Na busca por novos materiais doadores de óxido nítrico (NO), o presente trabalho descreve o desenvolvimento de um filme à base de amido de mandioca, no qual foi incorporado um nitrosilo complexo de rutênio, e o estudo da liberação de NO nesse material. O nitrosilo complexo trans-[Ru(NH3)4(isn)NO](BF4)3 (RuNOisn; isn = isonicotinamida) apresenta a propriedade de liberar NO de forma controlada, por meio de fotólise (λirr = 310-370 nm) e de redução química. A incorporação desse complexo em filmes de amido foi realizada em condições brandas, resultando em um novo material para o armazenamento e liberação de NO, designado como CSx-RuNOisn. Os ensaios espectroscópicos indicaram que a esfera de coordenação do complexo RuNOisn permaneceu inalterada durante a produção dos filmes. A exposição de CSx-RuNOisn à luz (λirr = 355 nm) levou à liberação de NO e provavelmente à formação do fotoproduto trans [RuIII(NH3)4isn(H2O)]3+ no filme. A reação desse aquocomplexo de rutênio(III) com solução aquosa contendo nitrito de sódio regenerou o complexo de partida, RuNOisn. A identificação e quantificação do NO liberado durante a fotólise foi efetuada por meio da reação com oximioglobina. Durante o tempo de irradiação de 17 minutos, foram liberados 5,02 ± 0,12 μM de NO (10, 04 ± 0,24 nmol NO em 2 mL). Os ensaios de liberação de NO desencadeada por redução foram realizados utilizando-se L-cisteína como redutor. O fluxo de NO liberado a partir da reação com cisteína perdurou por mais de 7 horas, alcançando-se concentrações fisiologicamente relevantes, com fluxo médio de 1,9 pmol NO s-1 cm-2 de filme. Esse valor é comparável àquele produzido por células endoteliais, em que o fluxo de NO é de 1,67 pmol s-1 cm-2. Os resultados preliminares de degradação dos filmes in vivo sugerem que o material foi degradado pelo organismo em 30 dias. Todos os resultados alcançados sugerem que o filme CSx-RuNOisn é um candidato promissor para aplicações em meio biológico. Um novo complexo de rutênio contendo o ligante nitrosilsulfito (N(O)SO3 -) foi isolado, trans [Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)](X) (isn = isonicotinamida, X = PF6- ou SiPF6 2-), e a sua estrutura cristalina determinada por difração de raio-X. A síntese desse complexo foi realizada por meio da reação entre trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO)]3+ e íons sulfito (SO32-). O ataque nucleofílico do SO32- ocorreu no nitrogênio do ligante nitrosônio (NO) coordenado ao centro metálico de rutênio ([Ru-NO+]), originando o ligante O=N-SO3-: [RuNO+]3+ + SO32- →[Ru(N(O)SO3)]+. Observou-se que em meio aquoso, no intervalo de pH de 7,4 a 5,2 o complexo trans [Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ é estável, e a velocidade de decomposição (labilização do ligante isn) variou de k = 0,86 a 3,07 × 10-5 s-1. Em soluções mais ácidas (tampão ácido acético/acetato pH 4,2, 3,9, ou 1,0 M ácido trifluoroacético) o complexo trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ decompõe-se formando o respectivo nitrosilo complexo trans- [RuII(NH3)4(isn)NO+]3+. A reação do íon trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ com íons hidróxido (OH-) dá origem ao respectivo nitro complexo trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO2)]+, que foi caracterizado por RMN de 15N e por espectroscopia eletrônica. As constantes de velocidade para essa reação são k = 6,16 ± 0,22 M-1 s-1 à T = 25oC, e k = 2,15 ± 0,07 M-1 s-1 à T = 15oC. A reação entre o nitrosilo complexo trans [RuII(NH3)4(isn)NO+]3+ e íons OH- também resulta na formação do nitro complexo trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO2)]+. Neste caso, a constante de velocidade foi estimada entre k = 47-58 M-1 s-1 à T = 25oC, e o valor obtido experimentalmente à T = 15oC foi de k = 10,53 ± 0,29 M-1 s-1. O espectro eletrônico do íon complexo trans [Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ em meio aquoso apresentou uma banda larga com λ max = 362 nm (ε ∼6000 M-1 cm-1), atribuída por cálculos teóricos às seguintes transições: transferência de carga do metal para o ligante (TCML) Ru → N(O)SO3 e Ru → isn, e também d → d. Os ensaios preliminares de fotólise (λ irrad = 355 nm) do complexo trans[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)](PF6) em solução de tampão fosfato (pH 7,4) sugerem a formação das seguintes espécies nos intervalos iniciais de fotólise: i) NO, ii) SO3 •-, e iii) isn (labilizado do complexo). O mecanismo para a formação desses produtos ainda está sob investigação. / Aiming the production of new nitric oxide releasing materials (NORM), this work reports the development of a cassava starch based film, in which a ruthenium nitrosyl complex was impregnated, and evaluate the NO release from this film. Ruthenium nitrosyl complex trans-[Ru(NH3)4(isn)NO](BF4)3 (RuNOisn; isn = isonicotinamide) is able to release NO in a controlled manner through both photolysis (λirr = 310-370 nm) and chemical reduction. The incorporation of such complex into the starch-based films was performed under mild conditions, yielding a new material able to store and release NO, abbreviated as CSx-RuNOisn. Spectroscopic analysis of CSx-RuNOisn indicated that the coordination sphere of RuNOisn remained intact during film production. Exposure of CSx-RuNOisn to long wave UV-light (λirr = 355 nm) leads to NO release and likely to the formation of the paramagnetic photoproduct trans-[RuIII(NH3)4isn(H2O)]3+ in the film. Reaction of this aquoruthenium(III) complex with aqueous nitrite regenerates RuNOisn in the film. Delivery of NO upon photolysis of CSx-RuNO isn was verified and quantified by trapping with oxymyoglobin. The calculated concentration of NO released from the film was 5.02 ± 0.12 μM (10.04 ± 0.24 nmol NO in a 2 mL) after approximately 17 min of irradiation (500 laser pulses at 2 s intervals). Moreover, NO release upon chemical reduction was carried out using L-cysteine as a reductant. Cysteine-mediated NO delivery from CSx-RuNOisn persisted for more than 7 h, during which physiologically relevant NO concentrations were liberated (average flux of 1.9 pmol NO s-1 cm-2 of film). This value is comparable to that produced by endothelial cells (1.67 pmol s-1 cm-2). Preliminary results about the biodegradation of the films in vivo suggest that the films were completely absorbed by the organism in a period of 30 days. These results suggest that CSx-RuNOisn is a promising candidate for use in biological applications. A new nitrosylsulphito complex bearing the ligand (N(O)SO3-) was isolated, trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)](X) (isn = isonicotinamide, X = PF6- or SiPF6-), and its structure was determined by X-Ray crystallography. This complex was obtained by the reaction between trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO)]3+ and sulfite ions (SO32-). X-Ray results confirmed that the nucleophilic attack of the sulphite anion (SO32-) was on the nitrogen atom of the nitrosyl ligand (NO) coordinated to the ruthenium center ([Ru-NO+]), yielding the ligand O=N-SO3-: [RuNO+]3+ + SO32- → [Ru(N(O)SO3)]+. Complex trans- [Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ is stable in aqueous solution from pH 7.4 to 5.2, and the decomposition rates (k) (due to the isn labilization) are in the range of k = 0.86-3.07 × 10-5 s-1. In more acidic conditions, (acetate buffer pH 4.2, 3.9, and trifluoroacetic acid solution 1.0 M) complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ is converted into the respective nitrosyl trans-[RuII(NH3)4(isn)NO+]3+. Reaction of trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ and hydroxide ions (OH-) yielded the nitro complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO2)]+, which was characterized by 15N NMR and electronic spectroscopy. Rate constants for such reaction are k = 6.16 ± 0.22 M-1 s-1 at 25oC, and k = 2.15 ± 0.07 M-1 s-1 at 15oC. In the case of complex trans-[RuII(NH3)4(isn)NO+]3+, its reaction with OH- also yield the nitro complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(NO2)]+. The estimated rate constant for such reaction was k = 46.9-57.6 M-1 s-1 at 25oC, and the experimental value obtained at 15oC was k = 10.53 ± 0.29 M-1 s-1. The ion complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)]+ showed an intense and broad band at 362 nm (ε∼6000 M-1 cm-1) in aqueous solutions, which was assigned by DFT calculations to the following transitions: metal to ligand charge transfer (MLCT) Ru→N(O)SO3 and Ru→isn, and d→d as well. Preliminary photolysis assays (λirrad = 355 nm) performed with complex trans-[Ru(NH3)4(isn)(N(O)SO3)](PF6) in phosphate buffer solution (pH 7,4) suggests that the following species have been formed (in the initial photolysis period): i) NO, ii) SO3•-, and iii) isn (labilized). The whole mechanism to yield such products is still under investigation.

O presente trabalho tem como objetivo contribuir para o conhecimento, entendimento e desenvolvimento das células solares sensibilizadas por corantes. Assim foram abordadas rotas sintéticas com o fim de obter novas espécies supramoleculares constituídos por fragmentos que apresentam separadamente ótimas propriedades eletrônicas e eletroquímicas. A abordagem sintética feita é muito importante dado que dá as bases para sistemas supramoleculares como o apresentado nas perspectivas, nos quais estase visando diminuir os processos de recombinação e melhor aproveitamento do espectro solar através da estabilização do corante foto-oxidado e da transferência vetorial de elétron/energia. Na série de complexos apresentada e aplicada no presente trabalho realizou-se um estudo comparativo buscando determinar qual é o melhor sistema de injeção de elétrons na banda de condução do TiO2, obtendo uma diferença considerável entre os sistemas estudados, sendo assim o sistema com o ligante acido 2,2 -bipiridine-4,4 -dicarboxilico o complexo que melhor injeta elétrons na BC. / The present work aims to contribute to the knowledge, understanding and development of solar cells sensitized by dyes. Thus, synthetic routes were approached in order to obtain new supramolecular species constituted by fragments that separately present excellent electronic and electrochemical properties. The synthetic approach is very important since it provides the basis for supramolecular systems such as that presented in the perspectives, in which stasis is aimed at decreasing the processes of recombination and better utilization of the solar spectrum through the stabilization of the photo-oxidized dye and the vectorial transfer of electron /energy. In the series of complexes presented and applied in the present work, a comparative study was carried out to determine which is the best electron injection system in the conduction band of TiO2, obtaining a considerable difference between the studied systems, being thus the complex with the ligand 2,2 -Bipyridine-4,4 -dicarboxylic acid the best system that injects electrons into BC.

Une compréhension sans cesse plus pointue des processus élémentaires de transferts de charges et d’énergie, qui sont à la base même de nombreux processus biologiques, permet non seulement l’élaboration mais aussi l’amélioration de la mise au point de molécules photoactives utiles dans différentes applications. C'est le cas (i) de systèmes moléculaires et supramoléculaires destinés à mimer efficacement la photosynthèse, ou encore (ii) de molécules photoactives capables d’interagir avec des macromolécules biologiques et d’induire une transformation de ces biomolécules. C’est dans ce cadre général que s’inscrit l’élaboration de nouveaux complexes polyazaaromatiques de Ru(II) capables d’interagir avec la double hélice d’ADN et de photoréagir avec sa base la plus réductrice, la guanine, par transfert d’électron photoinduit. C’est sur la base de ces processus que des nouveaux agents antitumoraux photoactivables ont pu être développés. L’utilisation de complexes de Ru(II) dans le design d’entités supramoléculaires polymétalliques destinées à jouer le rôle de collecteurs de lumière et permettant ainsi de mimer les systèmes d’antennes naturels s’intègre également dans cette démarche. <p><p>L’ensemble de notre travail s’est concentré sur ces deux domaines d’applications. Par l’étude de différents processus de transfert de charges/d’énergie au sein des complexes seuls (processus intramoléculaires) ou en interaction avec un environnement spécifique (processus intermoléculaires), nous avons souhaité mettre en évidence l’intérêt de l’utilisation d’un nouveau ligand plan étendu, le tpac, au sein de complexes du Ru(II). Un tel ligand permet en effet de conférer d’une part une affinité élevée des complexes résultants pour l’ADN, et d’autre part, de par sa nature pontante, de connecter des unités métalliques entre elles au sein d’entités supramoléculaires de taille importante. <p><p>Les propriétés photophysiques de quatre complexes basés sur le ligand plan étendu tpac, le [Ru(phen)2tpac]2+ (P) et son homologue dinucléaire le [(phen)2Ru tpac Ru(phen)2]4+ (PP) (à base de ligands ancillaires phen), ainsi que le [Ru(tap)2tpac]2+ (T) et son homologue dinucléaire le [(tap)2Ru tpac Ru(tap)2]4+ (TT) (à base de ligands ancillaires tap), ont été étudiées et comparées entre elles.<p><p>L’examen de ces propriétés, d’abord pour les complexes seuls en solution, en parallèle avec celles de complexes dinucléaires contenant un ligand pontant PHEHAT, a permis de mettre en évidence l’importance de la nature du ligand pontant utilisé. Ces résultats ont ainsi révélé qu’un choix judicieux du ligand pontant permet de construire des entités de grande taille capables de transférer l’énergie lumineuse vers un centre (cas du ligand PHEHAT), ou, au contraire, de relier entre elles des entités ne s’influençant pas l’une l’autre d’un point de vue photophysique (cas du ligand tpac). <p><p>Les propriétés des complexes du tpac, étudiés cette fois en présence de matériel génétique (mononucléotide GMP, ADN ou polynucléotides synthétiques), se sont révélées très différentes selon que le complexe portait des ligands ancillaires phen (P, PP) ou tap (T, TT). Seuls les complexes à base de tap sont en effet photoréactifs envers les résidus guanine. Nous avons dès lors focalisé cette partie de notre travail sur les deux complexes T et TT. Cette photoréaction, ainsi que le transfert d’électron photoinduit entre ces complexes excités et la guanine, ont pu être mis en évidence par différentes techniques de spectroscopie d’émission tant stationnaire que résolue dans le temps, ainsi que par des mesures d’absorption transitoire dans des échelles de temps de la nano à la femto/picoseconde. L’étude du comportement photophysique des complexes en fonction du pH a en outre révélé de manière très intéressante que, pour des études en présence d’ADN, la protonation des états excités des complexes devait être considérée. Les résultats de cette étude nous ont fourni des pistes quant à l’attribution des processus observés en absorption transitoire.<p><p>Le transfert d’électron a également fait l’objet d’une étude par des méthodes théoriques. Ces calculs ab initio ont permis de mettre en évidence une faible influence de l’énergie de réorganisation sur la vitesse de transfert d’électron, qui semble dépendre plus sensiblement de la non-adiabaticité du processus, mais surtout de l’énergie libre de la réaction et d’un éventuel couplage à un transfert de proton. <p><p>L’ensemble des résultats obtenus avec les complexes T et TT en présence de matériel génétique, qui, de manière assez inattendue, sont très semblables, indiquent que ces complexes présentent tous deux un grand intérêt pour le développement de nouvelles drogues antitumorales photoactivables.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

O aumento significativo de micoses decorrentes do crescimento do número de indivíduos imunocomprometidos, da emergência de novas espécies de fungos patogênicos e do surgimento de patógenos resistentes aos antifúngicos atualmente utilizados é um sério problema de saúde pública. Nesse contexto, é extremamente desejável o desenvolvimento de novas técnicas para o controle de fungos. A TFD (terapia fotodinâmica), inicialmente desenvolvida como uma alternativa terapêutica para o câncer, é um processo que envolve a administração de um fotossensibilizador que se acumula preferencialmente nas células-alvo e que pode ser ativado por exposições à luz. A ativação do fotossensibilizador leva à formação de espécies reativas de oxigênio que são capazes de danificar lipídios, proteínas e ácidos nucléicos, provocando a morte da célula. A TFDA (terapia fotodinâmica antimicrobiana) pode ser utilizada tanto para o controle de micoses localizadas como para a eliminação de espécies patogênicas de fungos do ambiente. Neste estudo, foi avaliada a atividade fotossensibilizadora e foram testados parâmetros funcionais como concentração do fotossensibilizador (1 a 400 g mL-1); tempo de pré-incubação com o fotossensibilizador (0 a 60 min.); doses (90 e 180 kJ m-2) e intensidade de luz visível (50 W m-2) para a fotossensibilização de: (1) fotossensibilizadores comerciais atualmente utilizados na TFDA, como o azul de metileno (MB) e o azul de ortotoluidina (TBO), e (2) complexos nitrosilos de rutênio. Os experimentos foram conduzidos com conídios dos fungos-modelo Metarhizium anisopliae e Aspergillus nidulans. Tanto o MB como o TBO, na presença da luz, foram capazes de inativar os conídios das duas espécies de fungos. A inativação foi próxima de 100%, para ambas as espécies, quando a combinação apropriada (concentração do fotossensibilizador e tempo de exposição à luz) foi utilizada. Nenhum dos dois corantes, na ausência da luz, inativou os conídios das duas espécies. O tempo de pré-incubação com os fotossensibilizadores (MB e TBO) não foi um parâmetro determinante para a eficiência da fotoinativação dos conídios. De maneira geral, a inativação dos conídios foi maior nas fotossensibilizações com MB e TBO por 60 min do que nas por 30 min. Os conídios verdes e amarelos foram mais tolerantes à fotossensibilização com MB e TBO do que os conídios brancos e violetas, indicando que a pigmentação dos conídios influencia na fotoinativação. O nitrosilo de rutênio [Ru(NH.NHq)(tpy)NO](PF6)3 não foi capaz de inativar os conídios de nenhuma das espécies, em nenhuma das condições avaliadas. A fotoinativação dos conídios de M. anisopliae com MB e TBO não ocorreu quando a fotossensibilização foi conduzida em meio de cultura líquido PDB. / The significative increase of mycoses resulting from the growing number of immunocompromised individuals, from the emerging of new species of pathogenic fungi, and from the emerging of pathogens resistant to the antimycotics used nowadays is a serious public health problem. In such scenario, the development of new fungal control techniques is highly desirable. Initially developed as a therapeutical alternative for cancer, PDT (photodynamic therapy) is a process that involves the use of a photosensitizer that preferrably accumulates in the target-cells and that can be light-activated. The activation of the photosensitizer leads to the generation of reactive oxygen species that damage lypids, proteins, and DNA, and kills the cell. APDT (antimicrobial photodynamic therapy) can be used to control localized infections as well as to kill pathogenic fungi in the environment. In this study, we evaluated the photoinactivation by MB (methylene blue), TBO (toluidine blue), and nitrosyl ruthenium complexes in Metarhizium anisopliae and Aspergillus nidulans conidia. We also tested parameters such as photosensitizer concentration (1 to 400 g mL-1), pré-incubation time with the photosensitizer (0 to 60 min.), light doses (90 and 180 kJ m-2), and visible light irradiance (50 W m-2). Both MB and TBO photoinactivated the conidia of the two species of fungi. Inactivation was close to 100% for both species when the appropriate combination between photosensitizer concentration and light exposure time was used. None of the two dyes in the dark inactivated the conidia of the two species. Pre-incubation time with the photosensitizers (MB and TBO) was not a determinant parameter for photoinactivation efficiency. Conidia inactivation was higher in photosensibilizations with MB and TBO for 60 min than in those for 30 min. Green and yellow conidia were more tolerant to photosensibilization than mutants with white and violet conidia, indicating that conidia pigmentation influences photosensibilization. Nitrosyl ruthenium [Ru(NH.NHq)(tpy)NO](PF6)3 was not capable to photoinactivate conidia of any of the species, in any of the evaluated conditions. M. anisopliae conidia photoinactivation with MB and TBO did not occur when photosensibilization was conducted in PDB media.