00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IQB - Instituto de Química e Biotecnologia Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IQB
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Tipo: Tese
Título: Contribuições da eletroquímica molecular para a química medicinal e para a análise de sondas fluorescentes
Título(s) alternativo(s): Contribution of molecular electrochemistry in medicinal chemistry and analysis of fluorescent probes
Contribuição da eletroquímica molecular em química medicinal e na análise de sondas fluorescentes
Autor(es): Nascimento, Tamires Alves do
Primeiro Orientador: Goulart, Marilia Oliveira Fonseca
metadata.dc.contributor.referee1: Santos, Ana Caroline Ferreira
metadata.dc.contributor.referee2: Amorim, Jerusa Maria de Oliveira
metadata.dc.contributor.referee3: Xavier, Jadriane de Almeida
metadata.dc.contributor.referee4: Santana, Antônio Euzébio Goulart
Resumo: A eletroquímica molecular tem se mostrado útil para caracterizar reações redox e decifrar mecanismos reacionais associados à transferência de elétrons. As quinonas representam uma ampla e variada família de metabólitos de distribuição natural, assim como produtos sintéticos. O interesse por estas substâncias tem aumentado, não só devido à sua contribuição nos processos bioquímicos vitais, mas também no destaque cada vez maior para suas atividades biológicas, farmacológicas e tecnológicas. Apesar dos vários efeitos benéficos, as quinonas também são consideradas toxinas. É justamente esse comportamento duplo (pró-oxidante versus antioxidante) que confere a essa classe de compostos uma peculiaridade de grande interesse para os pesquisadores, especialmente na química medicinal. Os compostos fluorescentes são moléculas de forte aplicação teórico-tecnológica. Têm sido amplamente utilizados como sondas em análise química in-vitro ou in-vivo, corantes a laser e em aplicações terapêuticas. Suas propriedades eletroquímicas são parâmetros de escolha analíticamecanística-teórica, devido à relevância do processo de transferência de elétrons (TE), na sua ativação. Estes são passíveis de controle e estrutura-dependentes. A substituição em diferentes posições afeta o ambiente eletrônico em torno do núcleo BODIPY, causando mudanças características nos potenciais de oxidação e redução e em outras propriedades físico-químicas. Tanto as quinonas quanto os BODIPYS são moléculas bioativas promissoras, com destaque como protótipos candidatos a fármacos ou a sondas. Neste trabalho investigou-se o comportamento eletroquímico, in vitro, de quinonas hibridas e nitrosil-BODIPYS, em meio aprótico (ACN ou DMF + TBAPF6 0,1 mol L-1 ), a fim de obter dados sobre seus mecanismos redox, intermediários eletrogerados e interação com macromoléculas biológicas. As técnicas eletroquímicas utilizadas foram voltametria cíclica e voltametria de pulso diferencial, em eletrodo de carbono vítreo (d = 3 mm), o contra-eletrodo era um fio de platina e o eletrodo de referência, Ag | AgCl, Cl− (saturado). Investigamos quatorze quinonas acriladas e via comparação entre potenciais de redução e atividades biológicas, notou-se que as mais eletrofílicas (potenciais de redução mais positivos), apresentaram uma maior atividade tripanocida (IC50/24 h, inferior a cerca de 300 μM), com exceção de uma delas. Além de uma aparente correlação entre a presença de um grupo eletrorretirador, como o cloro, com redução mais facilitada, e uma atividade biológica mais elevada, portanto, mais promissora na luta contra o Trypanosoma cruzi, há também uma faixa ideal para o potencial de redução. No meio aprótico empregado, todos os compostos, com valores de potencial de redução de primeira onda (Ep1c), em torno de –0,5 V ou mais positivos, foram ativos. Esses compostos, facilmente redutíveis, podem ser considerados como "altamente oxidantes" neste contexto biológico, com repercussões na atividade tripanocida. Foram investigados BODIPYs nitrosilados nas posições α- (5-nitrosil) e β- (6-nitrosil). A localização do grupo NO em α ou β afeta fortemente as estruturas eletrônicas e o comportamento redox. Por meio da espetroeletroquímica associada à análise por métodos computacionais (CDFT) corroboram os resultados voltamétricos e explicam as diferenças inesperadas de reatividade dos compostos. O grupo nitrosila é o primeiro a ser reduzido no 5-nitrosil-BODIPY, enquanto no isômero β-, o grupo nitrosila facilita fortemente a redução que ocorre no sistema BODIPY. Os casos de investigação farmacoeletroquímica aqui estudados revelam que a compreensão dos mecanismos eletroquímicos de transferência de elétrons in vitro e a obtenção de parâmetros termodinâmicos e cinéticos são úteis na compreensão de vários processos que podem ocorrer em nível biológico. Este é um ponto fundamental para o desenvolvimento de moléculas bioativas, candidatas a protótipos de novos fármacos, especialmente quando sofrem bioativação por reações redox.
Abstract: Molecular electrochemistry is useful for characterizing redox reactions and deciphering reactional electron-transfer-associated mechanisms. Quinones represent a wide and diversified family of natural metabolites, along with synthetic ones. The interest in these substances has increased due to their contribution to vital biochemical processes and increasing prominence for their biological, pharmacological and technological activities. Despite several beneficial effects, quinones are also considered toxins. It is precisely this dual behavior (pro-oxidant versus antioxidant) that enlarge the interest of researchers, especially in medicinal chemistry. Fluorescent compounds are theoretically and technological attractive and have been widely used as sensors for in-vitro or in-vivo chemical analyses, as laser dyes, and for therapeutic applications. Their electrochemical properties, adjustable and structurally-dependent, are analytically, mechanistic and theoretically- relevant parameters, once the electron transfer processes (ET) drive the activation of these classes of compounds. Substitution at different positions affects the electronic environment around the BODIPY core, causing characteristic changes in oxidation and reduction potentials and other physicochemical properties. Both quinones and BODIPYS are promising bioactive molecules that may evolve as prototypes for drugs or probes. This work investigated the electrochemical behaviour, in electrochemical cells, of hybrid quinones and nitrosyl-BODIPYs, in an aprotic medium (ACN or DMF + TBAPF6 0.1 mol L-1 ) to obtain data on their redox mechanisms, electrogenerated intermediates, formation of reactive oxygen species, and interaction with biological macromolecules. The electrochemical techniques used were cyclic voltammetry and differential pulse voltammetry on vitreous carbon electrodes (d = 3 mm). The counter electrode was a platinum wire, and the reference electrode, Ag | AgCl, Cl− (saturated). We investigated fourteen acrylated quinones, and by the comparison among reduction/oxidation potentials and biological activities, it was noted that the most electrophilic (more positive reduction potentials) presented the highest trypanocidal activity (CI50/24 h, less than about 300 μM), except for one of them. An apparent correlation between the presence of an electron-withdrawing group, such as chlorine, with an easier reduction and a higher biological activity, appeared, together with an ideal range for the reduction potential. In the aprotic medium employed, all compounds, with first wave reduction potential values (Ep1c), around -0.5 V or more positive, were active. These compounds can be considered "highly oxidizing" in this biological context, with consequences on trypanocidal activity. Nitrosylated BODIPYs were investigated at α- (5-nitrosyl) and β- (6-nitrosyl). The location of the NO group on α or β strongly affects the electronic structures and redox behavior. Spectroelectrochemistry associated with computational studies (Conceptual Density analysis and Functional Theory (CDFT)) corroborate the voltammetric results and explains the unexpected reactivity differences. The nitrosyl group is the first to be reduced in 5-nitrosylBODIPY, while in the β-isomer, the nitrosyl group strongly facilitates the reduction of the BODIPY moiety. The results unveil that the understanding of the electrochemical mechanisms and the measurement of thermodynamic and kinetic parameters are useful as mimics of the invivo processes. This is a solid point for the planning and development of redox-based biologically active compounds.
Palavras-chave: Eletroquímica orgânica
Quinonas
Derivados BODIPY
Voltametria cíclica
Mecanismo eletródico
Organic electrochemistry
Hybrid quinones
BODIPY derivatives
Cyclic voltammetry
Electrodic mechanisms
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia da Rede Nordeste de Biotecnologia - RENORBIO
Citação: NASCIMENTO, Tamires Alves do. Contribuições da eletroquímica molecular para a química medicinal e para a análise de sondas fluorescentes. 2023. 85 f. Tese (Doutorado na Rede Nordeste de Biotecnologia) - Instituto de Química e Biotecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2022.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/11686
Data do documento: 21-nov-2022
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