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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.46.2018.tde-11092018-111342
Documento
Autor
Nome completo
Mônica de Mello Barreto Pessôa
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2002
Orientador
Banca examinadora
Temperini, Marcia Laudelina Arruda (Presidente)
Batista, Alzir Azevedo
Ferreira, Ana Maria da Costa
Nart, Francisco Carlos
Torresi, Susana Ines Cordoba de
Título em português
Caracterização espectroscópica das tiossemicarbazonas das n-formilpiridinas e derivados
Palavras-chave em português
Espectroscopia Raman
Físico-química
Ressonância magnética nuclear
Ressonância nuclear magnética
SERS
Resumo em português
Nessa tese de doutorado foram caracterizadas as configurações das tiossemicarbazonas do 2-formilpiridina (PATS2) e derivados no estado sólido e em solução utilizando as técnicas espectroscópicas Raman e ressonância magnética nuclear de hidrogênio (1H RMN). Utilizando os dados espectroscópicos obtidos foi possível obter informações da estereoquímica desses compostos. Verificamos que a substituição de alguns átomos de hidrogênio por grupos metilas causaram no caso particular do 4,4' dimetil-tiossemicarbazona do 2-formilpiridina (DMePATS2), a estabilização do isômero Z ao invés do E. O estudo da caracterização desses compostos em solução mostrou que existe uma forte dependência da configuração presente em solução com o solvente. Essa dependência foi correlacionada com o valor de donor number dos solventes. Solventes com alto valor de donor number favorecem a formação de ligações de hidrogênio intermoleculares (composto-solvente) e, portanto, estabiliza o isômero E. Por outro lado, em solventes com menor valor de donor number, o isômero Z é estabilizado pela ligação de hidrogênio intramolecular. Comparando o efeito que os cátions alcalinos e alcalinos terrosos exercem sobre as configurações dos compostos PATS2 e DMePATS2, observamos novamente que os grupos metilas substituídos no N(4') do DMePATS2 têm um papel importante nas propriedades desses compostos. No caso do PATS2 não ocorre a formação de complexos com esses metais em solução de ACN, esses cátions somente aumentam a velocidade da isomerização E-Z PATS2. Para o DMePATS2, ocorre a formação de complexos com os cátions estudados o que pode ser explicado pela presença dos grupos metílicos que aumentam a basicidade dos centros de coordenação da molécula favorecendo o ataque pelos cátions e estabilizando os complexos. Uma vez caracterizada as estruturas configuracionais predominantes no estado sólido e em solução, apresentamos a caracterização desses compostos adsorvidos em eletrodos utilizando nesse estudo a técnica SERS. Os resultados mostraram que a configuração do DMePATS2 adsorvido em eletrodo de prata depende do potencial aplicado ao eletrodo. Para potenciais negativos, a configuração predominante é E enquanto que para potenciais positivos existe quase que somente o isômero Z no eletrodo. A mudança no potencial aplicado ao eletrodo causa, portanto, isomerização E-Z reversível do DMePATS2 na superfície de prata. Verificamos que na presença de Mg2+ o isômero E DMePATS2 não é observado no eletrodo de prata devido a formação do complexo Mg2+-E-DMePATS2 em solução, ou seja, o complexo Mg2+-E-DMePATS2 não adsorve na superfície. Esse resultado indica que se a coordenação e a adsorção à superfície envolvem o mesmo sítio molecular, ocorre uma competição entre esses dois processos. No caso do 4-formilpiridina tiossemicarbazona (PATS4), os resultados SERS mostraram que variando o potencial aplicado ao eletrodo, não se observa nenhuma mudança significativa nos espectros em função do potencial indicando que não ocorre isomerização com o potencial, o que era esperado já que não existe possibilidade de formar ligação de hidrogênio intramolecular com o N do anel piridínico. Na presença de Mg2+ foi verificado que o complexo Mg2+-PATS4 adsorve na superfície do eletrodo. Devido às atividades biológicas desses compostos e aos diferentes mecanismos propostos na literatura, existe o interesse de conhecer os produtos da redução faradáica dos PATSn. Para isso, utilizamos a técnica SERS onde o potencial aplicado ao eletrodo é monitorado junto a um potenciostato acoplado a um registrador que indica o potencial de redução desses compostos. A espectroscopia na região do UV-Vis foi a técnica complementar usada na caracterização dos produtos faradáicos. Os resultados indicam que o 2-picolilamina e a tiouréia são os produtos de redução do PATS2. Um outro ponto de interesse desse trabalho foi a investigação do desempenho do 4-formilpiridina tiossemicarbazona (PATS4) como modificador de eletrodo para mediar a interação entre eletrodo de prata e o citocromo c (Cc). Nesse caso a técnica SERS, Raman intensificado pela superficie (λ0=632,8 nm) e a técnica SERRS, Raman Ressonante intensificado pela superficie (λ0=413,1 nm) foram utilizadas. A adição de Cc na solução eletrolítica não causou nenhuma mudança espectral nos modos vibracionais no espectro SERS do PATS4 que pudessem estar relacionadas à formação de ligação de hidrogênio entre a biomolécula e o modificador. Os espectros SERRS do Cc em eletrodos de prata modificados com PATS4 foram dependentes no entanto, com o potencial aplicado ao eletrodo indicando uma interação com o eletrodo. Em -0,4 V (vs. Ag/AgCl) são observadas as bandas características do Fe2+Cc em ca. 1368 e 1550 cm-1 e, quando oxidado a Fe3+Cc (+0,lV) essas bandas deslocam respectivamente para ca 1376 e 1562 cm-1. Sintetizamos o complexo [Ru(CN)5PATS4]3- e obtivemos os espectros SERS na presença e ausência de citocromo c. Como nesse complexo o N piridínico está ligado ao complexo de rutênio, não existe a possibilidade de formação de ligação de hidrogênio entre o anel piridínico do PATS4 e o citocromo c. Dessa maneira, se a interação entre o modificador e a biomolécula ocorresse por ligações de hidrogênio, deveríamos observar mudanças nos espectros SERS na região das bandas do estiramento do grupo C≡N. Os resultados desses experimentos não apresentaram nenhuma evidência quanto à formação de ligações de hidrogênio nesse sistema, o que indica que a interação entre o citocromo c e o [Ru(CN)5PATS4]3- seja eletrostática.
Título em inglês
Spectroscopic characterization of thiosemicarbazones of n-formylpyridines and derivatives
Palavras-chave em inglês
Nuclear magnetic resonance
Physical chemistry
Raman spectroscopy
SERS
Resumo em inglês
In this PhD thesis 2-formylpiridine thiosemicarbazone (PATS2) and derivatives configurations were characterized in the solid state and in solution using Raman and 1H Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopies. Using spectroscopic data obtained from defined model solutions, information on the stereochemistry could be derived. It has been verified that the presence of the methyl groups in the N(4') atom of DMePATS2 caused a stabilization of the Z isomer in the solid state instead of the stable E isomer in PATS2. Investigation in solution has shown a strong influence of the donor number of the solvents on the configuration of these compounds. Solvents with high donor numbers favor the formation of an intermolecular hydrogen bond between the solvent and the compound under investigation, thus stabilizing the E isomer. On the other hand, in solvents with low donor numbers, the Z isomer is stabilized due to intramolecular hydrogen bond. The methyl groups in DMePATS2 are also responsible for the different behavior of PATS2 and DMePATS2 in the presence of alkali and alkaline earth cations. Whereas in case of PATS2 these cations only catalyze the E-Z isomerization in ACN solution, complex formation between DMePATS2 and the cations was found to take place. The observed difference in behavior can be explained by an increase in the basicity of the coordination binding sites in DMePATS2 with respect to PATS2, which stabilizes the cation-DMePATS2 complexes. After characterization of the configuration of the compounds in the solid state and in solution, these molecules were adsorbed on a silver electrode and studied by SERS spectroscopy. The results have shown that the configuration of DMePATS2 adsorbed on the silver electrode depended on the applied potential. For negative potentials, the predominant configuration was E, while for positive potentials, almost only the Z isomer was found. In the presence of Mg2+ only the Z isomer of DMePATS2 was observed at any potential, which can be explained by the formation of Mg2+-E-DMePATS2 complex in solution. Additionally a comparison between the SERS result obtained for DMePATS2 and PATS4 (4-formylpyridine thiosemicarbazone) was made. In the case of PATS4, the SERS results have shown that there is no change in the spectra when the applied potential is varied; that could be related to an isomerization process, which was expected since there is no possibility of forming an intramolecular hydrogen bond in this compound. The SERS spectra of PATS4 in the presence of Mg2+ indicate the formation of the Mg2+ -PATS4 complex on the surface. The interest on the reduction products of these compounds concerns to the fact that they have a large spectrum of biological activities. Therefore they have been studied in more detail using SERS and UV-Vis spectroscopy. In the case of PATS2, 2-picolylamine and thiourea could be identified as reduction products of the electrochemical reaction. A further subject of interest was the investigation of the ability of 4-formylpyridine thiosemicarbazone (PATS4) to act as a surface modifier to mediate the interaction between a silver electrode and cytocrome c (Cc). In this case, SERS (λex = 632.8 nm) as well as surface enhanced resonance Raman scattering, SERRS (λex = 413 .1 nm) spectroscopy were used. Addition of Cc to the electrolytic solution did not induce spectral changes in the vibrational modes of SERS spectra of PATS4 that could be related to the formation of a hydrogen bond between the biomolecule and PATS4. Nevertheless, the SERRS spectra of Cc on modified silver electrode depended on the applied potential indicating an interaction with the electrode. At -0.4 V (vs. Ag/AgCl) the Fe2+Cc state marker bands at ca. 1368 and 1550 cm-1 were observed and, when oxidized to Fe3+Cc (+0.1V), these bands shifted to ca. 1376 and 1562 cm-1, respectively. SERS spectra of [Ru(CN)5PATS4]3- on the silver electrode were also obtained in presence and absence of Cc. In this complex, the pyridinic nitrogen is coordinated with Ruthenium complex. Therefore, the only possibility of forming hydrogen bond with Cc is through the C≡N group. The obtained results did not show any evidence that there is a hydrogen bond between Cc and this modifier. It is proposed that, in this case, the interaction governing the redox reaction is of electrostatic nature.
 
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Data de Publicação
2018-09-11
 
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