https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/77317 Sat, 05 Sep 2026 11:06:09 GMT 2026-09-05T11:06:09Z http://repositorio.ufsc.br:80/bitstream/id/2a2d789f-684c-477a-bf47-003b11e5dc3a/ https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/77317 https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275440 Síntese sustentável de selanil-isocumarinas e calcogenoésteres via geração in situ de espécies reativas de organocalcogênios Welter, Luiz Eduardo Esta tese de doutorado consiste no desenvolvimento de metodologias sintéticas para a geração in situ de espécies reativas de calcogênios a partir de dicalcogenetos de diorganoíla, com foco na construção de ligações carbono?selênio sob condições mais sustentáveis. No primeiro capítulo, apresenta-se um protocolo para a síntese de 22 compostos 4-(selanil)-isocumarinas por meio da ativação química de disselenetos de diorganoíla utilizando ácido tricloroisocianúrico (TCCA) como agente oxidante. A metodologia promove a formação de espécies eletrofílicas de selênio capazes de induzir a ciclização intramolecular de o-(alquinil)ésteres de forma rápida e seletiva. As reações levaram à formação dos produtos, com rendimentos de 60 a 98%, em curtos tempos reacionais, com ampla tolerância a diferentes substratos e possibilidade de escalonamento, além de empregar um reagente de baixo custo, estável e de fácil manuseio. Estudos mecanísticos indicam a participação de intermediários eletrofílicos de selênio responsáveis pelas etapas de selanilação e ciclização. Os compostos obtidos foram caracterizados por técnicas espectroscópicas e avaliados preliminarmente quanto à interação com DNA. No segundo capítulo, desenvolve-se uma metodologia eletrossintética para a obtenção de 29 exemplos derivados de calcogenoésteres, com ênfase em selenoésteres, por meio da ativação eletroquímica direta de dicalcogenetos em célula não dividida e na ausência de oxidantes externos. O protocolo permite a formação eficiente da ligação C?Ch sob condições brandas e com menor geração de resíduos, levando à formação dos produtos com rendimentos entre 23 a 98%. Experimentos de controle e estudos mecanísticos indicam a ocorrência de um mecanismo híbrido, envolvendo intermediários radicalares e iônicos. Em conjunto, os resultados demonstram que abordagens químicas e eletroquímicas constituem estratégias eficazes para a síntese de compostos organocalcogênios, contribuindo para o avanço de metodologias alinhadas aos princípios da química verde.; Abstract: This doctoral thesis focuses on the development of synthetic methodologies for the in situ generation of reactive chalcogen species from diorganoyl dichalcogenides, with an emphasis on the formation of carbon?selenium bonds under more sustainable conditions. In the first chapter, a protocol is presented for the synthesis of 22 4-(selanyl)-isocoumarin compounds through the chemical activation of diorganoyl diselenides using trichloroisocyanuric acid (TCCA) as an oxidizing agent. The methodology promotes the formation of electrophilic selenium species capable of inducing the intramolecular cyclization of o-(alkynyl) esters rapidly and selectively. The reactions led to the formation of the products, with yields ranging from 60 to 98%, in short reaction times, with broad substrate tolerance and scalability, in addition to employing a low-cost, stable, and easy-to-handle reagent. Mechanistic studies indicate the involvement of electrophilic selenium intermediates responsible for the selenylation and cyclization steps. The compounds obtained were characterized by spectroscopic techniques and preliminarily evaluated for their interaction with DNA. In the second chapter, an electrosynthetic methodology is developed for the preparation of 29 examples derived from chalcogen esters, with an emphasis on selenoesters, through the direct electrochemical activation of dichalcogenides in a non-split cell and in the absence of external oxidants. The protocol enables the efficient formation of the C?Ch bond under mild conditions and with reduced waste generation, leading to product yields ranging from 23% to 98%. Control experiments and mechanistic studies indicate the occurrence of a hybrid mechanism involving radical and ionic intermediates. Taken together, the results demonstrate that chemical and electrochemical approaches constitute effective strategies for the synthesis of organochalcogen compounds, contributing to the advancement of methodologies aligned with the principles of green chemistry. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, Florianópolis, 2026. Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275440 2026-01-01T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275437 Síntese de derivados ß-carbolínicos e investigação dos seus potenciais efeitos frente a Mycobacterium tuberculosis e Acanthamoeba castellani Roberto, Igor Vivan Os alcaloides compreendem uma classe ampla de moléculas nitrogenadas naturais e bioativas, dentre as quais os alcaloides indólicos se destacam pelos seus efeitos farmacológicos comercialmente relevantes, como no caso dos alcaloides da vinca no tratamento de diversos tipos de câncer. As tetrahidro-beta-carbolinas (THBCs) e beta-carbolinas pertencem ao grupo dos alcaloides indólicos e são essencialmente constituídas por um sistema tricíclico formado por um grupo indólico e um terceiro anel conjugado (anel C), o qual se apresenta na forma reduzida (THBCs) ou totalmente oxidada (beta-carbolinas). Esses compostos são gerados majoritariamente pela reação de Pictet-Spengler com aldeídos ou ceto-ácidos naturais, sendo ubíquos na natureza, assim como nos seres humanos. Pela sua relevância biológica, com efeitos relatados em microrganismos de importância clínica (Trypanosoma cruzi, Leishmania amazonensis, entre outros), essas classes podem ser avaliadas em outros sistemas patogênicos nos quais foram pouco exploradas, como Mycobacterium tuberculosis e Acanthamoeba castellanii. A tuberculose afeta milhões de indivíduos por ano em todo o mundo, e seu tratamento se baseia em fármacos eficazes que, no entanto, estão relacionados a elevada toxicidade, reforçando a necessidade de novas alternativas terapêuticas. Já em relação à A. castellanii, apesar da doença mais comum possuir bom prognóstico e tratamentos, a forma grave da doença chamada encefalite amebiana granulomatosa não possui tratamentos eficazes, levando os indivíduos ao óbito, e por isso novos fármacos devem ser desenvolvidos. Nesse contexto, o presente trabalho busca sintetizar THBCs e beta-carbolinas e testá-las em M. tuberculosis e A. castellanii, visando a identificação de compostos promissores para posterior otimização molecular guiada pela atividade biológica. Dessa maneira, foi utilizada a reação de Pictet-Spengler em ácido acético sob aquecimento para obter as THBCs, enquanto as beta-carbolinas foram preparadas pela oxidação das THBCs em dimetilsulfóxido, juntamente com iodo e ácido clorídrico. Ao todo, 25 compostos foram obtidos e elucidados: 11 THBCs, 8 beta-carbolinas carboxiladas (BCCs) e 6 beta-carbolinas descarboxiladas (BCDs) na forma de sais de trifluoroacetato, os quais foram submetidos aos ensaios contra M. tuberculosis e A. castellanii. Nenhuma THBC foi ativa nos ensaios de viabilidade contra os dois microrganismos. Quanto às beta-carbolinas, os compostos ?2i?, ?3g?, ?3i?, ?3j? foram ativos contra M. tuberculosis, com concentração inibitória mínima (CIM) de 50, 25, 25 e 12,5 µg/mL, respectivamente. Além disso, os compostos ?2i? e ?3g? apresentaram efeito bactericida na concentração avaliada. Nos ensaios em A. castellanii foram observados 5 BCCs ativas, nas quais as concentrações inibitórias de 50% da atividade (IC50) variaram entre 38,32 e 180,10 µM para os compostos ?2a?, ?2b?, ?2c?, ?2h? e ?2k?. Observou-se que, para ambos os microrganismos, o grau de oxidação influenciou a atividade, sendo as beta-carbolinas mais ativas que as THBCs e que a descarboxilação favoreceu a atividade em M. tuberculosis, porém o contrário foi observado para A. castellanii.; Abstract: Alkaloids comprise a broad class of naturally occurring, bioactive nitrogen-containing molecules, among which indole alkaloids stand out due to their commercially relevant pharmacological effects, as exemplified by the vinca alkaloids used in the treatment of various types of cancer. Tetrahydro-beta-carbolines (THBCs) and beta-carbolines belong to the group of indole alkaloids and are essentially composed of a tricyclic system formed by an indole moiety and a third conjugated ring (ring C), which appears either in a reduced form (THBCs) or in a fully oxidized form (beta-carbolines). These compounds are mainly generated through the Pictet-Spengler reaction with natural aldehydes or keto acids and are ubiquitous in nature, including in humans. Due to their biological relevance, with reported effects against clinically important microorganisms (Trypanosoma cruzi, Leishmania amazonensis, among others), these classes may be evaluated in other pathogenic systems in which they have been little explored, such as Mycobacterium tuberculosis and Acanthamoeba castellanii. Tuberculosis affects millions of individuals worldwide each year, and its treatment relies on effective drugs that are, however, associated with significant toxicity, reinforcing the need for new therapeutic alternatives. Regarding A. castellanii, although the most common form of infection presents a good prognosis and treatments, the severe manifestation known as granulomatous amoebic encephalitis lacks effective therapy and is frequently fatal, highlighting the need for new drug development. In this context, the present work aimed to synthesize THBCs and beta-carbolines and evaluate them against M. tuberculosis and A. castellanii, seeking to identify promising compounds for subsequent molecular optimization guided by biological activity. The Pictet-Spengler reaction in acetic acid under heating was employed to obtain the THBCs, while the beta-carbolines were prepared by oxidation of the THBCs in dimethyl sulfoxide using iodine and hydrochloric acid. In total, 25 compounds were obtained and structurally elucidated: 11 THBCs, 8 carboxylated beta-carbolines (BCCs), and 6 decarboxylated beta-carbolines (BCDs) in the form of trifluoroacetate salts, which were evaluated against M. tuberculosis and A. castellanii. None of the THBCs exhibited activity in viability assays against either microorganism. Regarding the beta-carbolines, compounds 2i, 3g, 3i, and 3j were active against M. tuberculosis, with minimum inhibitory concentration (MIC) values of 50, 25, 25, and 12.5 µg/mL, respectively. In addition, compounds 2i and 3g displayed bactericidal effects at the evaluated concentration. In the assays against A. castellanii, five BCCs were found to be active, with half-maximal inhibitory concentration (IC50) values ranging from 38.32 to 180.10 µM for compounds 2a, 2b, 2c, 2h, and 2k. It was observed that, for both microorganisms, the degree of oxidation influenced biological activity, with beta-carbolines being more active than THBCs, and that decarboxylation favored activity against M. tuberculosis, whereas the opposite trend was observed for A. castellanii. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, Florianópolis, 2026. Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275437 2026-01-01T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275433 Complexos de Ni(II)-salophen como pré-catalisadores da eletro-oxidação de glicerol: influência da estrutura do ligante Pereira, Thomas Silva A substituição da reação de desprendimento de oxigênio (OER) pela oxidação de compostos orgânicos de menor exigência energética tem surgido como uma estratégia promissora para aumentar a eficiência da eletrólise da água. Nesse contexto, a eletro-oxidação do glicerol (GOR), subproduto abundante da indústria do biodiesel, destaca-se como uma alternativa atrativa, pois ocorre em potenciais significativamente menores além de agregar valor a uma matéria-prima de baixo custo. O níquel tem sido amplamente investigado como alternativa aos metais nobres utilizados na oxidação de álcoois em meio alcalino devido à sua abundância, baixo custo e atividade catalítica mediada pelo par redox Ni(OH)2/NiOOH. Nesse contexto, complexos de coordenação de Ni(II) com ligantes do tipo base de Schiff podem ser utilizados como pré-catalisadores de interesse, uma vez que, após ativação eletroquímica em meio alcalino, sofrem hidrólise das ligações metal-ligante, promovendo a formação in situ de espécies eletroativas de Ni(OH)2. Este trabalho investigou três complexos de Ni(II) com ligantes do tipo salophen (Ni04, Ni30 e Ni34), que diferem na posição de cadeias alcoxila longas (-OC12H25), com o objetivo de avaliar a influência dessas modificações estruturais sobre a formação dos filmes eletroativos e o desempenho catalítico frente à GOR em meio alcalino. Os complexos foram depositados sobre eletrodos de FTO por drop-casting e caracterizados por voltametria cíclica, espectroscopia de impedância eletroquímica e cronoamperometria. A ativação em meio alcalino levou à formação de espécies Ni(OH)2/NiOOH eletroativas para todos os materiais, porém sob condições específicas. O complexo Ni34 foi o único a apresentar pares redox Ni2+/Ni3+ bem definidos na janela de potencial entre 0,1 a 0,6 V em KOH 1 mol L-1, indicando que a presença de cadeias alcoxila em ambos os fragmentos do ligante favorece a formação da camada eletroativa. Em contraste, os complexos Ni04 e Ni30 exigiram varreduras até 1,1 V em eletrólito menos concentrado (KOH 0,1 mol L-1) para sua ativação, evidenciando o papel das cadeias alcoxila nos processos de hidrólise e nucleação do Ni(OH)2. O Ni34 também apresentou a maior cobertura superficial eletroativa (Gm = 3,7 × 10-9 mol cm-2) e as maiores densidades de corrente em baixas concentrações de glicerol, atribuídas ao efeito doador das quatro cadeias alcoxila presentes em sua estrutura. Em concentrações mais elevadas de glicerol, o Ni04 demonstrou maior tolerância ao bloqueio superficial, consistente com sua maior constante de transferência de elétrons (ks = 3,86 s-1). Os três complexos exibiram um mecanismo catalítico dependente da concentração de glicerol, com transição de um regime misto Langmuir-Hinshelwood/Eley-Rideal em baixas concentrações para um regime predominantemente Eley-Rideal em altas concentrações. Os resultados demonstram que modificações estruturais no ligante é uma estratégia eficaz para controlar a formação da camada eletroativa e modular o desempenho catalítico de materiais à base de níquel, contribuindo para o desenvolvimento de eletrocatalisadores sem o uso de metais nobres.; Abstract: The replacement of the oxygen evolution reaction (OER) by the oxidation of organic compounds with lower energy requirements has emerged as a promising strategy to increase the efficiency of water electrolysis. In this context, glycerol electro-oxidation (GOR), an abundant byproduct of the biodiesel industry, stands out as an attractive alternative, since it occurs at significantly lower potentials and adds value to a low-cost raw material. Nickel has been widely investigated as an alternative to noble metals used in alcohol oxidation in alkaline media due to its abundance, low cost, and catalytic activity mediated by the Ni(OH)2/NiOOH redox couple. In this context, Ni(II) coordination complexes with Schiff base-type ligands can be employed as pre- catalysts of interest, since, after electrochemical activation in alkaline media, they undergo hydrolysis of the metal-ligand bonds, promoting the in situ formation of electroactive Ni(OH)2 species. This work investigated three Ni(II) complexes with salophen-type ligands (Ni04, Ni30, and Ni34), which differ in the position of long alkoxy chains (-OC12H25), with the aim of evaluating the influence of these structural modifications on the formation of electroactive films and on the catalytic performance toward GOR in alkaline media. The complexes were deposited onto FTO electrodes by drop-casting and characterized by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, and chronoamperometry. Activation in alkaline media led to the formation of electroactive Ni(OH)2/NiOOH species for all materials, although under specific conditions. The Ni34 complex was the only one to exhibit well-defined Ni2+/Ni3+ redox pairs in the potential window between 0.1 and 0.6 V in 1 mol L-1 KOH, indicating that the presence of alkoxy chains on both ligand fragments favors the formation of the electroactive layer. In contrast, the Ni04 and Ni30 complexes required scans up to 1.1 V in a less concentrated electrolyte (0.1 mol L-1 KOH) for their activation, evidencing the role of the alkoxy chains in the hydrolysis and nucleation processes of Ni(OH)2. Ni34 also presented the highest electroactive surface coverage (Gm = 3.7 × 10-9 mol cm-2) and the highest current densities at low glycerol concentrations, attributed to the donor effect of the four alkoxy chains present in its structure. At higher glycerol concentrations, Ni04 demonstrated greater tolerance to surface blocking, consistent with its higher electron transfer rate constant (ks = 3.86 s-1). The three complexes exhibited a glycerol concentration-dependent catalytic mechanism, with a transition from a mixed Langmuir-Hinshelwood/Eley-Rideal regime at low concentrations to a predominantly Eley-Rideal regime at high concentrations. The results demonstrate that structural modifications of the ligand are an effective strategy to control the formation of the electroactive layer and to modulate the catalytic performance of nickel-based materials, contributing to the development of noble metal-free electrocatalysts. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, Florianópolis, 2026. Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275433 2026-01-01T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275322 Electronic structure and reactivity of metal carbonyl and nitrosyl complexes: a computational study of ground, excited, and redox states Glitz, Vinícius Acir Este trabalho teve como finalidade investigar, por meio de métodos de estrutura eletrônica molecular, estados fundamentais e excitados, bem como o comportamento redox de complexos carbonílicos e nitrosílicos de metais de transição. O estudo concentrou-se na compreensão das relações entre propriedades eletrônicas e reatividade, com ênfase em processos fotoinduzidos e redox que governam a ativação e a labilidade de ligantes $\pi$-aceptores. A metodologia empregada baseia-se principalmente na teoria do funcional da densidade (DFT) e em sua extensão dependente do tempo (TD-DFT). Foram realizados cálculos estruturais, eletrônicos, vibracionais e de estados excitados para diferentes classes de complexos de metais de transição. Além disso, foram aplicadas análises de orbitais moleculares, decomposição de energia de ligação e estudos comparativos entre diferentes funcionais da densidade e esquemas de correção de dispersão, visando avaliar a confiabilidade e o desempenho das abordagens teóricas utilizadas. Os resultados obtidos indicam que, em complexos carbonílicos de manganês(I), a fotoliberação de monóxido de carbono é fortemente governada pela natureza dos estados excitados acessados após a absorção de luz. A população de estados de caráter metal--ligante promove redistribuição de densidade eletrônica e enfraquecimento da ligação \ce{Mn-CO}, permitindo racionalizar tendências experimentais observadas para diferentes sistemas. No caso de complexos de rutênio(II) contendo ligantes nitrosilocalcogenados (NE, E = O, S, Se, Te), os resultados revelam tendências sistemáticas ao longo da série dos calcogênios. A substituição do oxigênio por calcogênios mais pesados e a redução monoeletrônica levam a alterações significativas na geometria, na distribuição de carga e na força da ligação \ce{Ru-NE}, indicando maior propensão à labilização do ligante após a redução. Esses efeitos ressaltam a importância de fatores eletrônicos e relativísticos na modulação da reatividade desses complexos. O estudo de \textit{benchmarking} (avaliação comparativa) em DFT demonstra que o desempenho dos funcionais depende significativamente da propriedade investigada, sendo possível estabelecer protocolos computacionais equilibrados capazes de descrever com maior precisão parâmetros estruturais, frequências vibracionais e energias relativas de compostos carbonílicos. Conclui-se que a química computacional constitui uma abordagem sólida para a investigação de propriedades eletrônicas, estados excitados e processos redox em complexos de metais de transição. Os resultados apresentados contribuem para uma compreensão mais aprofundada das relações entre estrutura eletrônica e reatividade, além de fornecer subsídios metodológicos para a modelagem teórica de sistemas contendo ligantes $\pi$-aceptores.; Abstract: This work aimed to investigate, through computational chemistry methods, the electronic structure, excited states, and redox behavior of transition metal carbonyl and nitrosyl complexes. This study focused on understanding the relationships between electronic properties and reactivity, with emphasis on photoinduced and redox processes that govern the activation and labilization of $\pi$-acceptor ligands. The methodology employed is primarily based on density functional theory (DFT) and its time-dependent extension (TD-DFT). Structural, electronic, vibrational, and excited-state calculations were performed for different classes of transition metal complexes. In addition, molecular orbital analyses, bond energy decomposition, and comparative studies involving different density functionals and dispersion correction schemes were applied in order to assess the reliability and performance of the theoretical approaches employed. The results indicate that, in manganese(I) carbonyl complexes, the photoinduced release of carbon monoxide is strongly governed by the nature of the excited states accessed upon light absorption. Population of metal--ligand charge-transfer promotes electronic density redistribution and weakening of the \ce{Mn-CO} bond, allowing rationalization of experimental trends observed for different systems. In the case of ruthenium(II) complexes containing nitrosyl-chalcogen ligands (\ce{NE}, E = O, S, Se, Te), the results reveal systematic trends along the chalcogen series. Substitution of oxygen by heavier chalcogens and one-electron reduction lead to significant changes in geometry, charge distribution, and \ce{Ru-NE} bond strength, indicating an increased propensity for ligand labilization upon reduction. These effects highlight the importance of electronic and relativistic factors in modulating the reactivity of these complexes. The benchmarking study demonstrates that the performance of DFT methods depends strongly on the property being investigated, making it possible to establish balanced computational protocols capable of more accurately describing structural parameters, vibrational frequencies, and relative energies of carbonyl compounds. It is concluded that computational chemistry constitutes a robust approach for investigating electronic properties, excited states, and redox processes in transition metal complexes. The results presented contribute to a deeper understanding of the relationships between electronic structure and reactivity and provide methodological support for the theoretical modeling of systems containing $\pi$-acceptor ligands. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, Florianópolis, 2026. Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275322 2026-01-01T00:00:00Z