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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.46.2020.tde-09082023-174709
Documento
Autor
Nome completo
Caroline Sanz Gomes
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2020
Orientador
Banca examinadora
Serrano, Silvia Helena Pires (Presidente)
Ferreira, Elizabeth Igne
Bertotti, Mauro
Fatibello Filho, Orlando
Título em português
Caracterização voltamétrica e quantificação de compostos de interesse biológico em eletrodos convencionais e modificados com materiais nanoestruturados: antichagásicos e antibióticos
Palavras-chave em português
Amperometria
Antibióticos β-lactâmicos
Antichagásicos
Caracterização eletroquímica
Cefadroxila
Eletrodos modificados
Nitrocompostos
Voltametria
Resumo em português
A caracterização eletroquímica de duas classes de fármacos eletroativos foi realizada utilizando técnicas voltamétricas em solução aquosa. Os processos de redução do grupo nitro de dois candidatos a fármacos antichagásicos foram avaliados em eletrodo de carbono vítreo e a influência da diferença estrutural entre as moléculas foi observada através da estabilização de intermediários reativos de redução do grupo nitro. O composto p-NSF apresentou um processo de redução a mais do que o observado para o composto m-NSF, o qual foi atribuído à formação do nitro ânion radical, e, devido ao maior número de cânones de ressonância da estrutura radicalar formada (p-NSF¯) apresentou maior tempo de meia vida em meio aquoso. Os demais processos observados foram similares para ambas as moléculas e foram atribuídos à geração do derivado nitroso em meio neutro e alcalino e a hidroxilamina em meio ácido. A interação de ambos os compostos com oxigênio e cisteína também foi realizada a fim de avaliar sua influência no processo de redução relacionado à formação do nitro ânion radical. A atividade biológica prevista de ambos os compostos foi discutida. Ademais, a caracterização eletroquímica da cefadroxila, um antibiótico β-lactâmico, foi realizada utilizando eletrodo de carbono vítreo. O processo de oxidação se inicia com a formação de um radical fenoxil e, após ataque nucleofílico pela água, derivados de catecol e resorcinol são formados e oxidados de acordo com um mecanismo eletroquímico-químico-eletroquímico (ECE). A comparação entre o perfil de oxidação eletroquímica da cefadroxila e da amoxicilina permitiu identificar o processo de oxidação do heteroátomo do enxofre, próximo ao anel β-lactâmico, comum para ambos os antibióticos. O coeficiente de difusão (D0) calculado para o cefadroxila em solução tampão BR foi igual a 2 x10-5 cm2 s-1. A formação de um complexo entre os íons Cu(II) e cefadroxila e amoxicilina foi confirmada usando voltametria cíclica. A curva analítica para a determinação de cefadroxila foi construída com dados obtidos em voltamogramas de pulso diferencial, baseados no primeiro processo de oxidação da porção fenólica, e o método foi aplicado com sucesso na quantificação de cefadroxila em amostras comerciais. A caracterização eletroquímica de cefadroxila também foi realizada utilizando um eletrodo de carbono vítreo modificado com CNTs e AuNps, construído utilizando drop-casting de 4 μL de uma suspensão 0,2 % (m/v) de CNTs dispersos em 1,0 % (v/v) de ácido acético contendo 0,5 % (m/v) de quitosana, seguido de 2 camadas de dispersão de AuNps (4 μL cada camada). A oxidação da porção fenol do cefadroxila na superfície modificada ocorreu em um valor potencial ligeiramente menos positivo e com maior magnitude de corrente em comparação com o eletrodo de carbono vítreo sem modificação. A superfície modificada foi também caracterizada utilizando espectroscopia de impedância eletroquímica, apresentando valores mais baixos de resistência à transferência de carga para a oxidação do cefadroxila. A construção da curva analítica foi realizada por amperometria com potencial aplicado de 0,74 V, utilizando o método da adição de padrão. Os limites estimados de detecção e quantificação foram de 0,222 μM e 0,739 μM, respectivamente. A determinação de cefadroxila em amostras comerciais de Duracef® apresentou altos valores de recuperação para cada adição de padrão e a quantidade do fármaco em cada cápsula foi concordante com o valor especificado com o fabricante.
Título em inglês
Voltammetric characterization and quantification of compounds with biological interest using unmodified and modified electrodes with nanostructured materials: antichagasics and antibiotics
Palavras-chave em inglês
β-lactam antibiotics
Amperometry
Antichagasic
Cefadroxila
Electrochemical characterization
Modified electrodes
Nitrocompounds
Voltammetry
Resumo em inglês
The electrochemical characterization of two classes of electroactive drugs was carried out using voltammetric techniques in aqueous solution. The nitro group reduction processes of two candidates for antichagasic drugs were evaluated using a glassy carbon electrode and the influence of the structural difference between the molecules was observed through the stabilization of reactive nitro group reduction intermediates. Although the voltammetric profile observed for both compounds was similar, the p-NSF compound showed one reduction process that was not observed for the m-NSF compound, which was attributed to the formation of the nitro radical anion, which, due to the greater number of resonance structures (p-NSF¯ in comparison with m-NSF¯), presented a longer half-life in aqueous medium. The other processes observed were similar for both molecules and were attributed to the generation of the nitrous derivative in neutral and alkaline media and hydroxylamine in acidic media. The interaction of both compounds with oxygen and cysteine was also performed in order to assess their influence on the reduction process related to the formation of the nitro radical anion. The predicted biological activity of both compounds was discussed. In addition, the electrochemical characterization of cefadroxila, a β-lactam antibiotic, was performed using a glassy carbon electrode. The oxidation process begun with the formation of a phenoxyl radical and, after a nucleophilic attack by water, derivatives of catechol and resorcinol were formed and oxidized, following an ECE mechanism. The comparison between the electrochemical oxidation profile of cefadroxila and amoxicillin allowed the identification of the oxidation process of the sulfur heteroatom, close to the β-lactam ring, common for both antibiotics. The diffusion coefficient (D0) for cefadroxila was calculated as 2 x 10-5 cm2 s-1 in Britton-Robinson buffer solution. The formation of a complex between Cu(II) and cefadroxila and amoxicillin was confirmed using cyclic voltammetry. The analytical curve for the determination of cefadroxila was constructed with data obtained from differential pulse voltamograms, based on the first oxidation process of the phenolic portion, and the method was successfully applied in the quantification of cefadroxila in commercial samples. The electrochemical characterization of cefadroxila was also carried out using a glassy carbon electrode modified with carbon nanotubes and gold nanoparticles, constructed using a 4 μL drop-casting of a 0.2% (m/v) suspension of CNTs dispersed in 1,0% (v/v) of acetic acid containing 0.5% (w/v) of chitosan, followed by 2 layers of gold nanoparticles dispersion (4 μL each layer). The oxidation of the phenol portion of cefadroxila on the modified surface occurred at a slightly less positive potential value and with a higher current magnitude compared to the bare glassy carbon electrode. The modified surface was also characterized using electrochemical impedance spectroscopy, showing lower values of charge transfer resistance for the oxidation of cefadroxila. The construction of the analytical curve was performed by amperometry with an applied potential of 0.74 V, using the standard addition method. The estimated limits of detection and quantification were 0.222 μM and 0.739 μM, respectively. The determination of cefadroxila in commercial samples of Duracef® showed high recovery values for each standard addition and the amount of the drug in each capsule agreed with the specified value.
 
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Data de Publicação
2023-08-25
 
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