Síntese selectiva de moléculas com potencial interesse biológico. Desenvolvimento de metodologias sustentáveis

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Recent droughts and the impact of North Atlantic Oscillation in Iberia; a spatiotemporal analysis based on vegetation temperature condition Index (VTCI)

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

HOMO-raising strategies in aminocatalysis, from Enamine to Tetraenamine

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Bioorgânica

Application of NMR RDC’s, relaxation and self-diffusion for the study of dynamic processes of small molecules in solution

Spin-lattice Relaxation, self-Diffusion coefficients and Residual Dipolar Couplings (RDC’s) are the basis of well established Nuclear Magnetic Resonance techniques for the physicochemical study of small molecules (typically organic compounds and natural products with MW < 1000 Da), as they proved to be a powerful and complementary source of information about structural dynamic processes in solution. The work developed in this thesis consists in the application of the earlier-mentioned NMR techniques to explore, analyze and systematize patterns of the molecular dynamic behavior of selected small molecules in particular experimental conditions. Two systems were chosen to investigate molecular dynamic behavior by these techniques: the dynamics of ion-pair formation and ion interaction in ionic liquids (IL) and the dynamics of molecular reorientation when molecules are placed in oriented phases (alignment media). The application of NMR spin-lattice relaxation and self-diffusion measurements was applied to study the rotational and translational molecular dynamics of the IL: 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate [BMIM][BF4]. The study of the cation-anion dynamics in neat and IL-water mixtures was systematically investigated by a combination of multinuclear NMR relaxation techniques with diffusion data (using by H1, C13 and F19 NMR spectroscopy). Spin-lattice relaxation time (T1), self-diffusion coefficients and nuclear Overhauser effect experiments were combined to determine the conditions that favor the formation of long lived [BMIM][BF4] ion-pairs in water. For this purpose and using the self-diffusion coefficients of cation and anion as a probe, different IL-water compositions were screened (from neat IL to infinite dilution) to find the conditions where both cation and anion present equal diffusion coefficients (8% water fraction at 25 ºC). This condition as well as the neat IL and the infinite dilution were then further studied by 13C NMR relaxation in order to determine correlation times (c) for the molecular reorientational motion using a mathematical iterative procedure and experimental data obtained in a temperature range between 273 and 353 K. The behavior of self-diffusion and relaxation data obtained in our experiments point at the combining parameters of molar fraction 8 % and temperature 298 K as the most favorable condition for the formation of long lived ion-pairs. When molecules are subjected to soft anisotropic motion by being placed in some special media, Residual Dipolar Couplings (RDCs), can be measured, because of the partial alignment induced by this media. RDCs are emerging as a powerful routine tool employed in conformational analysis, as it complements and even outperforms the approaches based on the classical NMR NOE or J3 couplings. In this work, three different alignment media have been characterized and evaluated in terms of integrity using 2H and 1H 1D-NMR spectroscopy, namely the stretched and compressed gel PMMA, and the lyotropic liquid crystals CpCl/n-hexanol/brine and cromolyn/water. The influence that different media and degrees of alignment have on the dynamic properties of several molecules was explored. Different sized sugars were used and their self-diffusion was determined as well as conformation features using RDCs. The results obtained indicate that no influence is felt by the small molecules diffusion and conformational features studied within the alignment degree range studied, which was the 3, 5 and 6 % CpCl/n-hexanol/brine for diffusion, and 5 and 7.5 % CpCl/n-hexanol/brine for conformation. It was also possible to determine that the small molecules diffusion verified in the alignment media presented close values to the ones observed in water, reinforcing the idea of no conditioning of molecular properties in such media.

Dielectric relaxation and ferromagnetic resonance in magnetoelectric (Polyvinylidene-fluoride)/ferrite composites

In this work the dielectric properties and ferromagnetic resonance of Polyvinylidene- uoride embedded with 10 wt. % of NiFe2O4 or Ni0.5Zn0.5Fe2O4 nanoparticles are presented. The mechanisms of the dielectric relaxation in these two composites do not differ from each other. For more precise characterization of the dielectric relaxation, a two dimensional distribution of relaxation times was calculated from the temperature dependencies of the complex dielectric permittivity. The results obtained from the 2D distribution and the mean relaxation time are found to be consistent. The dynamics of the dielectric permittivity is described by the Arrhenius law. The energy and attempt time of the dielectric relaxators lie in a narrow energy and time region thus proving that the single type chains of polymer are responsible for a dispersion. The magnetic properties of the composites were investigated using the fer- romagnetic resonance. A single resonance line was observed for both samples. From the temperature dependence (100 K - 310 K) of the resonance eld and linewidth, the origin of the observed line was attributed to the NiFe2O4 and Ni0.5Zn0.5Fe2O4 superparamagnetic nanoparticles. By measuring lms at dif- ferent orientations with respect to the external magnetic eld, the angular dependence of the resonance was observed, indicating the magnetic dipolar in-plane interactions.

Effect of ionic liquid anion and cation on the physico-chemical properties of poly(vinylidene fluoride)/ionic liquid blends

Poly(vinylidene fluoride), PVDF, has been blended with different ionic liquids (IL) in order to evaluate the effect of the different IL anions and cations on the electroative -phase, thermal, mechanical and electrical properties of the polymer blend. [C2MIM][Cl], [C6MIM][Cl], [C10MIM][Cl], [C2MIM][NTf2], [C6MIM][NTf2], [C10MIM][NTf2] have been selected and were introduced in the polymer at a weight percentage of 40 wt%. It was found that the incorporation of ILs into the PVDF matrix leads to an increase of the -phase content due to the strong electrostatic interactions between the dipolar moments of PVDF and the ILs. Further, the incorporation of ILs into PVDF strongly decreases the elastic modulus and increases the electrical conductivity of the blend with respect to the pure polymer matrix, all these effects being accompanied by a modification of the crystallization kinetics, as indicated by the modified spherulitic microstructure. Thus, novel PVDF/IL blends films with high transparency, excellent antistatic properties, and highly polar crystal form fraction were successfully achieved.

Síntese de tetrahidroquinolinas a partir da D-eritrose

Dissertação de mestrado em Química Medicinal

Propiedades estructurales y dinámicas de organizaciones supramoleculares de interés biológico: Estudios por Resonancia Magnética

En este proyecto se estudian propiedades estructurales y dinámicas de fluídos complejos, en particular de organizaciones como micelas, vesículas, fases hexagonales, etc. Se pretende profundizar en el conocimiento de diversos aspectos de las membranas biológicas y de proteínas que contienen metales de transición usando sistemas modelo simple. Nuestra aproximación experimental al problema involucra esencialmente el uso de la Resonancia Magnética Nuclear de fosfóro-31, hidrógeno, deuterio y carbono-13 y de Resonancia Paramegnética Electrónica usando marcadores de espín. Se realizan también estudios complementarios de áreas moleculares y presiones de colapso en capas monomoleculares y análisis térmico diferencial. (...) Objetivos generales y específicos: El objetivo del proyecto es contribuir a un mejor entendimiento de las complejas membranas biológicas y del funcionamiento de proteínas que contienen metales de transición estudiando propiedades estructurales y dinámicas y transiciones de fase en organizaciones moleculares más simples. Se estudiará la existencia de transiciones de fase liotrópicas y termotrópicas y el efecto de perturbantes sobre la dinámica molecular en los sistemas seleccionados. En el sistema Zn(d,l-histidina)2.5H2O hemos iniciado varias mediciones de RMN de 1H y 2H en función de temperatura que revelan movimientos cuyas energías de activación hemos calculado. Sin embargo, no hemos logrado hasta el momento determinar unívocamente el tipo de movimiento y los átomos involucrados. Es para esto que pretendemos realizar estudios de RMN en otros núcleos tales como 13C, 14N y 15N e iniciar mediciones más finas de tiempos de relajación spin-spin T2 y spin-red T1 en 1H y 2H y en los núcleos mencionados en función de temperatura. Asimismo, se continuará la caracterización de bicapas y otras fases formadas por fosfolípidos de origen natural a los cuales se agregan gangliósidos y/o colesterol. Se aprovecha que el 31P (de abundancia natural 100%) tiene spin nuclear ½ y que la forma de línea de resonancia, una vez cancelada la interacción dipolar magnética con los hidrógenos, provee a través del corrimiento químico del 31P información del entorno del mismo y así de la organización molecular. Complementariamente, los resultados de RPE nos permitirán conocer la dinámica de la zona hidrofóbica de los agregados y diferenciar micelas de vesículas pequeñas. Esta información no es accesible a partir de mediciones de 31P-RMN.

Fluctuaciones de orden local en sistemas moleculares

Existe actualmente un interés muy difundido por los fluidos anisotrópicos (cristales líquidos, polímeros) debido a la gran cantidad de aplicaciones que se pueden realizar con ellos (por ejemplo en la fabricación de displays, en medicina, biología, etc.). Su estudio también planea interesantes problemas desde un punto de vista de la física fundamental. Sin embargo, a pesar de esto es muy poco lo que se conoce acerca de la dinámica molecular, y el problema está abierto. Las técnicas más apropiadas en este campo son el estudio de las propiedades dieléctricas y la RMN (relajación spin-red). En esta última, hay una gran actividad en el campo experimental con el desarrollo de numerosas técnicas nuevas. Sin embargo, desde el punto de vista de la teoría de la relajación se continúa utilizando aproximaciones semiclásicas. Entonces, es necesario revisar las hipótesis fundamentales de la teoría de la RMN con el fin de extender su campo de aplicación a problemas complejos como los que plantean los fluidos anistrópicos. El propósito general de esta línea de trabajo es el de extender la teoría semiclásica de relajación nuclear en RMN para incluir la naturaleza cuántica del fenómeno. Al cabo de esta investigación se espera poder describir la relajación del orden dipolar en mesofaces ordenadas como los cristales líquidos, ferrofluídos, etc. (...) Al cabo de este período se espera avanzar en las siguientes tareas: 1. Contar con una ecuación maestra para la matriz densidad de spin lo suficientemente general para incluir los efectos mencionados, pero que a la vez permita la comparación con los resultados experimentales. Dejando de lado las suposiciones clásicas de alta temperatura y orden débil, y en el marco de la suposición de temperatura de spin, se estudiará una expansión de la ecuación maestra en inversas de las temperaturas de la red y de spin. Conservando términos de orden mayor que lineal (aproximación clásica) e introduciendo las interacciones spin-spin durante el tiempo de correlación de la red (memoria microscópica) se analizará la dependencia con la frecuencia de Larmor de T1D y T1Z. Las interacciones spin-spin se introducirán mediante un método perturbativo de operadores. 2. Comprender la razón física de la diferencia de comportamiento con la frecuencia de Larmor de los parámetros T1D y T1Z. 3. Generalizar el análisis para aplicarlo al tiempo de relajación spin-red en el sistema rotante T1r.

Síntesis y propiedades fisicoquímicas de estructuras moleculares fotoactivas derivadas de macrociclos tetrapirrólicos y fullereno C60

En el presente plan se diseñaran y sintetizaran nuevas estructuras moleculares derivadas de macrociclos tetrapirrólicos y fullereno C60. Posteriormente, se evaluarán sus propiedades fisicoquímicas y fotodinámicas con el fin de utilizarlos como fotosensibilizadores en la inactivación fotodinámica (PDI) de microorganismos. La síntesis de porfirinas se realizará por la condensación de dipirrometanos, sustituidos en la posición meso, con una mezcla binaria de benzaldehídos catalizada por ácido. Los grupos sustituyentes serán seleccionados de acuerdo a las características del macrociclo pirrólico que se desee obtener. Otra familia de compuestos con propiedades interesantes como fotosensibilizadores son los derivados de fullereno C60, los cuales serán sintetizados mediante la cicloadición 1,3-dipolar entre la función aldehído del sustituyente elegido y el fullereno C60, en presencia de N-metilglicina.Una alternativa interesante de nuevos compuestos para ser evaluados como agentes fotodinámicos son las díadas constituidas por estructuras con diferentes características dadora y aceptora de electrones, tal como porfirina-C60. Estas macromoléculas, son capaces de formar estados de separación de carga fotoinducido, lo que permite no sólo inactivar microorganismos en presencia de oxígeno, sino también en condiciones anóxicas dependiendo del microentorno en el cual se encuentre. La actividad fotodinámica de los nuevos agentes fototerapéuticos será evaluada medios homogéneos y en sistemas microheterogéneos, tales como micelas y ciclodextrinas conteniendo sustratos biológicamente activos. Estos estudios permitirán seleccionar los posibles sensibilizadores para ser aplicados en la PDI. Por lo tanto, el proyecto propone la acción combinada de un fotosensibilizador efectivo, activado por la luz visible en el medio biológico, para producir especies reactivas de oxígeno, las cuales causan un efecto citotóxico que conduce a la muerte celular.

Mecanismes de reacció de sistemes catalítics amb èmfasi en carbens de Fischer i quantificació de l'aromaticitat en petites molècules inorgàniques cícliques i planes.

El tema principal del treball és sobre l'estudi teòric de l'estructura i reactivitat en carbens de Fischer de la forma (CO)5Cr=C(X)R (X= OH, NH2, OMe, NMe2 i R= CHCH2 i Ph). Particularment, el nostre interès va sorgir del tipus de reaccions de cicloadicció que donen lloc a la síntesi de productes naturals i fàrmacs de gran valor afegit. Hem estudiat els mecanismes de reacció dels casos més comuns de cicloanul•lació: la reacció de benzanul•lació de Dötz i ciclopentanulacions que es troben en competència amb el primer cas, derivats de l'inserció de acetilè i fenilacetilè. En l'últim pas de les reaccions que comporten la formació d'un sistema de més d'un anell, hi tenim una migració del complex metàl•lic de crom d'un extrem a un altre anomenat com rearranjament haptotròpic. Aleshores, hem investigat sobre els mecanismes de migració haptotròpica de Cr(CO)3 sobre hidrocarburs aromàtics policíclics analitzant l'efecte de la mida i la curvatura del sistema així com la complexació d'un segon fragment metàl•lic a la manera de coordinació als anells. D'una altre banda, vam estudiar l'aromaticitat en 54 cúmuls cíclics de molecules inorgàniques mitjançant metodologia desenvolupada al nostre grup de recerca i altres. Vam proposar la tècnica del scan-NICS com nova mesura quantitativa d'aromaticitat i reportar l'escassa correlació entre els distints índexs d'aromaticitat a la literatura. Finalment, com resultat de col•laboracions en estades de recerca, he desenvolupat propostes de mecanismes de reacció en sistemes catalítics de isonitrils i fosfinetà-amides i en dímers de gassos nobles.

Síntesi estereoselectiva d'anàlegs ciclobutènics d'L-nucleòsids

En els darrers 30 anys, els anàlegs de nucleòsids han estat una part essencial de la teràpia antiviral. Més recentment, els anàlegs carbocíclics de nucleòsids s'han convertit en importants objectius pel desenvolupament de nous agents terapèutics antivirals i antitumorals, en tant que l'absència de l'enllaç N-glicosídic els confereix una major estabilitat davant l'acció de les fosforilases. Per altra banda, s'ha descrit que alguns nucleòsids de configuració L presenten, en alguns casos, una bona activitat antiviral, una major estabilitat metabòlica i una toxicitat inferior a la dels seus homòlegs de configuració natural. El present treball planteja la síntesi estereoselectiva de derivats ciclobutènics de L-nucleòsids com a agents terapèutics, susceptibles de presentar una major activitat antiviral i una menor toxicitat que els agents actuals. Per assolir aquest objectiu, s'ha construït l'anell ciclobutènic mitjançant una reacció de fotocicloaddició [2+2]. Al mateix temps, s'ha desenvolupat un estudi de la influència del dissolvent en la reacció de fotocicloaddició [2+2] d'enones a alquens halogenats. A més, s'han estudiat diverses condicions de treball per dur a terme la reacció de deshalogenació dels derivats clorats preparats amb la metodologia anterior, utilitzant Zn com a reductor i amb un sistema d'escalfament per microones com a substituent dels mètodes d'escalfament convencionals. Aquest estudi ha permès disminuir notablement el temps d'aquesta reacció, passant de 7 hores a 20 minuts. Les condicions òptimes d'ambdues reaccions determinades amb aquests estudis han permès preparar l'intermedi clau per a la introducció de les bases nitrogenades, essent aquest un potencial precursor dels anàlegs ciclobutènics de nucleòsids, així com sintetitzar el primer producte de la ruta sintètica dissenyada que presenta la base nitrogenada a la seva estructura.

Synthesis and in vitro evaluation of a novel radioligand for αvβ3 integrin receptor imaging: [(18)F]FPPA-c(RGDfK).

The development of RGD-based antagonist of αvβ3 integrin receptor has enhanced the interest in PET probes to image this receptor for the early detection of cancer, to monitor the disease progression and the response to therapy. In this work, a novel prosthetic group (N-(4-fluorophenyl)pent-4-ynamide or FPPA) for the (18)F-labeling of an αvβ3 selective RGD-peptide was successfully prepared. [(18)F]FPPA was obtained in three steps with a radiochemical yield of 44% (decay corrected). Conjugation to c(RGDfK(N3)) by the Cu(II) catalyzed Huisgen azido alkyne cycloaddition provided the [(18)F]FPPA-c(RGDfK) with a radiochemical yield of 29% (decay corrected), in an overall synthesis time of 140min.

Charge dependent substrate activity of C3' and N3 functionalized, organometallic technetium and rhenium-labeled thymidine derivatives toward human thymidine kinase 1.

Human cytosolic thymidine kinase (hTK1) has proven to be a suitable target for the noninvasive imaging of cancer cell proliferation using radiolabeled thymidine analogues such as [(18)F]3'-fluoro-3'-deoxythymidine ([(18)F]FLT). A thymidine analogue for single photon emission computed tomography (SPECT), which incorporates the readily available and inexpensive nuclide technetium-99m, would be of considerable practical interest. hTK1 is known to accommodate modification of the structure of the natural substrate thymidine at the positions N3 and C3' and, to a lesser extent, C5. In this work, we used the copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition to synthesize two series of derivatives in which thymidine is functionalized at either the C3' or N3 position with chelating systems suitable for the M(CO)(3) core (M = (99m)Tc, Re). The click chemistry approach enabled complexes with different structures and overall charges to be synthesized from a common precursor. Using this strategy, the first organometallic hTK1 substrates in which thymidine is modified at the C3' position were identified. Phosphorylation of the organometallic derivatives was measured relative to thymidine. We have shown that the influence of the overall charge of the derivatives is dependent on the position of functionalization. In the case of the C3'-functionalized derivatives, neutral and anionic substrates were most readily phosphorylated (20-28% of the value for the parent ligand thymidine), whereas for the N3-functionalized derivatives, cationic and neutral complexes were apparently better substrates for the enzyme (14-18%) than anionic derivatives (9%).

Off-resonance angiography: a new method to depict vessels--phantom and rabbit studies.

PURPOSE: To evaluate the utility of inversion recovery with on-resonant water suppression (IRON) in combination with injection of the long-circulating monocrystalline iron oxide nanoparticle (MION)-47 for contrast material-enhanced magnetic resonance (MR) angiography. MATERIALS AND METhods: Experiments were approved by the institutional animal care committee. Eleven rabbits were imaged at baseline before injection of a contrast agent and then serially 5-30 minutes, 2 hours, 1 day, and 3 days after a single intravenous bolus injection of 80 micromol of MION-47 per kilogram of body weight (n = 6) or 250 micromol/kg MION-47 (n = 5). Conventional T1-weighted MR angiography and IRON MR angiography were performed on a clinical 3.0-T imager. Signal-to-noise and contrast-to-noise ratios were measured in the aorta of rabbits in vivo. Venous blood was obtained from the rabbits before and after MION-47 injection for use in phantom studies. RESULTS: In vitro blood that contained MION-47 appeared signal attenuated on T1-weighted angiograms, while characteristic signal-enhanced dipolar fields were observed on IRON angiograms. In vivo, the vessel lumen was signal attenuated on T1-weighted MR angiograms after MION-47 injection, while IRON supported high intravascular contrast by simultaneously providing positive signal within the vessels and suppressing background tissue (mean contrast-to-noise ratio, 61.9 +/- 12.4 [standard deviation] after injection vs 1.1 +/- 0.4 at baseline, P < .001). Contrast-to-noise ratio was higher on IRON MR angiograms than on conventional T1-weighted MR angiograms (9.0 +/- 2.5, P < .001 vs IRON MR angiography) and persisted up to 24 hours after MION-47 injection (76.2 +/- 15.9, P < .001 vs baseline). CONCLUSION: IRON MR angiography in conjunction with superparamagnetic nanoparticle administration provides high intravascular contrast over a long time and without the need for image subtraction.