Sequence specific complexation of b DNA at sites containing g,c base pairs

A series of eight related analogs of distamycin A has been synthesized. Footprinting and affinity cleaving reveal that only two of the analogs, pyridine-2- car box amide-netropsin (2-Py N) and 1-methylimidazole-2-carboxamide-netrops in (2-ImN), bind to DNA with a specificity different from that of the parent compound. A new class of sites, represented by a TGACT sequence, is a strong site for 2-PyN binding, and the major recognition site for 2-ImN on DNA. Both compounds recognize the G•C bp specifically, although A's and T's in the site may be interchanged without penalty. Additional A•T bp outside the binding site increase the binding affinity. The compounds bind in the minor groove of the DNA sequence, but protect both grooves from dimethylsulfate. The binding evidence suggests that 2-PyN or 2-ImN binding induces a DNA conformational change.

In order to understand this sequence specific complexation better, the Ackers quantitative footprinting method for measuring individual site affinity constants has been extended to small molecules. MPE•Fe(II) cleavage reactions over a 10^5 range of free ligand concentrations are analyzed by gel electrophoresis. The decrease in cleavage is calculated by densitometry of a gel autoradiogram. The apparent fraction of DNA bound is then calculated from the amount of cleavage protection. The data is fitted to a theoretical curve using non-linear least squares techniques. Affinity constants at four individual sites are determined simultaneously. The distamycin A analog binds solely at A•T rich sites. Affinities range from 10^(6)- 10^(7)M^(-1) The data for parent compound D fit closely to a monomeric binding curve. 2-PyN binds both A•T sites and the TGTCA site with an apparent affinity constant of 10^(5) M^(-1). 2-ImN binds A•T sites with affinities less than 5 x 10^(4) M^(-1). The affinity of 2-ImN for the TGTCA site does not change significantly from the 2-PyN value. At the TGTCA site, the experimental data fit a dimeric binding curve better than a monomeric curve. Both 2-PyN and 2-ImN have substantially lower DNA affinities than closely related compounds.

In order to probe the requirements of this new binding site, fourteen other derivatives have been synthesized and tested. All compounds that recognize the TGTCA site have a heterocyclic aromatic nitrogen ortho to the N or C-terminal amide of the netropsin subunit. Specificity is strongly affected by the overall length of the small molecule. Only compounds that consist of at least three aromatic rings linked by amides exhibit TGTCA site binding. Specificity is only weakly altered by substitution on the pyridine ring, which correlates best with steric factors. A model is proposed for TGTCA site binding that has as its key feature hydrogen bonding to both G's by the small molecule. The specificity is determined by the sequence dependence of the distance between G's.

One derivative of 2-PyN exhibits pH dependent sequence specificity. At low pH, 4-dimethylaminopyridine-2-carboxamide-netropsin binds tightly to A•T sites. At high pH, 4-Me_(2)NPyN binds most tightly to the TGTCA site. In aqueous solution, this compound protonates at the pyridine nitrogen at pH 6. Thus presence of the protonated form correlates with A•T specificity.

The binding site of a class of eukaryotic transcriptional activators typified by yeast protein GCN4 and the mammalian oncogene Jun contains a strong 2-ImN binding site. Specificity requirements for the protein and small molecule are similar. GCN4 and 2-lmN bind simultaneously to the same binding site. GCN4 alters the cleavage pattern of 2-ImN-EDTA derivative at only one of its binding sites. The details of the interaction suggest that GCN4 alters the conformation of an AAAAAAA sequence adjacent to its binding site. The presence of a yeast counterpart to Jun partially blocks 2-lmN binding. The differences do not appear to be caused by direct interactions between 2-lmN and the proteins, but by induced conformational changes in the DNA protein complex. It is likely that the observed differences in complexation are involved in the varying sequence specificity of these proteins.

Variable-angle electron spectroscopic studies of various polyatomic molecular systems

The complementary techniques of low-energy, variable-angle electron-impact spectroscopy and ultraviolet variable-angle photoelectron spectroscopy have been used to study the electronic spectroscopy and structure of several series of molecules. Electron-impact studies were performed at incident beam energies between 25 eV and 100 eV and at scattering angles ranging from 0° to 90°. The energy-loss regions from 0 eV to greater than 15 eV were studied. Photoelectron spectroscopic studies were conducted using a HeI radiation source and spectra were measured at scattering angles from 45° to 90°. The molecules studied were chosen because of their spectroscopic, chemical, and structural interest. The operation of a new electron-impact spectrometer with multiple-mode target source capability is described. This spectrometer has been used to investigate the spin-forbidden transitions in a number of molecular systems.

The electron-impact spectroscopy of the six chloro-substituted ethylenes has been studied over the energy-loss region from 0-15 eV. Spin-forbidden excitations corresponding to the π → π*, N → T transition have been observed at excitation energies ranging from 4.13 eV in vinyl chloride to 3.54 eV in tetrachloroethylene. Symmetry-forbidden transitions of the type π → np have been oberved in trans-dichloroethyene and tetrachlor oethylene. In addition, transitions to many states lying above the first ionization potential were observed for the first time. Many of these bands have been assigned to Rydberg series converging to higher ionization potentials. The trends observed in the measured transition energies for the π → π*, N → T, and N → V as well as the π → 3s excitation are discussed and compared to those observed in the methyl- and fluoro- substituted ethylenes.

The electron energy-loss spectra of the group VIb transition metal hexacarbonyls have been studied in the 0 eV to 15 eV region. The differential cross sections were obtained for several features in the 3-7 eV energy-loss region. The symmetry-forbidden nature of the ¹A_1g → ¹A_1g, 2t_2g(π) → 3t_2g(π*) transition in these compounds was confirmed by the high-energy, low-angle behavior of their relative intensities. Several low lying transitions have been assigned to ligand field transitions on the basis of the energy and angular behavior of the differential cross sections for these transitions. No transitions which could clearly be assigned to singlet → triplet excitations involving metal orbitals were located. A number of states lying above the first ionization potential have been observed for the first time. A number of features in the 6-14 eV energy-loss region of the spectra of these compounds correspond quite well to those observed in free CO.

A number of exploratory studies have been performed. The π → π*, N → T, singlet → triplet excitation has been located in vinyl bromide at 4.05 eV. We have also observed this transition at approximately 3.8 eV in a cis-/trans- mixture of the 1,2-dibromoethylenes. The low-angle spectrum of iron pentacarbonyl was measured over the energy-loss region extending from 2-12 eV. A number of transitions of 8 eV or greater excitation energy were observed for the first time. Cyclopropane was also studied at both high and low angles but no clear evidence for any spin- forbidden transitions was found. The electron-impact spectrum of the methyl radical resulting from the pyrolysis of tetramethyl tin was obtained at 100 eV incident energy and at 0° scattering angle. Transitions observed at 5.70 eV and 8.30 eV agree well with the previous optical results. In addition, a number of bands were observed in the 8-14 eV region which are most likely due to Rydberg transitions converging to the higher ionization potentials of this molecule. This is the first reported electron-impact spectrum of a polyatomic free radical.

Variable-angle photoelectron spectroscopic studies were performed on a series of three-membered-ring heterocyclic compounds. These compounds are of great interest due to their highly unusual structure. Photoelectron angular distributions using HeI radiation have been measured for the first time for ethylene oxide and ethyleneimine. The measured anisotropy parameters, β, along with those measured for cyclopropane were used to confirm the orbital correlations and photoelectron band assignments. No high values of β similar to those expected for alkene π orbitals were observed for the Walsh or Forster-Coulson-Moffit type orbitals.

Transition metal clusters supported by multinucleating ligand frameworks as models of biological active sites

This dissertation describes efforts to model biological active sites with small molecule clusters. The approach used took advantage of a multinucleating ligand to control the structure and nuclearity of the product complexes, allowing the study of many different homo- and heterometallic clusters. Chapter 2 describes the synthesis of the multinucleating hexapyridyl trialkoxy ligand used throughout this thesis and the synthesis of trinuclear first row transition metal complexes supported by this framework, with an emphasis on tricopper systems as models of biological multicopper oxidases. The magnetic susceptibility of these complexes were studied, and a linear relation was found between the Cu-O(alkoxide)-Cu angles and the antiferromagnetic coupling between copper centers. The triiron(II) and trizinc(II) complexes of the ligand were also isolated and structurally characterized.

Chapter 3 describes the synthesis of a series of heterometallic tetranuclear manganese dioxido complexes with various incorporated apical redox-inactive metal cations (M = Na⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Zn²⁺, Y³⁺). Chapter 4 presents the synthesis of heterometallic trimanganese(IV) tetraoxido complexes structurally related to the CaMn₃ subsite of the oxygen-evolving complex (OEC) of Photosystem II. The reduction potentials of these complexes were studied, and it was found that each isostructural series displays a linear correlation between the reduction potentials and the Lewis acidities of the incorporated redox-inactive metals. The slopes of the plotted lines for both the dioxido and tetraoxido clusters are the same, suggesting a more general relationship between the electrochemical potentials of heterometallic manganese oxido clusters and their “spectator” cations. Additionally, these studies suggest that Ca²⁺ plays a role in modulating the redox potential of the OEC for water oxidation.

Chapter 5 presents studies of the effects of the redox-inactive metals on the reactivities of the heterometallic manganese complexes discussed in Chapters 3 and 4. Oxygen atom transfer from the clusters to phosphines is studied; although the reactivity is kinetically controlled in the tetraoxido clusters, the dioxido clusters with more Lewis acidic metal ions (Y³⁺ vs. Ca²⁺) appear to be more reactive. Investigations of hydrogen atom transfer and electron transfer rates are also discussed.

Appendix A describes the synthesis, and metallation reactions of a new dinucleating bis(N-heterocyclic carbene)ligand framework. Dicopper(I) and dicobalt(II) complexes of this ligand were prepared and structurally characterized. A dinickel(I) dichloride complex was synthesized, reduced, and found to activate carbon dioxide. Appendix B describes preliminary efforts to desymmetrize the manganese oxido clusters via functionalization of the basal multinucleating ligand used in the preceding sections of this dissertation. Finally, Appendix C presents some partially characterized side products and unexpected structures that were isolated throughout the course of these studies.

Síntese e Polimerização da 2-Fenil-2-oxazolina assistidas por Micro-ondas

Atualmente, a irradiação por micro-ondas tem se mostrado uma boa fonte de energia para a realização de sínteses orgânicas, devido a uma série de vantagens que essa nova tecnologia apresenta. Entretanto, ainda existem poucos estudos sobre polimerizações assistidas por micro-ondas. Neste trabalho foram realizadas a síntese da 2-fenil-2-oxazolina e a sua polimerização, em solução e em massa, assistidas por micro-ondas e pelo método convencional (térmico). As reações irradiadas por micro-ondas foram feitas empregando-se vaso aberto ou fechado, e nas polimerizações foram usados como iniciadores o iodeto de metila e o eterado de trifluoreto de boro. Os heterocíclicos e os polímeros produzidos foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho e ressonância magnética nuclear de núcleo de hidrogênio. Para as reações assistidas por micro-ondas os rendimentos foram bons e compatíveis com os obtidos pelo método convencional. Para a reação de síntese da 2-fenil-2-oxazolina o rendimento ficou na faixa de 70% e de suas polimerizações em torno de 80%, sendo as reações irradiadas por micro-ondas realizadas em um tempo reacional muito inferior ao do método térmico. A técnica de irradiação de micro-ondas para as reações estudadas se mostrou eficiente para os parâmetros utilizados na síntese do monômero e na sua polimerização em massa.

Modificação química da poliacrilonitrila com grupos tetrazol assistida por micro-ondas

Nos últimos anos, a irradiação por micro-ondas tem sido cada vez mais usada na síntese de varias moléculas orgânicas, devido a uma série de vantagens que essa nova tecnologia apresenta. Até o momento, existem poucos estudos sobre polimerizações assistidas por micro-ondas e menos ainda sobre a modificação de polímeros usando essa nova fonte de energia. Polímeros heterocíclicos contendo anéis azóicos, como o tetrazol possuem interesse acadêmico e comercial devido as suas várias aplicações. Nesta Dissertação foi estuda a modificação química da poliacrilonitrila pela incorporação em sua cadeia polimérica de 10% de grupos tetrazol empregando-se a irradiação de micro-ondas e o método convencional (térmico). Foram utilizados um forno de micro-ondas doméstico e um reator de micro-ondas monomodo nas reações assistidas por micro-ondas. As reações em reator foram realizadas em vaso aberto, em solução (DMF) ou em massa, sendo variado o tempo e a temperatura reacional, bem como a potência do equipamento. Os copolímeros produzidos foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e os teores de grupos tetrazol incorporados na PAN foram determinados por titulometria de neutralização. A poliacrilonitrila foi modificada quimicamente com sucesso tanto no forno doméstico quanto no reator de micro-ondas, como foi verificado pela sua análise de FTIR. Pela determinação do grau de incorporação de grupos tetrazol nos polímeros concluiu-se que, para a reação em solução, nas temperaturas mais elevas, bem como em uma potência maior, o teor de heterocíclico incorporado no polímero está muito próximo do valor obtido pelo método convencional. Já as reações conduzidas em massa apresentaram graus de incorporação inferiores as das feitas em solução.

Obtenção do copolímero de acrilonitrila e vinil-tetrazol e sua aplicação como inibidor de corrosão para meio ácido

Polímeros heterocíclicos abrangem uma grande variedade de materiais, desde simples polímeros lineares sintetizados a partir de monômeros do tipo heterocíclicos vinílicos até polímeros altamente funcionalizados e reticulados. Neste trabalho realizou-se a modificação química da poliacrilonitrila com a incorporação de grupos tetrazol em diferentes teores (1%, 2,5%, 5% e 10%). Os copolímeros de acrilonitrila e vinil-tetrazol obtidos foram caracterizados por FTIR e o seu comportamento térmico analisado por DSC e TGA. Os polímeros heterocíclicos foram avaliados como inibidores de corrosão para aço-carbono em meio ácido obtendo-se bons resultados e alcançando, em alguns casos, uma eficiência de inibição média superior a 70%

CICLOADICIONES [3+2] Y [8+2] Y SU APLICACIÓN A LA SÍNTESIS DE MOLÉCULAS MARCADAS Y SENSORES DE ADN FLUORESCENTES

La presente Tesis Doctoral está encaminada hacia el estudio de las cicloadiciones y su aplicación a la síntesis de moléculas marcadas y sensores de ADN fluorescentes. La primera línea de trabajo se basará en el diseño y síntesis de dos nuevos grupos de moléculas fluorescentes basadas en las benzo[a]imidazo[5,1,2-cd]indolizinas y en las 2,3,9c-triazociclo-penta[j,k]fluorenos mediante la cicloadición [8 + 2]. También se lleva a cabo la síntesis de los derivados los aductos [8+2] que pudieran interaccionar con el ADN y posteriores experimentos de unión al ADN de los compuestos sintetizados. Por otro lado, la segunda línea de investigación consistirá en la búsqueda de estrategias sintéticas para la obtención de un precursor de un inhibidor de HDAC para su utilización en estudios de biodistribución mediante técnicas basados en radioactividad, como son la de tomografía por emisión de positrones y el método de disección.

Obtenção do copolímero de acrilonitrila e vinil-imidazol a partir da modificação química da poliacrilonitrila

Polímeros contendo anéis heterocíclicos, como o imidazol, possuem um grande interesse comercial e científico devido ao seu emprego em diversas áreas. Esses polímeros podem ser obtidos pela modificação química de polímeros comerciais como a poliacrilonitrila. Geralmente, esse tipo de reação é realizada por aquecimento convencional (térmico). Entretanto, mais recentemente, a irradiação por micro-ondas também começou a ser utilizada como fonte de energia para esse fim. Nesta Dissertação foi estudada, comparativamente, a modificação química da poliacrilonitrila comercial com etilenodiamina sob ativação de P2S5, empregando como fonte de aquecimento: o método convencional (térmico) e irradiação de micro-ondas, geradas em forno de micro-ondas doméstico e em reator de micro-ondas (Discover CEM), para produzir o copolímero de poliacrilonitrila e 2-vinil-imidazol. As reações foram efetuadas em diferentes tempos reacionais, em diferentes temperaturas no reator de micro-ondas e em diferentes potências do forno doméstico. Os copolímeros produzidos foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e por ressonância magnética de núcleo de hidrogênio (NMR-1H). A poliacrilonitrila foi modificada quimicamente com sucesso em todos os métodos empregados, como foi verificado pela sua análise de FTIR. Os melhores resultados obtidos foram: em 48 h de aquecimento térmico, 20 min de irradiação de micro-ondas em forno doméstico e 20 min a 80C em reator de micro-ondas, no entanto todas as análises indicaram uma derivatização abaixo de 10 %

A new strategy of enhancing two-photon absorption in benzothiazole-containing fluorene molecules: Introduction of auxiliary donor-acceptor effects

A series of benzothiazole-containing fluorene molecules have been designed and their one- and two-photon absorption properties have been investigated theoretically by using the ZINDO method. The effects of electron-excessive/deficient heterocyclic bridges as auxiliary donors (auxD)/acceptors (auxA) on TPA cross-sections were studied. The results show that the molecules with D-pi-auxA-A, D-aux D-pi-A, or D-auxD-pi-auxA-A structure types have large TPA cross-section, which can be a valuable strategy in the design of two-photon absorption materials. Also, a linear relationship between the first hyperpolarizability and the TPA cross-section is observed. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Avaliação do copolímero de acrilonitrila e 2-vinil-2-oxazolina na eficiência de inibição de corrosão química em meio salino

Processos corrosivos geram perdas incalculáveis para a sociedade. Existe, portanto, uma incessante busca por métodos cada vez mais econômicos, eficientes e que não gerem impacto ao meio-ambiente. Polímeros heterocíclicos são macromoléculas de elevada performance que vêm sendo estudados como inibidores de corrosão por atenderem as premissas citadas acima. Neste trabalho realizou-se a modificação química da poliacrilonitrila com a incorporação de grupos 2-vinil-2-oxazolina no teor teórico de 20%. O copolímero obtido e a poliacrilonitrila não modificada foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho e avaliados como inibidores de corrosão para alumínio e aço carbono em meio salino em temperatura de 60C. As concentrações utilizadas foram de 20, 50, 100 e 200 ppm e os períodos de checagem: 1, 2, 3 e 4 semanas. Os polímeros estudados apresentaram atividade inibitória de corrosão apenas para o aço carbono. Para o alumínio, o ensaio em branco apresentou a menor taxa de corrosão dentre todos os ensaios realizados

新型多氮杂环金属配合物的合成及其光谱研究

采用溶液析出法,合成了以2-（2′-羟基-5′-甲基苯基）苯并三唑（HMPB）为配体的多氮杂环金属配合物M（HMPB）2（M=Co,Ni）,利用元素分析、激光解析飞行时间质谱等进行了表征,并研究了新配合物的红外特征光谱和紫外-可见电子吸收光谱。结果表明：HMPB配体通过N和O原子与中心金属以二齿形式配位,中心金属的配位数为4;配合物红外特征吸收谱带位于400～2 500 cm^-1,形成金属配合物后,2-（2′-羟基-5′-甲基苯基）苯并三唑的羟基的伸缩振动吸收、CN振动峰和C─O特征吸收有明显改变,同时确定了配位键M─N和M─O的特征峰位置;配合物在紫外区有强吸收,其最大吸收峰位于335～345 nm。

Modificação química do poli(cloreto de vinila) com nucleófilos nitrogenados assistida por micro-ondas

Nesse trabalho foram realizadas reações de substituição nucleofílica (SN2), utilizando aquecimento térmico convencional e por irradiação de micro-ondas (MO), de alguns átomos cloro em amostras comerciais de poli(cloreto de vinila) (PVC), por grupos nitrila e também por grupos azida. Os grupos nitrila e azida foram substituidos na matriz em diferentes teores (10% e 20%). As reações do PVC com azida foram eficazes, apresentado percentuais de derivatização muito próximos dos valores desejados. Já no estudo com a nitrila não foi obtido o resultado esperado. Os copolímeros PVC azido substituídos foram modificados com propargilato de etila, sob catálise de iodeto de cuproso (CuI), para a obtenção de heterocíclicos do tipo triazólicos. Todos os copolímeros obtidos foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e os teores de nitrogênio incorporado foram determinados por análise elementar (AE). Através da análise dos dados obtidos, foi comprovado que a utilização da irradiação micro-ondas, quando comparada ao aquecimento convencional, é um processo mais seletivo e diminui, significativamente, os tempos de reação

Synthesis, applications and reactivity of 1,2,3-triazolium salts

276 p.

Utilización de reacciones de cicloadición (3+2) en la síntesis de nuevas entidades químicas con actividad inhibitoria del proteasoma

250 p.

Consumo de carnes por forma de preparo no Brasil.

A plausível associação entre o consumo de carnes e o desenvolvimento do câncer colorretal vem sendo em parte explicada pelo processo de formação de aminas heterocíclicas e hidrocarbonetos aromáticos durante a cocção. No Brasil este tipo de câncer encontra-se entre as três mais frequentes causas de óbito por câncer tanto em homens como em mulheres, sendo as regiões Sul e Sudeste as que apresentam as maiores taxas de mortalidade. Este estudo tem como objetivo estimar o consumo médio per capita e prevalência de carnes segundo formas de preparo no Brasil, com ênfase nas técnicas grelhado/brasa/churrasco e frito. Foram utilizados dados do Inquérito Nacional de Alimentação (INA) que faz parte da Pesquisa de Orçamentos Familiares (POF) realizado entre os anos de 2008 e 2009. Nesse inquérito foram analisadas informações referentes ao consumo alimentar de 34.003 indivíduos com dez anos de idade ou mais, contemplando questões a cerca da quantidade de alimentos consumidos em unidades de medidas caseiras, forma de preparo do alimento e local de consumo (alimentação dentro do domicílio ou quando o alimento foi preparado e consumido fora do domicílio). As medias de carnes em geral foram estratificadas por sexo, escolaridade, quarto de renda, grandes regiões geográficas, situação do domicílio (urbano/rural) e local de consumo (dentro/fora do lar). Para a extração dos valores médios per capita consumidos, foram utilizados os procedimentos survey para levar em consideração os efeitos do desenho amostral. Verificou-se que a maior média per capita de consumo em gramas ocorreu no grupo de carne bovina, e a forma de preparo frito apresentou a maior média per capita de ingestão (31 gramas/ dia). Agrupando-se todos os tipos de carnes em apenas uma classe, "carnes em geral", a forma de preparação frita permaneceu com média de consumo demasiadamente maior que a forma grelhado/brasa/churrasco em todas as variáveis analisadas. Quando desagregado pelas variáveis de interesse, a maior média de consumo per capita de carnes em geral ocorreu na mais alta categoria de escolaridade (21 gramas/ dia) para o tipo grelhado/brasa/churrasco e entre residentes da região Norte (111gramas/ dia) para o tipo frito. As menores médias per capita ocorreram entre os indivíduos no primeiro quarto de renda (1,96 gramas/ dia) para aqueles que consumiram grelhado/brasa/churrasco e para as carnes fritas a menor média foi observada fora do domicílio (20 gramas/ dia). Os achados indicam que existe uma acentuada diferença entre o consumo médio per capita de grelhado/brasa/churrasco e fritos entre as regiões brasileiras, sendo mais evidente quando desagregado por variáveis sócio demográficas.