Structural studies of trans-N2S2 copper macrocycles

The X-ray crystal structures of two related trans-N2S2 copper macrocycles are reported. One was isolated with the copper in the divalent form and the other with copper in its univalent form affording a valuable insight into the changes of geometry and metrical parameters that occur during redox processes in macrocyclic copper complexes. A variable temperature NMR study of the copper(I) complex is reported, indicative of a chair-boat conformational change within the alkyl chain backbone of the macrocycle. It was possible to extract the relevant kinetic and thermodynamic parameters (?G‡, 57.8 kJ mol-1; ?H‡, 52.1 kJ mol-1; ?S‡, -19.2 J K-1 mol-1) for this process at 298 K. DFT molecular orbital calculations were used to confirm these observations and to calculate the energy difference (26.2 kJmol-1) between the copper(I) macrocycle in a planar and a distorted tetrahedral disposition.

A study of the reaction of divalent transition metal chlorides with pyridinium poly(hydrogen fluoride), ppht, and the effect of potassium hydrogen fluoride on fluorination and complexation

Studies of the reaction of metal chlorides, MCl2 (M = Mn, Co, Ni, Cu, Zn) with PPHF at room temperature have shown that Mn, Co and Zn form the corresponding metal fluorides, MF2, while Ni and Cu form their dipyridine metal(II) dichloride complexes. Nickel and copper complexes further undergo fluorination and complexation by potassium hydrogen fluoride in PPHF to form KNiF3 and KCuF3.

Avaliação de aminoácidos como inibidores de corrosão para cobre em meio de água do mar artificial

Inibidores de corrosão são substâncias que quando adicionadas a um meio agressivo, diminuem ou previnem a reação de oxidação de um metal com este meio e/ou as reações de redução de espécies presentes no meio. Para a inibição da corrosão de cobre e suas ligas em meios ácidos ou neutros, o inibidor mais empregado é o benzotriazol (BTAH), o qual forma complexos com os íons Cu (I) e Cu (II) na superfície do metal, diminuindo o processo corrosivo. A preocupação com a preservação ambiental e a toxicidade de inibidores de corrosão vem sendo discutida na literatura. Vários estudos têm-se intensificado usando aminoácidos, como proposta para substituição ao BTAH, considerado tóxico. Entre os aminoácidos estudados, dois apresentavam enxofre em suas moléculas (cisteína e metionina) e um outro sem heteroátomo na cadeira lateral (glicina). As concentrações variaram entre 10-2 a 10-4 mol/L e pH da solução entre 7,2 e 8,4. Foram realizadas medidas gravimétricas (ensaios de imersão total) e técnicas eletroquímicas, tais como polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica. A caracterização morfológica da superfície do substrato após os ensaios de imersão total (743 horas) foi feita por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS ou EDX) e difração de raios X (DRX). Embora os resultados com aminoácidos tenham sido sempre muito inferiores àqueles obtidos na presença de BTAH, comportamentos semelhantes em função da concentração dos aminoácidos puderam ser observados pelos diagramas de Nyquist. Contudo, com exceção dos resultados verificados para o meio contendo cisteína 10-2 mol/L, todas as eficiências de inibição para os meios contendo aminoácidos, obtidas pelos ensaios de imersão total, foram negativas, mostrando que o tempo de exposição também pode ser relevante para o desempenho destes inibidores. Entre todos os aminoácidos testados, os meios contendo glicina apresentaram os piores desempenhos anticorrosivos, inclusive acelerando o processo de dissolução anódica do cobre. Esse resultado pode estar relacionado à faixa de pH das soluções testadas e à solubilidade dos complexos de cobre formados com os aminoácidos, mostrando que uma faixa ótima de pH também deve ser assegurada para aprimorar a ação destes aminoácidos como inibidores de corrosão

An efficient Cu(II)-bis(oxazoline)-based polymer immobilised ionic liquid phase catalyst for asymmetric carbon–carbon bond formation

The asymmetric Diels-Alder reaction between N-acryloyloxazolidinone and cyclopentadiene and the Mukaiyama-aldol reaction between methylpyruvate and 1-phenyl-1-trimethylsilyloxyethene have been catalysed by heterogeneous copper(II)-bis(oxazoline)-based polymer immobilised ionic liquid phase (PIILP) systems generated from a range of linear and cross linked ionic polymers. In both reactions selectivity and ee were strongly influenced by the choice of polymer. A comparison of the performance of a range of Cu(II)-bis(oxazoline)-PIILP catalyst systems against analogous supported ionic liquid phase (SILP) heterogeneous catalysts as well as their homogeneous counterparts has been undertaken and their relative merits evaluated.

Matéria húmica de sapal: variações estruturais e complexação com o cobre

No presente trabalho foram estudadas as variações na composição, estrutura e comportamento das substâncias húmicas sedimentares (SHS), promovidas pela presença de duas espécies de plantas da família Chenopodiacea, presentes nos sapais da Ria de Aveiro: a Halimione portulacoides e a Arthrocnemum fruticosum. Para além das variações espaciais horizontais, foram investigadas as variações ao longo de um perfil de profundidades. Desta forma, para além da camada superficial (0-10 cm) de sedimentos com diferentes espécies de plantas e sem plantas, também foram investigadas camadas de sedimentos intermédia (20-25 cm) e profunda (45-50 cm). Para a extracção das SHS recorreu-se a uma pequena modificação do método proposto pela International Humic Substances Society (IHSS) para extracção e purificação de substâncias húmicas de solos. As SH extraídas foram caracterizadas através dos métodos espectroscópicos de absorção no ultravioleta visível, de fluorescência molecular síncrona, de absorção no infravermelho com transformadas de Fourier (FTIR) e de RMN 13C em estado sólido. Estas técnicas de caracterização foram complementadas pela análise elementar e termogravimetria. Em algumas amostras, foram ainda determinados o conteúdo em alguns metais por ICP-AES e o conteúdo funcional ácido por titulações potenciométricas. Após exaustiva caracterização das amostras de AH, procedeu-se ao estudo da sua capacidade de complexação com o cobre, recorrendo a titulações monitorizadas por fluorescência molecular síncrona. Os resultados revelaram que a colonização de sedimentos por plantas vasculares superiores conduz a uma alteração profunda no ambiente sedimentar e que esta é reflectida na diagénese das substâncias húmicas sedimentares, tendo-se observado variações a uma pequena escala espacial. O estudo deste tipo de variações nunca tinha sido efectuado em trabalhos anteriores. Nos ácidos fúlvicos detectaram-se diferenças na composição e estrutura das amostras correspondentes às camadas superiores de sedimentos, reflectindo a presença de diferentes colonizações vegetais. Relativamente aos ácidos húmicos, foi possível classificá-los em dois tipos distintos. Os AH do tipo I correspondem aos sedimentos superficiais e intermédios dos locais com plantas. Neste tipo de AH verificou-se uma incorporação de polissacarídeos e estruturas peptídicas, em estados de humificação pouco desenvolvidos. Os AH do tipo II correspondem aos sedimentos mais profundos de todos os locais e aos intermédios do local sem plantas e caracterizam-se por um maior grau de humificação e polimerização, um maior conteúdo aromático e de estruturas conjugadas e um maior conteúdo de grupos carboxílicos. Essas diferenças estruturais conduzem a diferentes comportamentos ácido/base e de complexação com o cobre. Assim, os AH do tipo I, que apresentam sinais espectroscópicos mais baixos associados a grupos carboxílicos e fenólicos, têm menor conteúdo de grupos funcionais ácidos e menor capacidade de complexação com o cobre quando se consideram ligandos característicos de unidades aromáticas conjugadas. Relativamente aos valores de log K dos complexos de AHS com o cobre, as amostras representativas da camada superficial dos sedimentos com plantas apresentaram valores superiores aos das restantes amostras de AH estudadas, cujos valores de log K são similares entre si. Atendendo aos resultados de análise elementar e espectroscópica, este facto pode estar associado à presença de compostos de azoto não peptídicos. Quanto a outros ligandos para o cobre, nomeadamente os representativos de estruturas peptídicas contendo o aminoácido triptofano e estruturas aromáticas simples, não foi possível obter resultados conclusivos. Dado que os ácidos húmicos do tipo I demonstraram um maior conteúdo peptídico e menor conteúdo aromático, o estudo destes ligandos torna-se importante para compreender melhor o efeito da presença de plantas nos sedimentos de sapal sobre o comportamento dos ácidos húmicos sedimentares como ligandos para o cobre. Refere-se ainda que foram detectadas certas especificidades na variação das características do sedimento e das substâncias húmicas com a profundidade nos diferentes locais estudados que não podem ser explicadas meramente com a presença de material vegetal oriundo de diferentes espécies de plantas, requerendo um conhecimento mais aprofundado das comunidades bentónicas e do ambiente físico-químico do sedimento.

Thiram in the environment: effect of humic substances and Cu(II) ions

Em Portugal, o tirame é um dos fungicidas mais utilizados, cujas vendas aumentaram significativamente nos últimos anos, sendo também um dos fungicidas mais utilizados em todo o mundo. No entanto, em comparação com outros pesticidas, existe falta de informação na literatura sobre o seu comportamento em sistemas ambientais, nomeadamente, no que diz respeito à sua degradação no solo ou em águas e produtos a que dá origem. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar a influência das substâncias húmicas e iões cobre no comportamento e destino do tirame no meio ambiente. Foram realizados vários estudos para analisar o comportamento do tirame em solos com diferentes conteúdos de matéria orgânica e de iões cobre, e em águas naturais, estudando como as substâncias húmicas, os iões cobre e a luz solar podem afetar a sua degradação. Os estudos de adsorção-desadsorção do tirame nos solos revelaram que a matéria orgânica do solo e o conteúdo de cobre afetavam os processos de adsorção-desadsorção do tirame, influenciando a sua lixiviação e persistência no solo. De facto, verificou-se que o teor de cobre do solo tinha um efeito bastante marcante no processo de adsorçãodesadsorção do tirame. Verificou-se a ocorrência de reações entre o tirame e os iões cobre, cuja extensão durante os estudos de adsorção pode ser fortemente dependente do teor de cobre do solo e da concentração inicial de tirame em solução. Assim, a escolha do tempo de equilíbrio em estudos de adsorção e a determinação das isotérmicas de adsorção ao solo torna-se uma tarefa difícil. Além disso, os complexos formados com o cobre existente no solo são persistentes, não sendo facilmente lixiviados para as águas subterrâneas. Conclui-se que os iões cobre(II) podem contribuir para a imobilização do tirame no solo e o aumento da persistência dos seus resíduos ligados ao cobre. A partir de estudos de recuperação do tirame em águas naturais verificou-se a ocorrência de uma rápida degradação do tirame, devido provavelmente aos iões metálicos, nomeadamente, iões cobre. Verificou-se que dependendo da razão tirame:Cu podiam ocorrer dois processos: (i) complexação entre o tirame e o cobre, quando não há excesso de iões cobre, sendo o complexo formado mais persistente que o tirame; (ii) ou, quando há um grande excesso de iões cobre, a degradação do tirame e a estabilização dos produtos de degradação por complexação, podendo formar-se complexos que permanecem sem alteração em solução durante pelo menos dois meses. No geral, foi possível, pela primeira vez, identificar alguns dos complexos de cobre formados ao longo do tempo. Por fim, estudou-se a cinética de fotodegradação do tirame em solução aquosa sob a ação da luz solar e identificaram-se, pela primeira vez, três fotoprodutos. Verificou-se um aumento da velocidade de fotodegradação do tirame na presença de substâncias húmicas. Assim, podemos concluir que a matéria orgânica, os iões cobre(II) e a luz solar têm um efeito importante no comportamento do tirame no meio ambiente. Contudo, os iões cobre têm um efeito mais marcante na degradação e persistência dos produtos que são formados.

Versatile binding properties of a di-2-pyridyl ketone nicotinoylhydrazone ligand: Crystal structure of a Cu(II) complex

Six new copper complexes of di-2-pyridyl ketone nicotinoylhydrazone (HDKN) have been synthesized. The complexes have been characterized by a variety of spectroscopic techniques and the structure of [Cu(DKN)2]·H2O has been determined by single crystal X-ray diffraction. The compound [Cu(DKN)2]·H2O crystallized in the monoclinic space group P21 and has a distorted octahedral geometry. The IR spectra revealed the presence of variable modes of chelation for the investigated ligand. The EPR spectra of compounds [Cu2(DKN)2( -N3)2] and [Cu2(DKN)2( -NCS)2] in polycrystalline state suggest a dimeric structure as they exhibited a half field signal, which indicate the presence of a weak interaction between two Cu(II) ions in these complexes

Isomerism and C-H, C-C, O-O, C-O bond activation studies by transition metals

Aquesta tesi és el reflex que de la cooperació entre grups experimentals i grups teòrics s'aconsegueix l'assoliment d'objectius inassolibles de forma individual. A partir de la DFT s'expliquen processos inorgànics i organometàl·lics de gran valor biològic i/o industrial. La tesi està enfocada especialment a l'estudi de complexos mononuclears i binuclears de coure, on té lloc l'activació d'enllaços C-H, C-C, i O-O. L'estudi de complexos octaèdrics de ruteni ha permès dur a terme extensos estudis isomèrics i racionalitzar les propietats espectroscòpiques dels mateixos. A més a més, estudis més puntuals respecte clusters de coure, l'estudi de la reacció de Pawson-Khand, l'estudi d'enllaços Pt-Pt en complexos trimèrics de platí, a més a més de l'estudi de la isomeria de complexos de Ni i Pt.

Cascade dicopper architectures of a dibenzodioxatetraazamacrocycle

The dibenzodioxatetraazamacrocycle [26]pbz(2)N(4)O(2) was characterised by single crystal X-ray diffraction and the protonation constants of this compound and the stability constants of its copper(II) and lead(II) complexes were determined by potentiometry in water at 298.2 K in 0.10 mol dm(-3) in KNO3. Mono- and dinuclear complexes were found for both metal ions, the dinuclear complexes being the main species in the 5-7.5 pH range for copper(II) and 7.5-8.5 for lead(II). As expected the values of the stability constants for the copper(II) complexes are lower than those for related macrocycles containing only nitrogen atoms. The presence of mono- and dinuclear copper complexes was also confirmed by electrospray ionization mass spectrometry. These results suggest that the symmetric macrocyclic cavity of [26]pbZ(2)N(4)O(2) has enough space for the coordination of two metal ions. Additionally, NMR spectroscopy showed that the dinuclear complex of lead(II) has high symmetry. The equilibrium constants of the dinuclear copper(II) complexes and dicarboxylate anions (oxalate, malonate and succinate) were also determined in 0.10 mol dm-3 aqueous KNO3 solution. Only species containing one anion, Cu(2)H(h)LA((2+h)), were found, strongly suggesting that the anion bridges the two copper(II) ions. The binding constants of the cascade species formed by [Cu-2[26]pbZ(2)N(4)O(2)(H2O)(4+) with dicarboxylate anions decrease with the increase in length of the alkyl chain of the anion, a fact which was attributed to a higher conformational energy necessary for the rearrangement of the macrocycle to accommodate the larger anions bridging the two copper(II) centres. The variation of the magnetic susceptibility with temperature Of [Cu-2(H-2[26]pbz(2)N(4)O(2))(oxa)(3)]-4H(2)O and [Cu-2([26]pbz(2)N(4)O(2))(suc)Cl-2] were measured and the two complexes showed different behaviour. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Ditopic hexaazamacrocycles containing pyridine: synthesis, protonation and complexation studies

Structural studies of metal complexes of five ditopic hexaazamacrocycles containing two pyridine rings ([n] py(2)N(4) n = 18, 20, 22, 24 and 26) have been carried out. The synthesis of macrocycles [22]- to [26]- py(2)N(4) are also reported. The protonation constants of the last three compounds and the stability constants of their complexes with Ni2+, Cu2+, Zn2+, and Pb2+ were determined at 25 degreesC in 0.10 mol dm(-3) KNO3 in aqueous solution. Our results with [22] py(2)N(4) show significant differences from those described previously, while [24] py(2)N(4) has not been studied before and [ 26] py2N4 is a new compound. Mononuclear and dinuclear complexes of the divalent metal ions studied with [ 22]- to [26]- py(2)N(4) were found in solution. The stability constants for the ML complexes of the three ligands follow the Irving - Williams order: NiL2+ < CuL2+ >> ZnL2+ > PbL2+, however for the dinuclear complexes the values for Pb2+ complexes are higher than the corresponding values for the Ni2+ and the Zn2+ complexes. The X-ray single crystal structures of the supramolecular aggregates [Cu-2([20] py(2)N(4))(H2O)(4)][Cu(H2O)(6)](SO4)(3) . 3H(2)O ( 1) and [Cu-2([20] py(2)N(4))(CH3CN)(4)][Ni([20] py(2)N(4))](2)(ClO4)(8) . H2O (2), which are composed of homodinuclear [Cu-2([20] py(2)N(4)])(H2O)(4)](4+) ( 1a) and [Cu-2([20] py(2)N(4)])(CH3CN))(4)](4+) (2a), and mononuclear species, [Cu(H2O)(6)](2+) (1b) and [Ni([20] py(2)N(4))](2+) ( 2b), respectively, assembled by an extensive network of hydrogen bonds, are also reported. In both homodinuclear complexes the copper centres are located at the end of the macrocycle and display distorted square pyramidal coordination environments with the basal plane defined by three consecutive nitrogen donors and one solvent molecule, water in 1a and acetonitrile in 2a. The macrocycle adopts a concertina-type conformation leading to the formation of macrocyclic cavities with the two copper centres separated by intramolecular distances of 5.526(1) and 5.508(7) Angstrom in 1a and 2a, respectively. The mononuclear complex [Ni([20] py(2)N(4)])](2+) displays a distorted octahedral co-ordination environment with the macrocycle wrapping the metal centre in a helical shape. EPR spectroscopy of the copper complexes indicated the presence of mono- and dinuclear species.

The selection of a model microalgal species as biomaterial for a novel aquatic phytotoxicity assay

A phytotoxicity assay based on the ToxY-PAM dual-channel yield analyser has been developed and successfully incorporated into field assessments for the detection of phytotoxicants in water. As a means of further exploring the scope of the assay application and of selecting a model biomaterial to complement the instrument design, nine algal species were exposed to four chemical substances deemed of priority for water quality monitoring purposes (chlorpyrifos, copper, diuron and nonylphenol ethoxylate). Inter-species differences in sensitivity to the four toxicants varied by a factor of 1.9-100. Measurements of photosystem-II quantum yield using these nine single-celled microalgae as biomaterial corroborated previous studies which have shown that the ToxY-PAM dual-channel yield analyser is a highly sensitive method for the detection of PS-II impacting herbicides. Besides Phaeodactylum tricornutum, the previously applied biomaterial, three other species consistently performed well (Nitzschia closterium, Chlorella vulgaris and Dunaliella tertiolecta) and will be used in further test optimisation experiments. In addition to sensitivity, response time was evaluated and revealed a high degree of variation between species and toxicants. While most species displayed relatively weak and slow responses to copper, C. vulgaris demonstrated an IC10 of 51 μ g L-1, with maximum response measured within 25 minutes and inhibition being accompanied by a large decrease in fluorescence yield. The potential for this C vulgaris-based bioassay to be used for the detection of copper is discussed. There was no evidence that the standard ToxY-PAM protocol, using these unicellular algae species, could be used for the detection of chlorpyrifos or nonylphenol ethoxylate at environmentally relevant levels. © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Síntese e caracterização de complexo tetranuclear de cobre com o ligante resorcinareno

The main objective of the present work is to contribute to the development of the coordination chemistry of macromolecules such as resorcinarene with the synthesis and characterization of new copper complexes with chloride, vanillin and resorcinarene binders, all coordinated to phenanthroline, a biologically active molecule with important properties in biological systems. The complex [(Cu(phen))4(resvan)], was synthesized from the direct reaction of the metals with resorcinarene and generates several possibilities for coordination, which hinders its characterization. Therefore, in order to limit the coordination sites of the ligand, the complex [(Cu(phen))4(resvan)]Cl4 was formed from a new synthetic methodology. The complex cis-[Cu(phen)Cl2], cis-[Cu(phen)(van)]Cl, [(Cu(phen))4(resvan)] and [(Cu(phen))4(resvan)]Cl4 were characterized by spectroscopic techniques such as IR, UV-vis and EPR. By using infrared it has been possible to demonstrate the presence of the phenanthroline ligand in the synthesized complexes, and vanillin in the complex cis- [Cu(phen)(van)]Cl and resvan ligand in the complex [(Cu(phen))4(resvan)], besides this indicating the formation of resorcinarene in the complex [(Cu(phen))4(resvan)]Cl4. The electronic spectra of these coordination compounds indicated the presence of the phenanthroline ligand, by its intense bands in the ultraviolet region. For the complex cis- [Cu(phen)(van)]Cl it still indicated the presence of the ligand vanillin based on intraligand bands of vanillin and charge transfer, LMCT. Furthermore, the spectra showed d-d bands, confirming the formation of metal compounds. The amount of copper atoms present in the complex [(Cu(phen))4(resvan)]Cl4 was estimated from a comparative analysis of the absorbances of solutions of the same concentration of [(Cu(phen))4(resvan)]Cl4 and cis- [Cu(phen)(van)]Cl, which indicates that these compounds have copper atoms in the ratio 4:1. The EPR spectra of the complex cis-[Cu(phen)Cl2], cis-[Cu(phen)(van)]Cl and [(Cu(phen))4(resvan)]Cl4 showed axial profiles, while the complex [(Cu(phen))4(resvan)] showed of axial and rhombic profiles, indicating a change in the symmetry of the Cu (II) to this complex environment. The binders vanillin and resvan underwent biological assays with satisfactory results, both exhibited antioxidant activity and low toxicity, as well vanillin present antitoxoplásmico character.

Estudo de complexos de ferro e de cobre com a base de Shiff 3-Meosalen e ligantes de relevância biológica

The goal set for this work was to synthesize and to characterize new iron and copper complexes with the Schiff base 3-MeOsalen and ligands of biological relevance, whose formulas are [Fe(3-MeOsalen)NO2], [Fe(3-MeOsalen)(etil2-dtc)], [Fe(3-MeOsalen)NO] and Na[Cu(3-MeOsalen)NO2]. The compounds were characterized by vibrational spectroscopy in the infrared region (IV) and Electronic spectroscopy in the ultraviolet and visible region (Uv-Vis). From the analysis of infrared spectra, they proved to formation of precursor complexes, as evidenced by changes in the vibrationals frequencies ν(C=N) e ν(C-O) and the emergence of vibrationals modes metal-oxygen and metal-nitrogen. For nitro complexes of iron and copper were observed ν(NO2)ass around 1300 cm-1 e ν(NO2)sim in 1271 cm-1 , indicating that the coordination is done via the nitrogen atom. The complex spectrum [Fe(3-MeOsalen)(etil2-dtc)] exhibited two bands, the ν(C-NR2) in 1508 cm-1 e ν(C-S) in 997 cm-1 , the relevant vibrational modes of coordinating ligand in the bidentate form. For the complex [Fe(3-MeOsalen)NO] was observed a new intense band in 1670 cm-1 related to the ν(NO). With the electronic spectra, the formation of complexes was evidenced by shifts of bands intraligands transitions and the emergence of new bands such as LMCT (p Cl-  d* Fe3+) in [Fe(3-MeOsalen)Cl] and the d-d in [Cu(3-MeOsalen)H2O]. As for the [Fe(3-MeOsalen)NO2] has highlighted the absence of LMCT band present in the precursor complex as for the [Cu(3-MeOsalen)NO2] found that the displacement of the band hipsocrômico d-d on 28 nm. The electronic spectrum of [Fe(3-MeOsalen)(etil2-dtc)] presented LMCT band shifts and changes in intraligantes transitions. With regard to [Fe(3-MeOsalen)NO], revealed a more energetic transitions intraligands regions from the strong character π receiver NO and MLCT band of transition dπFe(II)π*(NO).

Photoinduced DNA and Protein Cleavage Activity of Ferrocene-Conjugated Ternary Copper(II) Complexes

Ferrocene-conjugated ternary copper(II) complexes [Cu(L)(B)](ClO4)(2), where L is FcCH(2)N(CH2Py)(2) (Fc = (eta(5)-C5H4)Fe-II(eta(5)-C5H5)) and B is a phenanthroline base, viz., 2,2'-bipyridine (bpy, 1), 1, 10-phenanthroline (phen, 2), dipyrido[3,2-d:2',3'-f]quinoxaline (dpq, 3), and dipyrido[3,2-a:2',3'-c]phenazine (dppz, 4), have been synthesized and characterized by various spectroscopic and analytical techniques. The bpy complex 1, as its hexafluorophosphate salt, has been structurally characterized by X-ray crystallography. The molecular structure shows the copper(II) center having an essentially square-pyramidal coordination geometry in which L with a pendant ferrocenyl (Fc) moiety and bpy show respective tridentate and bidentate modes of binding to the metal center. The complexes are redox active, showing a reversible cyclic voltammetric response of the Fc(+)-Fc couple near 0.5 V vs SCE and a quasi-reversible Cu(II)-Cu(I) couple near 0.0 V. Complexes 2-4 show binding affinity to calf thymus (CT) DNA, giving binding constant (K-b) values in the range of 4.2 x 10(4) to 2.5 x 10(5) M-1. Thermal denaturation and viscometric titration data suggest groove binding and/or a partial intercalative mode of binding of the complexes to CT DNA. The complexes show good binding propensity to the bovine serum albumin (BSA) protein, giving K-BSA values of similar to 10(4) M-1 for the bpy and phen complexes and similar to 10(5) M-1 for the dpq and dppz complexes. Complexes 2-4 exhibit efficient chemical nuclease activity in the presence of 3-mercapto-propionic acid (MPA) as a reducing agent or hydrogen peroxide (H2O2) as an oxidizing agent. Mechanistic studies reveal formation of hydroxyl radicals as the reactive species. The dpq and dppz complexes are active in cleaving supercoiled (SC) pUC19 DNA on photoexposure to visible light of different wavelengths including red light using an argon-krypton mixed gas ion laser. Mechanistic investigations using various inhibitors reveal the fort-nation of hydroxyl radicals in the DNA photocleavage reactions. The dppz complex 4, which shows efficient photoioduced BSA cleavage activity, is a potent multifunctional model nuclease and protease in the chemistry of photodynamic therapy (PDT) of cancer.

Synthesis, crystal structures, DNA binding and cleavage activity of L-glutamine copper(II) complexes of heterocyclic bases

Ternary L-glutamine (L-gln) copper(II) complexes [Cu(L-gln)(B)(H2O)](X) (B = 2,2'-bipyridine (bpy), X = 0.5SO(4)(2-), 1; B = 1,10-phenanthroline (phen), X = ClO4-, 2) and [Cu(L-gln)(dpq)(ClO4)] (3) (dpq, dipyridoquinoxaline) are prepared and characterized by physicochemical methods. The DNA binding and cleavage activity of the complexes have been studied. Complexes 1-3 are structurally characterized by X-ray crystallography. The complexes show distorted square pyramidal (4+1) CuN3O2 coordination geometry in which the N,O-donor amino acid and the N, N-donor heterocyclic base bind at the basal plane with a H2O or perchlorate as the axial ligand. The crystal structures of the complexes exhibit chemically significant hydrogen bonding interactions besides showing coordination polymer formation. The complexes display a d-d electronic band in the range of 610-630 nm in aqueous-dimethylformamide (DMF) solution (9:1 v/v). The quasireversible cyclic voltammetric response observed near -0.1 V versus SCE in DMF-TBAP is assignable to the Cu(II)/Cu(I) couple. The binding affinity of the complexes to calf thymus (CT) DNA follows the order: 3 (dpq) > 2 (phen) >> 1 (bpy). Complexes 2 and 3 show DNA cleavage activity in dark in the presence of 3-mercaptopropionic acid (MPA) as a reducing agent via a mechanistic pathway forming hydroxyl radical as the reactive species. The dpq complex 3 shows efficient photoinduced DNA cleavage activity on irradiation with a monochromatic UV light of 365 nm in absence of any external reagent. The cleavage efficiency of the DNA minor groove binding complexes follows the order:3 > 2 >> 1. The dpq complex exhibits photocleavage of DNA on irradiation with visible light of 647.1 nm. Mechanistic data on the photo-induced DNA cleavage reactions reveal the involvement of singlet oxygen (O-1(2)) as the reactive species in a type-II pathway. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.