Síntese e caracterização de compostos de coordenação e o desenvolvimento de novos sensores amperométricos para peróxido hidrogênio - Alves, Thaís Maria Rabelo. (UFRJ, 2013)
[PT] O peróxido de hidrogênio é um dos oxidantes mais versáteis que existe. A sua aplicação comercial é bastante abrangente, como por exemplo, no monitoramento da poluição ambiental, o emprego em processos de branqueamento nas indústrias têxteis, no tratamento de efluentes e na área médica. Nos organismos vivos, sua produção em demasia pode causar o estresse oxidativo, provocando efeitos patológicos como o câncer, artrite e Parkinson. Um dos principais meios de defesa do organismo, contra a oxidação celular, é o processo enzimático. A catalase é uma metaloenzima antioxidante que promove a conversão do peróxido de hidrogênio em água e oxigênio molecular. A partir da resolução das estruturas das metaloenzimas catalases, e dos estudos mecanísticos e cinéticos, o desenvolvimento de compostos miméticos para essas enzimas tem se mostrado uma estratégia promissora, bem como o estudo de biossensores utilizando compostos miméticos. Nesse sentido, um novo ligante foi sintetizado e caracterizado por técnicas espectroscópicas (IV e RMN), que comprovaram a estrutura proposta. Os complexos binucleares de Mn2+ (C1) e Cu2+ (C2) foram sintetizados, e as estruturas propostas foram confirmadas por técnicas espectroscópicas (IV, UV-Vis, DRIFTS) e analíticas (voltametria cíclica, condutividade molar, ponto de fusão, análise de C, H, N). A atividade de catalase dos complexos C1 e C2 foi acompanhada através do monitoramento da concentração de oxigênio, utilizando-se uma célula eletroquímica de Clark.A influência do pH, na velocidade inicial da reação do desproporcionamento do H2O2, foi avaliada entre 7,0 e 11,0. Foi possível a determinação do pH ótimo de atividade para cada complexo, sendo igual a 10,0 para ambos os complexos. Para a determinação dos parâmetros cinéticos Vmáx, KM, kcat, kcat/KM, e Kass, foi avaliada a influência da concentração do H2O2 na velocidade inicial da reação, no pH ótimo de atividade dos complexos. Os dados foram tratados pelo método das velocidades iniciais. Foram realizados dois tratamentos matemáticos distintos; o ajuste linear de Lineweaver-Burk (1/Vo x 1/[S] ) e o ajuste não linear por mínimos quadrados a partir da equação de Michaelis-Menten ( Vo x [S] ). Os valores dos parâmetros obtidos pelos dois tratamentos foram convergentes. No intuito de desenvolver um método eletroanalítico para análise de peróxido de hidrogênio, utilizando eletrodos de carbono modificados com os complexos estudados, foi realizado um estudo inicial utilizando a técnica de voltametria de pulso diferencial. A fim de verificar a resposta do eletrodo modificado obtido frente à adição do peróxido de hidrogênio, as medidas foram realizadas utilizando um degrau de potencial de 25 mV, velocidade de varredura de 50 mV s-1, amplitude de 50 mV e potenciais inicial de 0,2 e final de -1,2 V. Também foram realizadas medidas amperométricas, a fim de verificar a sensibilidade dos eletrodos modificados. Os potenciais utilizados foram -0,375 V e -0,55 V, para os eletrodos modificados com C1 e C2, respectivamente. Os limites de detecção foram iguais a 6,86 x 10 - 4 mol L-1 para o sensor com C1, e 5,13 x 10 -4 mol L-1 para o sensor com C2.[EN] Hydrogen peroxide is one of most versatile oxidizing agents known. Its commercial application is very broad, for example, in the monitoring of environmental pollution, in the use for bleaching processes in the textile industry, in the waste water treatment and in the medical field. In living organisms, the excess of hydrogen peroxide production can cause oxidative stress; as a result, pathological effects such as cancer, arthritis and Parkinson disease may occur. One of the main strategies for the defense against cellular oxidation is the enzymatic process. Catalase is an antioxidant metalloenzyme that promotes the conversion of hydrogen peroxide to water and molecular oxygen. From the resolution of the structures of catalase metalloenzymes, and mechanistic and kinetic studies, the development of mimetic compounds for these enzymes has been shown to be a promising strategy, as well as the study of biosensors using mimetic compounds. Accordingly, a new ligand was synthesized and characterized by spectroscopic techniques (IR and NMR), which confirmed the proposed structure. The binuclear complexes Mn2+ (C1) and Cu2+ (C2) were synthesized and the proposed structures were also confirmed by spectroscopic (IR, UV-Vis, DRIFTS) and analytical (cyclic voltammetry, molar conductivity, melting point and CHN analysis) techniques. The catalase activity of the complexes C1 and C2 was followed by monitoring the oxygen concentration, using a Clark-type oxygen electrode.The influence of pH on the initial reaction rate of H2O2 disproportionation was evaluated from 7.0 to 11.0. It was possible to determine the optimum pH activity for each complex, which was equal to 10.0 for both complexes. For the determination of kinetic parameters Vmax, KM, kcat, kcat/KM, Kass the influence of the concentration of H2O2 in the initial reaction rate was evaluated, in the optimum pH activity of the complexes. The collected data were treated by the method of initial rates. There were two different mathematical treatments, the linear fit of Lineweaver-Burk (1/V0 x 1/[S]) and the fit by nonlinear least squares from the Michaelis-Menten equation (V0 x [S]). The obtained parameter values by the two mathematical treatments converged. In order to develop an electroanalytical method for analysis of hydrogen peroxide using the carbon electrodes modified with the studied complexes, we conducted a study using the differential pulse voltammetry technique. In order to check the response of the modified electrode to the addition of hydrogen peroxide, measurements were performed using a step potential of 25 mV, scan rate of 50 mV s-1, amplitude of 50 mV and initial and final potential of 0.2 V and -1.2 V, respectively. Amperometric measurements were also performed in order to verify the sensitivity of the modified electrodes. The used potentials were -0.375 V and - 0.55 V for the electrodes modified with C1 and C2, respectively. The detection limits were equal to 6.86 x 10-4 mol L-1 for the C1 sensor, and 5.13 × 10-4 mol L-1 for the C2 sensor.