Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1975. / Typescript. Vita. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references.

Do interesse em espécies eletronicamente excitadas geradas por sistemas luminescentes químicos e biológicos, nasceu o interesse dos químicos pelos dioxetanos, seu comportamento e suas propriedades. Propostos como intermediários de tais reações, estes compostos (peróxidos cíclicos de anel tetratômico) sofrem clivagem térmica unimolecular com produção de dois fragmentos carbonílicos, um deles no estado eletronicamente excitado. Em geral, dioxetanos substituídos por grupos alquílicos e arílicos levam a altos rendimentos de estados triplete. Propôs-se, então, reinvestigar a termólise do tetrametildioxetano (TMD) em meio aquoso e utilizar esta fonte de acetona triplete como modelo químico, para o sistema enzimático de produção de acetona triplete (oxidação aeróbica do isobutanal (IBAL)/peroxidase (HRP)), em estudos de supressão e transferência de energia. O TMD tem sido preparado e cristalizado rotineiramente em nosso laboratório, pelo método de Kopecky. Os parâmetros de ativação de termólise (estabilidade térmica e rendimentos de quimiexcitação dos produtos) foram reestudados em solventes aromáticos (benzeno e tolueno), cicloalifáticos (ciclohexano e decalina), próticos (água) e apróticos (acetonitrila e CCl4).Concluiu-se que: (i) a estabilidade do TMD não é afetada pela natureza do solvente (Ea ~ 27,0 kcal mol-1); (ii) a eficiência global de transferência de energia triplete (acetona) → singlete (9,10-dibromoantraceno) nos solventes não aromáticos é praticamente constante (ΦTS ~ 10 %); (iii) em solventes aromáticos onde o doador excitado é na verdade um \"exciplex\" acetona-solvente, ΦTS ~ 30 %. A relação entre os rendimentos de quimiexcitação de triplete e singlete (3Φ /1Φ) em água foi determinada como sendo da ordem de 1x103, que concorda com valores determinados em tolueno e benzeno (7x102 e 8x102, respectivamente). Nos estudos em meio aquoso, o DBAS e o DPAS foram utilizados para monitorar a presença de acetona triplete e singlete, formada química, fotofísica ou enzimaticamente. Ambos foram sintetizados em nosso laboratório e suas propriedades fotofísicas, determinadas em água deionizada a 20°C. Através da medida de fluorescência do DBAS excitado por transferência de energia a partir de acetona triplete, determinou-se a vida média de acetona triplete em meio aquoso aerado e deaerado (τaer ~ 2 µs e τN2 ~ 10 a 20 µs). Seis classes de interceptadores de acetona triplete, gerada na termólise de TMD, foram investigadas em tampão aquoso a 35°C: dienos (ácido sórbico e acrilonitrila), pigmentos xantênicos, riboflavina, tirosina e derivados 3,5-dihalogenados, indol e derivados indólicos, e uma série de quinonas. Em geral, os valores das constantes de supressão de acetona triplete produzida diretamente no seio da solução, a partir de TMD, estão pelo menos uma ordem de grandeza abaixo dos valores correspondentes para acetona triplete produzida enzimaticamente. Estes resultados são consistentes com a hipótese de que acetona triplete gerada dentro da enzima tem vida média mais longa, pois se encontraria parcialmente \"protegida\" da ação supressora de O2. Outros argumentos podem, entretanto, ser igualmente satisfatórios. Parece claro que os supressares indólicos (IP ~ 8 eV) e ácido sórbico exercem sua ação através da formação de complexos de transferência de carga, tirosina e corantes xantênicos (IP ~ 7 eV) por um mecanismo de transferência de elétrons e riboflavina por mecanismo tipo Förster. As quinonas, cuja afinidade eletrônica é bastante alta (IP ~ 10-11 eV), suprimem acetona triplete por um mecanismo controlado por difusão; com estes compostos, o limite superior do esperado para um processo puramente colisional seria atingido (kq ~ 1 a 2x1010 M-1s- 1, em água a 35°C). De fato, derivados metilados de p-benzoquinona e naftoquinona suprimem acetona triplete com velocidade mais baixa, enquanto que em solvente mais viscoso (decalina, em relação a n-hexano), kq também é mais lenta. Por outro lado, observou-se um marcante \"efeito de átomo pesado\" na eficiência de transferência de energia triplete (acetona) → singlete (corante xantênico): ΦTS para fluoresceína, eosina e Rose Bengala na proporção 1:15:320. A oxidação da clorpromazina (CPZ) por reação com o TMD foi estudada em meio aquoso e meio tamponado e verificou-se que esta independe da formação de espécies excitadas, apesar da CPZ apresentar-se como eficiente supressor de acetona triplete. Espectros de RMN1H mostraram que a reaçao entre CPZ e TMD gera a clorpromazina-5-óxido (sulfóxido; CPZO) e o óxido de tetrametiletileno (o epóxido correspondente ao TMD). Estudos de espectroscopia U.V. e de cromatografia gasosa indicam que a estequiometria da reação TMD/CPZ é 1:1 e que a presença de competidores de supressão de acetona triplete não altera a velocidade da reação nem a estequiometria da mesma. Em vista destes resultados, reestudou-se a oxidação de CPZ pelo sistema do IBAL/HRP/O2, estudo feito inicialmente por DURÁN e colaboradores, no qual os autores propõem que a oxidação de CPZ é resultante de transferência de energia de excitação da acetona triplete gerada enzimaticarnente. Usando métodos inexplorados até então, verificamos a possibilidade de esta oxidação ocorrer por reação direta entre CPZ e os radicais de HRP formados durante a oxidação do isobutanal, sem a intervenção da acetona triplete. Outro estudo parelelo a este, foi feito visando determinar parâmetros cinéticos e termodinâmicos em dioxetanos com diferentes tipos de hidrogênios em posição γ do anel. Este estudo visava determinar de que maneira a interação oxigênio do anel-hidrogênio gama influia em tais parâmetros. Sintetizou-se uma série de 3-metil-3-alquildioxetanos (alquil = n-propil, n-butil e neopentil) e determinamos os seus parâmetros de ativação de termólise (Ea, ΔS≠, 3Φ e 1Φ). Constatamos que não há diferença significativa entre estes dioxetanos, sendo assim, a interação hidrogênio gama-oxigênio do anel é inexpressiva. Porém, quando comparados com outros dioxetanos da mesma série, onde alquil = etil, isopropil e terc-butil (estudo em conjunto com outros pesquisadores) nota-se urna expressiva mudança na Ea a medida que aumenta o número de grupos rnetila na posição α, indicando um efeito estérico do tipo 3,3. / The interest in eletronically excited species generated by chemical and biological systems give rise to at interest in dioxetanes, their behavior and their properties. These coumpounds (cyclic four-membered ring), which have been proposed as intermediates in such reactions, undergo unimolecular thermal cleavage yielding two carbonyl fragments, one of which is tipically formed electronically excited. In general, alkyl and aryl substitued dioxetanes give high yields of triplet states. In the present work, the thermolyses of tetramethyldioxetane (TMD) was reinvestigated in agueous medium. This source of triplet acetone was then employed in quenching and energy transfer studies as a chemical model for the enzymatic systems which produces triplet acetone I aerobic oxidations of isobutanal (IBAL) catalysed by horseradish peroxidase (HRP) I. TMD was prepared and crystalised normally in our laboratory using Kopecky\'s method. Thermal activation parameters (thermal stability and chemiexcitation quantum yields) have been determined in several types of solvents, including aromatics (benzene and toluene), cycloaliphatics (cyclohexene and decalin), protic (water) and aprotic (acetonitrile and carbon tetrachloride) .We conclude that: (i) TMD stability is not affected by the nature of the solvente (Ea ~ 27,0 kcal/mol), (ii) the overall energy transfer efficiency 3Ac* → 1DBAS* is practically constant (ΦTS ~ 10%) in non-aromatic solventsi (iii) in aromatic solvents, where the excited donor is an acetone-solvent \"exciplex\", ΦTS ~ 30%. The ratio of triplet and singlet chemiexcitation yields (3Φ /1Φ) in water was deterrnined to be 1x103. This value is in good agreement with these determined in toluene and benzene (7x102 and 8x102, respectivelly). In studies in aqueous medium, DBAS and DPAS were used as probes to monitor the production of triplet and singlet acetone formed chemically, photophysically or enzymatically. Both probes were prepared in our laboratory and their photophysical properties deterrnined in deionized water at 20°C. The lifetime of triplet acetone in aerated and deaerated aqueous media was deterrnined on the basis of the cherniluminescence intensity of DBAS excited by energy transfer (τaer ~ 2 µs e τN2 ~ 10 a 20 µs). Six classes of quenchers were investigated in aqueous buffer at 35°C: dienes (sorbic acid and acrylonitrile), xanthene dyes, tyrosine and its 3,5-dihalogenoderivatives, indole and indolic derivatives, riboflavin and a serie of quinones. In general, rate constants for quenching of triplet acetone produced free in solution via TMD thermolyses are one order of magnitude lower than those for quenching of enzymatically generated triplet acetone. These results are in line with the hypothesis of a longer lifetime of the triplet acetone generated within the enzyme due a parcial \"protection\" for O2 quenching. It seerns clear that the indolic coumpounds (IP ~ 8 eV) and sorbic acid quench triplet acetone through the forrnation of a charge-transfer complex, tyrosine ans xanthene dyes (IP ~ 7 eV) by an electron-transfer mechanism and riboflavin by a Förster type mechanism. The quinones, which have high electronic affinities (IP ~ 10- 11 eV) , quench triplet acetone by a diffusion controlled process (kq ˜ 1 to 2x1010 M-1s-1 in water at 35°C). Methyl derivatives of p-benzoquinone and naphtoquinone quench triplet acetone at a slower rate; kq is also lower in a more viscous solvent (decalin versus n-hexane). On the other hand, the results indicate a strong \"heavy atom effect\" on the energy transfer efficiency from triplet acetone to singlet xanthene dye: ΦTS for fluorescein, eosin and Rose Bengal in the ratio 1:15:320. The chlorpromazine (CPZ) oxidation by reaction with TMD was studied in aqueous and buffered media. This reaction does not depend on the production of excited species, even though CPZ proved to be an efficient trip1et acetone quencher. The NMR1H spectra showed that chlorpromazine-5-oxide and tetrarnethylene oxide are the products of the reaction between CPZ and TMD. UV spectroscopic and gas chromatographic studies indicated a 1:1 stoichiometry for the TMD/CPZ reaction and no competition between this reaction and triplet acetone quenching by indole or sorbate. In view of these results, we reinvestigated the oxidation of CPZ by the IBAL/HRP/02 system, a reaction which has been suggested to occur via energy transfer from triplet acetone to CPZ in an earlier study. Using methods developed since the earlier study, we verified that this reaction in fact occurs via direct reaction between CPZ and HRP radicals produced during IBAL oxidation, without the intervention of triplet acetone. In another parallel study, we determined kinetic and thermodinamic parameters of a series of dioxetanes with different types of γ hydrogens in order to examine how the interaction between oxygen and the γ hydrogens might influence these parameters. Thus, a series of 3-methyl-3-alkyldioxetanes (alkyl = n-propyl, n-butyl and neopentyl) was sintesized and their thermal activation parameters (Ea, ΔS≠, 3Φ and 1Φ) determined. The results indicated that there are no significant differences among these dioxetanes; consequently the oxygen-γ hydrogen interaction is relativelly unimportant. However, when compared with other dioxetanes of similar structure (alkyl=ethyl, isopropyl and terc-butyl; joint study done with other researchers), there is a significant change in Ea upon increasing the number of rnethyl groups at the α position, pointing to a steric effect of the 3,3 type.

Do interesse em espécies eletronicamente excitadas geradas por sistemas luminescentes químicos e biológicos, nasceu o interesse dos químicos pelos dioxetanos, seu comportamento e suas propriedades. Propostos como intermediários de tais reações, estes compostos (peróxidos cíclicos de anel tetratômico) sofrem clivagem térmica unimolecular com produção de dois fragmentos carbonílicos, um deles no estado eletronicamente excitado. Em geral, dioxetanos substituídos por grupos alquílicos e arílicos levam a altos rendimentos de estados triplete. Propôs-se, então, reinvestigar a termólise do tetrametildioxetano (TMD) em meio aquoso e utilizar esta fonte de acetona triplete como modelo químico, para o sistema enzimático de produção de acetona triplete (oxidação aeróbica do isobutanal (IBAL)/peroxidase (HRP)), em estudos de supressão e transferência de energia. O TMD tem sido preparado e cristalizado rotineiramente em nosso laboratório, pelo método de Kopecky. Os parâmetros de ativação de termólise (estabilidade térmica e rendimentos de quimiexcitação dos produtos) foram reestudados em solventes aromáticos (benzeno e tolueno), cicloalifáticos (ciclohexano e decalina), próticos (água) e apróticos (acetonitrila e CCl4).Concluiu-se que: (i) a estabilidade do TMD não é afetada pela natureza do solvente (Ea ~ 27,0 kcal mol-1); (ii) a eficiência global de transferência de energia triplete (acetona) → singlete (9,10-dibromoantraceno) nos solventes não aromáticos é praticamente constante (ΦTS ~ 10 %); (iii) em solventes aromáticos onde o doador excitado é na verdade um \"exciplex\" acetona-solvente, ΦTS ~ 30 %. A relação entre os rendimentos de quimiexcitação de triplete e singlete (3Φ /1Φ) em água foi determinada como sendo da ordem de 1x103, que concorda com valores determinados em tolueno e benzeno (7x102 e 8x102, respectivamente). Nos estudos em meio aquoso, o DBAS e o DPAS foram utilizados para monitorar a presença de acetona triplete e singlete, formada química, fotofísica ou enzimaticamente. Ambos foram sintetizados em nosso laboratório e suas propriedades fotofísicas, determinadas em água deionizada a 20°C. Através da medida de fluorescência do DBAS excitado por transferência de energia a partir de acetona triplete, determinou-se a vida média de acetona triplete em meio aquoso aerado e deaerado (τaer ~ 2 µs e τN2 ~ 10 a 20 µs). Seis classes de interceptadores de acetona triplete, gerada na termólise de TMD, foram investigadas em tampão aquoso a 35°C: dienos (ácido sórbico e acrilonitrila), pigmentos xantênicos, riboflavina, tirosina e derivados 3,5-dihalogenados, indol e derivados indólicos, e uma série de quinonas. Em geral, os valores das constantes de supressão de acetona triplete produzida diretamente no seio da solução, a partir de TMD, estão pelo menos uma ordem de grandeza abaixo dos valores correspondentes para acetona triplete produzida enzimaticamente. Estes resultados são consistentes com a hipótese de que acetona triplete gerada dentro da enzima tem vida média mais longa, pois se encontraria parcialmente \"protegida\" da ação supressora de O2. Outros argumentos podem, entretanto, ser igualmente satisfatórios. Parece claro que os supressares indólicos (IP ~ 8 eV) e ácido sórbico exercem sua ação através da formação de complexos de transferência de carga, tirosina e corantes xantênicos (IP ~ 7 eV) por um mecanismo de transferência de elétrons e riboflavina por mecanismo tipo Förster. As quinonas, cuja afinidade eletrônica é bastante alta (IP ~ 10-11 eV), suprimem acetona triplete por um mecanismo controlado por difusão; com estes compostos, o limite superior do esperado para um processo puramente colisional seria atingido (kq ~ 1 a 2x1010 M-1s- 1, em água a 35°C). De fato, derivados metilados de p-benzoquinona e naftoquinona suprimem acetona triplete com velocidade mais baixa, enquanto que em solvente mais viscoso (decalina, em relação a n-hexano), kq também é mais lenta. Por outro lado, observou-se um marcante \"efeito de átomo pesado\" na eficiência de transferência de energia triplete (acetona) → singlete (corante xantênico): ΦTS para fluoresceína, eosina e Rose Bengala na proporção 1:15:320. A oxidação da clorpromazina (CPZ) por reação com o TMD foi estudada em meio aquoso e meio tamponado e verificou-se que esta independe da formação de espécies excitadas, apesar da CPZ apresentar-se como eficiente supressor de acetona triplete. Espectros de RMN1H mostraram que a reaçao entre CPZ e TMD gera a clorpromazina-5-óxido (sulfóxido; CPZO) e o óxido de tetrametiletileno (o epóxido correspondente ao TMD). Estudos de espectroscopia U.V. e de cromatografia gasosa indicam que a estequiometria da reação TMD/CPZ é 1:1 e que a presença de competidores de supressão de acetona triplete não altera a velocidade da reação nem a estequiometria da mesma. Em vista destes resultados, reestudou-se a oxidação de CPZ pelo sistema do IBAL/HRP/O2, estudo feito inicialmente por DURÁN e colaboradores, no qual os autores propõem que a oxidação de CPZ é resultante de transferência de energia de excitação da acetona triplete gerada enzimaticarnente. Usando métodos inexplorados até então, verificamos a possibilidade de esta oxidação ocorrer por reação direta entre CPZ e os radicais de HRP formados durante a oxidação do isobutanal, sem a intervenção da acetona triplete. Outro estudo parelelo a este, foi feito visando determinar parâmetros cinéticos e termodinâmicos em dioxetanos com diferentes tipos de hidrogênios em posição γ do anel. Este estudo visava determinar de que maneira a interação oxigênio do anel-hidrogênio gama influia em tais parâmetros. Sintetizou-se uma série de 3-metil-3-alquildioxetanos (alquil = n-propil, n-butil e neopentil) e determinamos os seus parâmetros de ativação de termólise (Ea, ΔS≠, 3Φ e 1Φ). Constatamos que não há diferença significativa entre estes dioxetanos, sendo assim, a interação hidrogênio gama-oxigênio do anel é inexpressiva. Porém, quando comparados com outros dioxetanos da mesma série, onde alquil = etil, isopropil e terc-butil (estudo em conjunto com outros pesquisadores) nota-se urna expressiva mudança na Ea a medida que aumenta o número de grupos rnetila na posição α, indicando um efeito estérico do tipo 3,3. / The interest in eletronically excited species generated by chemical and biological systems give rise to at interest in dioxetanes, their behavior and their properties. These coumpounds (cyclic four-membered ring), which have been proposed as intermediates in such reactions, undergo unimolecular thermal cleavage yielding two carbonyl fragments, one of which is tipically formed electronically excited. In general, alkyl and aryl substitued dioxetanes give high yields of triplet states. In the present work, the thermolyses of tetramethyldioxetane (TMD) was reinvestigated in agueous medium. This source of triplet acetone was then employed in quenching and energy transfer studies as a chemical model for the enzymatic systems which produces triplet acetone I aerobic oxidations of isobutanal (IBAL) catalysed by horseradish peroxidase (HRP) I. TMD was prepared and crystalised normally in our laboratory using Kopecky\'s method. Thermal activation parameters (thermal stability and chemiexcitation quantum yields) have been determined in several types of solvents, including aromatics (benzene and toluene), cycloaliphatics (cyclohexene and decalin), protic (water) and aprotic (acetonitrile and carbon tetrachloride) .We conclude that: (i) TMD stability is not affected by the nature of the solvente (Ea ~ 27,0 kcal/mol), (ii) the overall energy transfer efficiency 3Ac* → 1DBAS* is practically constant (ΦTS ~ 10%) in non-aromatic solventsi (iii) in aromatic solvents, where the excited donor is an acetone-solvent \"exciplex\", ΦTS ~ 30%. The ratio of triplet and singlet chemiexcitation yields (3Φ /1Φ) in water was deterrnined to be 1x103. This value is in good agreement with these determined in toluene and benzene (7x102 and 8x102, respectivelly). In studies in aqueous medium, DBAS and DPAS were used as probes to monitor the production of triplet and singlet acetone formed chemically, photophysically or enzymatically. Both probes were prepared in our laboratory and their photophysical properties deterrnined in deionized water at 20°C. The lifetime of triplet acetone in aerated and deaerated aqueous media was deterrnined on the basis of the cherniluminescence intensity of DBAS excited by energy transfer (τaer ~ 2 µs e τN2 ~ 10 a 20 µs). Six classes of quenchers were investigated in aqueous buffer at 35°C: dienes (sorbic acid and acrylonitrile), xanthene dyes, tyrosine and its 3,5-dihalogenoderivatives, indole and indolic derivatives, riboflavin and a serie of quinones. In general, rate constants for quenching of triplet acetone produced free in solution via TMD thermolyses are one order of magnitude lower than those for quenching of enzymatically generated triplet acetone. These results are in line with the hypothesis of a longer lifetime of the triplet acetone generated within the enzyme due a parcial \"protection\" for O2 quenching. It seerns clear that the indolic coumpounds (IP ~ 8 eV) and sorbic acid quench triplet acetone through the forrnation of a charge-transfer complex, tyrosine ans xanthene dyes (IP ~ 7 eV) by an electron-transfer mechanism and riboflavin by a Förster type mechanism. The quinones, which have high electronic affinities (IP ~ 10- 11 eV) , quench triplet acetone by a diffusion controlled process (kq ˜ 1 to 2x1010 M-1s-1 in water at 35°C). Methyl derivatives of p-benzoquinone and naphtoquinone quench triplet acetone at a slower rate; kq is also lower in a more viscous solvent (decalin versus n-hexane). On the other hand, the results indicate a strong \"heavy atom effect\" on the energy transfer efficiency from triplet acetone to singlet xanthene dye: ΦTS for fluorescein, eosin and Rose Bengal in the ratio 1:15:320. The chlorpromazine (CPZ) oxidation by reaction with TMD was studied in aqueous and buffered media. This reaction does not depend on the production of excited species, even though CPZ proved to be an efficient trip1et acetone quencher. The NMR1H spectra showed that chlorpromazine-5-oxide and tetrarnethylene oxide are the products of the reaction between CPZ and TMD. UV spectroscopic and gas chromatographic studies indicated a 1:1 stoichiometry for the TMD/CPZ reaction and no competition between this reaction and triplet acetone quenching by indole or sorbate. In view of these results, we reinvestigated the oxidation of CPZ by the IBAL/HRP/02 system, a reaction which has been suggested to occur via energy transfer from triplet acetone to CPZ in an earlier study. Using methods developed since the earlier study, we verified that this reaction in fact occurs via direct reaction between CPZ and HRP radicals produced during IBAL oxidation, without the intervention of triplet acetone. In another parallel study, we determined kinetic and thermodinamic parameters of a series of dioxetanes with different types of γ hydrogens in order to examine how the interaction between oxygen and the γ hydrogens might influence these parameters. Thus, a series of 3-methyl-3-alkyldioxetanes (alkyl = n-propyl, n-butyl and neopentyl) was sintesized and their thermal activation parameters (Ea, ΔS≠, 3Φ and 1Φ) determined. The results indicated that there are no significant differences among these dioxetanes; consequently the oxygen-γ hydrogen interaction is relativelly unimportant. However, when compared with other dioxetanes of similar structure (alkyl=ethyl, isopropyl and terc-butyl; joint study done with other researchers), there is a significant change in Ea upon increasing the number of rnethyl groups at the α position, pointing to a steric effect of the 3,3 type.

A química de 1,2-dioxetanos tem sido alvo de estudos intensivos desde sua primeira síntese há aproximadamente 25 anos atrás. Tais moléculas de alto conteúdo energético, quando termolisadas, geram dois compostos carbonílicos, um deles podendo ser formado em um estado eletronicamente excitado. Na termólise de dioxetanos contendo substituintes \"simples\", são formadas principalmente espécies excitadas triplete. Entretanto, quando o anel peroxídico contém substituintes doadores de elétrons, tais compostos tornam-se mais lábeis, sofrendo decomposição segundo o mecanismo de transferência de elétron denominado \"Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence\" (CIEEL). Este trabalho relata a síntese e as propriedades quimiluminescentes dos dioxetanos I a IV. O estudo da decomposição em presença de íons fluoreto nos permite distinguir entre catálise por transferência de elétron através da ligação (dioxetano II) e através do espaço (dioxetano IV). Observação: Ilustrações de dioxetanos I-IV disponíveis no resumo em PDF Na síntese de I a IV foi utilizado o clássico método de Kopecky para a obtenção de dioxetanos a partir das respectivas olefinas, via β-bromo-hidroperóxidos. Os 1,2-dioxetanos foram purificados através de cromatografia em coluna a baixas temperaturas e caracterizados pelos dados espectroscópicos (1H-NMR e 13C-NMR). A decomposição unimolecular de I-IV forneceu apenas os produtos de clivagem esperados, os correspondentes compostos carbonílicos. Para I e II, foi observada emissão direta com um máximo em 412 nm, enquanto para III e IV foi necessária a utilização de sensibilizadores para a detecção e a quantificação de compostos carbonílicos eletronicamente excitados. Os parâmetros de ativação para a termólise de I-IV, determinados em tolueno a partir de gráficos de Eyring e de Arrhenius numa faixa de temperaturas de 65 a 80 ºC, apresentaram valores muito semelhantes aos normalmente observados na decomposição unimolecular de dioxetanos trissubstituídos. Além disso, foram observados altos rendimentos quânticos de produtos carbonílicos excitados triplete, similar àqueles obtidos para 1,2-dioxetanos trissubstituídos contendo substituintes alquila e arila. Para a determinação de rendimentos quânticos utilizou-se 9,10-difenilantraceno (DPA), para estados excitados singlete e 9,10-dibromoantraceno (DBA), no caso dos tripletes. Em presença de íons fluoreto, as constantes de velocidade para a decomposição de II e IV são aproximadamente quatro ordens de grandeza superiores àquelas observadas para a decomposição unimolecular a temperatura ambiente: os tempos de meia-vida (t1/2) destes dioxetanos (81 e 24h, respectivamente), são reduzidos a aproximadamente 15s. Além disso, observa-se forte emissão em 560 nm devido à formação preferencial de estados excitados singlete. Os rendimentos quânticos singlete para a decomposição catalisada de II e IV, determinados através de medidas de emissão direta, foram 100 e 1,0 %, respectivamente. Os parâmetros de ativação determinados para as reações de decomposição catalisadas por fluoreto são consideravelmente mais baixos do que aqueles obtidos para as de decomposição unimolecular. Para explicar os resultados obtidos, propusemos um mecanismo detalhado, baseado no esquema mecanístico CIEEL. A primeira transferência de elétron do fenolato gerado para o anel peroxídico ocorre com a mesma eficiência no caso de II e IV. Porém, a diferença observada entre os rendimentos quânticos singlete (Φs) indica que, no caso de IV, a segunda transferência de elétron ocorre com eficiência consideravelmente mais baixa. A observação de catálise na decomposição de IV constitui o primeiro exemplo de mecanismo CIEEL intramolecular em 1,2-dioxetanos iniciado pela transferência de elétron de um doador que não está diretamente ligado ao anel peroxídico (transferência de elétrons através do espaço). Além disso, como os parâmetros de quimiluminescência, especificamente os rendimentos quânticos obtidos para II e IV, podem ser explicados com base na proposta mecanística CIEEL, este trabalho pode ser considerado como mais uma evidência para a validade deste polêmico mecanismo. / The generation of visible light by a living organism or by a chemical reaction is a sufficiently rare and unusual event to attract the interest of biologists, biochemists and chemists. The chemiluminescent reaction most extensively investigated over the past 25 years, is the thermolysis of 1,2-dioxetanes. These high energy molecules generate mainly triplet excited carbonyl compounds on thermal decomposition, except when the dioxetane ring bears electron-donating substituents. In the latter case, such labile dioxetanes follow an intramolecular electron transfer mechanism, probably via the CIEEL (Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence) pathway. This work reports our results on the synthesis and the chemiluminescence properties of the dioxetanes I to IV. These compounds serve as models to distinguish between resonance electron transfer (dioxetane II) and through space electron transfer (dioxetane IV) in their fluoride-catalyzed decomposition. Note: Dioxetanes I-IV illustrations available at the PDFs Summary The classical Kopecky method for the preparation of dioxetanes from the corresponding alkenes via β-bromohydroperoxides was the route used for the synthesis of I to IV. The dioxetanes were purified by low-temperature silica gel cromatography and characterized on the basis of their spectral data (1H-NMR and 13C-NMR). Thermal decomposition of I-IV gave the expected cleavage products, the corresponding carbonyl compounds. For I and II, direct emission was observed with a maximum at 412 nm, while for III and IV it was necessary to use sensitizers for the detection and quantification of the eletronically excited carbonyl compounds. Upon unimolecular decomposition, the dioxetanes I-IV show activation parameters and excited state yields expected for trisubstituted 1,2-dioxetanes; relatively high stability (ΔG≠approximately equal to 25 kcal.mol-1) and preferential formation of triplet excited states are observed. The excitation yields were deterrnined by the well-stablished methods, in which 9,10-diphenylantracene (DPA) is employed for singlet and 9,10-dibromoantracene (DBA) for triplet state counting. In the presence of tetrabutylammonium fluoride, which causes the deprotection of the phenol group to the corresponding phenolate, the decomposition rates of II and IV are increased drastically. The deprotected derivatives decompose about 104 times faster than the protected ones, and a strong direct emission with a maximum at 560 nm is observed. The singlet quantum yields for the catalyzed decomposition of II and IV were 100 and 1,0 % respectively. The activation parameters for the fluoride catalyzed decomposition are considerably lower than that for the unimolecular one. These facts indicate the occurrence of an intramolecular \"Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence\" (CIEEL) mechanism, leading to the preferential formation of singlet excited states. The proposed mechanism, based on the CIEEL scheme, involves removal of the silyl protecting group, promoted by fluoride, to generate the phenoxy-anion, which subsequently acts as an electron donor to the dioxetane moiety, leading to dioxetane cleavage and excited states formation. The first electron transfer from the phenolate to the peroxide ring occurs with the same rate in both cases. Therefore, the observed difference between the singlet quantum yields indicate that the back electron transfer occurs with lower efficiency in the case of IV. The observation of fluoride catalysis in the decomposition of dioxetane IV constitutes the first example of an intramolecular CIEEL mechanism in 1,2-dioxetanes initiated by electron transfer from a donor which is not directly bond to the peroxide ring (\"through space electron transfer\"). Moreover, as the chemiluminescence parameters, specifically the quantum yields of II and IV, can be explained based on the proposed pathways for the CIEEL mechanism, this work supplies additional evidence for the validity of this widely cited but still polemic mechanism.

A química de 1,2-dioxetanos tem sido alvo de estudos intensivos desde sua primeira síntese há aproximadamente 25 anos atrás. Tais moléculas de alto conteúdo energético, quando termolisadas, geram dois compostos carbonílicos, um deles podendo ser formado em um estado eletronicamente excitado. Na termólise de dioxetanos contendo substituintes \"simples\", são formadas principalmente espécies excitadas triplete. Entretanto, quando o anel peroxídico contém substituintes doadores de elétrons, tais compostos tornam-se mais lábeis, sofrendo decomposição segundo o mecanismo de transferência de elétron denominado \"Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence\" (CIEEL). Este trabalho relata a síntese e as propriedades quimiluminescentes dos dioxetanos I a IV. O estudo da decomposição em presença de íons fluoreto nos permite distinguir entre catálise por transferência de elétron através da ligação (dioxetano II) e através do espaço (dioxetano IV). Observação: Ilustrações de dioxetanos I-IV disponíveis no resumo em PDF Na síntese de I a IV foi utilizado o clássico método de Kopecky para a obtenção de dioxetanos a partir das respectivas olefinas, via β-bromo-hidroperóxidos. Os 1,2-dioxetanos foram purificados através de cromatografia em coluna a baixas temperaturas e caracterizados pelos dados espectroscópicos (1H-NMR e 13C-NMR). A decomposição unimolecular de I-IV forneceu apenas os produtos de clivagem esperados, os correspondentes compostos carbonílicos. Para I e II, foi observada emissão direta com um máximo em 412 nm, enquanto para III e IV foi necessária a utilização de sensibilizadores para a detecção e a quantificação de compostos carbonílicos eletronicamente excitados. Os parâmetros de ativação para a termólise de I-IV, determinados em tolueno a partir de gráficos de Eyring e de Arrhenius numa faixa de temperaturas de 65 a 80 ºC, apresentaram valores muito semelhantes aos normalmente observados na decomposição unimolecular de dioxetanos trissubstituídos. Além disso, foram observados altos rendimentos quânticos de produtos carbonílicos excitados triplete, similar àqueles obtidos para 1,2-dioxetanos trissubstituídos contendo substituintes alquila e arila. Para a determinação de rendimentos quânticos utilizou-se 9,10-difenilantraceno (DPA), para estados excitados singlete e 9,10-dibromoantraceno (DBA), no caso dos tripletes. Em presença de íons fluoreto, as constantes de velocidade para a decomposição de II e IV são aproximadamente quatro ordens de grandeza superiores àquelas observadas para a decomposição unimolecular a temperatura ambiente: os tempos de meia-vida (t1/2) destes dioxetanos (81 e 24h, respectivamente), são reduzidos a aproximadamente 15s. Além disso, observa-se forte emissão em 560 nm devido à formação preferencial de estados excitados singlete. Os rendimentos quânticos singlete para a decomposição catalisada de II e IV, determinados através de medidas de emissão direta, foram 100 e 1,0 %, respectivamente. Os parâmetros de ativação determinados para as reações de decomposição catalisadas por fluoreto são consideravelmente mais baixos do que aqueles obtidos para as de decomposição unimolecular. Para explicar os resultados obtidos, propusemos um mecanismo detalhado, baseado no esquema mecanístico CIEEL. A primeira transferência de elétron do fenolato gerado para o anel peroxídico ocorre com a mesma eficiência no caso de II e IV. Porém, a diferença observada entre os rendimentos quânticos singlete (Φs) indica que, no caso de IV, a segunda transferência de elétron ocorre com eficiência consideravelmente mais baixa. A observação de catálise na decomposição de IV constitui o primeiro exemplo de mecanismo CIEEL intramolecular em 1,2-dioxetanos iniciado pela transferência de elétron de um doador que não está diretamente ligado ao anel peroxídico (transferência de elétrons através do espaço). Além disso, como os parâmetros de quimiluminescência, especificamente os rendimentos quânticos obtidos para II e IV, podem ser explicados com base na proposta mecanística CIEEL, este trabalho pode ser considerado como mais uma evidência para a validade deste polêmico mecanismo. / The generation of visible light by a living organism or by a chemical reaction is a sufficiently rare and unusual event to attract the interest of biologists, biochemists and chemists. The chemiluminescent reaction most extensively investigated over the past 25 years, is the thermolysis of 1,2-dioxetanes. These high energy molecules generate mainly triplet excited carbonyl compounds on thermal decomposition, except when the dioxetane ring bears electron-donating substituents. In the latter case, such labile dioxetanes follow an intramolecular electron transfer mechanism, probably via the CIEEL (Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence) pathway. This work reports our results on the synthesis and the chemiluminescence properties of the dioxetanes I to IV. These compounds serve as models to distinguish between resonance electron transfer (dioxetane II) and through space electron transfer (dioxetane IV) in their fluoride-catalyzed decomposition. Note: Dioxetanes I-IV illustrations available at the PDFs Summary The classical Kopecky method for the preparation of dioxetanes from the corresponding alkenes via β-bromohydroperoxides was the route used for the synthesis of I to IV. The dioxetanes were purified by low-temperature silica gel cromatography and characterized on the basis of their spectral data (1H-NMR and 13C-NMR). Thermal decomposition of I-IV gave the expected cleavage products, the corresponding carbonyl compounds. For I and II, direct emission was observed with a maximum at 412 nm, while for III and IV it was necessary to use sensitizers for the detection and quantification of the eletronically excited carbonyl compounds. Upon unimolecular decomposition, the dioxetanes I-IV show activation parameters and excited state yields expected for trisubstituted 1,2-dioxetanes; relatively high stability (ΔG≠approximately equal to 25 kcal.mol-1) and preferential formation of triplet excited states are observed. The excitation yields were deterrnined by the well-stablished methods, in which 9,10-diphenylantracene (DPA) is employed for singlet and 9,10-dibromoantracene (DBA) for triplet state counting. In the presence of tetrabutylammonium fluoride, which causes the deprotection of the phenol group to the corresponding phenolate, the decomposition rates of II and IV are increased drastically. The deprotected derivatives decompose about 104 times faster than the protected ones, and a strong direct emission with a maximum at 560 nm is observed. The singlet quantum yields for the catalyzed decomposition of II and IV were 100 and 1,0 % respectively. The activation parameters for the fluoride catalyzed decomposition are considerably lower than that for the unimolecular one. These facts indicate the occurrence of an intramolecular \"Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence\" (CIEEL) mechanism, leading to the preferential formation of singlet excited states. The proposed mechanism, based on the CIEEL scheme, involves removal of the silyl protecting group, promoted by fluoride, to generate the phenoxy-anion, which subsequently acts as an electron donor to the dioxetane moiety, leading to dioxetane cleavage and excited states formation. The first electron transfer from the phenolate to the peroxide ring occurs with the same rate in both cases. Therefore, the observed difference between the singlet quantum yields indicate that the back electron transfer occurs with lower efficiency in the case of IV. The observation of fluoride catalysis in the decomposition of dioxetane IV constitutes the first example of an intramolecular CIEEL mechanism in 1,2-dioxetanes initiated by electron transfer from a donor which is not directly bond to the peroxide ring (\"through space electron transfer\"). Moreover, as the chemiluminescence parameters, specifically the quantum yields of II and IV, can be explained based on the proposed pathways for the CIEEL mechanism, this work supplies additional evidence for the validity of this widely cited but still polemic mechanism.

Neste trabalho foram sintetizados, purificados e caracterizados (RMN 1H e 13C) três 1,2-dioxetanos contendo como substituinte o grupo spiro- fenchílico (2-spiro(1,3,3-trimetil-biciclo[2.2.1]heptil), sendo dois destes inéditos. Para a obtenção dos precursores destes 1,2-dioxetanos foi desenvolvida uma nova metodologia para a síntese de enóis-éteres altamente impedidos, através de um procedimento modificado envolvendo a olefinação de Barton-Kellogg. Este procedimento envolveu a reação entre um tionoéster e um composto diazo, formando, após a extrusão de nitrogênio e enxofre, enóis-éteres altamente impedidos em altos rendimentos em comparação com outros métodos. Os parâmetros de ativação para estes 1,2-dioxetanos foram determinados, demonstrando a alta estabilidade destes peróxidos cíclicos, apesar de menor do que a dos análogos spiro-adamantil-substituídos. A decomposição induzida por fluoreto do derivado contendo um substituinte 3-sililóxi-fenila ocorre com altos rendimentos quânticos de quimiluminescência e os parâmetros de quimiluminescência deste derivado spiro-adamantil-substituídos. Sendo são comparáveis aos dos análogos assim, derivados dioxetânicos fenchil-substituídos poderão ser utilizados como detectores em imunoensaios. Na segunda parte desse trabalho, a interação entre o ativador e o intermediário de alta energia (IAE) do sistema peróxi-oxalato foi observada diretamente, pela primeira vez, através da metodologia de adição do ativador com retardo à mistura de reação, contendo cloreto de oxalila e peróxido de hidrogênio. Por esta metodologia, foram determinadas as constantes de velocidade para a decomposição unimolecular (kD ~ 0,023 s-1 ) e catalisada (kCAT = 64 a 170000 M-1 .s-1 ) do intermediário de alta energia para vários CAT ativadores. Além disso, foi possível determinar os parâmetros de ativação da reação entre o ativador e o intermediário de alta energia (ΔH≠ = 11,1 kcal.mol-1, ΔS≠ = -3,14 cal.K-1 .mol-1, ΔG≠ = 12,1 kcal.mol-1) e estimar a concentração deste intermediário acumulado no sistema na ausência do ativador ([IAE]max ~ 2 µM). A correlação de energia livre entre os valores de KCAT e o potencial de oxidação do ativador utilizado mostrou-se linear e CAT permitiu a obtenção do coeficiente de transferência de elétron (α = 0,2), indicando claramente a ocorrência de uma transferência de elétron do ativador para o IAE no passo de quimiexcitação da reação peróxi-oxalato, de acordo com o mecanismo CIEEL postulado para este sistema. / In this work, the synthesis, purification and characterization by 1H and 13C NMR spectroscopy of three 1,2-dioxetanes, including two new derivatives, containing the spiro-fenchyl (2-spiro-1,3,3-trimethyl- bicyclo[2.2.1]heptyl) moiety as substituent is reported. The precursor enol- ethers to these 1,2-dioxetanes were prepared by a new synthetic pathway (a modification of the Barton-Kellogg coupling procedure), based on the reaction between a thionoester and a diazo-compound, producing a heterocyclic intermediate which, after a two-fold extrusion of nitrogen and sulfur, yields highly encumbered enol-ethers in high yields when compared to other classical methods. The activation parameters of these 1,2-dioxetanes were determined, showing their elevated thermal stability, which is, however, lower than that of the analog spiro-adamantyl-substituted derivatives. The fluoride induced decomposition of the 1,2-dioxetane bearing a 3-silyloxyphenyl moiety occurs with high chemiluminescence quantum yields and activation parameters, comparable to those of the corresponding spiro-adamantyl- substituted analogous. Thus, fenchyl-substituted 1,2-dioxetanes could be useful as substrates in immunoassays. Furthermore, the direct observation of the interaction between an activator and the high-energy intermediate (HEI) in the peroxyoxalate system, is reported here for the first time, using delayed addition of the activator to the reaction mixture containing oxalyl chloride and hydrogen peroxide. This methodology allows the determination of rate constants for -1 - the unimolecular (kD = 0,023 s-1 ) and catalyzed (kCAT = 63,5 to 172000 M-1.s-1 decomposition of the high-energy intermediate for several activators. Additionally, it was possible to determine the activation parameters for the reaction between the activator and the high-energy intermediate (ΔH≠ = 11.1 kcal.mol-1, ΔS≠ = -3.14 cal.K-1.mol-1 , ΔG≠ = 12.1 kcal.mol-1) and estimate the concentration of this high-energy intermediate accumulated in the system in the absence of activator ([HEI]max = 2 µM). The free-energy relationship between the kCAT values and the oxidation potential of the activator showed CAT to be linear, with an electron-transfer coefficient of α = 0,2, showing the occurrence of an electron transfer from the activator to the HEI, in agreement with the CIEEL mechanism postulated for this system.

Neste trabalho foram sintetizados, purificados e caracterizados (RMN 1H e 13C) três 1,2-dioxetanos contendo como substituinte o grupo spiro- fenchílico (2-spiro(1,3,3-trimetil-biciclo[2.2.1]heptil), sendo dois destes inéditos. Para a obtenção dos precursores destes 1,2-dioxetanos foi desenvolvida uma nova metodologia para a síntese de enóis-éteres altamente impedidos, através de um procedimento modificado envolvendo a olefinação de Barton-Kellogg. Este procedimento envolveu a reação entre um tionoéster e um composto diazo, formando, após a extrusão de nitrogênio e enxofre, enóis-éteres altamente impedidos em altos rendimentos em comparação com outros métodos. Os parâmetros de ativação para estes 1,2-dioxetanos foram determinados, demonstrando a alta estabilidade destes peróxidos cíclicos, apesar de menor do que a dos análogos spiro-adamantil-substituídos. A decomposição induzida por fluoreto do derivado contendo um substituinte 3-sililóxi-fenila ocorre com altos rendimentos quânticos de quimiluminescência e os parâmetros de quimiluminescência deste derivado spiro-adamantil-substituídos. Sendo são comparáveis aos dos análogos assim, derivados dioxetânicos fenchil-substituídos poderão ser utilizados como detectores em imunoensaios. Na segunda parte desse trabalho, a interação entre o ativador e o intermediário de alta energia (IAE) do sistema peróxi-oxalato foi observada diretamente, pela primeira vez, através da metodologia de adição do ativador com retardo à mistura de reação, contendo cloreto de oxalila e peróxido de hidrogênio. Por esta metodologia, foram determinadas as constantes de velocidade para a decomposição unimolecular (kD ~ 0,023 s-1 ) e catalisada (kCAT = 64 a 170000 M-1 .s-1 ) do intermediário de alta energia para vários CAT ativadores. Além disso, foi possível determinar os parâmetros de ativação da reação entre o ativador e o intermediário de alta energia (ΔH≠ = 11,1 kcal.mol-1, ΔS≠ = -3,14 cal.K-1 .mol-1, ΔG≠ = 12,1 kcal.mol-1) e estimar a concentração deste intermediário acumulado no sistema na ausência do ativador ([IAE]max ~ 2 µM). A correlação de energia livre entre os valores de KCAT e o potencial de oxidação do ativador utilizado mostrou-se linear e CAT permitiu a obtenção do coeficiente de transferência de elétron (α = 0,2), indicando claramente a ocorrência de uma transferência de elétron do ativador para o IAE no passo de quimiexcitação da reação peróxi-oxalato, de acordo com o mecanismo CIEEL postulado para este sistema. / In this work, the synthesis, purification and characterization by 1H and 13C NMR spectroscopy of three 1,2-dioxetanes, including two new derivatives, containing the spiro-fenchyl (2-spiro-1,3,3-trimethyl- bicyclo[2.2.1]heptyl) moiety as substituent is reported. The precursor enol- ethers to these 1,2-dioxetanes were prepared by a new synthetic pathway (a modification of the Barton-Kellogg coupling procedure), based on the reaction between a thionoester and a diazo-compound, producing a heterocyclic intermediate which, after a two-fold extrusion of nitrogen and sulfur, yields highly encumbered enol-ethers in high yields when compared to other classical methods. The activation parameters of these 1,2-dioxetanes were determined, showing their elevated thermal stability, which is, however, lower than that of the analog spiro-adamantyl-substituted derivatives. The fluoride induced decomposition of the 1,2-dioxetane bearing a 3-silyloxyphenyl moiety occurs with high chemiluminescence quantum yields and activation parameters, comparable to those of the corresponding spiro-adamantyl- substituted analogous. Thus, fenchyl-substituted 1,2-dioxetanes could be useful as substrates in immunoassays. Furthermore, the direct observation of the interaction between an activator and the high-energy intermediate (HEI) in the peroxyoxalate system, is reported here for the first time, using delayed addition of the activator to the reaction mixture containing oxalyl chloride and hydrogen peroxide. This methodology allows the determination of rate constants for -1 - the unimolecular (kD = 0,023 s-1 ) and catalyzed (kCAT = 63,5 to 172000 M-1.s-1 decomposition of the high-energy intermediate for several activators. Additionally, it was possible to determine the activation parameters for the reaction between the activator and the high-energy intermediate (ΔH≠ = 11.1 kcal.mol-1, ΔS≠ = -3.14 cal.K-1.mol-1 , ΔG≠ = 12.1 kcal.mol-1) and estimate the concentration of this high-energy intermediate accumulated in the system in the absence of activator ([HEI]max = 2 µM). The free-energy relationship between the kCAT values and the oxidation potential of the activator showed CAT to be linear, with an electron-transfer coefficient of α = 0,2, showing the occurrence of an electron transfer from the activator to the HEI, in agreement with the CIEEL mechanism postulated for this system.

A quimiluminescência derivada da decomposição induzida de 1,2-dioxetanos e do sistema peróxi-oxalato pode ser explicada através do mecanismo de luminescência iniciada por troca de elétron - CIEEL (\"Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence\"). Esta proposta supõe uma transferência de elétron seguida de uma retrotransferência, que pode ocorrer de forma intra ou intermolecular, dependendo do sistema. A etapa de quimiexcitação do sistema peróxi-oxalato envolve uma retro-transferência de elétron intermolecular, da qual participam dois radicais-íons - um deles postulado como o dióxido de carbono radical-anion. Por outro lado, não existe consenso a respeito da via de retro-transferência de elétron na decomposição induzida de 1,2-dioxetanos, que pode ocorrer de forma intra ou intermolecular. Neste trabalho são apresentadas as sínteses de sete 1,2-dioxetanos, os resultados obtidos na investigação da via de quimiexcitação proposta no mecanismo CIEEL para a decomposição induzida de 1,2-dioxetanos e para o sistema peróxi-oxalato e a aplicação da quimiluminescência do luminol em matriz polimérica de poli(vinilpirrolidona) para a calibração de luminômetros de microplacas. Verificou-se, através do estudo do efeito da viscosidade do solvente sobre os rendimentos quânticos singlete na decomposição induzida de 1,2-dioxetanos, uma dependência entre a eficiência de quimiexcitação e o efeito da cavidade de solvente, que foi racionalizada em termos de um modelo difusional e friccional. Estes resultados, associados a cálculos teóricos, tomaram possível postular um mecanismo intramolecular modificado para a decomposição induzida de 1,2-dioxetanos. No sistema peróxi-oxalato foi realizada uma tentativa de detecção direta do dióxido de carbono ânion-radical através de medidas do sinal de ressonância paramagnética de elétron do aduto formado entre α-fenil-N-tert-butilnitrona (PBN), um spin trap, e o radical-anion. Apesar da leve discrepância entre as constantes de acoplamento do sinal observado em relação aos valores relatados na literatura para o aduto PBN-CO2, a caracterização foi realizada preliminarmente através de espectroscopia de massas com injeção direta. Finalmente, foi desenvolvido um sistema para calibração de luminômetros de microplacas, baseado na quimiluminescência de luminol em matriz polimérica, que pode ser utilizado - adicionalmente - na quantificação de peróxido de hidrogênio, em concentrações µmol-1, e agentes redutores com potencial anti-radicalar e antioxidante. / The chemiluminescence resulting from induced decomposition of 1,2-dioxetanes and the peroxyoxalate system can be explained by the Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence - CIEEL mechanism. This hypothesis postulates an electron transfer followed by a bond cleavage or rearrangement and back electron transfer which can occur in a intra or intermolecular way, depending on the system. The chemiexcitation step in the peroxyoxalate system involves an intermolecular back electron transfer, in which two radical ions participates - one of them is assumed to be carbon dioxide radical anion. However, there is no consensus about the back electron transfer path in the induced decomposition of 1,2-dioxetanes, which Can occur in an intra or intermolecular way. This work reports the synthesis of seven 1,2-dioxetane derivatives, the results obtained in the investigation of the chemiexcitation path proposed by the CIEEL mechanism for the induced decomposition of 1,2-dioxetanes and for the peroxyoxalate system, and the application of poly(vinylpirrolidone) supported luminol chemiluminescence in the development of a rnicroplate luminometer calibration method. It was possible to confirm, by the study of solvent viscosity effect on singlet quantum yields in induced 1,2-dioxetane decomposition, a dependence between chemiexcitation efficiency and the solvent cavity effect, which was rationalized based on a diffusional and frictional model. These results, together with theoretical calculations, allow us to postulate a modified intermolecular chemiexcitation mechanism for the induced decomposition of 1,2-dioxetanes. An attempt to detect directly the carbon di oxide radical anion in the peroxyoxalate system was made based on the electron paramagnetic resonance detection of the α-phenyl-N-tert-butylnitrone (PBN)-CO2 adduct. Despite small discrepancies between the observed and the previously reported hyperfine coupling constant values, the adduct characterization was confirmed by direct injection mass spectrometry. Finally, a microplate luminometer light intensity calibration system, based on polymeric matrix-supported luminal, was developed. This method can be used also to determine hydrogen peroxide at µ mol-1 concentration and to quantify reducing agents with antiradical and antioxidant potential.

A quimiluminescência derivada da decomposição induzida de 1,2-dioxetanos e do sistema peróxi-oxalato pode ser explicada através do mecanismo de luminescência iniciada por troca de elétron - CIEEL (\"Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence\"). Esta proposta supõe uma transferência de elétron seguida de uma retrotransferência, que pode ocorrer de forma intra ou intermolecular, dependendo do sistema. A etapa de quimiexcitação do sistema peróxi-oxalato envolve uma retro-transferência de elétron intermolecular, da qual participam dois radicais-íons - um deles postulado como o dióxido de carbono radical-anion. Por outro lado, não existe consenso a respeito da via de retro-transferência de elétron na decomposição induzida de 1,2-dioxetanos, que pode ocorrer de forma intra ou intermolecular. Neste trabalho são apresentadas as sínteses de sete 1,2-dioxetanos, os resultados obtidos na investigação da via de quimiexcitação proposta no mecanismo CIEEL para a decomposição induzida de 1,2-dioxetanos e para o sistema peróxi-oxalato e a aplicação da quimiluminescência do luminol em matriz polimérica de poli(vinilpirrolidona) para a calibração de luminômetros de microplacas. Verificou-se, através do estudo do efeito da viscosidade do solvente sobre os rendimentos quânticos singlete na decomposição induzida de 1,2-dioxetanos, uma dependência entre a eficiência de quimiexcitação e o efeito da cavidade de solvente, que foi racionalizada em termos de um modelo difusional e friccional. Estes resultados, associados a cálculos teóricos, tomaram possível postular um mecanismo intramolecular modificado para a decomposição induzida de 1,2-dioxetanos. No sistema peróxi-oxalato foi realizada uma tentativa de detecção direta do dióxido de carbono ânion-radical através de medidas do sinal de ressonância paramagnética de elétron do aduto formado entre α-fenil-N-tert-butilnitrona (PBN), um spin trap, e o radical-anion. Apesar da leve discrepância entre as constantes de acoplamento do sinal observado em relação aos valores relatados na literatura para o aduto PBN-CO2, a caracterização foi realizada preliminarmente através de espectroscopia de massas com injeção direta. Finalmente, foi desenvolvido um sistema para calibração de luminômetros de microplacas, baseado na quimiluminescência de luminol em matriz polimérica, que pode ser utilizado - adicionalmente - na quantificação de peróxido de hidrogênio, em concentrações µmol-1, e agentes redutores com potencial anti-radicalar e antioxidante. / The chemiluminescence resulting from induced decomposition of 1,2-dioxetanes and the peroxyoxalate system can be explained by the Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence - CIEEL mechanism. This hypothesis postulates an electron transfer followed by a bond cleavage or rearrangement and back electron transfer which can occur in a intra or intermolecular way, depending on the system. The chemiexcitation step in the peroxyoxalate system involves an intermolecular back electron transfer, in which two radical ions participates - one of them is assumed to be carbon dioxide radical anion. However, there is no consensus about the back electron transfer path in the induced decomposition of 1,2-dioxetanes, which Can occur in an intra or intermolecular way. This work reports the synthesis of seven 1,2-dioxetane derivatives, the results obtained in the investigation of the chemiexcitation path proposed by the CIEEL mechanism for the induced decomposition of 1,2-dioxetanes and for the peroxyoxalate system, and the application of poly(vinylpirrolidone) supported luminol chemiluminescence in the development of a rnicroplate luminometer calibration method. It was possible to confirm, by the study of solvent viscosity effect on singlet quantum yields in induced 1,2-dioxetane decomposition, a dependence between chemiexcitation efficiency and the solvent cavity effect, which was rationalized based on a diffusional and frictional model. These results, together with theoretical calculations, allow us to postulate a modified intermolecular chemiexcitation mechanism for the induced decomposition of 1,2-dioxetanes. An attempt to detect directly the carbon di oxide radical anion in the peroxyoxalate system was made based on the electron paramagnetic resonance detection of the α-phenyl-N-tert-butylnitrone (PBN)-CO2 adduct. Despite small discrepancies between the observed and the previously reported hyperfine coupling constant values, the adduct characterization was confirmed by direct injection mass spectrometry. Finally, a microplate luminometer light intensity calibration system, based on polymeric matrix-supported luminal, was developed. This method can be used also to determine hydrogen peroxide at µ mol-1 concentration and to quantify reducing agents with antiradical and antioxidant potential.