Fluorescence, Aggregation Properties And Ft-ir Microspectroscopy Of Elastin And Collagen Fibers.

Histological and histochemical observations support the hypothesis that collagen fibers can link to elastic fibers. However, the resulting organization of elastin and collagen type complexes and differences between these materials in terms of macromolecular orientation and frequencies of their chemical vibrational groups have not yet been solved. This study aimed to investigate the macromolecular organization of pure elastin, collagen type I and elastin-collagen complexes using polarized light DIC-microscopy. Additionally, differences and similarities between pure elastin and collagen bundles (CB) were investigated by Fourier transform-infrared (FT-IR) microspectroscopy. Although elastin exhibited a faint birefringence, the elastin-collagen complex aggregates formed in solution exhibited a deep birefringence and formation of an ordered-supramolecular complex typical of collagen chiral structure. The FT-IR study revealed elastin and CB peptide NH groups involved in different types of H-bonding. More energy is absorbed in the vibrational transitions corresponding to CH, CH2 and CH3 groups (probably associated with the hydrophobicity demonstrated by 8-anilino-1-naphtalene sulfonic acid sodium salt [ANS] fluorescence), and to νCN, δNH and ωCH2 groups of elastin compared to CB. It is assumed that the α-helix contribution to the pure elastin amide I profile is 46.8%, whereas that of the B-sheet is 20% and that unordered structures contribute to the remaining percentage. An FT-IR profile library reveals that the elastin signature within the 1360-1189cm(-1) spectral range resembles that of Conex-Toray aramid fibers.

Sels d’imidazolium avec des anions catalytiques : vers le développement de nouveaux catalyseurs bio-hybrides actifs en milieu liquide ionique

Les liquides ioniques connaissent depuis quelques décennies un essor particulier en raison de leurs nombreuses propriétés physico-chimiques intéressantes, telles qu’une faible pression de vapeur saturante, une viscosité limitée, une faible miscibilité avec la plupart des solvants communs, ou encore des propriétés d’agencement supramoléculaire, qui en font des outils puissants dans de nombreux domaines de la chimie. Les sels d’imidazolium représentent la plus grande famille de liquides ioniques à ce jour. Leur modulabilité leur permet d’être dérivés pour de nombreuses applications spécifiques, notamment en synthèse organique, où ils sont utilisés majoritairement comme solvants, et plus récemment comme catalyseurs. Les travaux présentés dans cette thèse se concentrent sur leur utilisation en synthèse organique, à la fois comme solvants et principalement comme catalyseurs chiraux, catalyseurs pour lesquels l’anion du sel est l’espèce catalytique, permettant d’ajouter de la flexibilité et de la mobilité au système. En tirant parti de la tolérance des liquides ioniques envers la majorité des macromolécules naturelles, l’objectif principal des travaux présentés dans cette thèse est le développement d’un nouveau type de catalyseur bio-hybride reposant sur l’encapsulation d’un sel d’imidazolium dans une protéine. Par le biais de la technologie biotine-avidine, l’inclusion supramoléculaire de sels d’imidazolium biotinylés portant des contre-anions catalytiques dans l’avidine a été réalisée et exploitée en catalyse. Dans un premier temps, le développement et l’étude de deux sels de 1-butyl-3-méthylimidazolium possédant des anions chiraux dérivés de la trans-4-hydroxy-L-proline sont rapportés, ainsi que leur comportement dans des réactions énantiosélectives d’aldol et d’addition de Michael. Ces types de composés se sont révélés actifs et performants en milieu liquide ionique. Dans un second temps, la préparation de sels d’imidazolium dont le cation est biotinylé et portant un contre-anion achiral, a été réalisée. Le comportement de l’avidine en milieu liquide ionique et son apport en termes de chiralité sur le système bio-hybride ont été étudiés. Les résultats montrent le rôle crucial des liquides ioniques sur la conformation de la protéine et l’efficacité du catalyseur pour des réactions d’aldol. Dans un dernier temps, l’influence de la structure du cation et de l’anion sur le système a été étudiée. Différents espaceurs ont été introduits successivement dans les squelettes cationiques et anioniques des sels d’imidazolium biotinylés. Dans le cas du cation, les résultats ne révèlent aucune influence majeure sur l’efficacité du catalyseur. La structure de l’anion se montre cependant beaucoup plus importante : la préparation de différents catalyseurs bio-hybrides possédant des anions aux propriétés physico-chimiques différentes a permis d’obtenir de plus amples informations sur le mode de fonctionnement du système bio-hybride et de la coopérativité entre l’avidine et l’anion du sel d’imidazolium.La nature ionique de la liaison cation-anion offrant une liberté de mouvement accrue à l’anion dans la protéine, la tolérance à différents substrats a également été abordée après optimisation du système.

Easily handling penicillin G acylase magnetic cross-linked enzymes aggregates: Catalytic and morphological studies

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Interaction between bradykinin potentiating nonapeptide (BPP9a) and beta-cyclodextrin: A structural and thermodynamic study

Herein, we demonstrate the physical and chemical characterizations of the supramolecular complex formed between beta-cyclodextrin (beta CD) and bradykinin potentiating nonapeptide (BPP9a), an endogenous toxin found in Bothrops jararaca. Circular dichroism results indicate a conformational change in the BPP9a secondary structure upon its complexation with beta CD. Nuclear magnetic resonance results, mainly from NOESY experiments, and theoretical calculations showed a favorable interaction between the tryptophan residue of BPP9a and the beta CD cavity. Thermodynamic inclusion parameters were investigated by isothermal titration calorimetry, demonstrating that beta CD/BPP9a complex formation is an exothermic process that results in a reduction in entropy. Additionally, in vitro degradation study of BPP9a against trypsin (37 degrees C, pH 7.2) showed higher stability of peptide in presence of beta CD. This beta CD/BPP9a complex, which presents new chemical properties arising from the peptide inclusion process, may be useful as an antihypertensive drug in oral pharmaceutical formulations. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Complexação de guaiacol com ß-ciclodextrina para tratamento de alveolite seca: avaliação in vitro e in vivo

A alveolite seca (AS) é uma das complicações pós-operatórias mais comuns e sintomáticas na odontologia, porém, até o momento não há um protocolo de tratamento definido. O composto fenólico guaiacol (Gu) é um dos materiais utilizados para revestimento intra-alveolar devido às suas propriedades analgésicas, antioxidantes e antimicrobianas. Contudo, sua desvantagem é a dificuldade de manipulação decorrente da sua baixa estabilidade, alta volatilidade e sensibilidade à oxidação. Para melhorar suas propriedades e aumentar sua aplicabilidade clínica, um complexo de inclusão de Gu com ß-ciclodextrina (ßcd) foi desenvolvido. A formação do complexo supramolecular de Gu:ßcd foi caracterizada mediante a ressonância magnética nuclear (RMN), nos experimentos de 1H e 2D ROESY. A atividade antibacteriana do Gu e Gu:ßcd frente a Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Streptococcus mitis, Streptococcus mutans, Streptococcus sanguis e Aggregatibacter actinomycetemcomitans foi analisada pelo método da microdiluição e sua citotoxicidade em osteoblastos de calvária de rato, foi estudado com o ensaio do MTT. O processo de reparo alveolar induzido pelo Gu:ßcd foi avaliado histologicamente após tratamento de alveolite seca em molares inferiores de ratos. A RMN mostrou correlações espaciais entre os hidrogênios internos (H3 e H5) da ßcd e os hidrogênios aromáticos, H(a) e H(b) do Gu, confirmando a formação do complexo. A complexação do Gu na ßcd potencializou seu efeito antibacteriano e reduziu sua citotoxicidade em osteoblastos. O estudo in vivo evidenciou a ocorrência de ossificação no ápice alveolar dos ratos tratados com Gu:ßcd, no 7o dia. No 14o dia, as trabéculas ósseas ocuparam também o terço médio do alvéolo e no 21o dia, todo o alvéolo se encontrava preenchido por osso neoformado. Estes resultados foram similares ao controle negativo e superiores ao controle positivo (Alvogyl®). Os benefícios obtidos pela inclusão do Gu na ßcd foram demonstrados pela melhora das propriedades biológicas do Gu in vitro e o adequado reparo alveolar in vivo.

Supramolecular assemblies of metal ions in complex bimetallic and trimetallic salts based on hexacyanoferrate(III) ion

Two complex heterometallic salts with formulae Tl-6[Fe(CN)(6)](1) (33)(NO3)(OH) (1) and [Co(bpy)(2)(CN)(2)](2){[Ag(CN)(2)](0) (5)[Fe(CN)(6)](0) (5)} 8H(2)O (2) have been synthesized and fully characterized Single crystal X-ray analyses reveal that compound 1 is comprised of discrete Tl+ cations and [Fe(CN)(6)](3-) anions together with OH- and NO3- anions Compound 2 contains [Co(bpy)(2)(CN)(2)](+) cations and {[Ag(CN)(2)][Fe(CN)(6)]}(-) anions together with eight molecules of water of crystallization Both structures form unprecedented three-dimensional supramolecular networks via non covalent interactions Another important observation is that the stereochemically active inert (lone) pair present on Tl+ plays little role in controlling the structure of 1 The water molecules in 2 play important roles in providing stability organizing a supramolecular network through hydrogen bonding In the syntheses of 1 and 2 Fe(II) is oxidized to Fe(III) and Co(II) to Co(III) respectively facilitating the formation of the salts that are obtained Both compounds exhibit photoluminescence emission in solution near the visible region.

Dinuclear Azide-Bridged Copper(II) Complex as Building Block for the Assembly of a 2D-Supramolecular Array

A novel Schiff base-copper(II) complex [Cu(2)L(2)(N(3))(2)](ClO(4))(2) 1, where L = (4-imidazolyl)ethylene-2-amino-1-ethylpyridine (apyhist), containing azide-bridges between adjacent copper ions in a dinuclear arrangement was isolated and characterized both in the solid state and in solution by X-ray crystallography and different spectroscopic techniques. Azide binding constants were estimated from titrations of the precursor [CuL(H(2)O)(2)](2+) solutions with sodium azide, giving rise to the azido-bridged species, [Cu(2)L(2)(N(3))(2)](2+). Raman spectra showed asymmetric stretching band at 2060 cm(-1), indicating the presence of azido ligands with a symmetric mu(1,) (1) binding geometry. EPA spectra, in frozen methanol/water solutions at 77 K, exhibited characteristic features of copper centers in tetragonal pyramidal coordination geometry, exhibiting magnetic interactions between them. Further, in solid state, two different values for magnetic coupling in this species were obtained, J/k = -(5.14 +/- 0.02) cm(-1) attributed to the mu(1, 1) azide-bridge mode, and J`z`/k = -(2.94 +/- 0.11) cm(-1) for the interaction between dinuclear moieties via water/perchorate bridges. Finally, an attempt was made to correlate structure and magnetic data for this dinuclear asymmetric end-on azido bridged-copper(II) 1 complex with those of another correlated dinuclear system, complex [Cu(2)L(2)Cl(2)](ClO(4))(2) 2, containing the same tridentate diimine ligand, but with chloro-bridged groups between the copper centres.

Dinuclear Azide-Bridged Copper(II) Complex as Building Block for the Assembly of a 2D-Supramolecular Array

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Caesium bis­(5-bromo­salicyl­aldehyde thio­semicarbazonato-κ3O,N,S)ferrate(III): supramolecular arrangement of low-spin FeIII complex anions mediated by Cs+ cations

The synthesis and crystal structure determination (at 293 K) of the title complex, Cs[Fe(C8H6BrN3OS)2], are reported. The compound is composed of two dianionic O,N,S-tridentate 5-bromo­salicyl­aldehyde thio­semicarbazonate(2-) ligands coord­inated to an FeIII cation, displaying a distorted octa­hedral geometry. The ligands are orientated in two perpendicular planes, with the O- and S-donor atoms in cis positions and the N-donor atoms in trans positions. The complex displays inter­molecular N-H...O and N-H...Br hydrogen bonds, creating R44(18) rings, which link the FeIII units in the a and b directions. The FeIII cation is in the low-spin state at 293 K.

Supramolecular polymorphism of DNA in non-cationic L(alpha) lipid phases

The structure of a complex between hydrated DNA and a non-cationic lipid is studied, including its phase diagram. The complex is spontaneously formed by adding DNA fragments (ca. 150 base pairs in length) to non-cationic lipids and water. The self-assembly process often leads to highly ordered structures. The structures were studied by combining X-ray scattering, fluorescence and polarized microscopy, as well as freeze-fracture experiments with transmission electron microscopy. We observe a significant increase of the smectic order as DNA is incorporated into the water layers of the lamellar host phase, and stabilization of single phase domains for large amounts of DNA. The effect of confinement on DNA ordering is investigated by varying the water content, following three dilution lines. A rich polymorphism is found, ranging from weakly correlated DNA-DNA in-plane organizations to highly ordered structures, where transmembrane correlations lead to the formation of columnar rectangular and columnar hexagonal superlattices of nucleotides embedded between lipid lamellae. From these observations, we suggest that addition of DNA to the lamellar phase significantly restricts membrane fluctuations above a certain concentration and helps the formation of the lipoplex. The alteration of membrane steric interactions, together with the appearance of interfacial interactions between membranes and DNA molecules may be a relevant mechanism for the emergence of highly ordered structures in the concentrated regime.

Multiresponsive supramolecular systems for information processing at the molecular level

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável

Electrospinning and characterization of supramolecular poly(4-vinyl pyridine)-small molecule complexes

La chimie supramoléculaire est basée sur l'assemblage non covalent de blocs simples, des petites molécules aux polymères, pour synthétiser des matériaux fonctionnels ou complexes. La poly(4-vinylpyridine) (P4VP) est l'une des composantes supramoléculaires les plus utilisées en raison de sa chaîne latérale composée d’une pyridine pouvant interagir avec de nombreuses espèces, telles que les petites molécules monofonctionnelles et bifonctionnelles, grâce à divers types d'interactions. Dans cette thèse, des assemblages supramoléculaires de P4VP interagissant par liaisons hydrogène avec de petites molécules sont étudiés, en ayant comme objectifs de faciliter l'électrofilage de polymères et de mieux comprendre et d'optimiser la photoréponse des matériaux contenant des dérivés d'azobenzène. Une nouvelle approche est proposée afin d'élargir l'applicabilité de l'électrofilage, une technique courante pour produire des nanofibres. À cet effet, un complexe entre la P4VP et un agent de réticulation bifonctionnel capable de former deux liaisons hydrogène, le 4,4'-biphénol (BiOH), a été préparé pour faciliter le processus d’électrofilage des solutions de P4VP. Pour mieux comprendre ce complexe, une nouvelle méthode de spectroscopie infrarouge (IR) a d'abord été développée pour quantifier l'étendue de la complexation. Elle permet de déterminer un paramètre clé, le rapport du coefficient d'absorption d'une paire de bandes attribuées aux groupements pyridines libres et liées par liaisons hydrogène, en utilisant la 4-éthylpyridine comme composé modèle à l’état liquide. Cette méthode a été appliquée à de nombreux complexes de P4VP impliquant des liaisons hydrogène et devrait être généralement applicable à d'autres complexes polymères. La microscopie électronique à balayage (SEM) a révélé l'effet significatif du BiOH sur la facilité du processus d’électrofilage de P4VP de masses molaires élevées et faibles. La concentration minimale pour former des fibres présentant des perles diminue dans le N, N'-diméthylformamide (DMF) et diminue encore plus lorsque le nitrométhane, un mauvais solvant pour la P4VP et un non-solvant pour le BiOH, est ajouté pour diminuer l'effet de rupture des liaisons hydrogène causé par le DMF. Les liaisons hydrogène dans les solutions et les fibres de P4VP-BiOH ont été quantifiées par spectroscopie IR et les résultats de rhéologie ont démontré la capacité de points de réticulation effectifs, analogues aux enchevêtrements physiques, à augmenter la viscoélasticité de solutions de P4VP pour mieux résister à la formation de gouttelettes. Cette réticulation effective fonctionne en raison d'interactions entre le BiOH bifonctionnel et deux chaînes de P4VP, et entre les groupements hydroxyles du BiOH complexé de manière monofonctionnelle. Des études sur d’autres agents de réticulation de faible masse molaire ont montré que la plus forte réticulation effective est introduite par des groupes d’acide carboxylique et des ions de zinc (II) qui facilitent le processus d’électrofilage par rapport aux groupements hydroxyles du BiOH. De plus, la sublimation est efficace pour éliminer le BiOH contenu dans les fibres sans affecter leur morphologie, fournissant ainsi une méthode élégante pour préparer des fibres de polymères purs dont le processus d’électrofilage est habituellement difficile. Deux complexes entre la P4VP et des azobenzènes photoactifs portant le même groupement tête hydroxyle et différents groupes queue, soit cyano (ACN) ou hydrogène (AH), ont été étudiés par spectroscopie infrarouge d’absorbance structurale par modulation de la polarisation (PM-IRSAS) pour évaluer l'impact des groupements queue sur leur performance lors de l'irradiation avec de la lumière polarisée linéairement. Nous avons constaté que ACN mène à la photo-orientation des chaînes latérales de la P4VP et des azobenzènes, tandis que AH mène seulement à une orientation plus faible des chromophores. La photo-orientation des azobenzènes diminue pour les complexes avec une teneur croissante en chromophore, mais l'orientation de la P4VP augmente. D'autre part, l'orientation résiduelle après la relaxation thermique augmente avec la teneur en ACN, à la fois pour le ACN et la P4VP, mais la tendance opposée est constatée pour AH. Ces différences suggèrent que le moment dipolaire a un impact sur la diffusion rotationnelle des chromophores. Ces résultats contribueront à orienter la conception de matériaux polymères contenant des azobenzène efficaces.

Chemistry of molecular and supramolecular structures of vanadium(IV) and dioxygen-bridged V(V) complexes incorporating tridentate hydrazone ligands

Four hydrazone ligands: 2-benzoylpyridine benzoyl hydrazone (HBPB), di-2-pyridyl ketone nicotinoyl hydrazone (HDKN), quinoline-2-carbaldehyde benzoyl hydrazone (HQCB), and quinoline-2-carbaldehyde nicotinoyl hydrazone (HQCN) and four of their complexes with vanadyl salts have been synthesized and characterized. Single crystals of HBPB and complexes [VO(BPB)(l2-O)]2 (1) and [VO(DKN)(l2-O)]2 ½H2O (2) were isolated and characterized by X-ray crystallography. Each of the complexes exhibits a binuclear structure where two vanadium(V) atoms are bridged by two oxygen atoms to form distorted octahedral structures within cis-N2O4 donor sets. In most complexes, the uninegative anions function as tridentate ligands, coordinating through the pyridyl- and azomethine-nitrogen atoms and enolic oxygen whereas in complex [VO(HQCN)(SO4)]SO4 4H2O (4) the ligand is coordinated in the keto form. Complexes [VO(QCB)( OMe)] 1.5H2O (3) and 4 are found to be EPR active and showed well-resolved axial anisotropy with two sets of eight line pattern

Copper(II) complexes of mono-anionic glutamate: anionic influence in the variations of molecular and supramolecular structures

Three new polynuclear copper(II) complexes of singly deprotonated L-glutamic acid (L-glu), {[Cu(bipy)(2)][Cu(bipy)(L-glu)H2O](2)(BF4)(4)center dot(H2O)(3)}(n) (1), {[Cu(bipy)(L-glu)H2O][Cu(bipy)(L-glu)(ClO4)]( ClO4)center dot(H2O)(2)}(n) ((2)) and [Cu(phen)(L-glu)H2O](2)(NO3)(2)center dot(H2O)(4) (3) (bipy = 2,2-bipyridine, phen = 1,10-phenanthroline), were synthesized in acidic pH (ca. 2.5) and characterized structurally. In all the complexes, L-glutamic acid acts as a bidentate chelating ligand, leaving the protonated carboxylic acid free. Both in 1 and 2, two different types of species [Cu(bipy)(2)](BF4)(2) and [Cu(bipy)(L-glu)H2O] BF4 for 1 and [Cu(bipy)(L-glu)H2O]ClO4 and [Cu(bipy)(L-glu)(ClO4)] for 2 coexist in the solid state. In complex 1, the [C( bipy)(L-glu)H2O]+ units are joined together by syn-anti carboxylate bridges to form an enantiopure (M) helical chain and the [Cu(bipy)(2)](2+) presents a very rare example of the four-coordinate distorted tetrahedral geometry of Cu(II). In complex 2, the [Cu(bipy)(L gluClO(4))] units are joined together by weakly coordinating perchlorate ions to form a 1D polymeric chain while the [Cu(bipy)(L-glu)H2O]+ units remain as mononuclear species. The different coordinating ability of the two counter anions along with their involvement in the H-bonding network seems likely to be responsible for the difference in the final polymeric structures in the two compounds. Variable-temperature (2-300 K) magnetic susceptibility measurements show negligible coupling for both the complexes. The structure of 3 consists of two independent monomeric [Cu(phen)(L-glu)H2O]+ cations, two nitrate anions and four water molecules. The copper atom occupies a five-coordinate square pyramidal environment with a water molecule in the axial position.