Este trabalho tem como objetivo a síntese e a determinação de propriedades micelares de líquidos iônicos tensoativos (LITs) catiônicos. Dentre as características importantes desses compostos destacamos: alta deslocalização da carga e caráter ácido no hidrogênio H2 do anel heterocíclico e a grande flexibilidade estrutural, estas são relevantes para as propriedades de soluções desses tensoativos, e, consequentemente, para suas aplicações. A influência da variação estrutural nas suas propriedades é importante para modular as propriedades micelares e, por consequência suas aplicações. A síntese de LITs foi realizada por aquecimento convencional e irradiação por micro-ondas, o último método foi o mais eficiente. Inicialmente, estudamos a influência do comprimento da cadeia carbônica (fator importante para a energia de formação de micelas), de cloretos de 1-alquil-3-metilimidazólio, tendo a cadeia n-alquílica 10 a 16 átomos de carbonos. Em seguida, comparamos as propriedades dos LITs acima mencionados com as de tensoativos convencionais, cloretos de 1-alquilpiridínio e cloretos 1-alcanoil-amidoetil benzildimetilamônio. Por fim, estudamos a influência do volume da cabeça-polar, utilizando cloretos de 1-alquil-3-hexadecilimidazólio, tendo a cadeia alquílica secundária 1 a 5 átomos de carbono. As propriedades micelares foram investigadas por tensão superficial, condutividade, calorimetria, espalhamento de luz e ressonância magnética nuclear. Os resultados mostraram que ligações de hidrogênio (devido ao H2 ácido do anel imidazólio) e as interações hidrofóbicas são relevantes para a formação de micelas e que o aumento do volume da cabeça-polar favorece a micelização e a formação de agregados pré-micelares / The objective of this work is the synthesis and determination of the micelar properties of cationic surface-active ionic liquids (SAILs). Among the important characteristics of these compounds are: high charge delocalization and acid character of hydrogen H2 of the heterocyclic ring and large structural flexibility, the latter is relevant to solution properties of these surfactants, hence to their applications. Synthesis of SAILs was carried out by conventional heating or by microwave irradiation, the later method was more efficient. Initially, we studied the influence of the chain length of the alkyl group (an important factor for the energy of micelle formation) of 1-alkyl-3-methylimidazolium chlorides, n-alkyl group having 10 to 16 carbon atoms. Then, we compared the properties of the above mentioned SAILs with conventional surfactants, 1-alkylpyridinium chlorides and 1-alkanoyl-amidoethyl benzyldimethylammonium chlorides. Finally, we studied the influence of the head-group volume, by studying 1-alkyl-3-hexadecylimidazolium chlorides, with secondary n-alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. The micelar properties were investigated by surface tension, conductivity, calorimetry, light scattering and nuclear magnetic resonance. Our results have shown that hydrogen bonding (due to the acidic H2 of the imidazolium ring) and hydrophobic interactions are relevant to micelle formation; increasing the head-group volume favors micellization and the formation of pre-micellar aggregates

Les performances des piles à combustible à échange de protons (PEMFC) sont fortement influencées par la conductivité protonique de l'électrolyte solide. Les polymères à base d'azole sont parmi les matériaux les plus prometteurs pour améliorer l'efficacité de ces systèmes. Une étude théorique de réaction du transfert de protons (PT) en dimères protonée du imidazole, 1,2,3-triazole et tétrazole a été effectuée. Le protocole DFT mis au point a été appliqué sur des systèmes plus complexes. Les résultats obtenus à partir de l'étude réalisée sur le poly(4-vinyl-imidazole) (P4VI) suggèrent que le mécanisme de conduction communément admis (Grotthuss) pourrait être entravé dans ce système en raison de l'effet de la matrice polymérique. Cette étude, réalisée par le biais d'une approche combinée théorie du fonctionnelle de la densité (DFT) / simulations de Dynamique Moléculaire (MD), a permis de proposer un mécanisme alternatif de conduction. Une étude supplémentaire réalisée sur des modèles avec du acide phosphorique (H3PO4) a révélé que faibles concentrations de H3PO4 pourrait permettre le mécanisme de Grotthuss malgré la matrice polymérique. Le rôle crucial joué par la matrice polymérique sur la conductivité a été ensuite confirmée par l'étude menée sur un second polymère : la position d'attache du imidazole peut fortement affecter le mécanisme de conduction. En bref, les simulations obtenus montrent comment la matrice polymérique jouent un rôle crucial dans le mécanisme de la conductivité. La présente recherche représente une première tentative pour une étude plus systématique de la relation entre la connectivité de la matrice polymère et l'efficacité du transport de charge

This thesis describes an investigation of the molecular mechanism underlying solar conversion processes that occur in Type I photosynthetic reaction centers, in which P700 plays a central role. Static Fourier transform infrared (FTIR) difference spectroscopy (DS) was used to probe the electronic and structural organization of P700 and P700+. In combination with isotope labeling and site directed mutagenesis we have investigated how protein interactions such as histidine ligation and hydrogen bonding modulate this organization. Comparison of (P700+-P700) FTIR difference spectra (DS) obtained using wild type and mutant PS I led us to suggest that the 131 keto carbonyl group of PA is essentially free from hydrogen bonding in the ground state. Upon cation formation, this hydrogen bonding becomes stronger, probably because of a cation induced reorientation of the hydroxyl group of a nearby threonine residue. We also tentatively suggested that a difference band at 1639(-)/1660(+) cm-1 in (P700+-P700) FTIR DS might be due to a C=C mode of the imidazole side chain of the ligating histidine residues. Most of this thesis is geared towards investigating the validity of this interpretation. (P700+-P700) FTIR DS obtained using mutant PS I particles in which hydrogen bonding to P700 is altered can be reconciled within the context of our new interpretation. (P700+-P700) FTIR DS obtained using uniformly 2H, 15N, and 13C labeled PS I particles also support our new interpretation, and indicate that the difference band at 1639(-)/ 1660(+) cm-1 cannot be associated with a strongly hydrogen bonded keto carbonyl group of PA. To investigate if the imidazole side-chain of ligating histidine residues could contribute to bands in (P700+-P700) FTIR DS vibrational mode frequencies and intensities for several protonation forms of 4-methylimidazole were calculated. The calculations suggest that the 1639(-)/1660(+) cm-1 band in (P700+-P700) FTIR DS may not be due to a C=C mode of the imidazole side chain of the ligating histidine residues. Thus we have produced data that suggests neither of the proposed interpretations alone can adequately explain the origin of the 1639(-)/1660(+) cm-1 difference band in (P700+-P700) FTIR DS. The origin of the 1639(-)/1660(+) cm-1 difference band in (P700+-P700) FTIR DS is therefore still an open question.

Biologically active peptides are important for many physiological functions in the human body and therefore serve as interesting starting points in drug discovery processes. In this work the neuropeptide substance P 1–7 (SP1–7, H-Arg-Pro-Lys-Pro-Gln-Gln-Phe-OH), which has been demonstrated to reduce neuropathic pain and attenuate opioid withdrawal symptoms in animal models, has been addressed in a medicinal chemistry program with the overall aim of transforming this bioactive peptide into more drug-like compounds. Specific binding sites for this neuropeptide have been detected in the brain and the spinal cord. Interestingly, the smaller neuropeptide endomorphin-2 (EM-2, H-Tyr-Pro-Phe-Phe-NH2) also interacts with these binding sites, although 10-fold less efficient. In this work the structure–activity relationship of SP1–7 and EM-2, regarding their affinity to the SP1–7 binding site was elucidated using alanine scans, truncation, and terminal modifications. The C-terminal part of both peptides, and especially the C-terminal phenylalanine, was crucial for binding affinity. Moreover, the C-terminal functional group should preferably be a primary amide. The truncation studies finally resulted in the remarkable discovery of H-Phe-Phe-NH2 as an equally good binder as the heptapeptide SP1–7. This dipeptide amide served as a lead compound for further studies. In order to improve the drug-like properties and to find a plausible bioactive conformation, a set of rigidified and methylated dipeptides of different stereochemistry, and analogs with reduced peptide character, were synthesized and evaluated regarding binding, metabolic stability and absorption. Small SP1–7 analogs with retained affinity and substantially improved permeability and metabolic stability were identified. Beside peptide chemistry the synthetic work included the development of a fast and convenient microwave-assisted protocol for direct arylation of imidazoles. Furthermore, microwave-assisted aminocarbonylation using Mo(CO)6 as a solid carbon monoxide source was investigated in the synthesis of MAP amides and for coupling of imidazoles with amino acids. In a future perspective the present findings, together with the fact that some of the SP1–7 analogs discovered herein have been shown to reproduce the biological effects of SP1-7 in animal studies related to neuropathic pain and opioid dependence, can ultimately have an impact on drug discovery in these two areas.

Este trabalho tem como objetivo a síntese e a determinação de propriedades micelares de líquidos iônicos tensoativos (LITs) catiônicos. Dentre as características importantes desses compostos destacamos: alta deslocalização da carga e caráter ácido no hidrogênio H2 do anel heterocíclico e a grande flexibilidade estrutural, estas são relevantes para as propriedades de soluções desses tensoativos, e, consequentemente, para suas aplicações. A influência da variação estrutural nas suas propriedades é importante para modular as propriedades micelares e, por consequência suas aplicações. A síntese de LITs foi realizada por aquecimento convencional e irradiação por micro-ondas, o último método foi o mais eficiente. Inicialmente, estudamos a influência do comprimento da cadeia carbônica (fator importante para a energia de formação de micelas), de cloretos de 1-alquil-3-metilimidazólio, tendo a cadeia n-alquílica 10 a 16 átomos de carbonos. Em seguida, comparamos as propriedades dos LITs acima mencionados com as de tensoativos convencionais, cloretos de 1-alquilpiridínio e cloretos 1-alcanoil-amidoetil benzildimetilamônio. Por fim, estudamos a influência do volume da cabeça-polar, utilizando cloretos de 1-alquil-3-hexadecilimidazólio, tendo a cadeia alquílica secundária 1 a 5 átomos de carbono. As propriedades micelares foram investigadas por tensão superficial, condutividade, calorimetria, espalhamento de luz e ressonância magnética nuclear. Os resultados mostraram que ligações de hidrogênio (devido ao H2 ácido do anel imidazólio) e as interações hidrofóbicas são relevantes para a formação de micelas e que o aumento do volume da cabeça-polar favorece a micelização e a formação de agregados pré-micelares / The objective of this work is the synthesis and determination of the micelar properties of cationic surface-active ionic liquids (SAILs). Among the important characteristics of these compounds are: high charge delocalization and acid character of hydrogen H2 of the heterocyclic ring and large structural flexibility, the latter is relevant to solution properties of these surfactants, hence to their applications. Synthesis of SAILs was carried out by conventional heating or by microwave irradiation, the later method was more efficient. Initially, we studied the influence of the chain length of the alkyl group (an important factor for the energy of micelle formation) of 1-alkyl-3-methylimidazolium chlorides, n-alkyl group having 10 to 16 carbon atoms. Then, we compared the properties of the above mentioned SAILs with conventional surfactants, 1-alkylpyridinium chlorides and 1-alkanoyl-amidoethyl benzyldimethylammonium chlorides. Finally, we studied the influence of the head-group volume, by studying 1-alkyl-3-hexadecylimidazolium chlorides, with secondary n-alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. The micelar properties were investigated by surface tension, conductivity, calorimetry, light scattering and nuclear magnetic resonance. Our results have shown that hydrogen bonding (due to the acidic H2 of the imidazolium ring) and hydrophobic interactions are relevant to micelle formation; increasing the head-group volume favors micellization and the formation of pre-micellar aggregates

Gegenstand dieser Arbeit ist die Synthese und Charakterisierung von Bis-1,3-azol-Derivaten insbesondere im Hinblick auf ihre potentielle Einsatzfähigkeit als chemisches Sensormaterial. Nach bereits bekannten Methoden gelang es, zehn neue Bisoxazol-Derivate sowie zehn neue Dicarbonsäurediester herzustellen. Weiterhin wurden 13 neue Bisimidazol- und vier neue Lophin-Derivate synthetisiert. Die erhaltenen Röntgeneinkristallstrukturanalysen zeigen, dass vor allem lineare Bisimidazol- und Bisoxazol-Derivate gute Eigenschaften als Clathratbildner aufweisen. Die Bisoxazol-Derivate mit Pyridin als Spacerelement eignen sich vorwiegend zur Komplexierung von Nickel(II)-, Kupfer(II)- und Kobalt(II)-ionen. Aus den fluoreszenzspektroskopischen Untersuchungen geht hervor, dass verschiedene Analytdämpfe unterschiedliche Auswirkungen auf die Festkörperfluoreszenz ausüben. Somit erscheint der Einsatz von Derivaten dieser Verbindungsklasse in chemischen Fluoreszenzsensoren erfolgversprechend.

Une large série d’imidazo[4,5-b]porphyrines a été synthétisée par condensation acido catalysée du 2,3-dioxo-5,10,15,20-tétraarylchlorines avec des aldéhydes aromatiques. Les propriétés stériques et électroniques des substituants méso-aryle sur le macrocycle tétrapyrrolique ont une influence importante sur le rendement en produit qui peut varier de 18% à 90%. L'analyse par diffraction des rayons X de la structure cristalline du 5,10,15,20-tétramésityl-2-(4-pyridyl)-1H-imidazo[4,5-b]porphyrinate de zinc(II) a montré qu'à l'état solide ce complexe forme des polymères de coordination. Ensuite, différentes méthodes de greffage des imidazoporphyrines sur la surface de TiO2 et ZrO2 mésoporeux ont été étudiées pour évaluer l'intérêt de ces matériaux hybrides en catalyse. La photo-oxydation en milieu homogène des sulfures en sulfoxydes par l'oxygène de l'air en présence de 5,10,15,20-tétramésityl-2-(4-diéthoxyphosphorylphényl)-1H-imidazo[4,5-b]porphyrinate d'indium(III) a été mis en œuvre. Il a été ainsi montré que le complexe supporté par le TiO2 pouvait être recyclé plusieurs fois malgré un lessivage partiel (1%) du catalyseur en solution. Puis, le 5,10,15,20-tétramésityl-2-(4-diéthoxyphosphorylphényl)-1H-imidazo[4,5-b]porphyrinate de manganèse(III) supportée par TiO2 a été utilisé comme catalyseur pour l'oxydation de sulfures en sulfoxydes par l'oxygène moléculaire en présence d'isobutyraldéhyde. Une large série de sulfoxydes a été préparée avec des rendements élevés (> 89%). Le catalyseur a été recyclé 7 fois sans perte de son efficacité et de sa sélectivité. Dans les conditions mises en jeu le lessivage du catalyseur en solution n'a pas été observé. / A broad series of functionalized imidazo[4,5-b]porphyrins was synthesized by the acid-catalyzed condensation of 2,3-dioxo-5,10,15,20-tetraarylchlorins with aromatic aldehydes. Both steric and electronic features of meso-aryl substituents influence on the product yield ranging from 18% to 90%.Single-crystal X-ray diffraction analysis of the structure of zinc(II) 5,10,15,20-tetramesityl-2-(4-pyridyl)-1H-imidazo[4,5-b]porphyrinate showed that this compound forms 1D coordination chains in the solid state.The post-synthetic modifications of imidazo[4,5-b]porphyrins were investigated by performing the Suzuki-Miyaura coupling reaction, preparing water-soluble imidazoporphyrins and linear/angular bis(imidazo)porphyrins.Several methods of grafting of imidazoporphyrins on the surface of mesoporous TiO2 and ZrO2 were investigated to prepare hybrid materials for catalysis.Then, it was demonstrated that indium(III) 5,10,15,20-tetramesityl-2-(4-diethoxyphospho-rylphenyl)-1H-imidazo[4,5-b]porphyrinate catalyzes the photooxidation of sulfides to sulfoxides by oxygen from air. This complex grafted on TiO2 surface was efficient as a reusable catalyst in spite of partial (1%) leaching of imidazoporphyrin in solution. TiO2-supported manganese(III) 5,10,15,20-tetramesityl-2-(4-diethoxyphosphoryl-phenyl)-1H-imidazo[4,5-b]porphyrinate was employed for catalytic oxidation of a broad range of sulfides by pure oxygen in the presence of isobutyraldehyde. All sulfoxides were obtained in high yields (>89%). The catalyst was reused in 7 consecutive cycles without loss of its efficiency and selectivity. Leaching of the catalyst was not observed under studied conditions.

The naturally occurring dipeptide carnosine (-alanyl-L-histidine) specifically attenuates tumor growth. Here, we ask whether other small imidazole-containing compounds also affect the viability of tumor cells without affecting non-malignant cells and whether the formation of histamine is involved. Patient-derived fibroblasts and glioblastoma cells were treated with carnosine, L-alanyl-L-histidine (LA-LH), -alanyl-L-alanine, L-histidine, histamine, imidazole, -alanine, and L-alanine. Cell viability was assessed by cell-based assays and microscopy. The intracellular release of L-histidine and formation of histamine was investigated by high-performance liquid chromatography coupled to mass spectrometry. Carnosine and LA-LH inhibited tumor cell growth with minor effects on fibroblasts, and L-histidine, histamine, and imidazole affected viability in both cell types. Compounds without the imidazole moiety did not diminish viability. In the presence of LA-LH but not in the presence of carnosine, a significant rise in intracellular amounts of histidine was detected in all cells. The formation of histamine was not detectable in the presence of carnosine, LA-LH, or histidine. In conclusion, the imidazole moiety of carnosine contributes to its anti-neoplastic effect, which is also seen in the presence of histidine and LA-LH. Despite the fact that histamine has a strong effect on cell viability, the formation of histamine is not responsible for the effects on the cell viability of carnosine, LA-LH, and histidine.

Tesis por compendio / [EN] This PhD thesis entitled “Novel approaches for the development of chromofluorogenic chemosensors for detection of Cu(II) and biothiols” is devoted to the synthesis, characterization and coordination behaviour of new chromofluorogenic probes for the recognition and detection of Cu(II) cations and biothiols (glutathione, cysteine and homocysteine). These new probes, which selectively detect Cu(II) cation through colour and/or emission changes, are constructed using a paradigm in which the binding units are included into the signalling unit structure. Besides, some of the Cu(II) complexes of these new probes are used for the chromo-fluorogenic detection of biothiols using displacement reactions. The first chapter of this PhD thesis gives an overview about the conceptual framework in which are located the studies presented in this thesis, which combine concepts related with supramolecular chemistry, optical sensors and molecular probes. In the second chapter, the general objectives of this PhD thesis are presented. The third chapter is devoted to the synthesis and characterization of 4-(4,5- diphenyl-1H-imidazole-2-yl)-N,N-dimethylaniline, a chromo-fluorogenic probe for selective Cu(II) detection in aqueous environment. Water-acetonitrile 1:1 (v/v) solutions of this probe presented a marked absorption band at ca. 320 nm that is selectively red-shifted (to 490 nm reflected in a colour change from colourless to reddish-brown) upon addition of Cu(II) cation. This shift was ascribed to the formation of a non-emissive 1:1 stoichiometry complex in which Cu(II) coordinated with the nitrogen atoms of the imidazole ring. Besides, this Cu(II) complex was used for the selective and sensitive detection of glutathione, which induced the disappearance of the 490 nm absorption with a marked colour change from reddish-brown to colourless. Also a marked emission at 455 nm was observed after glutathione addition. These optical changes were ascribed to a glutathione-induced demetallation process which generated the free probe. In addition, the Cu(II) complex detected glutathione with a remarkable limit of detection as low as 2.0 μM. The fourth chapter presented an imidazole-based probe functionalized with two thiophene subunits for the selective detection of Cu(II) cation and biothiols. Water-acetonitrile 9:1 (v/v) solutions of the free probe showed an absorption band at 320 and a marked emission at 475 nm. Of all the cations tested, only Cu(II) induced an emission quenching with a significant colour change from colourless to deep blue (appearance of a new absorption band centred at 555 nm). These remarkable optical changes were ascribed to the formation of 1:1 stoichiometry complexes in which the metal cation coordinated with the nitrogen atoms of the imidazole heterocycle. Besides, the optical response of the Cu(II) complex was tested in the presence of selected amino acids. Of all the amino acids tested, only glutathione, cysteine and homocysteine induced a marked bleaching of the complex solution with a remarkable growing of an emission band centred at 475 nm. These optical changes were ascribed to a demetallation process induced by the coordination of biothiols with Cu(II). Furthermore, viability assays indicated the non-toxicity of the probe for HeLa cells. Also, the probe was successfully employed to detect Cu(II) in HeLa cells using confocal microscopy. The fifth chapter presented the synthesis and characterization of three probes containing N,N-diphenylanilino (as a donor group) and different π-spacers (benzene and thiophene) connected with aldehyde moieties. Absorption spectra of the three probes in acetonitrile showed an intense absorption band in the UVvisible region (360-420 nm range) which can be attributed to an intramolecular charge-transfer transition as consequence of the presence of N,N-diphenylanilino electron donor moiety directly linked to (hetero)aromatic bridges functionalized with the aldehyde electron acceptor group. Of all the cations tested, only Cu(II) induced the appearance of marked near infrared absorption bands in the 750- 1075 nm interval. Besides, the three probes are moderately emissive (with bands in the 540-580 nm interval) and only Cu(II) cation was able to induce a fluorescence quenching. The optical changes were ascribed to the formation of 1:1 stoichiometry complexes in the which Cu(II) cation probably interacted with the oxygen atom of the aldehyde functional group. Finally, using sodium dodecyl sulfate (20 mM)-acetonitrile 9:1 v/v mixtures, these probes were solubilized and were successfully used for the detection of Cu(II) in aqueous environments. Two 2,4,5-triaryl imidazole probes for the selective recognition of Cu(II) and biothiols were presented in the sixth chapter. Both probes presented marked absorption bands in the UV zone (320-350 nm range) and were moderately emissive in acetonitrile. Of all the cations tested, only Cu(II) induced the appearance of red shifted absorptions and the quenching of the emission bands. Job’s plots indicated the formation of 1:1 stoichiometry complexes in which Cu(II) cation interacted with the nitrogen atoms of the imidazole heterocycle located in the core of both probes. The probe containing furan rings was able to detect Cu(II) in water-acetonitrile 1:1 v/v solutions and the complex formed was also used to detect biothiols in aqueous environment (by marked colour changes and the appearance of a moderate emission). Again, the optical response obtained in the presence of biothiols was ascribed to a demetallation process. Finally, the seventh chapter of this PhD thesis is devoted to the final conclusions and future perspectives that the results presented in this work could open in the field of optical probes for the detection of metal cations and biomolecules in aqueous environments / [ES] Esta tesis doctoral, que lleva por título “Nuevas aproximaciones para el desarrollo de sensores cromo-fluorogénicos para la detección de Cu(II) y biotioles” aborda la síntesis, caracterización y estudio de la capacidad coordinante de nuevos sensores cromo-fluorogénicos para el reconocimiento y la detección del catión Cu(II) y de biotioles (glutatión, cisteína y homocisteína). Estos nuevos sensores, que son capaces de detectar de forma selectiva Cu(II) mediante cambios de color y/o de fluorescencia, están construidos mediante un paradigma que consiste en integrar los grupos coordinantes dentro de la estructura de la unidad indicadora. Además, los complejos de Cu(II) de los nuevos sensores se han empleado para la detección cromo-fluorogénica de biotioles mediante reacciones de desplazamiento. El primer capítulo de esta tesis doctoral está dedicado a la introducción de los conceptos básicos de la química supramolecular, los sensores ópticos y las sondas moleculares, necesarios para entender el marco en el que se encuadran los resultados obtenidos. Por otra parte, en el segundo capítulo, se presentan los objetivos generales de esta tesis doctoral. En el tercer capítulo se describe la síntesis y caracterización de compuesto 4- (4,5-difenil-1H-imidazol-2-il)-N,N-dimetilanilina, un sensor cromo-fluorogénico que es capaz de detectar de forma selectiva el catión Cu(II) en medios acuosos. Así, disoluciones del sensor en agua-acetonitrilo 1:1 (v/v) muestran una banda de absorción intensa centrada en 320 nm que es desplazada hacia el rojo (hasta 490 nm) desplazamiento que se ve reflejado en un cambio de color de incoloro a marón-rojizo de forma selectiva al adicionar el catión Cu(II). Este desplazamiento es debido a la formación de un complejo no fluorescente con estequiometría 1:1 donde el Cu(II) coordina con los átomos de nitrógeno del imidazol. Además, este complejo de Cu(II) se ha empleado para la detección selectiva de glutatión ya que este biotiol es capaz de inducir la desaparición de la banda de absorción a 490 nm (asociada a un cambio de color de marrón-rojizo a incoloro). En presencia de glutatión también se produce un aumento de fluorescencia a 455 nm. Estos cambios ópticos son adscritos a un proceso de demetalación del complejo inducido de forma selectiva por el glutatión (la cisteína y la homocisteína son incapaces de producir esta respuesta). Finalmente, el complejo es capaz de detectar glutatión con una alta sensibilidad con un límite de detección de 2,0 μM. En el capítulo cuarto de esta tesis se describe otro sensor óptico basado en el imidazol, en este caso funcionalizado con dos tiofenos, que es capaz de detectar de forma selectiva al catión Cu(II) y biotioles. En este caso disoluciones del sensor en agua-acetonitrilo 9:1 v/v están caracterizadas por la presencia de una banda de absorción a 320 nm y por una fluorescencia intensa a 475 nm. De nuevo, de todos los cationes ensayados, sílo el Cu(II) es capaz de inducir una desactivación completa de la emisión y un cambio de color en la disolución de incoloro a azul asociado con la aparición de una banda desplazada hacia el rojo a 555 nm. Estos cambios de color y de fluorescencia son debidos a la formación de complejos de estequiometría 1:1 en los que el Cu(II) coordina con los átomos de nitrógeno de imidazol. Además, también se estudió la respuesta óptica del complejo de Cu(II) en presencia de aminoácidos. En este caso, solo el glutatión, la cisteína y la homocisteína produjeron una decoloración intensa juntamente con la aparición de una banda de emisión a 475 nm. Estos cambios son debidos a un proceso de demetalación del complejo debido a la coordinación de los biotioles con el catión Cu(II). Teniendo en cuenta una posible aplicación de este sensor para detectar Cu(II) en medios biológicos se comprobó, mediante ensayos de viabilidad, que no presenta toxicidad aparente en células HeLa. Además, mediciones de microscopia confocal demuestran que el sensor puede ser empleado con éxito para detectar Cu(II) en células HeLa. En el quinto capítulo esta tesis doctoral se abordó la síntesis y caracterización de tres sensores conteniendo grupos N,N-difenilanilino (dador de electrones) y diferentes espaciadores π (benceno y tiofeno) conectados con grupos aldehído (aceptor de electrones). Los espectros UV-visible de estos tres receptores en acetonitrilo presentan bandas de absorción (de transferencia de carga debido a la presencia de la agrupación dadora de electrones N,N-difenilanilino conectada con puentes heteroaromáticos conteniendo grupos aldehído electrón aceptores) intensas en el intervalo que va de los 360 a los 420 nm. Se estudió el comportamiento de estos sensores en presencia de cationes y sólo el Cu(II) fue capaz de inducir la aparición de bandas en la zona infrarroja cercana en el intervalo entre 750 y 1075 nm. Además, los tres sensores son poco fluorescentes (con bandas localizadas en el intervalo entre 540 y 580 nm) y sólo el catión Cu(II) es capaz de desactivar la emisión. De nuevo, los cambios ópticos observados son debidos a la formación de complejos de estequiometría 1:1 en los que el catión Cu(II) interacciona con el átomo de oxígeno de los grupos aldehído. Estos sensores se pueden solubilizar en medios acuosos empleando dodecil sulfato. De esta forma, son capaces de detectar Cu(II) en mezclas docedil sulfato (20 mM)- acetonitrilo 9:1 v/v. Dos sensores basados en 2,4,5-triaril imidazol (conteniendo furanos y 1,10- fenantrolina), capaces de detectar Cu(II) y biotioles, se describen en el capítulo sexto. Disoluciones de los dos sensores en acetonitrilo muestran bandas de absorción en el intervalo que va de los 320 a los 350 nm siendo además ligeramente fluorescentes. De todos los cationes empleados en el estudio, sólo el Cu(II) es capaz de inducir la aparición de nuevas bandas de absorción desplazadas hacia el rojo junto con la desactivación de la emisión de los sensores. Estos cambios son asignados a la formación de complejos de estequiometría 1:1 en los que el Cu(II) interacciona con los átomos de nitrógeno del imidazol. El sensor conteniendo furanos es capaz de detectar Cu(II) en agua-acetonitrilo 1:1 v/v y el complejo formado se ha empleado con éxito para detectar biotioles (glutatión, cisteína y homocisteína) mediante cambios de color y aparición de fluorescencia. De nuevo, la respuesta óptica obtenida en presencia de biotioles se debe a un proceso de demetalación del complejo de Cu(II). Finalmente, el capítulo séptimo de esta tesis doctoral está dedicado a las conclusiones finales y a las perspectivas futuras que el trabajo que aquí se expone puede abrir en el campo de los sensores ópticos para la detección de cationes metálicos y biomoléculas en agua o en medios acuosos. / [CA] Aquesta tesi doctoral, que porta per títol “Noves aproximacions per al desenvolupament de sensors cromo-fluorogènics per a la detecció de Cu(II) i biotiols” aborda la síntesi, caracterització i estudi de la capacitat coordinant de nous sensors cromo-fluorogènics per al reconeixement i la detecció del catió Cu(II) i de biotiols (glutatió, cisteïna i homocisteïna). Aquests nous sensors, que són capaços de detectar de forma selectiva Cu(II) mitjançant canvis de color i/o de fluorescència, estan construïts mitjançant un nou paradigma que consisteix a integrar els grups coordinants dins de l'estructura de la unitat indicadora. A més, els complexos de Cu(II) dels nous sensors s'han emprat per a la detecció cromofluorogènica de biotiols mitjançant reaccions de desplaçament. El primer capítol d'aquesta tesi doctoral està dedicat a la introducció dels conceptes bàsics de la química supramolecular, els sensors òptics i les sondes moleculars, necessaris per a entendre el marc en el qual s'enquadren els resultats obtinguts. D'altra banda, en el segon capítol, es presenten els objectius generals d'aquesta tesi doctoral. En el tercer capítol es descriu la síntesi i caracterització de compost 4-(4,5- difenil-1H-imidazol-2-il)-N,N-dimetilanilina, un sensor cromo-fluorogènic que és capaç de detectar de forma selectiva el catió Cu(II) en medis aquosos. Així, dissolucions del sensor en aigua-acetonitril 1:1 (v/v) mostren una banda d'absorció intensa centrada en 320 nm que és desplaçada cap al roig (fins a 490 nm, desplaçament que es veu reflectit en un canvi de color d'incolor a marrórojenc) de forma selectiva en addicionar el catió Cu(II). Aquest desplaçament és degut a la formació d'un complex no fluorescent amb estequiometria 1:1 (en aquest complex el Cu(II) coordina amb els àtoms de nitrogen del imidazol). A més, aquest complex de Cu(II) s'ha emprat per a la detecció selectiva de glutatió ja que aquest biotiol és capaç d'induir la desaparició de la banda d'absorció a 490 nm (associada a un canvi de color de marró-rojenc a incolor). En presència de glutatió també es produeix un augment de fluorescència a 455 nm. Aquests canvis òptics són adscrits a un procés de demetal·lació del complex induït de forma selectiva pel glutatió (la cisteïna i la homocisteïna són incapaces de produir aquesta resposta). Finalment, el complex és capaç de detectar glutatió amb una alta sensibilitat ja que el límit de detecció és 2.0 μM. En el capítol quart d'aquesta tesi es descriu un altre sensor òptic basat en el imidazol, en aquest cas funcionalitzat amb dos tiofens, que és capaç de detectar de forma selectiva al catió Cu(II) i als tres biotiols. En aquest cas dissolucions del sensor en aigua-acetonitril 9:1 v/v estan caracteritzades per la presència d'una banda d'absorció a 320 nm i per una fluorescència intensa a 475 nm. De nou, de tots els cations assajats, només el Cu(II) és capaç d'induir una desactivació completa de l'emissió i un canvi de color en la dissolució d'incolor a blau (associat amb l'aparició d'una banda desplaçada cap al roig a 555 nm). Aquests canvis de color i de fluorescència són deguts a la formació de complexos d'estequiometria 1:1 en els quals el Cu(II) coordina amb els àtoms de nitrogen d'imidazol. A més, també es va estudiar la resposta òptica del complex de Cu(II) en presència d'aminoàcids. En aquest cas, només el glutatió, la cisteïna i l'homocisteïna van produir una descoloració intensa juntament amb l'aparició d'una banda d'emissió a 475 nm. Aquests canvis són deguts a un procés de demetal·lació del complex degut a la coordinació dels biotiols amb el catió Cu(II). Tenint en compte una possible aplicació d'aquest sensor per a detectar Cu(II) en mitjans biològics es va comprovar, mitjançant assajos de viabilitat, que no presenta toxicitat aparent en cèl·lules HeLa. A més, mesures de microscòpia confocal demostren que el sensor pot ser emprat amb èxit per a detectar Cu(II) en cèl·lules HeLa. En el cinquè capítol d'aquesta tesi doctoral, es va abordar la síntesi i caracterització de tres sensors contenint grups N,N-difenilanilino (donador d'electrons) i diferents espaiadors π (benzè i tiofè) connectats amb grups aldehid (acceptor d'electrons). Els espectres UV-visible d'aquests tres receptors en acetonitril presenten bandes d'absorció (de transferència de càrrega a causa de la presència de l'agrupació donadora d'electrons N,N-difenilanilino connectada amb ponts heteroaromàtics contenint grups aldehid electró acceptors) intenses en l'interval que va dels 360 als 420 nm. Es va estudiar el comportament d'aquests sensors en presència de cations i sols el Cu(II) va ser capaç d'induir l'aparició de bandes en la zona infraroja pròxima en l'interval entre 750 i 1075 nm. A més, els tres sensors són poc fluorescents (amb bandes localitzades en l'interval entre 540 i 580 nm) i només el catió Cu(II) és capaç de desactivar l'emissió. De nou, els canvis òptics observats són deguts a la formació de complexos d'estequiometria 1:1 en els quals el catió Cu(II) interacciona amb l'àtom d'oxigen dels grups aldehid. Aquests sensors es poden solubilitzar en medis aquosos emprant dodecil sulfat. D'aquesta forma, són capaços de detectar Cu(II) en mescles docedil sulfat (20 mM)-acetonitril 9:1 v/v. Dos sensors basats en 2,4,5-triaril imidazol (contenint furans i 1,10- fenantrolina), capaços de detectar Cu(II) i biotiols, es descriuen en el capítol sisè. Dissolucions dels dos sensors en acetonitril mostren bandes d'absorció en l'interval que va dels 320 als 350 nm sent a més lleugerament fluorescents. De tots els cations emprats en l'estudi, només el Cu(II) és capaç d'induir l'aparició de noves bandes d'absorció desplaçades cap al roig juntament amb la desactivació de l'emissió dels sensors. Aquests canvis són assignats a la formació de complexos d'estequiometria 1:1 en els quals el Cu(II) interacciona amb els àtoms de nitrogen de l'imidazol. El sensor contenint furans és capaç de detectar Cu(II) en aiguaacetonitril 1:1 v/v i el complex format s'ha emprat amb èxit per a detectar biotiols (glutatió, cisteïna i homocisteïna) mitjançant canvis de color i aparició de fluorescència. De nou, la resposta òptica obtinguda en presència de biotiols es deu a un procés de demetal·lació del complex de Cu(II). Finalment, el capítol setè d'aquesta tesi doctoral està dedicat a les conclusions finals i a les perspectives futures que el treball que ací s'exposa pot obrir en el camp dels sensors òptics per a la detecció de cations metàl·lics i biomolècules en aigua o en medis aquosos. / Essam Elsayed Mohamed Okda, H. (2020). Novel approaches for the development of chromo fluorogenic chemosensors for detection of Cu(II) and biothiols [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/139078 / Compendio

Deuteration is the replacement of a hydrogen atom by deuterium atom in a molecule. The replacement begins at the most acidic hydrogen in the molecule. In ATP, the deshielded hydrogen is C8-H which is the first replaced during deuteration. During ATP deuteration some of the ATP is hydrolysed to ADP concurrently. Using kinetic analysis, it was confirmed that the ATP hydrolysis that occurs is 1st order in ATP concentration, while the hydrogen replacement is 2nd order. The ATP and its C8 deuterated analogue were tested against three enzymes shikimate kinase (SK), acetate kinase (AK) and glutamine synthetase (GS) to determine if a kinetic isotope effect (KIE) exists in these systems. With AK and GS, the KIED increased as the KIEH decreased, while with SK the KIED decreased as the KIEH increased as the concentration of the ATP or deuterated analogue increased. Deuteration of imidazole and purine compounds reduced the specific activity of AK or SK at low concentrations in an enzyme-catalysed reaction. From a library of imidazole-containing compounds that inhibited SK, three compounds were selected and their IC50 values were determined on the SK-catalysed reaction. These compounds show a differential potency and efficiency between their protonated and deuterated analogues when compared in a 1:1 mixture. Synthesized purines incorporating three different substituents at N-9 were tested against AK or SK for their ability to lower the specific activity of the enzymes used / Physics / M. Sc. (Physics)