Nesta tese estudamos o espectro de absorção da Merocianina de Brooker (MB) e três derivados em solventes com diferentes polaridades. O interesse no estudo desses sistemas se dá pela presença de algumas propriedades particulares das merocianinas, por exemplo, apresentam um grande deslocamento solvatocrômico devido à mudança na polaridade do meio. Nós apresentamos os resultados teóricos obtidos para o espectro de absorção das moléculas considerando diferentes estruturas para o estado fundamental: formas trans, cis, zwiteriônica (zw), protonada (MBH+) e dímero(MB2). O efeito do solvente foi considerado utilizando diferentes modelos de solvatação: (i) modelo contínuo polarizável (PCM), (ii) através de uma configuração eletrostática média do solvente (ASEC), (iii) incluindo algumas moléculas explícitas do solvente juntamente com um ambiente eletrostático gerado pelas demais moléculas do solvente. Como uma investigação adicional, apresentamos nossos resultados de medidas experimentais para o espectro de absorção da MB em vários solventes variando acidez e concentração. Vimos, através de cálculos quânticos, que as formas cis/trans apresentam a excitação eletrônica na mesma região, e que a deformação estrutural gerada pela forma zw provoca um deslocamento para o vermelho na excitação eletrônica. Os nossos resultados teóricos e experimentais mostram que a forma MBH+ apresenta um solvatocromismo pequeno, com deslocamento de 20 nm provocado pela mudança água-clorofórmio. Realizando medidas experimentais através da titulação espectroscópica nós obtivemos o pKa associado ao processo de desprotonação/protonação da MB em água e metanol. Em água obtivemos um valor de 8.7, em boa concordância com valores da literatura. Apresentamos um valor inédito do pKap da MB em metanol, 9.9. Conseguimos uma boa descrição teórica para a excitação eletrônica da MB em solventes com alta polaridade, na região entre 430-500 nm, utilizando o método quântico TD-DFT com funcionais B3LYP e CAM-B3LYP e conjunto de funções base 6-311+G**, porém a excitação em solventes de baixa polaridade, que ocorre na região entre 550-650 nm, não é corretamente descrita considerando a MB nos solventes. Nós vimos, através de estudos experimentais, que a sonda MB pode agregar em solventes de baixa polaridade. Os cáculos teóricos para dímeros em solução mostraram a existência de uma excitação eletrônica de baixa intensidade nesta região. Adicionalmente, os espectros experimentais em solventes de baixa polaridade mostraram 2 bandas, onde a segunda se assemelha com a banda observada para a forma MBH+. Para explicar essas 2 bandas experimentais para a MB, apresentamos uma proposta teórica onde ocorre uma transferência de prótons (H+) entre os monômeros do dímero formado, gerando uma estrutura desprotonada (MBH-) e uma protonada (MBH+). Cálculos teóricos para a forma MBH- mostram que essa forma apresenta uma excitação eletrônica de intensidade moderada na região entre 550-650 nm. Com essa hipótese nós conseguimos descrever, através de cálculos teóricos, o solvatocromismo anômalo observado experimentalmente para o espectro eletrônico de absorção da MB nas duas regiões de polaridade dos solventes: alta polaridade, sendo descrita pela forma MB, e baixa polaridade, descrita pela forma MBH-. / In this thesis we studied the absorption spectrum of merocyanine Brooker (MB) and three derivatives in solvents with different polarities.The interest in this system is given by the presence of some particular properties of this molecule, for example, it presents a large solvatochromic shift due to the change in the polarity of the medium. We present the results for the absorption spectrum of the molecules considering different structures to the ground state: forms trans, cis, zwitterionic (zw), protonated MBH+ and dimer (MB2). The solvent effect was treaty by different ways: (i) continuous model using the PCM polarizable, (ii) by an average electrostatic configuration of solvent, ASEC, (iii) including some explicit solvent molecules with an electrostatic environment generated by other solvent molecules. As an additional investigation, we present results of experimental measurements in the thesis. We have seen, through quantum calculations, that the forms cis/trans have the electronic excitation in the same region and the structural deformation generated in the zw form causes a red shift. Our theoretical and experimental results show that the MBH+ form has a small solvatochromism, with displacement of 20 nm caused by water-chloroform change. Performing spectroscopic titration we got the pKa associated with the process of deprotonation/protonation of MB in water and methanol. In water we obtained a value of 8.7, in good agreement with the values reported in the literature. We present a unpublished pKap for the MB in methanol, 9.9. We got a good theoretical description for electronic excitation of MB in solvents with high polarity, in the region between 430-500 nm, using a method quantum TD-DFT B3LYP and CAM-B3LYP functional whit basic functions set 6-311+G** but the excitation in low polarity solvents, which occurs in the region between 550-650 nm, is not properly described considering the MB form in the solvents. We have seen, through experimental studies that the MB probe can aggregate in low polarity solvents. Theoretical calculations for dimer in solution showed the existence of a low intensity electron excitation in this region. Additionally, the experimental spectra in low polarity solvents showed 2 bands, where in the second band is similar to the observed to MBH+ form. To explain these two experimental bands for MB, we present a theoretical proposal where there is a proton transfer (H+) between the monomers of the dimer, generating a deprotonated structure (MBH-) and a protonated (MBH+). Theoretical calculations for the MBH- show that this form presents an electronic excitation of moderate intensity in the region between 550-650 nm. With this assumption we can describe, through theoretical calculations, the anomalous solvatochromism for the electronic absorption spectrum of MB in the two polarity regions of solvents: high polarity is described by the MB form, and low polarity, described by the MBH- form.

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No / Solvent influences on the crystallization of polymorph and hydrate forms of the nootropic drug piracetam (2-oxo-pyrrolidineacetamide) were investigated from water, methanol, 2-propanol, isobutanol, and nitromethane. Crystal growth profiles of piracetam polymorphs were constructed using time-resolved diffraction snapshots collected for each solvent system. Measurements were performed by in situ energy dispersive X-ray diffraction recorded in Station 16.4 at the synchrotron radiation source (SRS) at Daresbury Laboratory, CCLRC UK. Crystallizations from methanol, 2-propanol, isobutanol, and nitromethane progressed in a similar fashion with the initial formation of form I which then converted relatively quickly to form II with form III being generated upon further cooling. However, considerable differences were observed for the polymorphs lifetime and both the rate and temperature of conversion using the different solvents. The thermodynamically unstable form I was kinetically favored in isobutanol and nitromethane where traces of this polymorph were observed below 10°C. In contrast, the transformation of form II and subsequent growth of form III were inhibited in 2-propanol and nitromethane solutions. Aqueous solutions produced hydrate forms of piracetam which are different from the reported monohydrate; this crystallization evolved through successive generation of transient structures which transformed upon exchange of intramolecular water between the liquid and crystalline phases

No description available.

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This dissertation describes the design and synthesis of a series of half-sandwich amino acid complexes of the form), (aa = α-amino carboxylate), and their utility as asymmetric transfer hydrogenation catalysts of ketones. Variation of the metal center, the n-ring, and the aa was used to tune these systems for specific sets of ketones. Upon reaction with homochiral]s, the ligand environment in all of these complexes is pseudotetrahedral, leading to stereogenic metal ions (SM, RM). The addition of another stereogenic center from the amino acid ligand (the carbon, RC or SC;glycine) gives rise to two pairs of diastereomeric complexes. / Ph. D.

A Curcumin há muito tempo é utilizada como condimento, colorífico e na medicina tradicional asiática. Conhecida como açafrão-da-índia, recentemente tem chamado a atenção devido ao grande potencial medicinal. Surgiram trabalhos principalmente sobre seus supostos efeitos benignos no tratamento de câncer e Alzheimer porém não limitados a estas enfermidades. Na tentativa de otimizar as propriedades medicinais surgiu a Dimethoxy Curcumin, um composto sintético que apresenta maior citotoxicidade e estabilidade biológica que a Curcumin. A maioria das reações químicas e biológicas ocorrem em soluções e os efeitos dos solventes são de extrema importância e complexidade. Neste trabalho nós estudamos os efeitos dos solventes ciclohexano e acetonitrila nos espectros de absorção e emissão da Dimethoxy Curcumin. Consideramos a contribuição de diferentes isômeros e estados excitados usando a Teoria do Funcional Densidade Dependente do Tempo (TD-DFT) utilizando a aproximação Modelo Contínuo Polarizável para o solvente. Nós observamos que as energias de emissão dos estados singletos sofrem um deslocamento para o vermelho enquanto que os estados tripletos sofrem um deslocamento para o azul. Respondemos estas questões analisando a variação do momento de dipolo durante a transição. Neste trabalho encontramos boa concordância com os valores experimentais dos espectros de absorção, emissão, deslocamento espectral e deslocamento Stokes. / The Curcumin has long been used as a condiment, pigment and in the traditional Asian medicine. Known as turmeric, recently has attracted attention because of the large medical potential. Several studies were made mainly about the supposed benign effects in the treatment of cancer and Alzheimer but not limited to these diseases. Attempt to optimize their medicinal properties there appeared the Dimethoxy Curcumin, a synthetic compound that has a higher cytotoxicity and biological stability than Curcumin. Most of the chemical and biological reactions occur in solutions and the solvent effects are of great importance and complexity. In the present work, we study the effects of the solvents cyclohexane and acetonitrile in the absorption and emission spectra of Dimethoxy Curcumin. We consider the contribution of various isomers and excited states using the Time Dependent Density Functional Theory (TD-DFT) with the Polarizable Continuum Model (PCM) approximation for the solvent. We observe that the emission energy of the singlet states are red shifted while the triplet states are blue shifted. We address this by analyzing the dipole moment variation after the transition. We find good agreement with the experimental values for the absorption, emission, spectral shift and Stokes shift

G-quadruplex forming human telomere sequence (HTS) DNA, has been widely studied due to the telomere's implied role in biological processes, including cellular ageing and cancer physiology. The goal of these previous efforts has been to characterize the physiologically relevant structures and their stability and dynamics in order to develop therapeutic applications. Unfortunately, understanding the biologically relevant form of the human telomere DNA is complicated by the fact that HTS-derived sequences are highly polymorphic. To further complicate the issue, recent investigations have demonstrated the ability of "cell-like" co-solvents to alter the preferred G-quadruplex fold of HTS DNA. However, the origins of G-quadruplex structure selection, the relative contributions of crowding versus dehydration, and the possible effects of co-solvents on kinetically determined folding pathways remain unresolved. Towards answering these questions, I investigated HTS DNA G-quadruplex in extreme anhydrous and high viscosity conditions utilizing a deep eutectic solvent (DES) consisting of choline chloride and urea. Herein I report that the water-free DES supports an extremely stable parallel stranded structure, consistent with observations that diminished water activity is the main cause of structural transitions to the "parallel-propeller" form. Furthermore, my research shows that the highly viscous nature of the solvent enables significant diffusion based control over HTS g-quadruplex folding rates and topology, fully consistent with Kramers rate theory. To the best of my knowledge, this is the first example of the kinetic exploration of G-quadruplex folding utilizing high friction solvent; the results of which display a decreased intramolecular folding rate of HTS DNA to a never before encountered time scale on the order of days at physiological temperature. Moreover, I have demonstrated that the folding pathway of a G-quadruplex can be altered with increased solvent friction. These discoveries are important because they highlight the need to consider the viscosity when exploring the dynamics of human telomeres specifically drug binding and folding of G-quadruplexes in vivo where cellular viscosity has been reported to be as high as 140cP. Lastly, it appears that tuning solvent viscosity could prove useful to the continued study of G-quadruplex dynamics.

As reações de cicloadição 1,3-dipolar são uma poderosa ferramenta para a síntese de uma variedade de anéis heterocíclicos de cinco membros. A cicloadição de óxidos de nitrila à olefinas, em particular, é de considerável interesse para a obtenção de isoxazolinas, que são intermediários versáteis na síntese de produtos naturais e de materiais com potencial aplicação como cristais líquidos. A Teoria do Funcional da Densidade foi utilizada para estudar o mecanismo da reação cicloadição [3+2] 1,3-dipolar que ocorre, inicialmente, entre o óxido de benzonitrila e o ácido vinilacético. Para tal, foram empregados os funcionais PBE1PBE, B3LYP e CAM-B3LYP, no nível 6-311+G(2d,p). O efeito do solvente foi avaliado através dos modelos PCM e CPCM, com os solventes THF, acetonitrila e formamida. A análise dos Orbitais Moleculares de Fronteira e do recente modelo da distorção e interação do estado de transição (TS), foram utilizadas para explicar a regioquímica dos produtos obtidos e a formação do bisaduto 2:1, originário de duas sucessivas cicloadições envolvendo o óxido de benzonitrila. Na primeira etapa da reação, os cálculos evidenciaram a formação do produto 3,5-dissubstiuído. Embora existam diferenças quantitativas nas barreiras de ativação e reação calculadas com os três diferentes funcionais, a previsão dos produtos majoritários e estados de transição mais favoráveis é a mesma, independentemente do funcional utilizado. Contudo, a conformação dos estados de transição e dos produtos intermediário e final da reação sofre uma pequena alteração com a inclusão do efeito do solvente. A energia de ativação nas duas cicloadições aumenta com o incremento da polaridade do solvente, porém, a possibilidade de formação de uma ligação de hidrogênio no estado de transição é responsável por uma diminuição na energia total de ativação. Esse resultado está diretamente vinculado à polaridade do TS. Quando comparados os resultados obtidos com os dois modelos de solvente, observou-se que ΔE≠ e ΔEreação são essencialmente as mesmas, embora as energias eletrônicas calculadas com CPCM sejam levemente inferiores às calculadas com PCM. / The 1,3-dipolar cycloaddition reactions are a powerful tool for synthesizing a wide range of 5-membered heterocyclic rings. Particularly, the cycloaddition of nitrile oxides to olefins is considerably interesting to obtain isoxazolines, which are versatile intermediaries in the synthesis of natural products and materials with potential application such as liquid crystals. The Density Functional Theory has been used to study the [3+2] 1,3-dipolar cycloaddition reaction mechanism that initially occurs between benzonitrile oxide and vinylacetic acid. To do that, PBE1PBE, B3LYP and CAM-B3LYP functionals have been used at level 6- 311+G(2d,p). The solvent effect was evaluated through the PCM and CPCM models, with the THF, acetonitrile and formamide solvents. The analysis of the Frontier Molecular Orbitals and of the recent distortion and interaction model of transition state (TS) have been used to explain the regiochemistry of the products obtained and the formation of the bisadduct 2:1, which is originated from two successive cycloadditions involving benzonitrile oxide. In the first reaction step, the calculations showed the formation of the 3,5-dissubstituted product. Although there are quantitative differences in the activation and reaction barriers calculated with the three different functionals, the forecasting of more favorable majoritary products and transition states is the same, no matter the functional used. However, the conformation of the transition states and of the final and intermediary products of the reaction is slightly changed by the inclusion of the solvent effect. The activation energy of both cycloadditions increases with the polarity increment of the solvent, but the possibility of formation of a hydrogen bond in the transition state is responsible for a reduction of the total activation energy. That result is directly linked to the TS polarity. When we compare the results obtained with the two solvent models, we observe that ΔE≠ and ΔEreaction are essentially the same, although the electronic energies calculated with CPCM are slightly smaller than the ones calculated with PCM.

As reações de cicloadição 1,3-dipolar são uma poderosa ferramenta para a síntese de uma variedade de anéis heterocíclicos de cinco membros. A cicloadição de óxidos de nitrila à olefinas, em particular, é de considerável interesse para a obtenção de isoxazolinas, que são intermediários versáteis na síntese de produtos naturais e de materiais com potencial aplicação como cristais líquidos. A Teoria do Funcional da Densidade foi utilizada para estudar o mecanismo da reação cicloadição [3+2] 1,3-dipolar que ocorre, inicialmente, entre o óxido de benzonitrila e o ácido vinilacético. Para tal, foram empregados os funcionais PBE1PBE, B3LYP e CAM-B3LYP, no nível 6-311+G(2d,p). O efeito do solvente foi avaliado através dos modelos PCM e CPCM, com os solventes THF, acetonitrila e formamida. A análise dos Orbitais Moleculares de Fronteira e do recente modelo da distorção e interação do estado de transição (TS), foram utilizadas para explicar a regioquímica dos produtos obtidos e a formação do bisaduto 2:1, originário de duas sucessivas cicloadições envolvendo o óxido de benzonitrila. Na primeira etapa da reação, os cálculos evidenciaram a formação do produto 3,5-dissubstiuído. Embora existam diferenças quantitativas nas barreiras de ativação e reação calculadas com os três diferentes funcionais, a previsão dos produtos majoritários e estados de transição mais favoráveis é a mesma, independentemente do funcional utilizado. Contudo, a conformação dos estados de transição e dos produtos intermediário e final da reação sofre uma pequena alteração com a inclusão do efeito do solvente. A energia de ativação nas duas cicloadições aumenta com o incremento da polaridade do solvente, porém, a possibilidade de formação de uma ligação de hidrogênio no estado de transição é responsável por uma diminuição na energia total de ativação. Esse resultado está diretamente vinculado à polaridade do TS. Quando comparados os resultados obtidos com os dois modelos de solvente, observou-se que ΔE≠ e ΔEreação são essencialmente as mesmas, embora as energias eletrônicas calculadas com CPCM sejam levemente inferiores às calculadas com PCM. / The 1,3-dipolar cycloaddition reactions are a powerful tool for synthesizing a wide range of 5-membered heterocyclic rings. Particularly, the cycloaddition of nitrile oxides to olefins is considerably interesting to obtain isoxazolines, which are versatile intermediaries in the synthesis of natural products and materials with potential application such as liquid crystals. The Density Functional Theory has been used to study the [3+2] 1,3-dipolar cycloaddition reaction mechanism that initially occurs between benzonitrile oxide and vinylacetic acid. To do that, PBE1PBE, B3LYP and CAM-B3LYP functionals have been used at level 6- 311+G(2d,p). The solvent effect was evaluated through the PCM and CPCM models, with the THF, acetonitrile and formamide solvents. The analysis of the Frontier Molecular Orbitals and of the recent distortion and interaction model of transition state (TS) have been used to explain the regiochemistry of the products obtained and the formation of the bisadduct 2:1, which is originated from two successive cycloadditions involving benzonitrile oxide. In the first reaction step, the calculations showed the formation of the 3,5-dissubstituted product. Although there are quantitative differences in the activation and reaction barriers calculated with the three different functionals, the forecasting of more favorable majoritary products and transition states is the same, no matter the functional used. However, the conformation of the transition states and of the final and intermediary products of the reaction is slightly changed by the inclusion of the solvent effect. The activation energy of both cycloadditions increases with the polarity increment of the solvent, but the possibility of formation of a hydrogen bond in the transition state is responsible for a reduction of the total activation energy. That result is directly linked to the TS polarity. When we compare the results obtained with the two solvent models, we observe that ΔE≠ and ΔEreaction are essentially the same, although the electronic energies calculated with CPCM are slightly smaller than the ones calculated with PCM.