Solid phase synthesis of Smac/DIABLO-derived peptides using a 'Safety-Catch' resin:Identification of potent XIAP BIR3 antagonists

The N-terminal sequence of the Smac/DIABLO protein is known to be involved in binding to the BIR3 domain of the anti-apoptotic proteins IAPs, antagonizing their action. Short peptides and peptide mimetics based on the first 4-residues of Smac/DIABLO have been demonstrated to re-sensitize resistant cancer cells, over-expressing IAPs, to apoptosis. Based on the well-defined structural basis for this interaction, a small focused library of C-terminal capped Smac/DIABLO-derived peptides was designed in silico using docking to the XIAP BIR3 domain. The top-ranked computational hits were conveniently synthesized employing Solid Phase Synthesis (SPS) on an alkane sulfonamide 'Safety-Catch' resin. This novel approach afforded the rapid synthesis of the target peptide library with high flexibility for the introduction of various C-terminal amide-capping groups. The library members were obtained in high yield (>65%) and purity (>85%), upon nucleophilic release from the activated resin by treatment with various amine nucleophiles. In vitro caspase-9 activity reconstitution assays of the peptides in the presence of the recombinant BIR3-domain of human XIAP (500nM) revealed N-methylalanyl-tertiarybutylglycinyl-4-(R)-phenoxyprolyl-N-biphenylmethyl carboxamide (11a) to be the most potent XIAP BIR3 antagonist of the series synthesized inducing 93% recovery of caspase-9 activity, when used at 1µM concentration. Compound (11a) also demonstrated moderate cytotoxicity against the breast cancer cell lines MDA-MB-231 and MCF-7, compared to the Smac/DIABLO-derived wild-type peptide sequences that were totally inactive in the same cell lines.

Preparation of Highly Stable OEG derivatives-functionalized AuNPs and Its Application in LSPR-based Detection of PSA/ACT Complex

The zero-length crosslinker EDC has been widely used to make amide bonds between carboxylic acid and amine groups for bioconjugation because no residues remain in the crosslinked protein. During the conjugation process, EDC activates the carboxyl groups (negatively charged) and forms an unstable amine-reactive intermediate (positively charged). However, the process turns to be a problematic issue if it is applied to modify carboxyl-functionalized and –stabilized Au nanoparticles (AuNPs) due to the fact that the negatively repulsive forces which help to stabilize the AuNPs were disrupted leading to the colloid aggregation. Therefore, to modify the negatively carboxyl-terminated AuNPs while their stability can be maintained yet, we assume that functionalization of the AuNPs using 02 kinds of negatively charged groups which one serves as a linking agent, and the other one plays a role of negative charge maintainer could overcome the impediment.

In this study, the colloidal gold nanoparticles were synthesized by Turkevitch’s method, and then their surface was rationally functionalized with different molar ratios of HS(CH2)11(OCH2CH2)6OCH2COOH and HS(CH2)11(OCH2CH2)3OH (OEG6-COOH/OEG3-OH) by self assembling technique. As a result, the most appropriate molar ratio was found to be 1:10, and the AuNP aggregation was prevented not only in the activation process by EDC but also in the present of high concentration of NaCl as well as over in a wide pH range. This is the first time that extremely stable OEG derivatives-functionalized Au nanoparticles for protein bioconjugation using EDC chemistry is reported, and the results open the door for covalent bioconjugation of AuNPs in biological applications.

Quantification of N-(glucitol)ethanolamine and N-(carboxymethyl)serine:two products of nonenzymatic modification of aminophospholipids formed in vivo

Chemical, nonenzymatic modification of protein and lipids by reducing sugars, such as glucose, is thought to contribute to age-related deterioration in tissue protein and cellular membranes and to the pathogenesis of diabetic complications. This report describes the synthesis and quantification of N-(glucitol)ethanolamine (GE) and N-(carboxymethyl)serine (CMS), two products of nonenzymatic modification of aminophospholipids. GE is the product of reduction and hydrolysis of glycated phosphatidylethanolamine (PE), while CMS is formed through reaction of phosphatidylserine (PS) with products of oxidation of either carbohydrate (glycoxidation) or lipids (lipoxidation). Gas chromatography/mass spectrometry procedures for quantification of the N,O-acetyl methyl ester derivatives of the modified head groups were developed. GE and CMS were quantified in samples of PE and PS, respectively, following incubation with glucose in vitro; CMS formation was dependent on the presence of oxygen during the incubation. Both GE and CMS were detected and quantified in lipid extracts of human red blood cell membranes. The content of GE, but not CMS, was increased in the lipids from diabetic compared to nondiabetic subjects. Measurement of these modified lipids should prove useful for assessing the role of carbonyl-amine reactions of aminophospholipids in aging and age-related diseases.

Optimised extraction of heterocyclic aromatic amines from blood using hollow fibre membrane liquid-phase microextraction and triple quadrupole mass spectrometry

Heterocyclic aromatic amines (HCA) are carcinogenic mutagens formed during cooking of proteinaceous foods, particularly meat. To assist in the ongoing search for biomarkers of HCA exposure in blood, a method is described for the extraction from human plasma of the most abundant HCAs: 2-Amino-1-methyl-6-phenylimidazo(4,5-b)pyridine (PhIP), 2-amino-3,8-dimethylimidazo[4,5-f]quinoxaline (MeIQx) and 2-amino-3,4,8-trimethylimidazo[4,5-f]quinoxaline (4,8-DiMeIQx) (and its isomer 7,8-DiMeIQx), using Hollow Fibre Membrane Liquid-Phase Microextraction. This technique employs 2.5 cm lengths of porous polypropylene fibres impregnated with organic solvent to facilitate simultaneous extraction from an alkaline aqueous sample into a low volume acidic acceptor phase. This low cost protocol is extensively optimised for fibre length, extraction time, sample pH and volume. Detection is by UPLC-MS/MS using positive mode electrospray ionisation with a 3.4 min runtime, with optimum peak shape, sensitivity and baseline separation being achieved at pH 9.5. To our knowledge this is the first description of HCA chromatography under alkaline conditions. Application of fixed ion ratio tolerances for confirmation of analyte identity is discussed. Assay precision is between 4.5 and 8.8% while lower limits of detection between 2 and 5 pg/mL are below the concentrations postulated for acid-labile HCA-protein adducts in blood.

Ultrashort Cationic Naphthalene-Derived Self-Assembled Peptides as Antimicrobial Nanomaterials

Self-assembling dipeptides conjugated to naphthalene show considerable promise as nanomaterial structures, biomaterials, and drug delivery devices. Biomaterial infections are responsible for high rates of patient mortality and morbidity. The presence of biofilm bacteria, which thrive on implant surfaces, are a huge burden on healthcare budgets, as they are highly resistant to current therapeutic strategies. Ultrashort cationic self-assembled peptides represent a highly innovative and cost-effective strategy to form antibacterial nanomaterials. Lysine conjugated variants display the greatest potency with 2% w/v NapFFKK hydrogels significantly reducing the viable Staphylococcus epidermidis biofilm by 94%. Reducing the size of the R-group methylene chain on cationic moieties resulted in reduction of antibiofilm activity. The primary amine of the protruding R-group tail may not be as readily available to interact with negatively charged bacterial membranes. Cryo-SEM, FTIR, CD spectroscopy, and oscillatory rheology provided evidence of supramolecular hydrogel formation at physiological pH (pH 7.4). Cytotoxicity assays against murine fibroblast (NCTC 929) cell lines confirmed the gels possessed reduced cytotoxicity relative to bacterial cells, with limited hemolysis upon exposure to equine erythrocytes. The results presented in this paper highlight the significant potential of ultrashort cationic naphthalene peptides as future biomaterials.

Enhancing Liquid-Phase Olefin-Paraffin Separations Using Novel Silver-Based Ionic Liquids

This paper describes the extraction of C5-C8 linear α-olefins from olefin/paraffin mixtures of the same carbon number using silver(I)/N,N-dimethylbenzamide bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([Ag(DMBA)₂][Tf₂N]) or silver(I)/propylamine bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([Ag(PrNH₂)₂][Tf₂N]) as the extracting agent. The separation performance of the system increased with increasing chain length. [Ag(DMBA)₂][Tf₂N] appeared to outperform [Ag(PrNH₂)₂][Tf₂N] in terms of both selectivity and distribution coefficient. The [Ag(DMBA)₂][Tf₂N] system was successfully modeled using the universal quasi-chemical activity coefficient (UNIQUAC) model. These results support the potential future development of amine/amide-based ligands for producing soluble silver complexes useful for the separation of olefins from paraffins.

X=Y-ZH COMPOUNDS AS POTENTIAL 1,3-DIPOLES .43. METAL-ION CATALYZED ASYMMETRIC 1,3-DIPOLAR CYCLOADDITION REACTIONS OF IMINES AND MENTHYL ACRYLATE

Metallo-azomethine ylides, generated from imines by the action of amine bases in combination with LiBr or AgOAc, undergo cycloaddition with both 1R, 2S, 5R- and 1S, 2R, 5S-menthyl acrylate at room temperature to give homochiral pyrrolidines in excellent yield. The stronger the base the faster the cycloaddition and the greater the yield with: 2-t-butyl-1,1,3,3-tetramethylguanidine > DBU > NEt(3) X-Ray crystal structures of representative cycloadducts establish that the absolute configuration of the newly established pyrrolidine stereocentres is independent of the metal salt and the size of the pyrrolidineC(2)-substituent for a series of aryl and aliphatic imines.

3-Methylpiperidinium ionic liquids

A wide range of room temperature ionic liquids based on the 3-methylpiperdinium cation core were produced from 3-methylpiperidine, which is a derivative of DYTEK® A amine. First, reaction with 1-bromoalkanes or 1-bromoalkoxyalkanes generated the corresponding tertiary amines (Rmβpip, R = alkyl or alkoxyalkyl); further quaternisation reactions with the appropriate methylating agents yielded the quaternary [Rmmβpip]X salts (X(-) = I(-), [CF3CO2](-) or [OTf](-); Tf = -SO2CF3), and [Rmmβpip][NTf2] were prepared by anion metathesis from the corresponding iodides. All [NTf2](-) salts are liquids at room temperature. [Rmmβpip]X (X(-) = I(-), [CF3CO2](-) or [OTf](-)) are low-melting solids when R = alkyl, but room temperature liquids upon introduction of ether functionalities on R. Neither of the 3-methylpiperdinium ionic liquids showed any signs of crystallisation, even well below 0 °C. Some related non-C-substituted piperidinium and pyrrolidinium analogues were prepared and studied for comparison. Crystal structures of 1-hexyl-1,3-dimethylpiperidinium tetraphenylborate, 1-butyl-3-methylpiperidinium bromide, 1-(2-methoxyethyl)-1-methylpiperidinium chloride and 1-(2-methoxyethyl)-1-methylpyrrolidinium bromide are reported. Extensive structural and physical data are collected and compared to literature data, with special emphasis on the systematic study of the cation ring size and/or asymmetry effects on density, viscosity and ionic conductivity, allowing general trends to be outlined. Cyclic voltammetry shows that 3-methylpiperidinium ionic liquids, similarly to azepanium, piperidinium or pyrrolidinium counterparts, are extremely electrochemically stable; the portfolio of useful alternatives for safe and high-performing electrolytes is thus greatly extended.

Proton irradiation of DNA nucleosides in the gas phase

The four DNA nucleosides guanosine, adenosine, cytidine and thymidine have been produced in the gas phase by a laser thermal desorption source, and irradiated by a beam of protons with 5 keV kinetic energy. The molecular ions as well as energetic neutrals formed have been analyzed by mass spectrometry in order to shed light on the ionization and fragmentation processes triggered by proton collision. A range of 8-20 eV has been estimated for the binding energy of the electron captured by the proton. Glycosidic bond cleavage between the base and sugar has been observed with a high probability for all nucleosides, resulting in predominantly intact base ions for guanosine, adenosine, and cytidine but not for thymidine where intact sugar ions are dominant. This behavior is influenced by the ionization energies of the nucleobases (G < A < C < T), which seems to determine the localization of the charge following the initial ionization. This charge transfer process can also be inferred from the production of protonated base ions, which have a similar dependence on the base ionization potential. Other dissociation pathways have also been identified, including further fragmentation of the base and sugar moieties for thymidine and guanosine, respectively, and partial breakup of the sugar ring without glycosidic bond cleavage mainly for adenosine and cytidine. These results show that charge localization following ionization by proton irradiation is important in determining dissociation pathways of isolated nucleosides, which could in turn influence direct radiation damage in DNA.

Direct oxidation of amines to nitriles in the presence of ruthenium-terpyridyl complex immobilized on ILs/SILP

The immobilization of a ruthenium complex (Ru2Cl4(az-tpy)2) within a range of supported ionic liquids ([C4C1im]Cl, [C4C1im][NTf2], [C6C1im]Cl, [C4C1pyrr]Br, [C4C1im]Br, [C4C1pyrr]Cl) dispersed silica (SILP) operates as an efficient heterogeneous catalyst in oxidation of long chain linear primary amines to corresponding nitriles. This reaction follows a “green” route using a cheap and easy to handles oxidant (oxygen or air). The conversion was found to be strongly influenced by the alkyl chain length of the amine substrate and the choice of oxidant. No condensation reaction was observed between the starting amines and the selectivity to nitrile is 100%. Moving from a composition of 20 atm N2/5 atm O2 to 5 atm N2/20 atm O2 led to enhancements in the conversion (n-alkylamines) and selectivity (benzonitrile) which have been correlated with an increase of the solubilized oxygen. This was further supported by using different inert gas (nitrogen, helium, argon)/oxygen mixtures indicating that the O2 solubility in the SILP system, has an important effect on conversions and TON in this reaction using SILP catalysts. Experiments performed in the presence of CO2 led to a different behaviour due to the formation of amine-CO2 adducts. The application of the Weisz–Prater criterion confirmed the absence of any diffusional constraints.

Evidence supporting a role for N-epsilon-(3-formyl-3,4-dehydropiperidino)lysine accumulation in Muller glia dysfunction and death in diabetic retinopathy

Purpose: Recent evidence suggests that neuroglial dysfunction and degeneration contributes to the etiology and progression of diabetic retinopathy. Advanced lipoxidation end products (ALEs) have been implicated in the pathology of various diseases, including diabetes and several neurodegenerative disorders. The purpose of the present study was to investigate the possible link between the accumulation of ALEs and neuroretinal changes in diabetic retinopathy.

Methods: Retinal sections obtained from diabetic rats and age-matched controls were processed for immunohistochemistry using antibodies against several well defined ALEs. In vitro experiments were also performed using a human Muller (Moorfields/Institute of Ophthalmology-Muller 1 [ MIO-M1]) glia cell line. Western blot analysis was used to measure the accumulation of the acrolein-derived ALE adduct N epsilon-(3-formyl-3,4-dehydropiperidino)lysine (FDP-lysine) in Muller cells preincubated with FDP-lysine-modified human serum albumin (FDP-lysine-HSA). Responses of Muller cells to FDP-lysine accumulation were investigated by analyzing changes in the protein expression of heme oxygenase-1 (HO-1), glial fibrillary acidic protein (GFAP), and the inwardly rectifying potassium channel Kir4.1. In addition, mRNA expression levels of vascular endothelial growth factor (VEGF), interleukin-6 (IL-6), and tumor necrosis factor-alpha (TNF alpha) were determined by reverse transcriptase PCR (RT-PCR). Apoptotic cell death was evaluated by fluorescence-activated cell sorting (FACS) analysis after staining with fluorescein isothiocyanate (FITC)-labeled annexin V and propidium iodide.

Results: No significant differences in the levels of malondialdehyde-, 4-hydroxy-2-nonenal-, and 4-hydroxyhexenal-derived ALEs were evident between control and diabetic retinas after 4 months of diabetes. By contrast, FDP-lysine immunoreactivity was markedly increased in the Muller glia of diabetic rats. Time-course studies revealed that FDP-lysine initially accumulated within Muller glial end feet after only a few months of diabetes and thereafter spread distally throughout their inner radial processes. Exposure of human Muller glia to FDP-lysine-HSA led to a concentration-dependent accumulation of FDP-lysine-modified proteins across a broad molecular mass range. FDP-lysine accumulation was associated with the induction of HO-1, no change in GFAP, a decrease in protein levels of the potassium channel subunit Kir4.1, and upregulation of transcripts for VEGF, IL-6, and TNF-alpha. Incubation of Muller glia with FDP-lysine-HSA also caused apoptosis at high concentrations.

Conclusions: Collectively, these data strongly suggest that FDP-lysine accumulation could be a major factor contributing to the Muller glial abnormalities occurring in the early stages of diabetic retinopathy.

A small supramolecular system which emulates the unidirectional, path-selective photoinduced electron transfer (PET) of the bacterial photosynthetic reaction centre (PRC)

The singlet excited state of the 4-aminonaphthalimide fluorophore in 1a and 1b directs electron transfer from intramolecular but external amine groups along only one of two available paths.

Marine Biosilica as a Tool to Understand the Therapeutic Benefit of Silica in Bone Repair

It is widely accepted that silicon-substituted materials enhance bone formation, yet the mechanism by which this occurs is poorly understood. This work investigates the potential of using diatom frustules to answer on fundamental questions surrounding the role of silica in bone healing. Biosilica with frustules 20m were isolated from Cyclotella meneghiniana a unicellular microalgae that was sourced from the Mississippi River, USA. Silanisation chemistry was used to modify the surface of C. meneghiniana with amine (–NH2) and thiol (–SH) terminated silanes. Untreated frustules and both functionalised groups were soaked in culture medium for 24hrs. Following the culture period, frustules were separated from the conditioned medium by centrifugation and both were tested separately in vitro for cytotoxicity using murine-monocyte macrophage (J774) cell line. Cytotoxicity was measured using LDH release to measure damage to cell membrane, MTS to measure cell viability and live-dead staining. The expression and release of pro-inflammatory cytokines (IL-6 and TNF) were measured using ELISA. Our results found that diatom frustules and those functionalised with amino groups showed no cytotoxicity or elevated cytokine release. Diatom frustules functionalised with thiol groups showed higher levels of cytotoxicity. Diatom frustules and those functionalised with amino groups were taken forward to an in vivo mouse toxicity model, whereby the immunological response, organ toxicity and route of metabolism/excretion of silica were investigated. Histological results showed no organ toxicity in any of the groups relative to control. Analysis of blood Si levels suggests that modified frustules are metabolised quicker than functionalised frustules, suggesting that physiochemical attributes influence their biodistribution. Our results show that diatom frustules are non cytotoxic and are promising materials to better understand the role of silica in bone healing.

Novel furan polymer materials based on the reversible Diels-Alder reaction

A futura e inevitável escassez dos recursos fósseis, juntamente com o aumento imprevisível dos seus preços, levou, nas últimas décadas, a um aumento impressionante de iniciativas dedicadas não só à procura de fontes alternativas de fornecedores de energia, mas também de produtos químicos e polímeros a partir de fontes renováveis, em particular da biomassa vegetal. Entre estes, os polímeros derivados de monómeros furânicos constituem uma classe única de materiais cujas estruturas podem, em princípio, simular virtualmente os seus homólogos actualmente derivados de recursos fósseis. O anel furânico é uma estrutura heterocíclica com um carácter diénico pronunciado, o que torna-o um dieno particularmente apropriado para a reacção de Diels-Alder (DA) com dienófilos como a maleimida. Um dos aspectos mais relevantes da reacção de DA é a sua reversibilidade em função da temperatura, a qual permite que os aductos sejam facilmente revertidos nos seus precursores por aumento da temperatura (reacção de retro-DA). No caso específico da combinação furano-maleimida, a formação do aducto predomina até cerca de 60ºC, enquanto a reacção inversa é dominante acima de 100ºC. A combinação desta característica da reacção de DA com a química de compostos furânicos pode abrir um novo caminho para a preparação de materiais macromoleculares funcionais com base em fontes renováveis e com aplicações promissoras como auto-reparação e reciclabilidade. O principal objectivo desta Tese, é a síntese e caracterização de novos materiais poliméricos termo-reversíveis, aplicando a reacção de DA a monómeros complementares com estruturas dos tipos furânico (o dieno, designado por A) e de maleimida (o dienófilo, designado por B). A primeira etapa neste trabalho envolveu a síntese, purificação e caracterização de novos monómeros furânicos e de maleimida do tipo AA, A3, BB, B3, AB, AB2, cada um com diferentes grupos separadores das funções reactivas. Posteriormente, estes monómeros foram polimerizados e despolimerizados por ciclos de DA/retro-DA utilizando diferentes combinações. A formação e dissociação de todos os aductos de DA foram seguidas por ambas espectroscopias de UV e RMN de 1H. O primeiro sistema de DA estudado foi uma combinação modelo entre reagentes mono-funcionais (-A+-B), nomeadamente o acetato furfurílico (FA) e a N-metilmaleimida (MM), ambos comercialmente disponíveis. O objectivo desta abordagem foi estudar a cinética e o equilíbrio da formação/dissociação dos aductos de DA e obter indicações sobre as condições mais adequadas a serem usadas na preparação dos correspondentes novos materiais macromoleculares. Além disso, pretendia-se verificar a presença ou ausência de reacções secundárias que poderiam intervir em ambas as vias directa e inversa das reacções, mesmo após vários ciclos. A espectroscopia de UV forneceu informação quantitativa sobre a cinética de formação do aducto através da diminuição progressiva da absorvência máxima a 293 nm correspondente ao grupo maleimida, a diferentes temperaturas (35, 50, 65 ºC) Reciprocamente, a correspondente reacção de retro-DA foi seguida a 90 ºC através do aumento do mesmo pico. A reversibilidade destes sistemas foi verificada com sucesso após uma sequência de ciclos de DA/retro-DA. Adicionalmente, verificou-se que os espectros originaram um ponto isosbéstico, provando que estes sistemas não envolvem quaisquer reacções secundárias. Uma vez que foi usado um excesso de FA, as reacções de DA modelo apresentaram um comportamento cinético de pseudo-primeira ordem, com a constante de velocidade k mais alta (2.1x10-5 dm3mol-1s-1) para T=65 ºC. A correspondente energia de activação foi de 39.0 kJ.mol-1. A reacção de retro-DA seguiu um comportamento de primeira ordem, com constante de velocidade de 1.6x10-6 s-1. A evolução deste sistema por RMN de 1H a 65ºC deu-nos informações mais detalhadas sobre a sua evolução estrutural, ou seja, à medida que a intensidade dos picos atribuídos à formação do aducto aumentaram progressivamente ao longo do tempo, os pertencentes aos reagentes iniciais diminuiram proporcionalmente. O “rendimento final”, calculado após 20 dias à temperatura ambiente, foi de aproximadamente 70%. A reacção de retro-DA foi depois seguida a 90ºC, observando-se tal como na espectroscopia de UV, o deslocamento da reacção no sentido da regeneração dos reagentes de partida. A viabilidade de múltiplos ciclos de DA/retro-DA estabelecidos pela espectroscopia de UV foi igualmente confirmada por RMN de 1H. O passo seguinte envolveu o estudo de um sistema de policondensação linear baseado no crescimento gradual por reacção de DA entre um monómero bisfurânico A-A e um do tipo bismaleimida B-B, seguindo a mesma abordagem que no sistema modelo. O poliaducto linear foi obtido a partir de soluções equimolares dos monómeros, por reacção de DA a 65ºC. O progresso desta polimerização foi seguido por espectroscopia de UV e RMN de 1H e, mais qualitativamente, pelo aumento da viscosidade do meio. A reacção seguiu um comportamento de segunda ordem, com uma constante de velocidade de 9.4x10-6 dm3mol-1s-1, e observou-se novamente um ponto isosbéstico nos dados de UV. Os espectros de RMN apresentaram o padrão esperado, nomeadamente o aumento progressivo dos sinais associados ao aducto e a correspondente diminuição dos grupos furano e maleimida livres. A despolimerização do poliaducto através da reacção de retro-DA foi seguida a 110ºC usando as mesmas técnicas. Os dados de UV mostraram o retorno progressivo da absorção dos grupos de maleimida, seguindo um comportamento cinético de primeira ordem, com constante de velocidade de 2.5x10-6 s-1, até à completa regeneração de ambos os monómeros. Os espectros de RMN providenciaram mais uma vez informação estrutural sobre o progresso da despolimerização, a qual foi acompanhada por uma diminuição progressiva da viscosidade. Adicionalmente, para seguir a retro- DA, adicionou-se um excesso de composto furânico monofuncional, nomeadamente o 2,5-dimetilfurano (DMFu), ao sistema de modo a bloquear as funções maleimida complementares, evitando assim a repolimerização após arrefecimento. Os productos isolados foram então o monómero bisfurânico AA, DMFu que não reagiu e o bisaducto não-polimerizável de BB com DMFu. Este resultado indicou claramente que o polímero foi de facto revertido nos seus monómeros durante a reacção de retro-DA. O terceiro sistema estudado foi outra polimerização linear, seguindo as mesmas condições experimentais que os anteriores, mas com uma estratégia diferente de modo a contornar o problema clássico de assegurar a estequiometria exacta dos monómeros. As estruturas dos monómeros utilizados incorporam ambos os grupos reactivos, i.e, moléculas do tipo A-B. A polimerização prematura destes monómeros intrinsecamente reactivos foi evitada com a protecção do grupo maleimida na forma de um aducto de DA com furano, até a incorporação do substituinte furânico na outra extremidade. Portanto, a policondensação destes monómeros foi iniciada após a desprotecção in situ deste composto mediante aquecimento, seguido de arrefecimento até à temperatura adequada para polimerizar. Os resultados obtidos por UV e RMN sugerem que de facto o uso de monómeros do tipo A-B oferece um melhor sistema linear. Em seguida, foram estudados sistemas de policondensação não-linear por reacção de DA, entre monómeros (um ou ambos) com funcionalidade superior a dois, nomeadamente sistemas do tipo A3+B-B ou A-A+B3, seguindo mais uma vez as mesmas condições experimentais. Uma vez que utilizam monómeros complementares contendo, em média, mais de duas funcionalidades, estes sistemas conduzem a materiais reticulados. Nestes estudos, foram usadas três razões molares de [maleimida]/[furano], nomeadamente 1.0, 0.75 e 0.5, de modo a estudar ambas as situações de não-gelificação e reticulação. Ambos sistemas apresentaram um comportamento regular e boa reciclabilidade quer para gerar situações que possam conduzir à formação de redes a diferentes graus de conversão, ou que possam parar antes da sua obtenção, conforme previsto pela equação de Flory-Stockmayer. Como esperado, a utilização de grupos complementares em quantidades estequiométricas produziu o espessamento mais rápido e a reticulação quase completa; à medida que a quantidade relativa de monómero trifuncional decresceu, as reacções pararam antes da reticulação, ou seja, originaram meios altamente viscosos contendo polímeros solúveis altamente ramificados. As reacções de retro-DA a 110 ºC conduziram à gradual dissolução das partículas de gel (quando presentes), tendo sido comprovado pelos espectros de UV e de RMN de 1H, evidenciado a regeneração dos monómeros. Tal como no sistema do tipo A-A+B-B, a reacção de retro-DA foi seguida adicionando um excesso de DMFu ao sistema reaccional. Como esperado, os produtos finais foram os monómeros furânicos, o DMFu em excesso e o trisaducto ou o bisaducto maleimida-DMFu, o que confirma a eficiência da despolimerização com regeneração dos monómeros iniciais. O último sistema de policondensação por reacção de DA envolveu um monómero assimetricamente substituído do tipo AB2, capaz de originar estruturas macromoleculares hiper-ramificadas que não reticulam. Este estudo preliminar deste sistema foi seguido nas mesmas condições experimentais que os anteriores, apresentando um comportamento com as características esperadas.

Novos derivados porfirínicos: síntese e potenciais aplicações em PDT

O trabalho apresentado nesta dissertação descreve estudos desenvolvidos segundo três metodologias para a funcionalização de meso-tetra-arilporfirinas; uma delas baseada na funcionalização com diazo compostos, outra na reacção de Suzuki-Miyaura e a terceira na reacção de metátese. O presente documento é composto por quatro partes distintas. Na primeira parte são feitas considerações gerais sobre propriedades e aplicações de macrociclos porfirínicos. Na segunda parte é apresentado o trabalho realizado na funcionalização de porfirinas com diazo compostos através de reacções de inserção com um catalisador de ródio(II). Este estudo envolveu a preparação de duas porfirinas com grupos O-H e N-H nas posições para dum substituinte meso-fenilo. Os estudos iniciaram-se com a reacção de 5-(4-hidroxifenil)-10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) com diazoacetato de etilo na presença de Rh2(OAc)4. Obteve-se o produto esperado de inserção com bons rendimentos. A reacção de 5-(4-aminofenil)- 10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) com esse diazo composto na presença de Rh2(OAc)4 mostrou um perfil diferente do da reacção com o outro porfirinato. Foram obtidos três produtos, a saber: produto de bis-inserção e dois outros contendo o grupo funcional amida. Este capítulo descreve ainda a síntese de glicoporfirinas e de glicoclorinas através de reacções de inserção e de ciclopropanação envolvendo, respectivamente, os complexos 5-(4-hidroxifenil)- 10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) e 5,10,15,20- tetraquis(pentafluorofenil)porfirinatozinco(II) com α-diazoacetatos com substituintes sacarídicos. Foram usados, como catalisadores, Rh2(OAc)4 e CuCl, respectivamente, na reacção de inserção e na de ciclopropanação. Tendo em vista a sua aplicação em PDT, os novos produtos foram descomplexados e a unidade glicosídica foi desprotegida. Estudos de geração de oxigénio singuleto mostraram que os compostos obtidos são bons geradores dessa espécie citotóxica. Foram também realizados estudos de avaliação da actividade fotodinâmica em células humanas tumorais HeLa e em células humanas saudáveis HaCaT. Estudos de viabilidade celular, após tratamento fotodinâmico, mostraram que as glicoclorinas são mais eficazes na fotoinactivação das células tumorais. Apenas o derivado da clorina com a unidade de galactose mostrou selectividade para a linha celular tumoral, inibindo o crescimento desta e não causando efeito significativo na linha celular saudável. Este fotossensibilizador não foi tóxico na ausência de luz e depois do tratamento fotodinâmico e em condições sub-letais, provocou vacuolização citoplasmática e retracção pronunciada nas células tumorais, enquanto que nas células saudáveis os danos sofridos foram escassos. Nos estudos de localização celular este fotossensibilizador localizou-se na membrana citoplasmática e nos lisossomas tanto nas células HeLa como nas HaCaT. Na terceira parte deste trabalho são descritos os resultados obtidos nos estudos de funcionalização de porfirinas através da reacção de Suzuki-Miyaura. O complexo 2-(4,4,5,5,-tetrametil-1,3,2-dioxaborolan-2-il)-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatozinco(II) foi o composto escolhido como reagente de partida. Usando a reacção de Suzuki foi possível sintetizar complexos β-bromoarilporfirínicos em bons rendimentos. Estes complexos foram sujeitos à reacção de Suzuki com pinacolborano, tendo sido possível obter os produtos de acoplamento esperados e ainda derivados diméricos de complexos porfirínicos ligados por unidades fenileno. Esta metodologia reacional, catalisada por paládio, permitiu ainda sintetizar novos derivados quinolona-porfirina através da reacção do complexo porfirínico β-borilado anteriormente referido com bromo-quinolonas Nsubstiuídas com grupos alquílicos e glicosídicos. Deste modo foram obtidos derivados quinolona-porfirina em bons rendimentos. Com vista a realizar estudos de potencial aplicação em PACT, foram hidrolisados os grupos éster da unidade de quinolona e clivados os grupos protectores das unidades glicosídicas desses derivados. No estudo por MS Tandem (MS/MS) foi possível verificar que os isómeros dos derivados quinolona-porfirina sofrem as mesmas vias de fragmentação, confirmando as suas estruturas análogas. Foi possível ainda distinguir os derivados em que a unidade de porfirina está ligada à quinolona através da posição C-6 da quinolona daqueles em que a unidade de porfirina está ligada à quinolona através da sua posição C-7. Os estudos de geração de oxigénio singuleto mostraram que as porfirinas β- substituídas com unidades de quinolona são melhores geradoras desta espécie citotóxica do que a tetrafenilporfirina e que a eficiência que têm em gerar essa espécie é afectada pela posição da ligação entre a porfirina e a quinolona, assim como com o tipo do N-substituinte da quinolona. As bases livres dos conjugados quinolona-porfirinatos foram testadas como fotossensibilizadores em PACT em células do parasita Leishmania Braziliensis, tendo-se observado que estes compostos têm capacidade para fotoinactivar este parasita. Na quarta parte deste trabalho são descritos os resultados dos estudos de funcionalização de porfirinas através da reacção de metátese com catalisador de Grubbs, visando a obtenção de novos macrociclos com grupos triazolilo. Verificouse que a eficiência da reacção de metátese cruzada entre 2-vinil-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatozinco(II) e 4-vinil-1,2,3-triazóis N-substituídos dependia das condições reaccionais e do triazol usado em cada caso. Foi possível ainda concluir que o impedimento estéreo das espécies envolvidas é um dos responsáveis pelo ciclo catalítico prosseguir por uma via secundária, originando uma espécie de ruténio pouco eficiente como catalisador. Este estudo foi estendido à reacção dos 4-vinil-1,2,3-triazois seleccionados com 2-butadienil-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatoniquel(II); em cada caso foi possível obter uma mistura de isómeros dos derivados triazol-porfirina, geralmente em maiores rendimentos globais do que na reacção com 2-vinil-5,10,15,20-tetrafenilporfirinatozinco(II). Este facto será indicativo de que a reacção de metátase com esse derivado porfirínico segue, predominantemente, a via mais eficiente.