Contribuição ao estudo de dioxetanos e de seu envolvimento em fotobioquímica no escuro

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Título:
Contribuição ao estudo de dioxetanos e de seu envolvimento em fotobioquímica no escuro
Autor: Catalani, Luiz Henrique
Orientador: Bechara, Etelvino Jose Henriques
Assuntos: Dioxetanos; Fotoquímica; Quimiluminescência; Chemiluminescence; Dioxetanes; Photochemistry
Notas: Tese (Doutorado)
Descrição: Do interesse em espécies eletronicamente excitadas geradas por sistemas luminescentes químicos e biológicos, nasceu o interesse dos químicos pelos dioxetanos, seu comportamento e suas propriedades. Propostos como intermediários de tais reações, estes compostos (peróxidos cíclicos de anel tetratômico) sofrem clivagem térmica unimolecular com produção de dois fragmentos carbonílicos, um deles no estado eletronicamente excitado. Em geral, dioxetanos substituídos por grupos alquílicos e arílicos levam a altos rendimentos de estados triplete. Propôs-se, então, reinvestigar a termólise do tetrametildioxetano (TMD) em meio aquoso e utilizar esta fonte de acetona triplete como modelo químico, para o sistema enzimático de produção de acetona triplete (oxidação aeróbica do isobutanal (IBAL)/peroxidase (HRP)), em estudos de supressão e transferência de energia. O TMD tem sido preparado e cristalizado rotineiramente em nosso laboratório, pelo método de Kopecky. Os parâmetros de ativação de termólise (estabilidade térmica e rendimentos de quimiexcitação dos produtos) foram reestudados em solventes aromáticos (benzeno e tolueno), cicloalifáticos (ciclohexano e decalina), próticos (água) e apróticos (acetonitrila e CCl4).Concluiu-se que: (i) a estabilidade do TMD não é afetada pela natureza do solvente (Ea ~ 27,0 kcal mol-1); (ii) a eficiência global de transferência de energia triplete (acetona) → singlete (9,10-dibromoantraceno) nos solventes não aromáticos é praticamente constante (ΦTS ~ 10 %); (iii) em solventes aromáticos onde o doador excitado é na verdade um \"exciplex\" acetona-solvente, ΦTS ~ 30 %. A relação entre os rendimentos de quimiexcitação de triplete e singlete (3Φ /1Φ) em água foi determinada como sendo da ordem de 1x103, que concorda com valores determinados em tolueno e benzeno (7x102 e 8x102, respectivamente). Nos estudos em meio aquoso, o DBAS e o DPAS foram utilizados para monitorar a presença de acetona triplete e singlete, formada química, fotofísica ou enzimaticamente. Ambos foram sintetizados em nosso laboratório e suas propriedades fotofísicas, determinadas em água deionizada a 20°C. Através da medida de fluorescência do DBAS excitado por transferência de energia a partir de acetona triplete, determinou-se a vida média de acetona triplete em meio aquoso aerado e deaerado (τaer ~ 2 µs e τN2 ~ 10 a 20 µs). Seis classes de interceptadores de acetona triplete, gerada na termólise de TMD, foram investigadas em tampão aquoso a 35°C: dienos (ácido sórbico e acrilonitrila), pigmentos xantênicos, riboflavina, tirosina e derivados 3,5-dihalogenados, indol e derivados indólicos, e uma série de quinonas. Em geral, os valores das constantes de supressão de acetona triplete produzida diretamente no seio da solução, a partir de TMD, estão pelo menos uma ordem de grandeza abaixo dos valores correspondentes para acetona triplete produzida enzimaticamente. Estes resultados são consistentes com a hipótese de que acetona triplete gerada dentro da enzima tem vida média mais longa, pois se encontraria parcialmente \"protegida\" da ação supressora de O2. Outros argumentos podem, entretanto, ser igualmente satisfatórios. Parece claro que os supressares indólicos (IP ~ 8 eV) e ácido sórbico exercem sua ação através da formação de complexos de transferência de carga, tirosina e corantes xantênicos (IP ~ 7 eV) por um mecanismo de transferência de elétrons e riboflavina por mecanismo tipo Förster. As quinonas, cuja afinidade eletrônica é bastante alta (IP ~ 10-11 eV), suprimem acetona triplete por um mecanismo controlado por difusão; com estes compostos, o limite superior do esperado para um processo puramente colisional seria atingido (kq ~ 1 a 2x1010 M-1s- 1, em água a 35°C). De fato, derivados metilados de p-benzoquinona e naftoquinona suprimem acetona triplete com velocidade mais baixa, enquanto que em solvente mais viscoso (decalina, em relação a n-hexano), kq também é mais lenta. Por outro lado, observou-se um marcante \"efeito de átomo pesado\" na eficiência de transferência de energia triplete (acetona) → singlete (corante xantênico): ΦTS para fluoresceína, eosina e Rose Bengala na proporção 1:15:320. A oxidação da clorpromazina (CPZ) por reação com o TMD foi estudada em meio aquoso e meio tamponado e verificou-se que esta independe da formação de espécies excitadas, apesar da CPZ apresentar-se como eficiente supressor de acetona triplete. Espectros de RMN1H mostraram que a reaçao entre CPZ e TMD gera a clorpromazina-5-óxido (sulfóxido; CPZO) e o óxido de tetrametiletileno (o epóxido correspondente ao TMD). Estudos de espectroscopia U.V. e de cromatografia gasosa indicam que a estequiometria da reação TMD/CPZ é 1:1 e que a presença de competidores de supressão de acetona triplete não altera a velocidade da reação nem a estequiometria da mesma. Em vista destes resultados, reestudou-se a oxidação de CPZ pelo sistema do IBAL/HRP/O2, estudo feito inicialmente por DURÁN e colaboradores, no qual os autores propõem que a oxidação de CPZ é resultante de transferência de energia de excitação da acetona triplete gerada enzimaticarnente. Usando métodos inexplorados até então, verificamos a possibilidade de esta oxidação ocorrer por reação direta entre CPZ e os radicais de HRP formados durante a oxidação do isobutanal, sem a intervenção da acetona triplete. Outro estudo parelelo a este, foi feito visando determinar parâmetros cinéticos e termodinâmicos em dioxetanos com diferentes tipos de hidrogênios em posição γ do anel. Este estudo visava determinar de que maneira a interação oxigênio do anel-hidrogênio gama influia em tais parâmetros. Sintetizou-se uma série de 3-metil-3-alquildioxetanos (alquil = n-propil, n-butil e neopentil) e determinamos os seus parâmetros de ativação de termólise (Ea, ΔS≠, 3Φ e 1Φ). Constatamos que não há diferença significativa entre estes dioxetanos, sendo assim, a interação hidrogênio gama-oxigênio do anel é inexpressiva. Porém, quando comparados com outros dioxetanos da mesma série, onde alquil = etil, isopropil e terc-butil (estudo em conjunto com outros pesquisadores) nota-se urna expressiva mudança na Ea a medida que aumenta o número de grupos rnetila na posição α, indicando um efeito estérico do tipo 3,3.
DOI: 10.11606/T.46.1984.tde-19052011-152957
Editor: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP; Universidade de São Paulo; Instituto de Química
Data de criação/publicação: 1984-10-02
Formato: Adobe PDF
Idioma: Português

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Catalani, Luiz Henrique

Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP; Universidade de São Paulo; Instituto de Química 1984-10-02

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