Le travail présenté dans ce manuscrit est basé sur l’utilisation de la modélisation moléculaire, de la simulation et de la chimie théorique pour l’étude de la photosensibilisation de l’ADN ; c’est à dire l’augmentation de la sensibilité de l’ADN vis-à-vis de la lumière au travers de l’action d’agents photosensibilisants. Premièrement, les voies photophysiques et photochimiques de plusieurs molécules connues telles que nile bleu, nile rouge, BMEMC ou une base modifiée endogène, Pyo, ont été étudiés dans le but de comprendre leurs mécanismes de photosensibilisation. Les phénomènes associés qui ont été mis en évidence sont des transferts d’électrons et d’énergie, la production d’électrons solvatés et l’activation à deux photons. De plus, deux outils pour l’étude des interactions entre les molécules et l’ADN ont été dévellopés; i) un protocole calculatoire capable de fournir l’énergie libre d’interaction de drogues dans leurs poches; ii) un outil basé sur l’hamiltonien semi-empirique de Frenkel qui permet de modéliser le spectre de dichroïsme circulaire électronique de biomacromolécules. Ensuite, les effets de photolésions sur la structure et la flexibilité de l’ADN ont été étudiés ; i.e. les dimères de pyrimidines, la pyrimidine(6-4)pyrimidone (6-4PP) et les clusters de sites abasiques. Finalement, la reconnaissance de brins d’ADN lésés par des protéines de réparation et le rapport avec leurs activités enzymatiques a été analysé. Le lecteur peut se référer à la première partie de ce manuscrit pour une présentation vulgarisée du contexte de ce projet / The work presented in this manuscript is based on the use of molecular modeling, simulation and theoretical chemistry in order to study the photosensitization of DNA; i.e. the enhancement of the sensitivity of DNA to light through the action of a photosensitizing agent. A first aspect has been to study the photophysical and photochemical pathways of several known sensitizers such as nileblue, nilered, BMEMC or an endogenous modified nucleobase, Pyo, in order to understand their mechanisms of photosensitization. The related phenomena that have been observed are electron transfers, triplet-triplet energy transfers, production of solvated electrons and two-photons activations. Moreover, two tools have been developed to study the interaction between photosensitizing agents and DNA; i) a protocol able to provide the binding free energy of drugs in their interaction pockets; ii) a tool based on the semi-empirical Frenkel Hamiltonian to model the electronic circular dichroism of biomacromolecular systems in a straightforward way. Then the effects of photoinduced lesions on the DNA structure and flexibility have been investigated; i.e. cylcopyrimidine dimers (CPD), pyrimidine(6-4)pyrimidone (6-4PP) and cluster abasic sites. Finally the recognition of damaged DNA strands by repair enzymes is presented and the implication on enzymatic activities has been highlighted. The reader can refer to the first section of the manuscript for a popularized presentation of the project context

Ge₂Sb₂Te₅ (GST) is an established phase-change material that undergoes fast reversible transitions between amorphous and crystalline states with a high electro-optical contrast, enabling applications in non-volatile optical and electronic memories and optically-switchable structured metamaterials. This work demonstrates that optical anisotropy can be induced and recorded in pure and doped GST thin films using circularly polarised light (CPL), opening up the possibility of controlled induction of anisotropic phase transition in these and related materials for optoelectronic and photonic applications. While the amorphous-to-crystalline phase transition in GST has generally been understood to proceed via a thermal mechanism, significant optical anisotropy (measured by circular dichroism (CD) spectroscopy in this work) strongly suggests that there is an electronic athermal component of the phase change induced by the handedness of circularly polarised nanosecond laser pulses and implies the existence of chiral structures or motifs. Optically active and inactive regions in the films have also been studied using X-ray and electron diffraction and spectroscopic techniques in order to obtain a structural picture that can be correlated to the optical changes observed and the findings offer surprising evidence of the nature of the phase transition. Regions exhibiting higher CD signal intensities were found to be mostly amorphous with elemental phase separation observed within modified surface features. Several mechanisms are proposed for the observed phenomena, including the retention of chiral crystalline fragments in laser- irradiated and melt-quenched amorphous regions, which could explain the results of CD spectroscopy. This may be extended to other material systems and harnessed in potential metamaterials, plasmonics, photonics or chiroptical applications.

Thermal stability is an important and interesting physical property of proteins. A common method to study it by is circular dichroism (CD) spectroscopy. The aim of this study was to test methods to improve thermal stability analysis by CD spectroscopy. Experiments were performed using the Abp1p SH3 domain from yeast as a model protein. Thermal denaturation was monitored at multiple wavelengths. It was concluded that for data sets of reasonable quality the choice of wavelength does not affect the results. An approach to estimate stability of thermophilic proteins was tested where thermal stability was measured at different concentrations of the denaturant GuHCl. The thermochemical data was used to estimate the stability in absence of GuHCl by extrapolation. The results were compared to those obtained from CD spectroscopy and differential scanning calorimetry. It was found that a stabilizing effect from low concentrations of GuHCl complicated the extrapolation. It is likely that this method is more successful if there is no stabilizing effect. The effect of ΔCp in stability parameter calculations was investigated with an experimentally and theoretically determined ΔCp. This was further investigated with synthetic data sets. The ΔCp used in calculations had no notable effect, as long as there was no cold denaturation. Although ΔCp is not necessary in calculations, it is an interesting parameter itself. ΔCp can be calculated from the thermochemical data used for extrapolation. The results in this study demonstrate robustness in thermal stability analysis by CD spectroscopy and a potential for development.

Orientador: João Ruggiero Neto / Banca: João Procópio de Araújo Filho / Banca: Maria Teresa Lamy / Banca: Roberto da Silva / Banca: Valmir Fadel / Resumo: Neste trabalho estudamos a conformação em ambientes anisotrópicos e a atividade lítica em vesículas aniônicas e zwitteriônicas de um conjunto de peptídeos biologicamente ativos, extraídos de veneno de vespas solitárias, que se caracterizam por usar seus venenos para paralisar as presas com as quais alimentam suas larvas. Esses peptídeos que são desgranuladores de mastócitos, apresentam atividade antimicrobiana e a maioria deles não é hemolítica. Possuem entre 10 e 15 resíduos, são catiônicos, com alta proporção de resíduos carregados e polares, e são lineares e helicoidais em meios miméticos de membranas. Buscamos correlacionar a atividade lítica em vesículas de diferentes composições, analisada em experimentos de fluorimetria, às mudanças conformacionais, induzidas por diferentes ambientes miméticos, monitoradas por dicroísmo circular, complementando com a análise das características físico-químicas como comprimento da cadeia, amidação do terminal-C, carga líquida, influências no macrodipolo da hélice, hidrofobicidade, momento hidrofóbico e ângulo polar. Observamos que estes peptídeos apresentam intensa atividade em membranas modelo, interagem preferencialmente com bicamadas aniônicas, e sua atividade lítica acontece de modo cooperativo tanto em vesículas aniônicas como nas zwitteriônicas. Com exceção de Anoplin, todos os peptídeos com ação antimicrobiana apresentam curvas de dose-resposta que mostram uma dependência sigmoidal com a concentração do peptídeo. Isso sugere que esses peptídeos se acumulam na superfície da vesícula até atingir uma concentração crítica, além da qual o vazamento aumenta cooperativamente. De uma forma geral os peptídeos mais eficientes como antimicrobianos, são também aqueles caracterizados pela maior eficiência em permeabilizar vesículas aniônicas do tipo PCPG 7030 e por baixas razões limite P/L. / Abstract: Solitary wasps use their venoms to paralise prays to feed their larvae. A set of biologically active peptides, obtained from these venoms, have been investigated in relation to the conformational changes they undergo in anisotropic environments and their lytic activity on zwitterionic and anionic vesicles. These peptides are mast cell degranulators, present antimicrobial activities and most of them are not hemolytic. They are cationic, their chain length are 10 to 15 residues long, with high hydrophilic / hydrophobic ratio; they are linear and helical in membrane mimetic environments. We searched correlation between the lytic activity in vesicles of different compositions, monitored in fluorimetric experiments, and conformational changes, induced by varied mimetic media, monitored by circular dichroism. The results have been also correlated with peptides' physical-chemical parameters such as chain length, amidated or carboxylated C-terminal, net charge, influences on the helix macrodipole, hydrophobicity, hydrophobic moment and polar angle. We observed that these peptides present intense activity on model membranes, they interact preferentially with anionic bilayers, and their lytic activity is a cooperative process either in anionic or in zwitterionic vesicles. Exception made to Anoplin, all the other peptides that have antimicrobial activity present in their dose-response curves a sigmoidal dependence with the peptide concentration. This fact suggests that these peptides accumulate on the vesicles surface until they reach a threshold concentration, beyond which leakage increases cooperatively. As a general rule, the most efficient antimicrobial peptides are also those characterized by efficient permeabilization of anionic vesicles, namely PCPG 7030 and by small threshold P/L ratios. / Doutor

Determinar la configuración absoluta de las moléculas quirales representa un gran reto para los químicos orgánicos. Para conseguir este objetivo existen diversas técnicas, las cuales se describen en el presente trabajo, así como ejemplos de cómo han sido utilizadas para la determinación de la configuración absoluta de productos naturales. / Methods for the assignment of the absolute configuration of an organic molecule: The assignment of the absolute configuration of chiral molecules represents a great challenge for organic chemists. There are several techniques in order to establish it, and they are described in this work, as well as examples of how they can be applied in the assignment of the absolute configuration of natural products.

Neste trabalho, estudamos a interação de um peptídeo antimicrobiano com membranas modelo, por meio de dicroísmo circular (CD), fluorescência e microscopia óptica. Tal peptídeo, chamado de híbrido, foi sintetizado como uma mistura das regiões mais ativas de dois outros peptídeos antimicrobianos, chamados de pediocina A e plantaricina 149. Esse peptídeo híbrido possui carga de +8, em pH fisiológico, e as membranas estudadas foram compostas por uma mistura de fosfolipídeos zwiteriônicos (cabeça polar de fosfatidilcolina, PC) e aniônicos (cabeça polar de fosfatidilglicerol, PG), em diferentes razões molares. Os resultados de CD evidenciaram que este peptídeo se apresenta de forma desordenada em solução aquosa, porém adota uma conformação helicoidal na presença de grandes vesículas unilamelares carregadas negativamente (LUVs). A quantidade de componente helicoidal é dependente da quantidade de lipídeo negativo presente na bicamada lipídica. A fluorescência do triptofano revelou um deslocamento para o azul muito significativo, chegando a 20 nm para membranas compostas por 100 mol% de PG. Os dois resultados (CD e fluorescência) indicam que a região dos aminoácidos que contém o triptofano deve estar interagindo muito fortemente com a região hidrofóbica da membrana, numa conformação tipo-helicoidal. Experimentos de vazamento de carboxifluoresceína encapsulada em LUVs, por espectroscopia de fluorescência, demonstraram a ação lítica do peptídeo induzindo a formação de poros nas membranas, independentemente da composição das LUVs. Entretanto, a razão molar peptídeo:lipídeo necessária para induzir vazamento da sonda foi menor para membranas lipídicas compostas por bicamadas contendo altas quantidades de PG. Tal fato coloca em evidência o papel fundamental da interação eletrostática entre os peptídeos carregados positivamente com as membranas carregadas negativamente para o processo de ligação e mecanismo de ação deste peptídeo. Para estudar mais detalhadamente o mecanismo de ação, realizamos experimentos de microscopia óptica em vesículas unilamelares gigantes. Concluímos que o peptídeo provoca total desestabilização das vesículas unilamelares gigantes, com formação de poros, seguidos de ruptura da bicamada lipídica e sua transformação em pequenos e mal definidos complexos de peptídeos e fosfolipídeos. / In this work, we investigated the interaction between an antibacterial peptide with model membranes, by means of circular dichroism (CD), fluorescence and optical microscopy. Such a peptide was synthesized from the most active regions of two others antimicrobial peptides, namely pediocin A and plantaricin 149. The hybrid peptide has a net charge of ~ +8, at physiological pH, and the studied model membranes were composed of a mixture of zwitterionic phospholipids (phosphatidylcholine polar head) and anionic phospholipids (phosphatidylglycerol polar head), at differente molar ratio. The CD results evidenced that the peptide was essentially structureless in aqueous solution, but acquired an helical conformation in the presence of charged large unillamellar vesicles LUVs. The helical content is dependent on the negative charge amount on membrane surface. The tryptophan fluorescence revealed a significant blue shift of the maximium emission wavelength, up to 20 nm for the membranes composed of 100 mol% of PG in respect to the peptide fluorescence in the aqueous solution. This indicates that part of the aminoacid residues, that contains the tryptophan, must be buried into the hydrophobic medium of the lipid membrane. Leakage experiments using fluorescence spectroscopy of carboxyfluorescein encapsulated in LUVs demonstrated the lytic action of the peptide, inducing the pore formation in the membrane, regardless of lipid membrane composition. However, it should be stressed that the peptide:lipid molar ratio necessary to induce probe leakage was smaller for lipid membranes made up of large PG amounts. Such evidence points out the key role of the electrostatic interaction between a positively charged peptide and the negatively charged membrane, mediated by hydrophobic contribution. To gain further insight into the lytic mechanism of the peptide, we performed single vesicle experiments using giant unilamellar vesicles under optical microscopy observations. We conclude that the peptide provokes a total membrane desestabilization, with pore formation, followed by a membrane disruption and its transformation into smaller and not well defined complexes of phospholipids and peptides.

A proteína P21 do Trypanosoma cruzi participa no processo de infecção da célula hospedeira, desse modo é de grande importância: elucidar as vias de sinalização induzidas pela proteína, bem como caracterizar a nível molecular e estrutural a P21. O que vai auxiliar no entendimento da função biológica da P21 e sua participação no processo de infecção. A P21 recombinante é expressa Escherichia coli em sua maioria na fração insolúvel. Visando aumento de proteína na fração solúvel, foi realizada a clonagem do gene da P21 em vetor pSMT3, bem como testes de expressão subsequentes em diferentes cepas de expressão de E. coli, em vetor pET-28 e pSMT3 e variadas condições de expressão e lise celular. Desse modo obtiveram-se as condições que permitissem uma maior concentração da P21 na fração solúvel. A expressão foi realizada no vetor pET-28, cepa BL21, a 37°C com meio 2xYT a 0.5 mM de IPTG, utilizando a técnica de sonicação como lise. A P21 foi purificada em cromatografia de afinidade e posteriormente em coluna de exclusão molecular. Foram realizados estudos de modelagem por homologia levaram a elaborar a hipótese de que a P21 tem a função de inibidor de serinoprotease do tipo kunitz. Posteriormente essa hipótese foi confirmada com ensaios de avaliação da atividade inibitória da P21 frente à tripsina, quimiotripsina e elastase neutrofílica, o qual a P21 mostrou capaz de inibir a elastase neutrofílica. Estudos com espalhamento dinâmico da luz (DLS) revelaram que as amostras testadas de P21 contém diferentes concentrações de agregados de alto peso molecular em todos os pHs avaliados. Outras medidas foram realizadas para avaliar o estado de agregação da P21 de acordo com a temperatura e verificou-se que entre 32-52 °C, a proteína apresenta menor raio hidrodinâmico, indicando menor agregação nesse intervalo. Estudos de dicroísmo circular revelaram que a P21 apresenta por volta de 20% de α hélice, 32% de folha-β, 22% de volta e 23 % estrutura randômica. De acordo com a curva de desnaturação referente ao espectro de CD obtido, a P21 se mostra desnaturada a partir de 64°C. / The Trypanosoma cruzi protein P21 participates in the host cell infection process, but its specific function is poorly described. Thus it is important to elucidate the signaling pathways induced by the protein and characterize the P21 at the structural and molecular levels, as a contribution towards the understanding of the P21 biological function and its role in the infection process. The Escherichia coli recombinant P21 is expressed mostly in the insoluble fraction. Aiming to increase protein in the soluble fraction, we performed the cloning of the P21 gene in pSMT3 vector and subsequent expression tests in different expression strains of E. coli in pET-28 and pSMT3 vectors and varied expression conditions and cell lysis. Thus we obtained conditions that allow a greater concentration of the P21 in the soluble fraction. The expression vector was performed using vector pET-28, in Bl21 strain at 37°C in 2xYT culture medium with 0.5 mM IPTG, using the sonication technique in cell lysis. The recombinant P21 was purified by Ni affinity chromatography and subsequently a molecular exclusion column. We performed homology modeling studies which led to assume that P21 can be a serinprotease inhibitor of Kunitz type. Furthermore, this hypothesis was confirmed in the experiments testing the P21 inhibitory activity against the trypsin, chymotrypsin and elastase. We found the P21 exclusively inhibit neutrophil elastase. Studies using dynamic light scattering (DLS) revealed that the samples containing P21 contained large molecular weigth aggregates in different concentrations at all evaluated pHs. Others measurements were performed to assess the P21 aggregation state according to the temperature and we found that between 32-52 °C the protein had a smaller hydrodynamic radius, indicating less aggregation in this range. Circular dichroism (CD) studies revealed that P21 has about 20% α-helix, 32% β, -sheet, 22% turn and 23% of random structure. According to the denaturation curve for the CD spectrum obtained, the P21 was denatured from 64°C.

A demanda por combustíveis baseados em recursos renováveis é alta nos dias de hoje e tende a aumentar bastante no futuro. No Brasil, indústrias de biocombustíveis produzem principalmente etanol a partir cana-de-açúcar. A biomassa lignocelulósica, compreendendo resíduos de culturas, resíduos florestais, sólidos urbanos, é explorada como um elevado potencial secundário na produção de biocombustíveis, mesmo na categoria de subprodutos, eliminando assim os usos competitivos. Para tornar a produção de etanol de segunda geração a partir da cana-de-açúcar economicamente sustentável, é imprescindível utilizar fração hemicelulósica da biomassa, o que corresponde de 20% a 25%, sendo a xilose seu principal componente. Saccharomyces cerevisiae não fermenta xilose, entretanto, xilulose pode ser fermentada. Portanto a busca e o estudo de enzimas que procedem com a conversão de xilose em xilulose (em condições sinérgicas às da fermentação alcoólica) se torna de extrema importância no que se refere ao aproveitamento da hemicelulose para a geração de etanol de segunda-geração. Xilose isomerases (XI) de três microorganismos diferentes (de Xanthomonas campestris pv. Campestris [Xyl_Xcc], Bifidobacterium adolescentis [Xyl_Bad] e de Lactobacillus crispatus [Xyl_LCr]) são o objeto de estudo deste projeto. A partir do conteúdo genômico desses três microorganismos, foi realizada a amplificação do gene xylA (que codifica para XI), via Clonagem Independente de Ligação/Ligase (do inglês, LIC) e clonagem em vetor de expressão pPROEX HTa adaptado para LIC, e superexpressão em Escherichia coli BL21 (DE3). As XIs foram então extraídas e purificadas por cromatografia de afinidade com metal quelado, seguida de cromatografia de exclusão molecular. Nessa etapa, as massas moleculares e raios hidrodinâmicos (RH) foram estimados, tanto por cromatografia de exclusão molecular quanto em gel nativo, revelando que Xyl_Xcc e Xyl_Bad se apresentam diméricas enquanto Xyl_LCr monomérica. Subseqüentemente, foram realizados testes de atividade em diferentes condições (pHs e temperaturas), para mapear condições ótimas de reação. A atividade ótima de ambas Xyl_Xcc e Xyl_Bad foi ao redor do pH 5,5, com temperaturas ótimas girando em torno de 60°C. Xyl_LCr se mostrou sem atividade. Além disso, o monitoramento da estabilidade térmica das XIs foi realizado através de espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS) e espectroscopia de dicroísmo circular (CD). As estabilidades térmicas da estrutura secundária e da estrutura terciária como um todo parecem aumentadas com a elevação do pH. Entretanto, isso não condiz com perfil de atividade dessas enzimas, visto que a atividade ótima se apresentou deslocada para valores de pHs ácidos. Modelos de baixa resolução obtidos por SAXS foram alinhados e sobrepostos às estruturas de alta resolução de proteínas homólogas, revelando um bom ajuste da forma tetramérica para Xyl_Bad e Xyl_Xcc e monomérica para Xyl_LCr. Portanto, levanta-se a hipótese da dissociação do tetrâmero em dímeros, possivelmente causado pela interação (mecânica) com o sistema de emaranhados do gel nativo e com os poros da coluna de exclusão molecular. Foram obtidos cristais de Xyl_Bad e Xyl_Xcc, e esses foram submetidos à difração de raios-X, revelando a presença de um domínio conservado na maioria das XIs reportadas, formado por um barril α⁄β (N-terminal). As estruturas estão em fase avançada de refinamento. Ao final, são propostos estudos futuros que complementem os resultados apresentados, e que poderão comprovar as hipóteses criadas a partir deste trabalho. / The demand for fuels based on renewable resources is high these days and tends to increase considerably in the future. In Brazil, biofuels industries mainly produce ethanol from sugarcane. The lignocellulosic biomass, including crop residues, forest residues, urban solids, is explored as a secondary high potential for biofuels production, in the same category of products, thus eliminating the competing uses. To make the production of sugarcane secondgeneration ethanol economically sustainable, it is essential to use the hemicellulose fraction of the biomass, which corresponds from 20% to 25%, the main component represented by xylose. Saccharomyces cerevisiae doesnt ferment xylose, however, xylulose may befermented. Therefore the research and study of enzymes that carry out the conversion of xylose to xylulose (in synergistic fermentation conditions) become very important with regard to the use of hemicellulose in second-generation ethanol production. Xylose isomerases (XI) from three different microorganisms (Xanthomonas campestris pv. Campestris [Xyl_Xcc], Bifidobacterium adolescentis [Xyl_Bad] and Lactobacillus crispatus [Xyl_Lcr]) are the target of this project. From the genomic content of these three organisms, gene amplification of the xylA gene (encoding XI) was performed, via Ligand / Ligation Independent Cloning (LIC) and cloning in LIC adapted pPROEX HTA expression vector , with overexpression in Escherichia coli BL21 (DE3). The XIs were then extracted and purified by affinity metal quelate chromatography, followed by size exclusion chromatography. At that time, the molecular weight and hydrodynamic radius (RH) were estimated both by size exclusion chromatography and native gel, suggesting that Xyl_Xcc and Xyl_Bad were as dimers in solution, while Xyl_Lcr as monomer. Subsequently, activity assays were performed in different conditions (pH and temperature), to find out the optimum reaction conditions. The optimal activity of both Xyl_Xcc and Xyl_Bad was around pH 5.5, with optimum temperatures hovering around 60°C. Xyl_Lcr showed no activity. Furthermore, monitoring the thermalstability of XIs was performed by small angle X-ray scattering (SAXS) and circular dichroism spectroscopy (CD). The thermal stabilities of the secondary structure and tertiary structure as a whole appear increased with increasing pH. However, this does not match with the activity profiles of these enzymes, since they showed optimal activity shifted to acidic pHs. SAXS low-resolution models were aligned and superimposed on high resolution structures of homologous proteins, revealing a concordance of the tetrameric form of Xyl_Xcc and Xyl_Bad in solution and monomeric form of Xyl_Lcr. Thus arises the possibility of dissociation of tetramer into dimers, possibly caused by interaction (mechanical) system with the tangles of native gel and pores of molecular exclusion column. Crystals were obtained from Xyl_Bad and Xyl_Xcc, and these were subjected to X-ray diffraction to generate high resolution structures, revealing the presence of a conserved domain in the most reported XIs, consisting of a α⁄ β barrel (N-terminus). The structures are in an advanced stage of refinement. Finally, future studies are proposed to complement the results presented, which may prove the hypotheses generated from this work.

Neste trabalho de Mestrado, foram feitos estudos do comportamento fotofísico da fisetina em diversos solventes através de medidas de absorção de luz UV-Visível, fluorescência estática e resolvida no tempo e da interação entre fisetina (3,3\',4\',7-tetrahidroxiflavona) e 7-hidroxiflavona com ciclodextrinas ( beta e gama) (CDs) através de experimentos de absorção de luz UV-Visível, sinal induzido de dicroísmo circular, fluorescência estática e resolvida no tempo, anisotropia de estado estacionário e RMN de 1H, focando a dependência destas medidas em função da temperatura e do pH. Os resultados experimentais foram comparados com estudos mecânico-quânticos baseados no modelo semi-empírico SAM1 (AMPAC), e nos funcionais B3LYP e MPW1PW91, da Teoria do Funcional de Densidade, empregando os conjuntos de funções de base 6-311G* e 3-21G**. Os estudos da fisetina em diferentes solventes próticos e apróticos mostraram que a fluorescência da sonda é fortemente dependente do solvente. Resultados experimentais indicam a formação de complexos de inclusão entre as CDs e os flavonóides acima. A fisetina com ?-CD forma complexo de estequiometria 1:1 nos meios neutro/ácido e básico, cujos valores de constante de complexação são 900 +- 100 +_ 240 +_ 90 (L/mol), respectivamente. Os dados teóricos evidenciaram que a inclusão da fisetina na beta-CD ocorre preferencialmente pelo anel fenila. O complexo com a gama-CD apresenta estequiometria de 1:1 em meio ácido/neutro e de 1:2 em meio básico, com constantes de complexação de 94 +- 30 e 130 +- 10 (L/mol), respectivamente. Os estudos com a 7-hidroxiflavona revelaram que somente ocorre a formação de complexos com a beta-CD de estequiometria 1:1 e não há dependência do pH. As constantes de complexação obtidas nos meios ácido/neutro e básico são similares, 1430 +-- 510 e 1220 +- 165 L/mol, respectivamente. / In this work, the photophysics of fisetin (3,3\',4\',7-tetrahydroxyflavone) in several solvents was studied through UV-vis absorption spectra, steady-state and time-resolved fluorescence measurements. The interaction between fisetin and 7-hydroxyflavone and cyclodextrins (b- e g-) (CDs) was also investigated by UV-vis absorption spectra, induced signal of circular dichroism, steady-state and time-resolved fluorescence, steady-state anisotropy, and 1H NMR, with dependence on pH and temperature. Some experimental data were compared with quantum-mechanics studies based on the SAM1 (AMPAC) semi-empirical model, as well as with the B3LYP and MPW1PW91 functional models from the Density Functional Theory using the 6-311G* and 3-21G* basis sets. The study of the photophysics of fisetin in protic and aprotic solvents showed a complex behavior and a strong dependence on the solvent. The occurrence of many equilibria between the possible structures of fisetin, e.g. the normal, a few deprotonated ones, and the tautomer due to the excited state intramolecular proton transfer can be responsible for the complex analyses of these experimental data. The spectroscopic measurements show that, at pH 4.0 and 6.5, the complex fisetin - b-CD is formed in a Fis:b-CD 1:1 stoichiometry and an equilibrium constant (K) of 900 ± 100 L/mol. In basic medium (pH 11.5), K decreases to 240 ± 90 L/mol. Molecular modeling points out that the inclusion complex is formed preferentially via entry of the fisetin phenyl group into b-CD. On the other hand, the fisetin - g-CD has a stoichiometry of 1:1 in acid/neutral solutions and of 1:2 in basic conditions. The K values are 94 ± 30 e 130 ± 10 (L/mol), respectively. The 7-hydroxyflavone can only form inclusion complexes with b-CD. The stoichiometry is 1:1 and there is no dependence on pH. Both equilibrium constants determined either in acid or basic medium is very similar to each other, 1430 ± 510, and 1220 ± 165 L/mol, respectively. For this reason, we suppose that the inclusion of this compound into b-CD is also through the phenyl ring of the flavonoid.

Orientadores: Abner de Siervo e Flavio Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin. / Made available in DSpace on 2018-08-12T11:00:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueiredo_JoseJadsomSampaiode_M.pdf: 4194889 bytes, checksum: 489e23ac30c4fa90808ef2de00ae46d4 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Nanopartículas (NPs) metálicas, filmes ultrafinos e sistemas nano-estruturados têm motivado vários estudos teóricos e experimentais devido a novas propriedades eletrônicas, óticas e magnéticas destes materiais. Nas NPs, tais propriedades estão diretamente relacionadas aos efeitos de tamanho (size effect) e superfície, os quais afetam suas estruturas eletrônica e cristalográfica, concentrando um maior número de átomos na superfície em relação ao seu volume. Estudos recentes têm sugerido que alguns metais nobres sem nenhum tipo de ordenamento ferromagnético espontâneo podem apresentá-lo, mesmo a temperatura ambiente, quando segmentados em forma de nanopartículas. Exemplos desses metais são Au e Pd. Apesar dos esforços para provar a existência de comportamento ferromagnético nestes materiais, não existem medidas que demonstrem de forma não ambígua a polarização ferromagnética nos átomos de Pd. Na maioria dos trabalhos mostrados na literatura, o ferromagnetismo é quantificado por magnetometria SQUID. Faz-se necessário, portanto, verificar a existência de ferromagnetismo nestes materiais utilizando-se de técnicas elemento específicas, tais como XMCD (dicroísmo circular magnético de raios X). Esta técnica é muito importante para determinação quantitativa e seletiva dos momentos magnéticos de spin e orbital para cada elemento separadamente. O nosso trabalho se diferencia em relação a estes, pois ao invés de estudarmos cada elemento individualmente trabalhamos com nanopartículas do composto bimetálico Aux Pd1-x (x =0,00, 0,25, 0,50, 0,75) passivadas por tiol. Medidas de SQUID indicaram claramente um sinal magnético nestas nanopartículas, inclusive à temperatura ambiente. Neste trabalho apresentaremos os resultados preliminares da caracterização destas nanopartículas por medidas de SQUID, XANES, XPS, bem como XMCD nas bordas L2,3 do Pd e L3 do Au . Ressaltamos também, o desenvolvimento de uma instrumentação para medidas de XMCD em ambientes de UHV onde é possível submeter às amostras a altos campos magnéticos e condições de baixas temperaturas. Com base nos resultados obtidos discutiremos a possibilidade de ferromagnetismo nestas nanopartículas e sua origem. / Abstract: Metallic Nanoparticles (NP's), ultra-thin films and nano-structured systems have motivated several theoretical and experimental works because of their new electronic optical and magnetic properties of these materials. In NP's, such properties are directly related to the size and surface effects, which affect its electronic and crystallographic structures, by concentrating a larger number of atoms on the surface in relation to their volume. Recent studies have suggested that some noble metals without any kind of spontaneous ferromagnetic order can exhibit it, even at room temperature, when segmented as nanoparticles. Examples of these metals are Au and Pd. Despite the efforts to prove the existence of a ferromagnetic behavior in such materials, there are no measurements that demonstrate unambiguously the ferromagnetic polarization in Pd atoms, for example. Most of the works shown in the literature have used SQUID measurements to characterize the ferromagnetism in these materials. It is therefore necessary to verify the existence of ferromagnetism in these materials by using element specific techniques, such as XMCD (X-ray magnetic circular dichroism). XMCD is a very important technique, which is element selective and performs quantitative determination of the spin and orbital magnetic contributions for each element separately. Our work has a particular difference when compared to others in literature because instead of studying each element individually we have worked with NP's of the bimetallic compound Aux Pd1-x (x = 0.00, 0.25, 0.50, 0.75) capped by thiol. SQUID measurements clearly showed ferromagnetic behavior in these nanoparticles, even at room temperature. In this thesis we will present results of a systematic characterization of these nanoparticles by a multi-technique approach which involves measurements with SQUID, XANES, XPS and XMCD in the L2,3 edges of the Pd and Au L3 edge. We also emphasize the development of a new instrumentation for XMCD measurements at UHV where samples can be submitted to high magnetic fields and conditions of low temperatures. Based on these findings we discuss the possibility of ferromagnetism in these nanoparticles and its origin. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física