Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Química. / Made available in DSpace on 2012-10-23T11:17:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 239805.pdf: 1384835 bytes, checksum: c2736cc980bf3b78a9263b52d8d6bfcb (MD5) / Muitas reações importantes para a manutenção da vida na Terra são catalisadas por metaloenzimas (enzimas com pelo menos um íon metálico em seu sítio ativo). Dentre as metaloenzimas pode-se citar as catecol oxidases, que catalisam a oxidação de o-catecóis às correspondentes o-quinonas e as hidrolases/nucleases sintéticas, que catalisam a clivagem de ésteres de fosfato. Diversos complexos metálicos que visam modelar estrutural e/ou funcionalmente essas metaloenzimas têm sido estudados nas últimas décadas, com o objetivo de elucidar o seu modo de ação.Neste trabalho foram sintetizados e caracterizados por análise elementar de CHN, espectroscopia eletrônica, eletroquímica, titulação potenciométrica e espectrofotométrica, EPR e magnetoquímica dois novos complexos binucleares de cobre(II) empregando-se os dois novos ligantes contendo átomos N,O-doadores: H2L1 e H3L2. Os complexos 1 - [Cu2(HL1)( -OAc)](ClO4)2 e 2 - [Cu2(HL2)( -OAc)](ClO4) tiveram suas estruturas cristalinas resolvidas por difratometria de raios-X. A partir dos dados estruturais, espectroscópicos, eletroquímicos e cinéticos, foi possível propor um ciclo catalítico tanto para a oxidação do 3,5-di-terc-butil-catecol, quanto para a hidrólise do bis(2,4-dinitrofenil)fosfato, mediada pelos complexos 1 e 2, podendo os mesmos serem considerados complexos promíscuos, modelos funcionais tanto para as catecol oxidases, quanto para as hidrolases/nucleases sintéticas.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-12T17:47:09Z No. of bitstreams: 1 lucasfagundesesteves.pdf: 3341806 bytes, checksum: 01a9ea92db8351da3b0d30ea2a019200 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T16:53:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lucasfagundesesteves.pdf: 3341806 bytes, checksum: 01a9ea92db8351da3b0d30ea2a019200 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T16:53:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lucasfagundesesteves.pdf: 3341806 bytes, checksum: 01a9ea92db8351da3b0d30ea2a019200 (MD5) Previous issue date: 2012-02-29 / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Neste trabalho foram utilizadas metodologias teóricas para a descrição do mecanismo de ação de complexos binucleares de platina(II) do tipo 1,1/c,c e 1,1/t,t. Inicialmente foi elucidada a influência do arranjo conformacional da cadeia espaçadora na estabilidade de complexos binucleares, através da construção de um parâmetro topológico chamado grau de distorção (λ). Para a construção do parâmetro λ, foi realizada uma busca conformacional no nível PM3 utilizando o método de Monte Carlo (MC) para o ligante desses complexos binucleares, a molécula de 1,6-hexanodiamina. O parâmetro λ, correlaciona-se linearmente com a energia PM3 dos confôrmeros obtidos, aumentando o seu valor à medida que a energia total diminui. O parâmetro λ correlaciona-se fortemente com as energias relativas em fase gás ( ) e em fase aquosa ( ) após a inclusão das esferas de coordenação metálica dos complexos 1,1/c,c e 1,1/t,t em determinadas conformações e posterior otimização no nível DFT com o funcional B3LYP e o conjunto de funções de base 6-31+G(d,p) para todos os átomos, exceto para a platina, a qual foi tratada com o pseudopotencial LANL2DZ. As reações de hidrólise dos complexos 1,1/c,c e 1,1/t,t foram estudadas em fase gás no nível B3LYP/6-31+G(d,p)/LANL2DZ e em fase aquosa com os modelos PCM/UAHF e PCM/Bondi. As constantes de velocidade calculadas para a reação direta em fase aquosa resultaram em valores muito próximos daqueles determinados experimentalmente, os quais são da ordem de 10-5s-1, para os complexos 1,1/c,c e 1,1/t,t. Durante esta dissertação também foi avaliada a influência da conformação na primeira barreira de hidrólise de complexos 1,1/c,c, mostrando que algumas conformações, que em um primeiro momento são instáveis, podem gerar barreiras de reação menores do que as conformações mais estáveis. Foram estudados os mecanismos de coordenação de complexos 1,1/c,c com a guanina em fase gás e fase aquosa no mesmo nível de teoria utilizado durante a etapa de hidrólise. / In this work, theoretical methods were used to describe the action mechanism of binuclear platinum(II) complexes named 1,1/c,c and 1,1/t,t. Initially, the influence of the conformational arrangement of the diamine chain on the stability of binuclear complex was elucidated, through the construction of a new topological parameter called distortion degree λ. In order to create the λ parameter, were performed a conformational search at PM3 level of theory using Monte Carlo (MC) method only for the ligand of these binuclear complexes, the 1,6-hexanediamine molecule. The λ parameter linearly correlates with the PM3 energy of the conformers, increasing its value, as the total energy decreases. The λ parameter has a strong correlation with the relative energies in gas phase ( ) and aqueous phase ( ) after the inclusion of the metallic coordination sphere of the 1,1/c,c and 1,1/t,t complexes in some specific conformations. Subsequent optimization has been carried out at DFT approach with the B3LYP functional and the 6-31+G(d,p) Pople’s basis set for all atoms, except for platinum, which was treated with LANL2DZ pseudopotential. The hydrolysis reaction of 1,1/c,c and 1,1/t,t complexes were studied in gas phase at B3LYP/6-31+G(d,p)/LANL2DZ level and in aqueous phase with the PCM/UAHF and PCM/Bondi model. The calculated rate constants for the forward reaction in aqueous phase lead to values very close to those experimentally resolute, which are about 10-5s-1 for the 1,1/c,c and 1,1/t,t complexes. During this study the influence of conformation on the first hydrolysis barrier of 1,1/c,c complex were also evaluated, showing that some conformations, which at the first moment were considerable unstable, can generate lower reaction barriers than the most stable conformations. The coordination mechanism of 1,1/c,c complex with guanine in gas and aqueous phase at the same level of theory used during the hydrolysis step were also studied and compared with literature.

Este trabalho está focado no desenvolvimento de complexos de rutênio binucleares baseados no ligante ponte 2,6-bis(2-piridil)benzodiimidazol (dpimH2) com potencial aplicação como catalisadores para oxidação da água. O acoplamento eletrônico entre os centros metálicos bem como as propriedades eletrônicas e catalíticas podem ser controlados via reações ácido-base no ligante bis-bidentado. Dessa forma, neste trabalho descrevemos o preparo e a caracterização do respectivo composto mononuclear, bem como do complexo binuclear simétrico [{RuCl(phtpy)}2(dpimH2)](Otf) 2 (onde phtpy=4-fenil-2,2\':6\',\'\'-terpiridina), e do análogo assimétrico [{Ru(bpy)2}(dpimH2){Ru(phtpy)Cl}](ClO4)3 (onde bpy=2,2\'-bypiridina), que possui um centro catalítico e um grupo cromóforo na mesma molécula como esperado em um fotocatalisador, em que os dois centros catalíticos estão covalentemente conectados através do ligante ponte funcional. As caracterizações estrutural e eletrônica de ambos os complexos por 1H RMN, ESI-MS e espectroscopia de absorção UV-Vis indicaram a presença de isômeros geométricos com perfis eletrônicos similares. Por outro lado, a análise eletroquímica por voltametria cíclica demonstrou menores potenciais Ru(III/II) quando comparados a complexos polipiridínicos análogos. Este potencial redox pode ainda ser catodicamente deslocado através da remoção de prótons dos grupos imidazóis do ligante ponte, possibilitando, dessa forma, a modulação das propriedades eletrônicas e catalíticas destes complexos de rutênio através de reações de protonação/desprotonação dos grupos -NH. Além disso, neste trabalho é investigada a inesperada formação do complexo [Ru(phtpy)2] nas reações do complexo [RuCl3(phtpy)] puro com ligantes bidentados, utilizando-se espectroscopia UV-Vis e de 1H RMN. / This work is focused on the development of dinuclear ruthenium complexes with potential application as catalysts for oxidation of water, that are characterized by a benzobisimidazole 2,6-bis(2-pyridyl)benzodiimidazole (dpimH2) bridging ligand, whose interaction between the metal centers as well as the electronic and catalytic properties can be tuned by acid-base reactions in that moiety. Thus, the preparation and characterization of the respective mononuclear species are described. The dinuclear complex [2(dpimH2)](Otf)2(phtpy=4-phenyl-2,2\':6\',2\'\'-terpiridine), in which two catalytic centers are covalently linked through that bridging ligand, and of the [(dpimH2)](ClO4)3 complex (where bpy=2,2\'-bypiridine) integrating a chromophore and a catalytic center in the same molecule as expected for a photocatalyst. The structural and electronic characterization of both complexes by NMR, ESI-MS and UV-vis spectroscopy indicated the presence of geometric isomers with similar electronic profiles. On the other hand, the electrochemical analysis by cyclic voltammetry displayed redox potential values for the Ru3+/Ru2+ couples lower than the respective polypyridyl complex counterparts. This redox potential can be even more shifted to less positive potentials by removal of protons from the imidazole groups in the bridging ligand, opening the possibility of tuning the electronic and catalytic properties of those ruthenium complexes based on protonation/deprotonation of the -NH groups. Furthermore, in this work is analyzed the unexpected formation of the bisterpyridine [Ru(phpy)2] complex in reactions starting with pure [RuCl3(phtpy)] complex with bidentated ligands, as through UV-Vis spectroscopy and RMN.

A síntese e caracterização de sistemas hetero-híbridos gerados a partir da 3,6-bi-2-piridil-1,2,4,5-tetrazina (bptz) e interações com ouro nanoparticulado são abordados nesta tese. O bptz foi estudado por meio de métodos espectroscópicos e teóricos, focalizando principalmente o efeito SERS associado à adsorção em nanopartículas de ouro. O mecanismo de transferência de carga para metais macroscópicos foi transposto para a condição nanoparticulada, envolvendo ligações químicas entre bptz e as nanopartículas. Os complexos estudados possuem fórmula geral [LmRu(µ-bptz)RuLm]Xn, com “L” indicando os ligantes periféricos 5-cloro-1,10-fenantrolina (Clphen) ou 4’-(fenil)-2,2&#8217:6&#8217,2&#8221-terpirdina (ptpy) e “X” os contra-íons. Foram investigadas suas espectroeletroquímicas eletrônica e SERS, e as mudanças de perfil vibracional foram modeladas, incorporando o mecanismo de transferências de carga entre complexo e o ouro, além dos mecanismos ressonantes e eletromagnéticos / The synthesis and investigation of heterohybrid systems encompassing 3,6-bi-2-pyridyl-1,2,4,5-tetrazine (bptz) and its ruthenium complexes associated with gold nanoparticles are dealt with in this thesis. Bptz was characterized by spectroscopic and theoretical techniques, focusing on its SERS spectra after the adsorption onto nanoparticles. The charge transfer mechanism in the SERS spectra of macroscopic metals was transposed to the nanoparticle condition, assuming the formation of chemical bonds between bptz and the nanoparticles. Complexes of general formula [LmRu(µ--bptz)RuLm]Xn, “L” the peripheric ligants 5-chlorine-1,10-phenantroline or 4’-(phenyl)-2,2&#8217:6&#8217,2&#8221-terpyrdine (ptpy), and “X” counter-ions were also investigated, with special emphasis on their electronic and SERS spectroelectrochemistry. The changes in the vibrational profiles were successfully explained by the occurrence of charge transfer between the adsorbed complex and gold, in addition to the electromagnetic and resonance mechanisms.

Este trabalho está focado no desenvolvimento de complexos de rutênio binucleares baseados no ligante ponte 2,6-bis(2-piridil)benzodiimidazol (dpimH2) com potencial aplicação como catalisadores para oxidação da água. O acoplamento eletrônico entre os centros metálicos bem como as propriedades eletrônicas e catalíticas podem ser controlados via reações ácido-base no ligante bis-bidentado. Dessa forma, neste trabalho descrevemos o preparo e a caracterização do respectivo composto mononuclear, bem como do complexo binuclear simétrico [{RuCl(phtpy)}2(dpimH2)](Otf) 2 (onde phtpy=4-fenil-2,2\':6\',\'\'-terpiridina), e do análogo assimétrico [{Ru(bpy)2}(dpimH2){Ru(phtpy)Cl}](ClO4)3 (onde bpy=2,2\'-bypiridina), que possui um centro catalítico e um grupo cromóforo na mesma molécula como esperado em um fotocatalisador, em que os dois centros catalíticos estão covalentemente conectados através do ligante ponte funcional. As caracterizações estrutural e eletrônica de ambos os complexos por 1H RMN, ESI-MS e espectroscopia de absorção UV-Vis indicaram a presença de isômeros geométricos com perfis eletrônicos similares. Por outro lado, a análise eletroquímica por voltametria cíclica demonstrou menores potenciais Ru(III/II) quando comparados a complexos polipiridínicos análogos. Este potencial redox pode ainda ser catodicamente deslocado através da remoção de prótons dos grupos imidazóis do ligante ponte, possibilitando, dessa forma, a modulação das propriedades eletrônicas e catalíticas destes complexos de rutênio através de reações de protonação/desprotonação dos grupos -NH. Além disso, neste trabalho é investigada a inesperada formação do complexo [Ru(phtpy)2] nas reações do complexo [RuCl3(phtpy)] puro com ligantes bidentados, utilizando-se espectroscopia UV-Vis e de 1H RMN. / This work is focused on the development of dinuclear ruthenium complexes with potential application as catalysts for oxidation of water, that are characterized by a benzobisimidazole 2,6-bis(2-pyridyl)benzodiimidazole (dpimH2) bridging ligand, whose interaction between the metal centers as well as the electronic and catalytic properties can be tuned by acid-base reactions in that moiety. Thus, the preparation and characterization of the respective mononuclear species are described. The dinuclear complex [2(dpimH2)](Otf)2(phtpy=4-phenyl-2,2\':6\',2\'\'-terpiridine), in which two catalytic centers are covalently linked through that bridging ligand, and of the [(dpimH2)](ClO4)3 complex (where bpy=2,2\'-bypiridine) integrating a chromophore and a catalytic center in the same molecule as expected for a photocatalyst. The structural and electronic characterization of both complexes by NMR, ESI-MS and UV-vis spectroscopy indicated the presence of geometric isomers with similar electronic profiles. On the other hand, the electrochemical analysis by cyclic voltammetry displayed redox potential values for the Ru3+/Ru2+ couples lower than the respective polypyridyl complex counterparts. This redox potential can be even more shifted to less positive potentials by removal of protons from the imidazole groups in the bridging ligand, opening the possibility of tuning the electronic and catalytic properties of those ruthenium complexes based on protonation/deprotonation of the -NH groups. Furthermore, in this work is analyzed the unexpected formation of the bisterpyridine [Ru(phpy)2] complex in reactions starting with pure [RuCl3(phtpy)] complex with bidentated ligands, as through UV-Vis spectroscopy and RMN.

A síntese e caracterização de sistemas hetero-híbridos gerados a partir da 3,6-bi-2-piridil-1,2,4,5-tetrazina (bptz) e interações com ouro nanoparticulado são abordados nesta tese. O bptz foi estudado por meio de métodos espectroscópicos e teóricos, focalizando principalmente o efeito SERS associado à adsorção em nanopartículas de ouro. O mecanismo de transferência de carga para metais macroscópicos foi transposto para a condição nanoparticulada, envolvendo ligações químicas entre bptz e as nanopartículas. Os complexos estudados possuem fórmula geral [LmRu(µ-bptz)RuLm]Xn, com “L” indicando os ligantes periféricos 5-cloro-1,10-fenantrolina (Clphen) ou 4’-(fenil)-2,2&#8217:6&#8217,2&#8221-terpirdina (ptpy) e “X” os contra-íons. Foram investigadas suas espectroeletroquímicas eletrônica e SERS, e as mudanças de perfil vibracional foram modeladas, incorporando o mecanismo de transferências de carga entre complexo e o ouro, além dos mecanismos ressonantes e eletromagnéticos / The synthesis and investigation of heterohybrid systems encompassing 3,6-bi-2-pyridyl-1,2,4,5-tetrazine (bptz) and its ruthenium complexes associated with gold nanoparticles are dealt with in this thesis. Bptz was characterized by spectroscopic and theoretical techniques, focusing on its SERS spectra after the adsorption onto nanoparticles. The charge transfer mechanism in the SERS spectra of macroscopic metals was transposed to the nanoparticle condition, assuming the formation of chemical bonds between bptz and the nanoparticles. Complexes of general formula [LmRu(µ--bptz)RuLm]Xn, “L” the peripheric ligants 5-chlorine-1,10-phenantroline or 4’-(phenyl)-2,2&#8217:6&#8217,2&#8221-terpyrdine (ptpy), and “X” counter-ions were also investigated, with special emphasis on their electronic and SERS spectroelectrochemistry. The changes in the vibrational profiles were successfully explained by the occurrence of charge transfer between the adsorbed complex and gold, in addition to the electromagnetic and resonance mechanisms.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Triazenes are a class of compounds characterized by the presence of a diazoamino functional group (N=N N) showing remarkable ability to support the stereochemical requisites of a wide variety of metal transition complexes. They act as versatile ligands in coordination chemistry when deprotonated and have relevant biological and synthetic porperties. This work presents the synthesis and investigation of molecular and crystal structure of a new series of monotriazenes [3-(4-phenyldiazenyl)-1-(2-fluorophenyl)triazene (2b); 1-(2-chlorophenyl)-3-(4-phenyldiazenyl)triazeno (2c), 1-(2-bromophenyl)-3-(4-phenyldiazenyl)triazene (2d); 3-(4-phenyldiazenyl)-1-(2-iodophenyl) triazene (2e); 1,3-bis-(3-methoxy-4-methylbenzoate)triazene (2g)] and substituted 1,4-bis (phenyltriazenyl)butanes, C6H5N(H)=N-N(CH2)4-N=NN(H)C6H5, [1,4-bis(4-ethyl-benzoato triazenyl) butane (5a), 1,4-bis(2-fluorophenyltriazenyl)butane (5b), 1,4-bis(2-clorophenyltriazenyl)butane (5c), 1,4-bis(2-bromophenyltriazenyl)butane (5d), 1,4-bis(2-iodophenyltriazenyl)butane (5e), 1,4-bis(4-amidophenyltriazenyll)butane (5f)]. The insertion of groups on phenyl rings attached to the triazene chains makes the environment significantly more interesting coordination providing the supramolecular array through noncovalent intermolecular interactions and self-organizatinal units of primary molecule. The metal ions used for complexation are salts of Ni2+, Cu2+ and Pd2+ and they were chosen due to the attracting biological relevance, magnetic properties, catalytic yielding. Nine metal complexes unpublished were synthesized [trans-[PdII(C6H5NNC6H4NNNC6H4Cl)2(C5H5N)2] (3c) [(PdII (R1R2C6H3NNNC6H3R1R2)(PPh3)2Cl) DMSO] [R1 = 4-C(O)OCH3, R2 = 3-OCH3] (3g) [CuII (RC6H5NNN(CH2)4NNNC6H5R)]2 [R = C2H5C(O)O (6a), R = F (6b), R = NH2C(O) (6f)], [NiII (RC6H5NNN(CH2)4NNNC6H5R)]2 [R = F (7b) R = Cl (7c) R = Br (7d) R = NH2C(O) (7f)]. The synthesis and characterization of these compounds is justified by the exploration of the reactivity, the coordinative behavior and by the understanding of the interactions between different ligands and metal centers. The structural analysis of the synthesized compounds by X-ray diffraction on single crystal in the solid state were performed for characterization of interactions in the crystal. Thus, a thorough understanding of the relationship between the crystal structure and supramolecular organization is analyzed. Besides the structural analysis of compounds, elemental analysis CHN, infrared, nuclear magnetic resonance and ultraviolet-visible spectroscopies and mass spectrometry were also carried out for characterization. The physical chemical properties were investigated through thermogravimetric analysis and magnetic susceptibility. / Triazenos são importantes membros da família de compostos nitrogenados de cadeia aberta, caracterizados por conter o grupo funcional [N═N─N] e apresentam diferentes propriedades de coordenação a metais de transição. São compostos fracamente ácidos e quando desprotonados atuam como ótimos ligantes na química de coordenação apresentando grande importância sintética e biológica. Nessa tese, foi inicialmente desenvolvida a síntese de uma série inédita de compostos triazenos monocatenados [3-(4-fenildiazenil)-1-(2-fluorofenil)triazeno (2b); 1-(2-clorofenil)-3-(4-fenildiazenil)triazeno (2c); 1-(2-bromofenil)-3-(4-fenildiazenil)triazeno (2d); 3-(4-fenildiazenil)-1-(2-iodofenil)triazeno (2e); 1,3-bis(3-metoxi-4-metilbenzoato)triazeno (2g)] e de compostos triazenos biscatenados derivados do 1,4-bis(feniltriazenido)butano, C6H5N(H)N=N-(CH2)4-N=N-N(H)C6H5, [1,4-bis(etil-4-benzoatotriazenil) butano (5a); 1,4-bis(2-fluorofeniltriazenido)butano (5b); 1,4-bis(2-clorofeniltriazenido)butano (5c); 1,4-bis(2-bromofeniltriazenido)butano (5d); 1,4-bis(2-iodofeniltriazenido)butano (5e); 1,4-bis(4-amidofeniltriazenido)butano (5f)]. A inserção de grupamentos substituintes nos anéis fenila na cadeia triazenídica tornam o ambiente de coordenação significativamente mais interessante, propiciando o aumento da ocorrência de interações intermoleculares não covalentes e impondo a auto-organização de unidades moleculares primárias no estado sólido. Os metais escolhidos para complexação foram sais de Ni2+, Cu2+ e Pd2+ em virtude de atraírem atenção como objeto de estudos relacionados com medicina, propriedades magnéticas e catálise obtendo-se como resultados deste trabalho nove complexos metálicos inéditos [trans-[PdII(C6H5NNC6H4NNNC6H4Cl)2(C5H5N)2] (3c); [(PdII(R1R2C6H3NNNC6H3R1R2)(PPh3)2Cl)·DMSO] [R1 = 4-C(O)OCH3, R2 = 3-OCH3] (3g); [CuII(RC6H5NNN(CH2)4NNNC6H5R)]2 [R = C2H5C(O)O (6a); R = F (6b); R = NH2C(O) (6f)] ; [NiII(RC6H5NNN(CH2)4NNNC6H5R)]2 [R = F (7b); R = Cl (7c); R = Br (7d); R = NH2C(O) (7f)]. A síntese, e a caracterização desses novos compostos estão relacionadas à exploração da reatividade, ao comportamento coordenativo e a compreensão das interações entre os diferentes centros metálicos e os ligantes. Efetuou-se um estudo estrutural no estado sólido para a caracterização das interações presentes nas estruturas cristalinas dos compostos sintetizados e a ferramenta utilizada foi à difração de raios X em monocristal. Dessa forma aprofundou-se a compreensão da relação entre a estrutura cristalina e sua organização supramolecular. Além do método de difração de raios X de monocristal os compostos foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho, espectroscopia de ressonância magnética nuclear, 1H e 13C, espectroscopia ultravioleta e visível, espectrometria de massas e análise elementar CHN. As propriedades físico-químicas foram investigadas através de análise termogravimétrica e susceptibilidade magnética.