Neste trabalho estudamos propriedades estruturais, magnéticas e eletrônicas de complexos de cobre em duas classes de ligantes semelhantes com potenciais aplicações nas áreas de nanotecnologia e farmacologia. A primeira classe de ligantes é do tipo bases de Schiff, conhecidas por sua vasta gama de aplicações em química e biologia, aqui estudadas como miméticos de sítios de proteínas e também como potenciais metalo-fármacos. Procuramos investigar as características estruturais e eletrônicas buscando correlacionar as informações obtidas experimentalmente com as obtidas através de cálculos de estrutura eletrônica. Em especial, no estudo da competição pelo íon Cu entre as bases de Schiff e a proteína albumina, mostramos a influência de diversos fatores como, por exemplo, a geometria dos ligantes e a sua estrutura eletrônica. A segunda classe estudada é constituída de bases modificadas de DNA com a habilidade de complexar metais (espécie [M-DNA]) e formar estruturas com acoplamento ferromagnético. Observamos para as espécies [M-DNA] que o acoplamento ferromagnético é estabilizado através de dois efeitos: a) diferentes estados de carga que podem gerar distorções na coordenação quadrado planar; b) a adição do backbone do DNA. Utilizamos neste estudo o método Projector Augmented Wave (PAW) e também bases locais dentro da Teoria do Funcional da Densidade, atrav´es dos c´odigos computacionais CP-PAW e Gaussian03. / We studied structural, electronic and magnetic properties of copper complexes with two similar classes of ligands with potential applications in nanotechnology or pharmacology. The first class of compounds consists of Schiff bases and corresponding copper complexes. We investigated structural and electronic properties of these complexes searching for correlations among the information obtained experimentally and by electronic structure calculations. In special, in the study of the competition for the Cu ion between Schiff bases and the albumin protein, we show the influence of different factors such as the geometry of the ligands and their electronic structure. The second class of ligands focused in our studies are modified DNA bases coordinated to copper, where EPR studies have shown ferromagnetic interactions among the metal centers. We studied in this case the influence of the charge state and of the backbone in the magnetization of the Cu chain. In all cases presented here, we used ab-initio electronic structure calculations in the framework of the Density Functional Theory (DFT). This has been done using the CP-PAW code and the Gaussian03 code.

Os efeitos do campo elétrico, que surgem pela aplicação de uma voltagem no contato Schottky, na estrutura eletrônica de heteroestruturas semicondutoras utilizadas nos recentes transistores de efeito de campo (FET) e numa super-rede finita são simulados numericamente. Estas heteroestruturas apresentam poços quânticos bidimensionais e camadas que podem estar tensionadas pela diferença entre os parâmetros de rede cristalinos. Através de um procedimento numérico auto-consistente várias grandezas físicas são estudadas, os auto-estados e as densidades eletrônicas nas sub-bandas são calculadas. A variação destas grandezas é associada à capacitância e à transcondutância intrínseca, em função da voltagem no gate. Os resultados da simulação são comparados aos dados experimentais. Este procedimento possibilita a compreensão dos fenômenos quânticos envolvidos com a previsão de certas características de dispositivos sem a necessidade prévia de sua produção e testes / Eletric field effects on the electronic characteristics of semiconductor heterostructures used in recent field effect transistors (FETs) and in a finite superlattice are numerically simulated. This field is due to a voltage bias applied on a Schottky contact. These heterostructures have two-dimensional quantum wells and layers wich can be stressed due to different lattice parameters of the materials involved. Through a numerical self-consistent procedure, many physical quantities are studied, such as the eigen-states and the electronic densities at the sub-bands. The changes in such quantities are associated to the capacitance and to the intrinsic transconductance as a function of the gate voltage. The results are compared to experimental data. This procedure allows the comprehension of the quantum phenomena involved and the prediction of device characteristics, without the need to fabricate and test it

Temos utilizado o método de Hartree-Fock-Roothaan, seguido da teoria de perturbação de segunda ordem, para a determinação das propriedades estruturais e eletrônicas dos aglornerados GaAs, G2As, GaAs2, Ga3As, Ga2As2, GaAs3, G4As, Ga3As2, Ga2As4, GaAs4, Ga3As3, G4Asa, Ga3As4, Ga4As4 e seus íons positivos e negativos. A estrutura de equilíbrio de cada um destes aglomerados foi determinada através de cálculos de otimização de geometria sem a imposição de vínculos espaciais de simetria sobre a função de onda. Uma vez determinadas as estruturas dos estados fundamentais destes aglomerados, obtivemos os valores de diversas propriedades eletrônicas e energéticas, como o potencial de ionização, a afinidade eletrônica, 0 bond-order, populações orbitais de Mulliken, carga sobre os átomos, natureza dos HOMO-LUMO, etc. Com estas informações, pudemos então descrever de forma detalhada cada um destes aglomerados e comparar nossos resultados com os existentes na literatura. Realizando uma analise conjunta dos resultados obtidos, deduzimos um padrão estrutural a ser seguido por estes pequenos aglomerados de GaAs, onde as formas embrionárias destes aglomerados têm SUM estruturas geométrica e eletrônica baseadas em configurações altamente simétricas, formadas pelos átomos de As. Os átomos adicionais de Ga entram em posições que favorecem um padrão de hibridização e ordenamento químico que tende ao padrão apresentado pelo cristal de GaAs. A passagem para uma estrutura em camadas e observada ocorrer ja no aglomerado estequiométrico com oito átomos. Utilizando o princípio de hard and soft acids and bases, estudamos a reatividade química do aglomerado Ga2As2 e da superfície GaAs[ll0], quando em interação com átomos externos. / Using the Hartree-Fock-Roothaan method, followed by second-order perturbation theory we determined the structural and electronic properties of the GaAs, Ga2As, GaAs2, Ga3As, Ga2As2, GaAs3, Ga4As, Ga3As2, Ga2As3, GaAs4, Ga3As3, Ga4As3, Ga4As4, Ga4As4 clusters and its positive and negative ions. The equilibrium structure for each of these clusters was determined throgh geometry optimization calculations, without spatial symmetry constraint on the wave function. Once we have determined the ground state structures of these clusters, the values of different electronic and structural properties were evaluated. This includes the ionization potential, electron affinity, bond-order, Mulliken populations, the nature of the HOMO-LUMO orbitals, etc. With these informations we described in detail each one of the clusters, and we compared our results with the experimental and theoretical published results. Analysing the assembly of the obtained results, we can deduce a structural pattern to be followed by these small clusters of GaAs, where the embrionary forms of these clusters have the geometric and electronic structures based on highly symmetrical configurations formed by the As atoms. The Ga aditional atoms enter in positions that enhance a hybridization and chemical ordering which tends to that presented by the bulk. The change for a layer structure is observed occur yet in the eight atoms stechiometric cluster. Using the hard and soft acids and bases principle, we have studied chemical reactivity of the Ga2As2 cluster and the GaAs[ll0] surface when in interaction with atoms.

Orientador: Douglas Soares Galvão / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-12T10:36:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ValegaMackenzie_FidelOrlando_M.pdf: 2711520 bytes, checksum: 6eef4b8eb7c976af1efdb0f0bb711dd0 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Nesta dissertação foram estudados, utilizando um enfoque semiempírico e de primeiros princípios, a estrutura e as propriedades eletrônicas de alguns precursores de alomelaninas. As alomelaninas fazem parte de uma classe de pigmentos escuros presentes numa grande variedade de organismos e seus precursores são formados por unidades monoméricas de o-benzoquinona e catecol. Devido à limitada disponibilidade de dados experimentais realizamos inicialmente uma comparação das diferentes grandezas, como momentos de dipolo e entalpias de formação, obtidas a partir de diversas metodologias dentro as quais se incluem Hartree-Fock e DFT, para escolher um modelo semiempírico que descreva melhor o comportamento eletrônico da o-benzoquinona e do catecol. Os modelos semiempíricos utilizados foram o AM1 e o PM3, onde o primeiro parece oferecer melhores resultados reproduzindo as estruturas determinadas pelos métodos ab initio, assim como os dados experimentais disponíveis. Consideramos a formação de dímeros a partir de ligações carbono-carbono e carbono-oxigênio-carbono entre diferentes monômeros. Em geral estas estruturas resultaram ser boas aceitadoras de um e até dois elétrons. Nenhum tipo de régio-seletividade foi observada nos dímeros. É provável que a falta de sítios preferenciais na dimerização resulte no fato das alomelaninas serem amorfas. Os espectros de absorção para as formas neutras e iônicas dos precursores também foram simulados / Abstract: In this work we studied, on the basis of a semiempirical and ab initio approaches, the structure and electronic properties of some allomelanins precursors. Allomelanins are part of an ubiquitous class of dark pigments known as melanins and their precursors are formed by monomers of catechol and o-benzoquinone units. Due to the lack of extensive experimental data we first compared different quantities such as dipole moment and enthalpy of formation obtained from several methodologies including Hartree-Fock and DFT, in order to choose a semiempirical model that better describes the electronic behavior of o-benzoquinone and catechol. The semiempirical models used were AM1 and PM3, where the former seems to better reproduce the structures found by ab initio methods as well as the limited available experimental data. We have investigated monomers and some dimers formed through carbon-carbon and carbon-oxygen-carbon linkages from different monomers. In general those structures resulted to be good electron acceptors, accepting one, and in some cases, two electrons. No regioselectivity was found for the dimers. Perhaps the nonexistence of preferential dimerization sites can explain why allomelanins are amorphous. Absorption spectra for neutral and ionic forms of the precursors were also simulated / Mestrado / Física / Mestre em Física

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-08T17:57:02Z No. of bitstreams: 1 monicaabreusilva.pdf: 4123541 bytes, checksum: 183afab09f20a23660a1b43a7812a69b (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-06-26T19:30:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 monicaabreusilva.pdf: 4123541 bytes, checksum: 183afab09f20a23660a1b43a7812a69b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T19:30:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 monicaabreusilva.pdf: 4123541 bytes, checksum: 183afab09f20a23660a1b43a7812a69b (MD5) Previous issue date: 2013-12-17 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O câncer é um problema mundial crescente, em vista do gradual aumento da expectativa de vida e de mudanças no estilo de vida em grande parte dos países, entre outros fatores. Informações acerca de mecanismos carcinogênicos configuram-se importantes instrumentos na prevenção e controle do câncer. São também relevantes o desenvolvimento de novos fármacos para a quimioterapia do câncer, assim como a compreensão dos seus mecanismos de ação. O entendimento de relações estrutura-atividade de compostos que apresentam atividade biológica tem perfil chave na investigação do comportamento de compostos carcinogênicos no nível molecular e no desenvolvimento de fármacos com atividade otimizada. Este trabalho apresenta um estudo das propriedades eletrônicas e das relações estrutura-atividades de compostos análogos da acridina. Esses compostos foram anteriormente estudados por Cuny e colaboradores que, utilizando a técnica TR-FRET (Time-Resolved Fluorescence Resonance Energy Transfer), os classificaram como potentes inibidores de duas enzimas, Haspin e DYRK2, que participam do processo de mitose celular. O objetivo principal do presente trabalho foi estabelecer uma relação entre os dados obtidos através dos cálculos de propriedades eletrônicas e os resultados obtidos experimentalmente, com a finalidade de classificar estes compostos quanto a sua atividade biológica, por meio da Metodologia de Índices Eletrônicos (MIE). A otimização de geometria, bem como os cálculos de estrutura eletrônica, foram realizados pelos métodos semiempíricos AM1 e PM3, e pelo método ab initio DFT. Para estes cálculos utilizamos o software Spartan, como ferramenta visual e para análise conformacional. Os cálculos de estrutura eletrônica foram realizados com o programa GAMESS. O programa Chem2Pac foi utilizado para calcular a densidade local de estados, com o objetivo de estudar as relações estrutura-atividade por meio da MIE. Os métodos estatísticos multivariados PCA e HCA foram também utilizados na análise, por meio do programa Einsigth. Utilizando os parâmetros da MIE, estabelecemos regras simples, com as quais conseguimos identificar com precisão os compostos ativos e inativos. Os parâmetros eletrônicos encontrados pela MIE mostraram-se importantes para as outras metodologias de reconhecimento de padrões para esta família de moléculas. / The Cancer is a growing worldwise problem and has shown an epidemiological profile. Informations about the carcinogenic mechanisms configure themselves as important tools in cancer control and prevention. The understanding of structure-activity relationships in compounds who present biological activity is highly relevant on the investigation of the carcinogenic compounds behavior in molecular systems and in the activity-optimized drugs developing. We performed an study of the eletronic properties from 14 acridine similar compounds. These compounds were former studied by Cuny et al and within an esperimental study with the TR-FRET thecnique (Time-Resolved Florescence Resonance Energy Transfer), and were classified as potent inibitors of two enzymes, Haspin and DYRK2, who had part on the conclusion mitosis process in several cells, inclusive cancerigen cells. The main objective of the present work was establish a relationship between obtanied data from the calculations of eletronic properties and the experimentally obtanied data with the aim of classify these compounds regarding it's biological activite, within the eletronic indices motodology ( EIM ). The geometric otimization, as the eletronic structure calculations, were made by the semi-empiric methody AM1 and PM3, by the DFT ab initio methody. For these calculations, we used firstly the software Spartan as visual tool and for the conformational analisys, then, the calculations were made with the GAMESS program. After the geometry was optimized, we used the Chem2pac in order to calculate the state local density. The PCA and HCA studies were performed by the Eeinsigth program. Th-rough the EIM parameters we established simple rules, with which we identified precisely the active and inactive compounds. In the investigations EIM, PCA and HCA, the acridine analogous activity was correlated with the theoretical parameters. The eletronic parameters found by EIM showed themselves largely important for others pattern recognition metodologies.

Orientador: Douglas Soares Galvão / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T14:34:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Autreto_PedroAlvesdaSilva_D.pdf: 59520269 bytes, checksum: 40cf8840fce242581f34d0cee4cd3dda (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A nanotecnologia teve seu início simbólico na apresentação de 1959 do Prêmio Nobel Richard Feynman: \"Há muito espaço lá embaixo\". Nesta palestra Feynman destaca as possibilidades de criação de novos materiais, desenhados para possuírem determinadas propriedades eletrônicas e estruturais. Desde então, grandes avanços têm sido feitos e estruturas antes nunca imaginadas têm sido observadas e produzidas. Estas são compostas dos mais diferentes materiais, desde os metais até carbono. Como exemplo de compostos de metais temos os nanofios, as cadeias atômicas lineares e mais atualmente o menor nanotubo de prata. Compostos por carbono também têm recebido grande atenção, como o grafeno. Assim a busca por novas estruturas com propriedades únicas tem se tornado incessante nas últimas décadas. Isso tem tornado cada vez mais importantes às ferramentas teóricas, uma vez que elas podem tanto ajudar na caracterização de novas estruturas, como também as prever, como poderiam ser formadas, qual seria a sua geometria, quais condições seriam necessárias para a sua formação ou demais características eletrônicas. Neste contexto, apresentamos nesta tese, o estudo destas novas nanoestruturas iniciando pelos fatores que influenciam na formação de cadeias atômicas lineares cm nanofios de platina e como a temperatura pode ser essencial para a presença de distâncias anômalas em nanofios de ouro. Cálculos de transporte também foram efetuados para nanofios de ouro e prata, com o fim de correlacionar possíveis geometrias encontradas em experimentos de HRTEM com os perfis de condutância obtidos em experimentos MCBJ. Estudos da evolução do estiramento de nanofios de prata prosseguem com a análise da formação e transporte transporte do menor nanotubo de seção quadrada formada por prata. Formação e estrutura eletrônica de estrutura de carbono topologicamente idêntica a este tubo de prata foi também proposta. Por fim, estudamos as formações do grafano e do fluorografano, a partir da hidrogenação e fluoração de membranas de grafeno, respectivamente / Abstract: Nanotechnology had its symbolical beginning at the 1959\'s Nobel Prize awarder Richard Feynman\'s lecture: \"There is Plenty of Roam at the Bottom\". In this lecture, Feynman highlights the possibilities of creating new materials, designed to have specific electronic and structural properties. Ever since, great advances have been made and structures never dreamed before have been detected and synthesized. These are composed of very many different materials, from metals to carbon. As an example of metal made compounds, we have the nanowires, the linear atomic chains and more recently the smallest silver nanotube. Carbon made compounds have also received great attention; a great example is the graphene. This made the theoretical tools become increasingly important, since they can help both in the characterization of the new structures and in forecasting new ones, how could them be produced, what would its geometry be, which conditions would be necessary for its formation and the other electronic properties. ln this context, we present in this thesis the study of new nanostructures, beginning with the factors that influence in the atomic linear chains formation in platinum nanowires stretching and how the temperature can be essential to explain the presence of anomalous distances in gold nanowires. Transport calculations have also been made to gold and silver nanowires, in arder to correlate possible geometries found in HRTEM experiments with the conductance profiles obtained in MCBJ experiments. Studies in the stretch evolution of silver nanowires proceed with the analysis of formation and electronic transport in the smallest square section nanotube made of silver. Formation and electronic structure if a carbon topologically identical to this silver nanotube was also suggested. Lastly, we studied the formation of graphane and fluorographane respectively by the hydrogenation and fluorination of graphene membranes / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Maria Cristina dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T22:05:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_AnaClaudiaMonteiro_D.pdf: 17730682 bytes, checksum: cf3bdfc8fb6cf369dc23f002c89cd458 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Desde sua descoberta em 1991, nanotubos de carbono têm despertado um grande interesse científico devido à sua característica peculiar de ajuste das propriedades eletrônicas de acordo com a geometria. Vários trabalhos teóricos e experimentais têm explorado a possibilidade da criação de nanodispositivos a partir de nanotubos. Nanotubos de carbono são sistemas unidimensionais formados a partir de folhas de grafite enroladas na forma de cilindros. Previu-se que a estrutura eletrônica desses sistemas depende da direção de enrolamento, que é determinada pelo assim chamado vetor quiral, Ch = (n, m).A partir do vetor quiral classificam-se os nanotubos em três tipos: zig-zag (n,0), armchair (n,n) e quiral (n,m). Nanotubos são previstos como metálicos se os valores de n e m obedecerem à relação m - n = 3q, onde q é um número inteiro. Entretanto, medidas experimentais recentes mostraram que nanotubos considerados metálicos apresentam gaps em sua estrutura eletrônica. A manipulação das propriedades eletrônicas dos nanotubos pode ser realizada pelo processo de dopagem - substituição de átomos de carbono por outras espécies químicas, como o nitrogênio - ou através da criação de defeitos topológicos na rede hexagonal. Técnicas adequadas para dopagem e crescimento controlado de defeitos estruturais para a criação de nanojunções ainda não estão totalmente desenvolvidas. Nessa tese realizamos estudos conformacionais e das propriedades eletrônicas de nanotubos e nanojunções de carbono e de nitreto de carbono utilizando diversas técnicas de química quântica, entre as quais os métodos semi-empíricos baseados na teoria de Hartree-Fock e a teoria do Funcional de Densidade. Os resultados teóricos obtidos a partir de cálculos de otimização de geometria mostraram uma grande diferença conformacional entre nanotubos zig-zag e armchair. Os primeiros apresentam uma estrutura uniforme de ligações químicas enquanto que nanotubos armchair apresentam uma geometria distorcida ao longo do eixo do tubo, correspondendo a uma trimerização. As estruturas de bandas obtidas a partir das geometrias optimizadas são consistentes com a presença de gaps e portanto um comportamento semicondutor. Comparações foram feitas com a estrutura eletrônica de outro sistema unidimensional, o bem conhecido polímero poli-acetileno. Concluímos que os nanotubos zig-zag apresentam um gap intrínseco, similar ao cis-poliacetileno, e que os gaps dos tubos armchair, da mesma forma que para o trans-poliacetileno, têm origem na instabilidade de Peierls. Os efeitos da substituição de átomos de carbono por átomos de nitrogênio nas propriedades estruturais e eletrônicas de nanotubos de nitreto de carbono também foram investigados. Diferentemente dos nanotubos de carbono puro, nanotubos de nitreto de carbono sintetizados por diversas técnicas apresentam paredes corrugadas e estruturas com curvaturas acentuadas. Os resultados teóricos desta tese mostraram que a incorporação do nitrogênio na rede hexagonal de carbonos provoca distorções localizadas nas paredes dos nanotubos. Entretanto, isso não é o suficiente para gerar os defeitos topológicos, necessários para interpretar o aparecimento dos "bambus" observados experimentalmente. Os cálculos da entalpia de formação e a simulação de defeitos estruturais nos levaram a concluir que as estruturas tipo bambu em nanotubos de nitreto de carbono são devidas a defeitos induzidos pela incorporação do nitrogênio. Avaliamos, finalmente, o papel do nitrogênio na formação de nanojunções tipo Y. Mostramos que a incorporação do nitrogênio leva a uma estabilização estrutural desses sistemas / Abstract: Since their discovery in 1991, carbon nanotubes have attracted a great deal of attention of the scientific community due to their outstanding mechanical and electronic properties.Several theoretical and experimental reports published recently have exploited the possibility of designing nanodevices from nanotubes. Carbon Nanotubes (CNT) are one-dimensional systems that are built from a graphene sheet rolled into a cylindrical shape. It has been predicted that the electronic structure of CNT¿s depends upon the rolling-up direction, which is given by the so-called chiral vector Ch = (n, m).According to the chiral indices, CNT¿s are classified as: (i) zig-zag (n,0); (ii) armchair (n,n); and chiral (n,m). These systems are predicted to be metallic given that the indices satisfy the relation n - m = 3q, where q is an integer. Recent experimental reports revealed that CNT¿s are not true metals, since small energy gaps, or pseudogaps, have been measured. The electronic structure of CNT¿s could be further manipulated through a convenient doping process - the substitution of carbon atoms by other chemical species, such as nitrogen - or even through the introduction of topological defects in the hexagonal carbon network. Appropriate synthetic routes to carry out the doping and the controlled growth of structural defects in CNT¿s are still to be developed. In this thesis we investigated theoretically the conformation and the electronic structure of pure and nitrogen-doped CNT¿s and nanojunctions. Techniques ranging from simple quantum chemical approaches as the Extended H¨ uckel Theory, as well as more sophisticated semi-empirical, Hartree-Fock based methods, and ab initio methods derived from the Density Func-tional Theory were used. The conformation analysis performed on the optimized geometries showed important con-formational differences between zig-zag and armchair CNT¿s. The former systems presented a uniform structure of chemical bonds while the latter presented a distorted geometry along the tube axis, corresponding to a trimerization. The band structures calculated from the optimized geometries presented band gaps which are consistent with a semiconducting behavior. Com-parisons were made with the electronic structure of the conjugated polymer polyacetylene. We concluded that zig-zag CNT¿s present an intrinsic gap, similarly to cis-polyacetylene, and that the origin of gaps in armchair CNT¿s, in analogy to trans-polyacetylene, relies on the Peierls instability. The effects introduced by the nitrogen-doping of CNT¿s were also investigated. It has been reported that, differently from pure CNT¿s, nitrogen containing tubules obtained from several synthetic methods are composed of highly curved structures having thick and corrugated walls. Simulations of the doping process of CNT¿s showed that substitutional nitrogen on the hexagonal carbon network produces localized distortions on the tube walls. However the corrugation is not sufficient to produce bends and the topological defects that are necessary to interpret the bamboo-shaped structures that are experimentally observed. The calculation of heats of formation and the simulation of structural defects led us to conclude that bamboo-shaped carbon-nitride nanotubes are formed due to defects induced by the incorporation of nitrogen. Finally, we evaluated the role played by nitrogen addition to Y-type nanojunctions.Our results are consistent with an increased structural stabilization of defective regions upon nitrogen incorporation / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

O entendimento das propriedades de complexos metálicos é de fundamental importância para o desenvolvimento de fármacos. No entanto, tanto do ponto de vista experimental quanto no de modelagem teórica, ainda temos muitas dificuldades de simular e mensurar as mudanças que a complexação com um metal causa em um composto. Este trabalho apresenta estudos de simulacões ab initio de complexos de Epiisopiloturina com Cu e Zn. Foram realizadas otimizações de estrutura, simulaçoes de espectroscopia vibracional, NMR e EPR além de estudos de reatividade. Obtivemos uma geometria otimizada condizente com a da forma cristalizada. Além disso, os resultados espectroscópicos mostram que as estruturas dos com plexos permanecem intactas em solução. Por fim, os estudos de reatividade conrmam que o complexo de Cobre aumenta a reatividade da molécula. / Understanding the properties of metal complexes is fundamental goal in the development of drugs. However, both from the experimental point of view and theoretical modeling, many diculties in the simulation and evaluatio of the changes that the metal causes upon complexation still remains. This work presents ab initio computational simulations of Epiisopiloturin com plexes with Cu and Zn. We make structural optimizations, simulations of vibrational spectroscopy, NMR and EPR, as well as reactivity studies. We obtain an optimized geometry that corresponds to that of the crystallized form. In addition, the spectroscopic results conrm that the complexes remain intact in solution. Finally, the reactivity studies conrm that the copper complex increases the reactivity of the molecule.

O estudo computacional da interação de biomoléculas com metais de transição é bastante desafiador. Sendo assim, investigamos computacionalmente diferentes propriedades eletrônicas, estruturais e hiperfinas de complexos metálicos, a saber: a) o gradiente do campo elétrico de Crown thioethers coordenados à Ag e ao Cd e comparado com as medidas da técnica espectroscópica Time Differential Perturbed Angular Correlation durante o decaimento nuclear 111Ag -> 111Cd ; b) o acoplamento hiperfino no metal coordenado à bases de Schiff e comparado com as medidas de ressonância eletrônica paramagnética durante o equilíbrio ceto-enol; c) a interação termodinâmica entre o complexo [Cu(isaenim)]2+ e o sulco menor do DNA, por meio da dissociação do complexo supramolecular [Cu(isaenim)]2+-DNA, comparada com a energia livre experimental fornecida pela constante de equilíbrio de formação deste sistema; e d) por meio do cálculo do acoplamento hiperfino realizamos alguns passos na direção da caracterização teórica do complexo supramolecular no estado ligado. Utilizamos a teoria do funcional da densidade no esquema de Kohn-Sham para obter as propriedades hiperfinas eletrônicas e magnéticas dos complexos metálicos. No estudo do equilíbrio ceto-enol utilizamos simulações de dinâmica molecular clássica e híbrida QMMM para estimar as distancias Cu-Oágua. No caso do complexo supramolecular [Cu(isaenim)]2+-DNA, simulações de dinâmica molecular e metadinâmica clássica foram utilizadas para propor uma rota de reconhecimento molecular em um oligômero de DNA. / Computational study of the interaction of biomolecules with transition metals is very challenging. Thus, we have investigated different electronic, structural and hyperfine properties of the metal complexes: a) the electric field gradient properties of Crown thioethers coordinated with Ag and Cd and compared to Time Differential Perturbed Angular Correlation measurements during nuclear decay; b) the hyperfine coupling in the metal of Schiff basis coordinated with copper and compared to electronic paramagnetic resonance measurements during the keto-enol equilibrium; c) the thermodynamic interaction between [Cu(isaenim)]2+ complex and the DNA minor groove, by the dissociation of this supramolecular complex, comparing its free energy experimental provided by the formation constant; and d) through the calculation of the hyperfine coupling in the Cu, we characterized the bound state of this supramolecular complex. We used the density functional theory in the Kohn-Sham scheme in order to obtain the electric and magnetic hyperfine properties of the metal complexes. In the keto-enol equilibrium study, we used classic and QMMM molecular dynamics to estimate the Cu-Owater distances. Regarding [Cu(isaenim)]2+-DNA system, classical molecular dynamics and metadynamics simulations were used to propose a molecular recognition route in a DNA oligomer.

Os estudos de modelagem molecular das interações entre ligantes baseado em oxindóis (isaepy, isapn, [Cu(isapn)]², isaenim e o SU9516) e as proteínas kinases dependentes de ciclina (CDK1 e CDK2) são apresentados neste trabalho. Uma inibição na atividade da CDK1 e CDK2, que catalisam a fosforilação de grupos específicos em proteínas, tem implicações na indução da apoptose celular. O objetivo é tentar determinar qual destes ligantes potencializa a inibição da síntese de ATP (adenosina trifosfato) em ADP (adenosina difosfato) no sítio ativo da CDK1 e CDK2 para, desta forma, induzir a apoptose de células cancerígenas. Os estudos realizados neste trabalho indicam que dentre os ligantes analisados, o isaepy e o isapn obtiveram melhores resultados de estabilidade e ligações de hidrogênio entre aminoácidos dentro do sítio. Analisamos a influência do íon Cu no aumento da eficácia do isapn na atividade inibitória (complexo [Cu(isapn)]²) e comparamos os resultados obtidos dos estudos do isapn e [Cu(isapn)]², quando inseridos no sítio de ligação do ATP da CDK1, com medidas de eletroforese em gel. Verificamos que os nossos resultados foram corroborados com as medidas de eletroforese. Também discutimos os resultados de cálculos de acoplamento hiperfino para o Cu no [Cu(isapn)]² em diferentes ambientes químicos e fizemos a comparação destes resultados com medidas de EPR. Desta forma, conseguimos verificar o ambiente químico do íon Cu e um aumento da estabilidade do isapn dentro do sítio estudado com a inserção do íon Cu. Este trabalho visa contribuir para a síntese de novos ligantes que aumentem a eficácia da inibição da síntese de ATP em ADP nas CDKs e também para a minimização dos custos através da diminuição da realização de experimentos que se baseiam em métodos de tentativa e erro. / Molecular modeling studies of the interaction of oxindol based ligands (isaepy, isapn [Cu(isapn)]²,isaenim and SU9516) with Cyclin Dependent Kinases proteins (CDK1 and CDK2) are presented here. CDK1 and CDK2 catalyze the phosphorylation of specific groups in proteins and inhibition of its activities implies in induction of cancer cells apoptosis. The goal is to determine which ligands increase the inhibition of ATP (adenosine triphosphate) into ADP (adenosine diphosphate) synthesis which occurs inside the CDK1 and CDK2 active site. We analyze the influence of the Cu ion on increasing the inhibitory activity in isapn ([Cu(isapn)]² metal complex). Comparisons between the results obtained from studies of the isapn and [Cu(isapn)]² inserted into the ATP binding site of CDK1 with measurements of gel electrophoresis were performed. The hyperfine coupling at Cu ion in [Cu(isapn)]² in different chemical environments are here obtained and the results are compared with EPR measurements. This work aims to contribute to the development of new ligands which increase the inhibition of the synthesis of ATP into ADP in the CDKs moreover we aim to assist in the reduction of the costs of measurements that are based on trial and error aproaches.