Synthesis, structure and reactivity of novel CuI, CuII and CuIII complexes containing triaza and hexaaza macrocyclic ligands

El treball de tesi s'emmarca dins del camp de la bioinorgànica, disciplina que estudia les propietats estructurals i de reactivitat dels centres actius dels enzims, servint-se de models síntètics de baix pes molecular per tal d'intentar reproduïr la reactivitat presentada per l'enzim i conèixer els mecanismes de reacció a nivell molecular que tenen lloc en els processos biològics.1 Més concretament el treball posa especial èmfasi en els processos d'activació d'oxigen molecular que tenen lloc en les metaloproteïnes de Coure del Tipus 3, com són l'hemocianina i la tirosinasa, ambdues presentant un complex dinuclear de Cu(I)) en el centre actiu de la forma reduïda, capaç d'activar l'O2 cap a espècies de tipus peròxid.2 Un altre camp d'interès ha estat l'estudi dels processos d'activació d'enllaços C-H no activats en hidrocarburs, tant per la seva importàcia a nivell industrial com per comprendre els mecanismes intrínsecs d'aquesta activació a través de metalls de trancisió.3,4 Durant el treball de tesi presentat s'ha desenvolupat la síntesi de nous complexes de Coure(I), Coure(II) y Cu(III) utilitzant lligands macrocíclics de tipus triaza i hexaaza, i s'han estudiat la seves propietats estructurals així com la seva reactivitat. La reacció dels lligands triazacíclics H32m, H2Me33m i H33m amb sals de coure(II) dóna lloc a una reacció de desproporció de Cu(II) per obtenir-se en quantitats equimolars un complex organometàl·lic de Cu(III) i un complex de Cu(I). La caracterizació estructural exhaustiva dels complexes del tipus aryl-Cu(III) evidencia la formació d'un enllaç organometàl·lic entre l'àtom de Cu(III) i el carboni més próxim de l'anell aromàtic del lligand. Aquesta reacció, a més de representar una nova forma de desproporció en la química del Cu, suposa l'activació d'un enllaç C-H aromàtic a temperatura ambient que, mitjançant l'estudi cinètic d'aquesta desproporció per espectroscòpia UV-Vis, dels càlcul de l'efecte cinètic isotòpic utilitzant el lligand deuterat en el C-H de l'anell, juntament amb el recolzament teòrics dels càlculs DFT per a la optimització de geometries d'intermedis de reacció, ens permeten proposar un mecanisme de reacció pel nostre sistema, on l'activació de l'enllaç C-H aromàtic transcorre per la formació d'un enllaç de tipus agòstic C-H ? Cu(II),5 seguit de la desprotonació del C-H aromàtic per acció d'una base i posterior transferència electrònica per obtenir el complex organometàlic de Cu(III) i el complex de de Cu(I). En quant a la reactivitat d'aquests complexes organometàl·lics aryl-Cu(III) s'ha observat que una base en medi aquós causa la inestabilitat d'aquests compostos, evolucionant cap a la inserció d'un àtom d'oxigen sobre la posició activada de l'anell aromàtic, per a donar lloc a un complex dinuclear de Cu(II) amb dos grups fenoxo actuant de pont entre els àtoms metàl·lics. La reacció transcorre per un intermedi colorejat, caracteritzat com el complex ayl-Cu(III) monodesprotonat en una de les seves amines benzíliques, els quals s'observen igualment en la reacció dels correponents complexos de Cu(I) amb oxigen molecular (O2). És en els nostres sistemes en els quals es descriu per primera vegada la participació d'intermedis organometàl·lics Cu(III)-C en processos d'hidroxilació aromàtica, tals com el desenvolupat per l'enzim tirosinasa o per alguns dels seus models químics de síntesi.6,7,8 S'han estudiat les propietats magnètiques dels quatre bis(fenoxo)complexes de Cu(II) descrits, obtenint-se uns acoplaments de tipus antiferromagnètic o ferromagnètic de diversa magnitud, depenent del solapament orbitalari a l'enllaç Cu-O, a través del qual es produeix el superintercanvi. Nous complexos de Cu(I) sintetitzats amb lligands hexaazamacrocíclics han estat estudiats, i posant especial èmfasi a la seva reactivitat respecta a l'activació d'oxigen molecular (O2). S'ha observat una reactivitat diferenciada segons la concentració de complex de Cu(I) utilitzada, de manera que a altes concentracions s'obté un carbonato complex tetranuclear de Cu(II) per fixació de CO2 atmosfèric, mentre que a baixes concentracions s'observa la hidroxilació aromàtica intramolecular d'un dels anells benzílics del lligand, reacció que presumiblement transcorre per atac electrofílic d'un peroxo complex intermedi sobre el sistema ? de l'anell.6 Els resultats obtinguts en aquest treball ens mostren la facilitat per activar enllaços C-H aromàtics per metalls de transició de la primera sèrie (Cu, Ni) quan aquests estan suficientment pròxims a l'enllaç C-H, en unes condicions de reacció molt suaus (1atm., temperatura ambient). Els nous complexos organometàl·lics Aryl-Cu(III) són el producte d'una nova reacció de desproporció de Cu(II), així com un posició aromàtica activada que podria ser el punt de partida per l'estudi de funcionalització selectiva d'aquests grups aromàtics.

Theoretical study of reactivity and dynamics of hybride-bridged diruthenium complexes and silylium

Esta tesis presenta un estudio computacional de los sistemas con hidruros puente. En la primera parte se estudia la química de complejos de dirutenio con cuatro hidruros puente. Esto incluye las siguientes reacciones: el intercambio del hidruro con hidrógeno molecular; la activación del enlace C-H del etileno para formar el complejo de bis(vinilo)-etileno; el acoplamiento C-C entre el etileno coordinado y dos ligandos vinilo para producir el complejo rutenaciclopentadieno. Al final de esta parte, se discuten a detalle los mecanismos de estas reacciones. Además, se demostró la importancia de la flexibilidad de los ligandos hidruro y la cooperación entre los dos centros metálicos. En la segunda parte, se estudió el comportamiento fluxional de dos complejos μ-silileno y de un catión sililio. Con esto, se estableció la ruta más favorable en donde se realiza el intercambio de los ligandos hidruro y de los grupos metilo en los complejos μ-silileno. Finalmente, se encontró que hay dos posibles rutas relativas al cambio en la posición del puente Si-H-Si en el cation sililio poliagóstico, asociadas con la rotación interna de los grupos sililo.

Development, implementation and application of electronic structural descriptors to the analysis of the chemical bonding, aromaticity and chemical reactivity

En la literatura sobre mecànica quàntica és freqüent trobar descriptors basats en la densitat de parells o la densitat electrònica, amb un èxit divers segons les aplicacions que atenyin. Per tal de que tingui sentit químic un descriptor ha de donar la definició d'un àtom en una molècula, o ésser capaç d'identificar regions de l'espai molecular associades amb algun concepte químic (com pot ser un parell solitari o zona d'enllaç, entre d'altres). En aquesta línia, s'han proposat diversos esquemes de partició: la teoria d'àtoms en molècules (AIM), la funció de localització electrònica (ELF), les cel·les de Voroni, els àtoms de Hirshfeld, els àtoms difusos, etc. L'objectiu d'aquesta tesi és explorar descriptors de la densitat basats en particions de l'espai molecular del tipus AIM, ELF o àtoms difusos, analitzar els descriptors existents amb diferents nivells de teoria, proposar nous descriptors d'aromaticitat, així com estudiar l'habilitat de totes aquestes eines per discernir entre diferents mecanismes de reacció.

Theoretical studies of the exohedral reactivity of fullerene compounds

Des del descobriment del buckminster ful.lerè el 1985, s'ha despertat un interés enorme per entendre la reactivitat química així com les propietats d'aquests compostos. La funcionalització exoèdrica del ful.lerè més abundant, el C60, està força ben establerta. Tanmateix, la investigació en aquest camp encara continua oberta ja que s'han sintetitzat una gran varietat de derivats molt prometedors donades les seves futures aplicacions. La tesi comprèn quinze capítols que contenen set publicacions relacionades. Els primers dos estudis es basen en la reacció Diels-Alder sobre els anomenats metal.loful.lerens endoèdrics TNT X3N@C78, X= Sc, Y. Aquest projecte de investigació està motivat pel desconeixament existent sobre les possibles conseqüències de l'encapsulació del grup X3N. El tercer estudi descriu minuciosament els canvis detectats en la funcionalització exoèdrica un cop s'ha produït l'encapsulació dels diferents gasos nobles. En aquesta tesi s'estudia en detall l'ús de l'aproximació ONIOM per a estudiar reaccions de cicloaddició en compostos ful.lerènics. Els resultats d'aquest projecte són d'alt interès per a la realització dels estudis posteriors sobre la reacció de Diels-Alder i la 1,3-dipolar en ful.lerens i derivats. Finalment, l'última part d'aquesta tesi es basa en les propietats antioxidants de determinats ful.lerens. A l'últim treball inclòs en aquesta tesi s'estudia en detall el mecanismo de reacció per a la eliminació del ió superòxid en presència de ful.lerens.

Identificação de factores de risco cardiovascular na população diabética de um posto de colheitas de um laboratório de análises clínicas

outros, importantes factores de risco. Os objectivos do presente estudo são: estimar a prevalência dos diabéticos na população de um posto de colheitas de um laboratório de análises clínicas; caracterizar sócio-demograficamente a população diabética; identificar a prevalência de fumadores na população diabética; determinar a prevalência de diabéticos com dislipidemia; caracterizar os factores de risco cardiovascular dos diabéticos em estudo; calcular a prevalência de diabéticos medicados controlados; caracterizar os medicamentos antidiabéticos utilizados. Trata-se de um estudo descritivo observacional e transversal. Aplicou-se um questionário por entrevista, confidencial e voluntário e registaram-se os resultados dos seguintes parâmetros: HbA1c, glicemia em jejum, colesterol total, HDL, LDL e triglicéridos durante dois meses a todos os diabéticos de um posto de colheitas. Dos 1693 utentes, 24% (406/1693) referiram ser diabéticos. Destes, 54 preencheram os critérios de inclusão. Trinta e quatro são homens.A maioria (40,7%) tem entre 55 e 64 anos e 88,9% (48/54) tem dislipidemia. Dos diabéticos medicados, 82% (41/50) não têm a diabetes controlada. O grupo terapêutico mais utilizado é o das biguanidas (69,9%). O estudo demonstra uma elevada prevalência de doentes diabéticos com factores de risco não controlados (dislipidemia e hiperglicemia). Programas de educação para a saúde transversais focados na promoção de estilos de vida saudáveis, tendo como base o laboratório de análises clínicas podem contribuir para o controlo dos factores de risco cardiovascular.

Benefícios de uma intervenção com uma dieta do tipo mediterrânico e um programa de exercício físico em variáveis de composição corporal e factores de risco de doença cardiovascular

Introdução: Uma dieta do tipo mediterrânico associada a exercício físico pode ser uma estratégia eficaz na prevenção da obesidade e de co-morbilidades associadas. Objectivo: Este estudo pretendeu determinar a associação entre um programa de intervenção, constituído por uma dieta do tipo mediterrânico e exercício físico, com alterações em variáveis de composição corporal e metabólicas. Método: 12 mulheres e homens sedentários (32,5±8,74 anos, 1,69±0,11 cm), com excesso de peso (81,9±18,1 kg, 28,5±5,45 kg/m2, 36,1±8,56 % massa gorda) participaram num programa de intervenção de 12 semanas. Foi realizada avaliação da composição corporal, do dispêndio energético, da ingestão energética e de níveis séricos de lípidos em jejum. As sessões de nutrição foram realizadas semanalmente e a dieta apresentou uma distribuição de macronutrientes correspondente a 40-45% de hidratos de carbono, 15-20% de proteína e 30-35% de lípidos. As sessões de exercício foram realizadas 3 vezes por semana, com prescrição para as componentes cardiovascular e de força. Resultados: Os participantes tiveram alterações significativas nas variáveis de peso, perímetro da cintura, massa gorda, dispêndio energético e níveis séricos de colesterol e triglicéridos (p<0,05). A distribuição de macronutrientes da dieta não se alterou com a intervenção alimentar, contudo, o aumento significativo do consumo de PUFA’s revelou-se associado a menores valores de massa gorda e a maiores diferenças nos níveis de triglicéridos (p<0,05). Conclusão: O dispêndio calórico e o consumo de PUFA’s revelaram estar associados a melhorias da composição corporal (massa gorda). Este estudo também conduziu à melhoria das concentrações de colesterol e triglicéridos. No entanto, as melhorias nas concentrações de triglicéridos associaram-se apenas à dieta.

Utilizing chromophoric dissolved organic matter measurements to derive export and reactivity of dissolved organic carbon exported to the Arctic Ocean: A case study of the Yukon River, Alaska

The quality and quantity of dissolved organic matter (DOM) exported by Arctic rivers is known to vary with hydrology and this exported material plays a fundamental role in the biogeochemical cycling of carbon at high latitudes. We highlight the potential of optical measurements to examine DOM quality across the hydrograph in Arctic rivers. Furthermore, we establish chromophoric DOM (CDOM) relationships to dissolved organic carbon (DOC) and lignin phenols in the Yukon River and model DOC and lignin loads from CDOM measurements, the former in excellent agreement with long-term DOC monitoring data. Intensive sampling across the historically under-sampled spring flush period highlights the importance of this time for total export of DOC and particularly lignin. Calculated riverine DOC loads to the Arctic Ocean show an increase from previous estimates, especially when new higher discharge data are incorporated. Increased DOC loads indicate decreased residence times for terrigenous DOM in the Arctic Ocean with important implications for the reactivity and export of this material to the Atlantic Ocean.

Omega-3 fatty acids, cardiovascular disease and stability of atherosclerotic plaques

Long-chain n-3 polyunsaturated fatty acids are found in oily fish and in fish oils and similar preparations. Substantial evidence from epidemiological and case-control studies indicates that consumption of fish, oily fish and long-chain n-3 fatty acids reduces risk of cardiovascular mortality. Secondary prevention studies using long-chain n-3 fatty acids in patients post-myocardial infarction have shown a reduction in total and cardiovascular mortality with an especially potent effect on sudden death. Long-chain n-3 fatty acids have been shown to beneficially modify a range of cardiovascular risk factors, which may result in primary cardiovascular prevention. However, reduced non-fatal and fatal events and a reduction in sudden death probably involve other mechanisms. Reduced thrombosis following long-chain n-3 fatty acids may play a role. A decrease in arrhythmias is a favoured mechanism of action of long-chain n-3 fatty acids and is supported by cell culture and animal studies. However human trials using implantable cardiac defibrillators have produced inconsistent findings and a recent meta-analysis does not support this mechanism of action. An alternative mechanism of action may be stabilisation of atherosclerotic plaques by long-chain n-3 fatty acids. This is suggested by one published human study which showed that incorporation of long-chain n-3 fatty acids into plaques collected at carotid endarterectomy resulted in fewer macrophages in the plaque and a morphology indicative of increased stability. These findings are supported from observations in an animal model and suggest that the primary effect of long-chain n-3 fatty acids might be on macrophages within the plaque.

Effect of sex and genotype on cardiovascular biomarker response to fish oils: the FINGEN Study

Background: The lipid-modulatory effects of high intakes of the fish-oil fatty acids eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) are well established and likely to contribute to cardioprotective benefits. Objectives: We aimed to determine the effect of moderate EPA and DHA intakes (< 2 g EPA + DHA/d) on the plasma fatty acid profile, lipid and apolipoprotein concentrations, lipoprotein subclass distribution, and markers of oxidative status. We also aimed to examine the effect of age, sex, and apolipoprotein E (APOE) genotype on the observed responses. Design: Three hundred twelve adults aged 20-70 y, who were prospectively recruited according to age, sex, and APOE genotype, completed a double-blind placebo-controlled crossover study. Participants consumed control oil, 0.7 g EPA + DHA/d (0.7FO), and 1.8 g EPA + DHA/d (1.8FO) capsules in random order, each for an 8-wk intervention period, separated by 12-wk washout periods. Results: In the group as a whole, 8% and 11% lower plasma triacylglycerol concentrations were evident after 0.7FO and 1.8FO, respectively (P < 0.001): significant sex x treatment (P = 0.038) and sex x genotype x treatment (P = 0.032) interactions were observed, and the greatest triacylglycerol-lowering responses (reductions of 15% and 23% after 0.7FO and 1.8FO, respectively) were evident in APOE4 men. Furthermore, lower VLDL-cholesterol (P = 0.026) and higher LDL-cholesterol (P = 0.010), HDL-cholesterol (P < 0.001), and HDL2 (P < 0.001) concentrations were evident after fish-oil intervention. Conclusions: Supplements providing EPA + DHA at doses as low as 0.7 g/d have a significant effect on the plasma lipid profile. The results of the current trial, which used a prospective recruitment approach to examine the responses in population subgroups, are indicative of a greater triacylglycerol-lowering action of long-chain n-3 polyunsaturated fatty acids in males than in females.