaseous phase adduct (ciprofloxacin)3.H+, while the coordination compound featured peaks at m/z 1093.3 and 547.1 ascribed to the singly and doubly charged ions [Ru(C17H17FN3O3)3].H+ and [Ru(C17H17FN3O3)3].2H+, respectively. Thermal analysis corroborated the proposed water content for both complexes. The absorption spectra of the compounds in aqueous medium are dominated by the ciprofloxacin transitions in the UV region but two bands were observed at 421nm and 496nm for the ionic compound, assigned to a charge transfer and d-d transitions. In the case of the coordination compound only a broad shoulder around 450 nm was observed in the visible region, also assigned to a ligand field transition The cyclic voltammograms of the [Ru(C17H17FN3O3)3] complex exhibited a quasi-reversible process ascribed to the Ru(II) / (III) redox pair at -0.25 V (vs SHE) while compound (C17H19FN3O3)3[RuCl6] displayed this process at -0.11V, showing that the central ruthenium ion is stabilized in the (III) oxidation state by the coordination to the hard oxygen atoms of the ciprofloxacin ligand. The coordination compound is stable under physiological, stomachal and intestinal pH over 48 hours. Both compounds are stable incubated under stomachal conditions (pH=1.5 and 37oC) without significant pH lowering.

A química supramolecular de porfirinas e clusters trinucleares de rutênio foi investigada sob o ponto de vista teórico-experimental. Através do desenvolvimento de uma nova metodologia baseada em ferramentas teóricas, as propriedades desses sistemas puderam ser explicadas à luz da mecânica quântica, revelando os mecanismos eletrônicos envolvidos na modificação das propriedades dos anéis porfirínicos pelos compostos de coordenação. As geometrias, a dinâmica e as estruturas eletrônicas desses sistemas foram obtidas através do desenvolvimento de novos parâmetros para campos de força empíricos, e da utilização de métodos semi-empíricos e ab initio. Essas foram utilizadas para interpretar as propriedades físico-químicas dos mesmos, como por exemplo a associação intermolecular em solução e na forma de filmes finos obtidos sobre superfícies não rugosas. O estudo teórico detalhado das estruturas eletrônicas dessas espécies comprovou que a influência supramolecular dos compostos de coordenação se dá através de orbitais de simetria π, representando o principal mecanismo de ativação de anéis porfirínicos por compostos de coordenação. Essa ativação diferenciada pôde ser evidenciada experimentalmente pela aplicação dessas espécies em células fotoeletroquímicas e em sistemas de catálise com atividade citocromo P-450. / The supramolecular chemistry of porphyrins and trinuclear ruthenium clusters has been investigated by a theoretical-experimental approach. Through the development of a new methodology based on theoretical tools, their relevant properties were explained using quantum mechanics, disclosing the electronic mechanisms by which coordination compounds modify the properties of porphyrin rings. Geometries, dynamics and electronic structures of these systems have been obtained by the development of new parameters for empirical force fields, and through semiempirical and ab initio methods. They have been used to explain the physical-chemical properties as, for example, the intermolecular association in solution, and thin film formation over flat surfaces. According to the detailed theoretical study coordination compounds increase the catalytic activity of porphyrin rings via π-orbital coupling, and this is the main mechanism of porphyrin activation. Such enhanced activity has been experimentally observed in photoelectrochemical devices and in the oxidation catalysis of organic substrates, providing synthetic models of cytochrome P-450 systems.

Resumo O presente trabalho teve como objetivo sintetizar e caracterizar um novo complexo trinuclear de rutênio, [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(NO)]+, através de rotas sintéticas previamente descritas na literatura para complexos análogos. Para a obtenção deste complexo, foram necessárias cinco etapas de síntese, cada qual gerando o precursor da etapa seguinte. Os complexos precursores [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)3]+, [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(CO)] e [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(H2O)]+, foram caracterizados por técnicas espectroscópicas e voltamétricas. Para o complexo de interesse, [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(NO)]+, além da caracterização por técnicas espectroscópicas e voltamétricas, foram realizados estudos de fotólise e de interação com albumina de soro humano (HSA). Pelas técnicas espectroscópicas, pudemos ratificar as estruturas propostas tanto para o nitrosilo quanto para os precursores estudados. Para a caracterização do complexo [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(NO)]+, utilizando a técnica de espectroscopia de infravermelho verificamos a coordenação do ligante NO ao centro metálico [Ru3O], devido ao estiramento característico deste ligante. Os espectros de absorção UV-vis e RMN mostraram que existe uma forte interação entre o elétron desemparelhado do centro metálico e o elétron do ligante NO. Pelos estudos de voltametria cíclica, observamos que os processos redox envolvendo o ligante NO, são compartilhados com o centro metálico. A fotólise do complexo [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(NO)]+, mostrou-se eficiente, uma vez que a liberação fotoinduzida do NO ocorreu na região do visível e em pH fisiológico. Pelos estudos de supressão de fluorescência, observamos que o complexo realmente interage com a HSA na proporção de 1:1, na região em que se encontra o resíduo de triptofano. / The aim of the present study was synthesize and characterize a new trinuclear ruthenium complex, [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(NO)]+, via synthetic routes previously described in the literature for analogous complexes. To obtain this complex, it took five synthetic steps, each one yielding a precursor for the next step. The precursor complexes [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)3]+, [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(CO)] and [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(H2O)]+, were characterized by spectroscopic and voltammetric techniques. For the complex of interest, [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(NO)]+, in addition to characterization by spectroscopic and voltammetric studies, it was carried out photolysis and interaction with human serum albumin. By spectroscopic techniques, we could confirm the proposed structures for both the nitrosyl and precursors. For characterization of the complex [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(NO)]+, infrared spectroscopy allowed us to verify that the ligand coordination to the metal center [Ru3O], due to the characteristic stretching band of that ligand. The absorption spectra of UV-vis and NMR showed that there is a strong interaction between the unpaired electron of the metal center and the NO ligand. By cyclic voltammetry studies, we observed that the redox processes involving the NO ligand are shared with the metal center processes. The photolysis of the complex [Ru3O (CH3OO) 6 (3-pic) 2 (NO)] +, was efficient, since the photoinduced release of NO occurred in the visible region and at physiological pH. By fluorescence quenching studies, we observed that the complex actually interacts with the HSA in a 1:1 ratio, in the region which is the residue of tryptophan.

O óxido nítrico (NO) é biossintetizado em diferentes células do organismo animal, relacionando-se com inúmeros processos fisiológicos. Existe, aparentemente, uma relação entre os efeitos mediados pelo NO e o microambiente celular. Desta forma, a resposta observada depende da localização da molécula radicalar, da duração da exposição e da sua concentração. Assim, observa-se um efeito antagônico do NO no que tange a biologia de tumores, admitindo-se que baixas concentrações de NO estimulam a proliferação de células tumorais e altas concentrações propiciam a atividade tumoricida. Nesse sentido, o presente trabalho visou ao desenvolvimento de um novo complexo de rutênio doador de óxido nítrico coordenado ao ligante fluorescente Alaranjado de Acridina. A coordenação do rutênio ao ligante heterocíclico de nitrogênio permitiu a obtenção do composto fluorescente [Ru(NO2)(bpy)(AO)2NO](PF6)2, em que bpy = 2,2\'bipiridina e AO = Alaranjado de Acridina. O complexo foi caracterizado por UV-vis, FITR e espectrometria de massas. Experimentos fotoquímicos revelaram que o complexo [Ru(NO2)(bpy)(AO)2NO](PF6)2 apresentou um valor de rendimento quântico de fluorescência em etanol inferior ao do ligante livre. No entanto, o rendimento quântico de produção de oxigênio singleto em água foi maior em relação ao Alaranjado de Acridina. Avaliações de fotoestabilidade por espectroscopia de emissão e absorção no UV-vis demonstraram que [Ru(NO2)(bpy)(AO)2NO](PF6)2 é mais fotoestável nas condições avaliadas e a fluorescência apresenta menor redução, quando irradiado em 470 nm comparado ao Alaranjado de Acridina. Ensaios de avaliação do potencial citotóxico dos compostos com irradiação em 470 nm, na dose de 5 J cm-², demonstraram que o corante Alaranjado de Acridina apresenta maior citotoxicidade frente à linhagem celular tumoral metastática estudada (B16/F10). Isso se relaciona, possivelmente, ao fato de o Alaranjado de Acridina livre direcionar-se para o núcleo e promover intercalação com os pares de base do DNA. A avaliação por microscopia de fluorescência revelou a predileção do complexo [Ru(NO2)(bpy)(AO)2NO](PF6) pelo núcleo. Os dados obtidos enfatizam a importância do grupo ligante para a localização do complexo, bem como para a atividade antitumoral do mesmo. / Nitric Oxide is biosynthesized in different cells of the animal organism. It is related to numerous physiological processes. There is apparently a relationship between the effects mediated by NO and the microenvironment. Thus, the cellular response observed depends on the location of the radical molecule, the duration of exposure and its concentration. Thus, an antagonistic effect of NO is observed with respect to the biology of tumors, admitting that low concentrations of NO stimulate the proliferation of tumor cells and high concentrations promote the tumoricidal activity. In this sense, the present work aimed the development of a new ruthenium complex donor of nitric oxide coordinated to the fluorescent ligand of Acridine. The coordination of Ruthenium to the nitrogen heterocyclic ligand allowed to obtain the fluorescent compound [Ru(NO2)(bpy)(AO)2NO](PF6)2, where bpy = 2,2\' bipyridine and AO = Acridine Orange, which was characterized by UV-Vis, FITR and mass spectrometry. Photochemical experiments revealed that the [Ru(NO2)(bpy) (AO)2NO](PF6) 2 complex presented a fluorescence quantum yield value, in ethanol, about 20 % lower than the free binder. However, the quantum yield of singlet oxygen in water was approximately 40 % higher compared to Acridine Orange. UV-vis emission spectroscopy and UV-vis absorption spectroscopy have shown that [Ru (NO2)(bpy)(AO)2NO](PF6) 2 is apparently more photostable and suffers less fluorescence suppression when irradiated at 470 nm compared with Acridine Orange. Cell cytotoxicity assays with irradiation using dose of 5 J cm-2 demonstrated that the coordination of Acridine Orange dye to the complex decreases its cytotoxicity against the metastatic tumor cell line studied, possibly by preventing the mechanism of intercalation of the planar ligand to DNA. Monitoring by fluorescence microscopy revealed the preferential localization of the compound [Ru(NO2)(bpy) (AO)2NO] (PF6) by the cell nucleus possibly due to coordinated Acridine Orange, which has a tropism by DNA. These results emphasize the importance of the ligand group for the localization of the complex, as well as for the cytotoxic activity of the same

Neste trabalho os complexos cis- [Ru(BAF)(bpy)(PPh3)(OH2)](ClO4)2 (monômero B) e cis-[Ru(dmbpy)2(PPh3)(OH2)](OPh)2 (monômero C) foram sintetizados e caracterizados através de métodos espectroscópicos e eletroquímicos, sendo utilizados na construção de novos eletrodos modificados EMs e aplicados na eletrooxidação de substratos orgânicos. A preparação destes EMs consistiu no recobrimento da superfície de eletrodos de feltro de carbono e de bastões de grafite pelos filmes poliméricos ancorados ao rutênio. Os intervalos de potencial aplicados para a polimerização dos complexos foram àqueles correspondentes, respectivamente, aos potenciais de polimerização do contra-íon difenolato e do ligante azóico contendo o grupamento fenol. A atividade catalítica destes EMs foi investigada através de um estudo cinético, através de eletrooxidações heterogêneas acompanhadas por UV/Vis de diversos compostos orgânicos como: safrol, isosafrol, álcool benzílico, fenil etil álcool, etil benzeno, tolueno, benzaldeído, ciclo hexen-2-ol, demonstrando que os EMs podem ser utilizados como catalisadores em reações de eletrooxidações com rendimentos satisfatórios. / In this work the complexes cis-[Ru(BAF)(bpy)(PPh3)(OH2)](ClO4)2 (B monomer) and cis-[Ru(dmbpy)2(PPh3)(OH2)](OPh)2 (C monomer) were synthesized and characterized by spectroscopic and electrochemical methods, and they were utilized in construction of new modified electrodes (MEs) and applied in electrooxidation of organic substrates. The preparation of these new MEs was done by coating the surfaces of carbon felt and carbon rod electrodes by polymeric films where the ruthenium complexes were anchored. The potential range applied to accomplish the polimerization of the complexes corresponds to the potencial ranges of diphenol anion and azoic ligand with the phenolic group, respectively. The catalytic activity of these MEs was studied by kinetic methodology monitoring the heterogeneous electroxidations by UV/Vis of some organic substrates like: safrol, isosafrol, benzylic alcohol, phenil ethyl alcohol, ethyl benzene, toluene, cycle-hexen-2-ol, showing that these EMs can be utilized as catalyst in electrooxidations reactions with goods yields.