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BIBLIOTECAINSTITUTO DE QUíMICAUniversidade de São Paulo

;X;gh~

Universidade de São PauloInstituto de Química

Estudo da Etapa de Quimiexcitação

do Sistema Peroxioxalato

(Tese de Doutorado)

Sandra Maria da Silva

Orientador: Josef Wilhelm Baader

São Paulo

04 de junho de 2004

DEDALUS-AceNo-CQ

111~JlIIII~111

Ficha CatalográficaElaborada pela Divisào de Biblioteca e

Documentaçào do Conjunto das Químicas da USP.

Silva. Sandra Maria daS586e Estudo da etapa de quimiexcitaçào do sistema

peroxioxalato I Sandra Maria da Silva. -- Sào Paulo,2004.

170p.

Tese (doutorado) Instituto de Química daUniversidade de Sào Paulo. Departamento de Quimicafundamental.

Orientador: Baader, Josef Wilhelm

I. Quimiluminescência: físico-química: Orgànica2. Mecanismo de reaçào : Fisico-química : Orgànica3. Cinética de reaçào: Físico-química: Orgânica 1. T.11. Baader, Josef Wílhelm, orientador.

547.135 CDD

.~.

Dedicatória

Dedico este trabalho,

Aos meus pais, Maria Izabel e Elias Martins por disseminar o carinho, respeito e

amizade entre nossa família e pela simplicidade com a qual conduzem a vida,

Aos meus queridos irmãos Vera Lúcia (sempre estressada), Antônio Sergio (sempre bem

humorado) e Elizabeth (nossa "irmãzinha"),

A minha queridissima sobrinha Yanka que, com seu sorriso, ilumina a nossa vida e ao

meu cunhado Roberto pela amizade e simpatia.

Agradecimentos

Agradecimentos

Em primeiro lugar gostaria de agradecer ao meu orientador, Prof. Or. Josef W.

Baader (Willi) , por ter me recebido em seu laboratório e me ensinado tudo o que sei

sobre química orgânica, pela amizade, simpatia e paciência. Obrigada!

Ao Cassius (agora, Professor Cassius) por ter me orientado na iniciação

científica, ajudando-me a dar os primeiros passos dentro de um laboratório.

Aos meus amigos de laboratório: Erick, Luiz Francisco ("Lolo"), Camila, e ao

Marcelo pela constante companhia e pelos divertidos comentários. Aos alunos que me

deram a oportunidade de orientá-los na iniciação científica: Fabiana, Juliano, Viviane e

LoIo. À Professora Paulete pela amizade e pelas agradáveis reuniões em sua casa. O

meu trabalho foi bastante agradável na companhia de vocês.

À Silvia (sempre simpática e sorridente) e ao Luiz (... onde está o Luiz?) pela

disponibilidade com que sempre me ajudaram.

Agradeço a todos que colaboraram com o desenvolvimento do meu trabalho, à

Professora Regina (Bloco 4) pelas medidas de viscosidade, ao Greg pelas medidas do

potencial de oxidação e a todos que em algum momento me cederam um reagente,

uma vidraria, etc ...

Agradeço também à Central Analítica, principalmente ao Fernando, Alessandra,

Mirian, Alfred e Márcio. Ao pessoal da seção de pós-graduação e da Biblioteca pela

prestação de serviço, disponibilidade e paciência com que sempre me auxiliaram.

Agradeço a Professora Oaisy pela ajuda na correção de alguns artigos e pelas

conversas agradáveis.

Especialmente agradeço a Fapesp (Fundação de Amparo à Pesquisa de São

Paulo), ao CNPq (Conselho Nacional de Pesquisa) e ao OAAD (Intercâmbio Acadêmico

Brasil-Alemanha) por financiarem o desenvolvimento deste trabalho.

Aos meus queridos amigos do IQ: Roberto, Pablo, Andréa "Carioca", Celize, João

Lago, Chang, Andréa Aguilar, Elaine, Geise, Fátima, Alessandra, Lilian, Perpétua,

Teresa, Marquinhos por me ajudar na correção do texto, etc... (Graças a Deus a lista é

grande!).

Especialmente, à Sarah, minha irmã espiritual e à Alba por estarem sempre por

perto e, também, à Ritinha, Abadia, Regina e Lurdinha.

Ao Sr. Antõnio, O.Regina, Priscila e a Oaiana pela agradável convivência e

amizade. Enfim, agradeço a todos que torceram por mim,

Obrigada.

Índice

BIBLIOTECAINSTITUTO DE QUíMICAUnIversidade de São Paulo

1 - Introdução 1

1.1 - Quimiluminescência 1

1.2 - Luminescência Induzida Quimicamente pela Troca de Elétron (CIEEL) 9

1.3 - O Sistema Peroxioxalato 12

1.4 - Aplicações Analíticas 21

1.5 - Referências 25

2 - Parte Experimental 30

2.1 - Aparelhagem 30

2.2 - Reagentes 31

2.3 - Solventes 32

2.4 - Determinação da concentração dos perácidos 5-7 e das soluções anidras de H20 2 33

2.5 - Estudo cinético dos derivados de O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de arila (5-7) 33

2.6 - Estudo do sistema peroxioxalato variando a viscosidade 34

2.7 - Estudo do sistema peroxioxalato utilizando os ativadores 9-13 35

2.8 - Estudo do sistema peroxioxalato na ausência de H20 2 35

2.9 - Calibração da fotomultiplicadora 36

2.10 - Medida da viscosidade da mistura de tolueno com difenilmetano (C'3Hd 38

2.11 - Preparação dos cloretos de feniloxalila substituídos 38

2.11.1 - Tentativa de preparação do cloreto de p-nitrofeniloxalila (4) 41

2.11.2 - Preparação do bis(4-nitrofenil) oxalato (23) 42

2.12 - Síntese dos derivados de O.O-hidrogênio monoperoxioxalato de arila (5-8) 43

.2.12.1 - Tentativa de síntese do O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de p-nitrofenila (8) a

partir do composto 4 45

2.12.2 - Segunda tentativa de síntese do O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de p-

nitrofenila (8) a partir do composto 23 45

2.13 - Síntese do ácido p-metoxifeniloxálico (28) 46

2.14 - Síntese de derivados de oxazolonas 47

2.14.1 - Preparação do Mn02 em carvão ativo' 47

2.14.2 - 2[4-bromofenil]-5,5-dimetiloxazol-4-ona (14) 47

2.14.3 - 2-[4-benzilacetileno]-5,5-dimetiloxazol-4-ona (15) 49

2.14.4 - 2-[4-bromofenil]-5,5-dimetiloxazol-4-tiona (16) ' 51

2.14.5 - Androsta-1 ,4-dieno-3-tiona-17-ona (18) 52

2.14.6 - Androsta-1 ,4-dieno-3 hidrazona-17-ona (19) 53

2.14.7 - Androsta-1 ,4-dieno-3 diazo 17-ona (20)' 54

2.14.8 - 3-[2-(4-bromofenil)-5,5-dimetiloxazol-4-ilideno]-androsta-1 ,4-dien-17-ona (21)1 .. 55

2.15 -Referências _ 57

Índice

3 - Resultados 58

3.1 - Síntese e estudo dos derivados de O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de arila (5-7) .. 58

3.1.1 - Síntese e caracterização 58

3.2 - Estudo das propriedades de quimiluminescência dos intermediários 5-7 69

3.3 - Estudo da eficiência de transferência de elétron na etapa de quimiexcitação 74

3.3.1 - Determinação do rendimento quântico singlete 74

3.3.2 - Rendimento quântico singlete na concentração infinita (cI>s"') 78

3.4 - Influência da viscosidade no rendimento quântico singlete (cI>s) 81

3.5 - Estudo do Sistema Peroxioxalato na ausência de H20 2 85

3.6 - Síntese de derivados de Oxazolonas (14-21) 89

3.6.1 - 2-[4-fenilacetileno]-5-dimetiloxazol-4-ona (15) 89

3.6.2 - 3-[2-(4-bromofenil)-5,5-dimetiloxazol-4-ilideno]androsta-1 ,4-dien-17-ona (21) 90


4 - Discussão 95

4.1 - Síntese dos derivados do O,O-hidrogênio monoperoxioxalato (5-7) 95

4.2 - Estudo cinético dos perácidos 5 a 7 99

4.3 - Correlação de estrutura e reatividade 112

4.4 - Estudo da Eficiência de transferência de elétron na etapa de quimiexcitação 118

4.5 - Influência da viscosidade no rendimento quântico singlete 127

4.6 - Estudo do Sistema Peroxioxalato na ausência de H20 2 .....................•....................... 133

4.7 - Síntese de derivados de Oxazolonas (14-21) 135

4.7.1 - 2-[4-benzilacetileno]-5,5-dimetiloxazol-4-ona (15) 136

4.7.2 - 3-[2-(4-bromofenil)-5,5-dimetiloxazol-4-ilideno]-androsta-1 ,4-dien-17-ona (21) 137


5 - Conclusão 147

6 - Anexos 148

7 - Curriculum Vitae 166

Índice

I - Lista de estruturas

Cloreto de feniloxalila (1)

Cloreto de p-metilfeniloxalila (2)

Cloreto de p-metoxifeniloxalila (3)

Cloreto de p-nitrofeniloxalila (4)

O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de p-metoxiteniloxalila (5)

O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de p-metilfeniloxalila (6)

O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de fenila (7)

O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de p-nitrofenila (8)

O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de p-clorofenila (8A)

3-[2-(4-metoxifenil)-5, 5-dimetiloxazol-4-il idenojandrosta-1 ,4-dien-17-ona (9)

3-[2-(3-metoxifenil)-5, 5-dimetiloxazol]-4-ilideno]androsta-1 ,4-dien-17-ona (10)

3-[2-(4-clorofenil)-5,5-dimetiloxazol-4-ilidenojandrosta-1 ,4-dien-17-ona (11)

3-[2-(4-f1uorofenil)-5,5-dimetiloxazol-4-ilidenojandrosta-1,4-dien-17-ona (12)

3-[2-(4-nitrofenil)-5,5-dimetiloxazol-4-ilidenojandrosta-1 ,4-dien-17-ona (13)

2-[4-bromofenilj-5,5-dimetiloxazol-4-ona (14)

2-[4-fenilacetilenoj-5,5-dimetiloxazol-4-ona (15)

2-[4-bromofenil]-5,5-dimetiloxazol-4-tiona (16)

Androsta-1 ,4-dieno-3, 17-diona (ADD) (17)

Androsta-1 ,4-dieno-3-tiona-17-ona (18)

Androsta-1 ,4-dieno-3-hidrazona-17-ona (19)

Androsta-1 ,4-dieno-3-diazo-17-ona (20)

3-[2-(4-bromofenil)-5,5-dimetiloxazol-4-ilidenoj-androsta-1 ,4-dien-17-ona (21)

Ácido peroxálico (22)

Bis(4-nitrofenil) oxalato (23)

1,2-dioxetanodiona (24)

1,2-dioxetanona (25)

Reagente de Lawesson (26)

Cloreto de bis(trifenilfosfina) paládio 11 [(Ph3P)zPdCb] (27)

ácido p-metoxifeniloxálico (28)

ácido p-metilfeniloxálico (29)

ácido feniloxálico (30)

anidrido do O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de fenila (31)

Índice 11

BIBl.IOTECAINSTITUTO DE QUíMICAUniversidade de São Paulo

-o-~ O O

°2N

- ~/ ~NOÓ/\O~ 2

23

O

X = 4-0CH3 (9)

X = 3-0CH3 (10)X=4-CI(11)X = 4-F (12)X = 4-N0

2(13)

X = 4-Br (21)

HOO O

HO OOH

22

~O

X = 0(17)X = S (18)X = N

2H

2(19)

X = N2 (20)

HOO O

OHO-o-XX = OCH3 (5)X = CH

3(6)

X=H(J)X = N02 (8)

X = CI (8A)

OAr

HO-t-f°O-O

25

xO

~o+-o O

'HO-O

24

CI O

oHo-o-xx = H (1)X = CH3 (2)

X = OCH3

(3)X = N02 (4)

~N X

Br~_~~Tx =°(14)X=S(16)

HO O

-o~\ S H-o-MeO ~ /; p'" \~ O O ~ /; X

's/~\~OMe26 S X = OCH

3(28)

X =CH3 (29)

X = H (30)

o-~ O O O o-{)- H H

O o-o O31

Índice

II - Lista de siglas

• OPA - 9,1 O-difenilantraceno

• OBA - 9,1 O-dibromoantraceno

• CIEEL - Chemically Initiated electron exchange luminescence

(Luminescência induzida quimicamente pela troca de elétron)

• ACT - ativador

• IAE - intermediário de alta energia

• TCPO - bis(2,4,6-triclorofenil)antraceno

• TCP - 2,4,6-triclorofenol

• 001 - 1,1'-oxalyldiimidazole (di-imidazolida)

• IMI-H - imidazol

• 3-AFA - 3-aminofluoranteno

• ONPO - bis(3,5-dinitrofenil) oxalato

• PCPO - bis(pentaclorofenil) oxalato

• OMOA - 9,1 O-dimetoxiantraceno

• OCNA - 9,1 O-dicianoantraceno

• THF - tetrahidrofurano

• OFM - difenilmetano

• ACN - acetonitrila

• CCO - cromatografia em camada delgada

III

Estudo da etapa de quimiexcitação do sistema peroxioxalato IV

III - Resumo

o fenômeno de quimiluminescência é uma das mais fascinantes

demonstrações de conversão de energia química em energia de excitação. O

representante de maior eficiência dentro desta classe é a reação peroxioxalato,

pois possui rendimento de emissão de aproximadamente 30%, comparado

apenas a sistemas bioluminescentes, cujo rendimento é da ordem de 100%. O

sistema peroxioxalato consiste na reação de derivados fenólicos com

substituintes atraentes de elétrons do éster oxálico com peróxido de hidrogênio

catalisada por base na presença de um hidrocarboneto aromático

policondensado com baixo potencial de oxidação (Eox) e altos rendimentos de

fluorescência, denominado ativador. O mecanismo desta reação é bastante

complexo com várias etapas consecutivas e paralelas que antecedem a

emissão de luz.

O ponto chave do mecanismo é a etapa de quimiexcitação, onde um

intermediário de alta energia (IAE), formado em etapas anteriores, interage com

o ativador (ACT), resultando na formação de estados eletronicamente excitados

e subseqüentemente em emissão de luz. Para explicar esta interação, é

utilizado o mecanismo de Luminescência Induzida Quimicamente pela

Transferência de Elétron (UChemically Initiated Electron Exchange

Luminescence" - CIEEL), o qual envolve transferência e retro-transferência de

elétron. O ponto de controvérsia entre vários pesquisadores que estudam a

reação peroxioxalato está relacionado com a estrutura do intermediário de alta

energia (IAE), pois, de acordo, com os resultados destes trabalhos, diferentes

intermediários foram postulados (A-H).

OH o ArO O~N---L.J/ HN:d 6-6 O OOH

C D

° OJl . Jl.. ,o-oAr~N.:y°·o ArO Ã >=0

[[~)00o ArO o-io

N G O H

OH oAro-t-f

o-oB

0yo·o o

J--oVoAro NF~)

N

o oHo-o

A0yO-o

~N+oV:N:dHO íÍJJI- \1

E \ !J ~NN

Estudo da etapa de quimiexcitação do sistema peroxioxalato v

o enfoque geral deste trabalho foi estudar a natureza do IAE e a etapa

de quimiexcitação com o intuito de obter evidências sobre o mecanismo de

geração de estados excitados no sistema peroxioxalato. Para que isto fosse

possível, o trabalho foi abordado da seguinte maneira:

1- Síntese e caracterização de intermediários perácidos do tipo D

contendo OCH3, CH3, H e N02 substituídos no anel aromático. Do estudo

cinético da reação destes compostos, catalisada por imidazol, na presença de

9,10-difenilantraceno, foi possível propor um mecanismo completo e obter

informações a respeito da estrutura do IAE; através da correlação de Hammett

foram obtidas evidências para a ocorrência da 1,2-dioxetanodiona (A), como

IAE na reação peroxioxalato.

2- Estudo da eficiência de transferência de elétron na etapa de

quimiexcitação (mecanismo CIEEL) utilizando a reação do bis(2,4,6-triclorofenil)

oxalato (TCPO) com H20 2 catalisado por imidazol na presença de 3-(2-aril-5,5

dimetiloxazol-4-ilideno)androsta-1 ,4-dien-17-onas como ativadores. As

constantes de velocidade relativas da interação do ACT com o IAE mostram

correlação linear com o Eox do ACT e os rendimentos quânticos singlete em

concentrações infinitas do ACT (<!>s;XJ) correlacionam com as energias livres para

a formação do ativador no estado excitado ('ó'G*BET) através do processo de

retro-transferência de elétron. Desde modo, os resultados obtidos apresentam

evidências para a validade do mecanismo CIEEL utilizado para explicar a

formação de estados excitados na etapa de quimiexcitação da reação

peroxioxalato.

3- Com o objetivo de obter informações sobre a influência da viscosidade

no rendimento quântico singlete (<!>s) foram feitos estudos da reação do TCPO

catalisada por imidazol com H202 na presença de 9,1 O-difenilantraceno (OPA)

como ativador, utilizando-se misturas variadas de tolueno e difenilmetano. Foi

observado aumento de até 10 vezes no rendimento quântico singlete com o

aumento da viscosidade de 0,5 para 2,5 cP. Este comportamento é compatível

Estudo da etapa de quimiexcitação do sistema peroxioxalato VI

com o mecanismo CIEEL, indicando que a etapa de quimiexcitação ocorre em

uma seqüência de eventos, envolvendo intermediários íons radicais.

4- Síntese de derivados de oxazolonas esteroidais substituídos, com o

objetivo de obter compostos com novas propriedades foto-físicas e físico

químicas para aplicar no estudo da reação peroxioxalato, especificamente para

obter informações adicionais sobre a etapa de quimiexcitação. O outro interesse

nestes compostos era o de transformá-los em reagentes de derivatização para

futuramente empregá-los em trabalhos de química analítica que utilizam a

reação peroxioxalato. Foram preparados dois novos compostos fluorescentes,

além de vários intermediários sintéticos e estes derivados possuem potencial

para o uso como ACT em futuras aplicações analíticas.

Estudo da etapa de quimiexcitação do sistema peroxioxalato VIl

IV - Abstract

The phenomenon of chemiluminescence (CL) is one of the most

fascinating demonstrations of chemical energy conversion into excitation

energy. The most prominent example of this c1ass of reaction is the

peroxyoxalate system showing emission quantum yields of around 30 %,

comparable only to the 100 % efficiency bioluminescence systems. The

peroxyoxalate system consists in the base catalyzed reaction of activated

oxalate esters with hydrogen peroxide in the presence of polycondensed

aromatic hydrocarbons with low oxidation potentials (Eox) and high fluorescence

quantum yields, denominated activatars (ACT). The mechanism of this reaction

is quite complex with various subsequent and parallel reaction steps prior to light

emission.

The crucial mechanistic step is the chemiexcitation step, where a high

energy intermediate (HEI), formed in former reaction steps, interacts with the

ACT resulting in excited state formation and subsequent light emission. This

interaction can be understood on the basis of the Chemically Initiated Electron

Exchange (CIEEL) mechanism, which involves electron and back-electron

transfer steps. A controversial point between various authors who study

mechanistic aspects of the peroxyoxalate reaction is related to the nature of the

high-energy intermediate (HEI) and different proposal for its structure (A - I)

have been made.

OH o ArO O

r'N+-f HN=.! o-o O OOH

C O

O OJl _ Jl ,o-o

Ar~N>(O'o ArO J\ )=0[~>00o ArO O--{o

N G O H

OH O

ArO+-fO-O

B

01"°'0 °J... O J;-JZ OAro N

F~)N

o oHo-o

A

0yO·O

r'N+ot{N=.!HO íÍ ';)(.. l1

E~.J ~N

The main object of this work was to study the nature of the HEI and the

chemiexcitation step in arder to obtain evidence with respect to the

Estudo da etapa de quimiexcitação do sistema peroxioxalato Vlll

chemiexcitation mechanism in peroxyoxalate CL. For this purpose, the following

approach was used:

1 - Synthesis and characterization of peracid intermediates of type E,

containing different substituents (OCH3, CH3, H, N02). A kinetic study on the

imidazole catalyzed reaction of these compounds in the presence of 9,10

diphenylanthracene (OPA) allowed to propose a reaction mechanism and obtain

information with respect to the structure of the HEI; Hammett correlations clearly

indicate the occurrence of 1,2-dioxetanedione (A) as the HEI in the

peroxyoxalate reaction.

2 - The efficiency of electron transfer in the chemiexcitation step (CIEEL

mechanism) of the imidazole catalyzed reaction of bis(trichlorophenyl) oxalate

(TCPO) with H202 in the presence of 3-(2-aryl-5,5-dimethyloxazol-4

ylidene)androsta-1,4-dien-17-ones as activators was studied by measuring the

singlet quantum yieldso The relative rate constants for the interaction of the ACT

with the HEI show linear correlation with the activators oxidation potentials (Eox)

and the singlet quantum yields at infinite activator concentrations (<1>5") can be

correlated with the free energy change for the formation of the activators excited

singlet state (~G*BET) in the back-electron transfer processo Therefore, the

obtained results add additional evidence for the validity of the CIEEL scheme to

rationalize excited state formation in the peroxyoxalate CL.

3 - The imidazole catalyzed reaction of TCPO with H20 2 in the presence

of OPA as ACT was studied in mixtures of toluene and diphenymethane in order

to get information about the solvent viscosity influence on the singlet quantum

yields (<1>5)0 A change of the solvent viscosity from 0,5 to 2,5 cP results in an up

to ten fóld increase in <1>5, and this behavior is in agreement with the CIEEL

mechanism, indicating that the chemiexcitation step occurs in a sequence of

events involving discreet radical ion intermediates.

4 - Synthesis of steroid-substituted oxazolone derivatives with the aim to

obtain compounds with new photo physical and physical chemical properties for

applications in studies on the peroxyoxalate CL, specifically to obtain insights to

Estudo da etapa de quimiexcitação do sistema peroxioxalato 1X

the chemiexcitation step. An additional interest in these compounds is their use

as derivatization reagents for future utilization in analytical applications of the

peroxyoxalate system. In this context, two new f1uorescent derivatives have

been prepared, apart from several synthetic intermediates and these

compounds may have future utility as activators on peroxyoxalate system and

analytical applications.

Estudo da etapa de quimiexcitação do sistema peroxioxalato

v - Objetivo

x

o objetivo deste trabalho foi estudar a etapa de quimiexcitação da reação

peroxioxalato, através das seguintes abordagens:

(i)- Síntese de derivados do intermediário D com diferentes substituintes no anel

aromático, visando um estudo da correlação da estrutura e reatividade com o

intuito de obter informações sobre a estrutura do intermediário de alta energia

(IAE) que interage com o ativador (ACT) na etapa de quimiexcitação.

ArO O

HO OOH

D

(ii)- Estudo da etapa de transferência e retro-transferência de elétron que ocorre

na etapa de quimiexcitação através da reação do bis(2,4,6-triclofenil) oxalato

(TCPO) com HzOz catalisado por imidazol na presença de 3-(2-aril-5,5

dimetiloxazol-4-ilideno)androsta-1 ,4-dien-17-onas.

(iii)- Estudo da influência da viscosidade do solvente utilizando-se misturas de

tolueno e difenilmetano, sobre o rendimento quântico singlete (<Ds) da reação de

TCPO com HzOz catalisada por imidazol na presença de 9,1 O-difenilantraceno

(OPA) para obter evidências sobre a importância da gaiola de solvente no

processo de transferência e retro-transferência de elétron (etapa de

quimiexcitação).

(iv)- Síntese de derivados de oxazolonas esteroidais substituídos, com objetivo

de obter compostos com novas propriedades foto-físicas e físico-químicas para

aplicar no sistema peroxioxalato e em sistemas analíticos.

Introdução

1 - Introdução

1.1 Quimiluminescência

1

A emissão de luz pode ser resultado da incandescência ou luminescência.

No primeiro caso, a energia vibracional é convertida em energia radiante e

ocorre para todos os objetos na temperatura acima do zero absoluto

(-273,15 °C). No segundo caso, a emissão de luz é proveniente de um estado

eletrônico excitado. Deste modo, em fluorescência, a luz absorvida na banda de

absorção de comprimento de onda mais longo de uma molécula orgânica

produz o primeiro estado singlete excitado pela promoção de um elétron do

orbital ligante de mais alta energia para o orbital antiligante de mais baixa

energia. O processo reverso após aproximadamente 10-9 a 10-8 segundos gera

um fóton e a molécula volta para o estado fundamental. Naturalmente, quando

uma molécula orgânica absorve energia, outros processos podem ocorrer e não

apenas o de fluorescência. Uma molécula quando absorve energia pode sofrer

as seguintes transformações energéticas (Esquema 1):

Esquema 1

ts,~-

I::(So --- S1)1

-tt- So

1- promoção do elétron do estado singlete fundamental para o primeiro estado

singlete excitado, 2- retorno do elétron do estado singlete excitado para o

estado singlete fundamental, resultando em fluorescência, 3- conversão interna,

Introdução

BIBLIOTECAINSTITUTO DE QUíMICAUnIversidade de São Paulo

2

resultando no estado fundamental da molécula inicial ou um produto de reação

proveniente do estado singlete excitado, 4- conversão intersistemas (7):

promoção do elétron do estado singlete fundamental para o primeiro estado

triplete excitado. 5- fosforescência: emissão gerada pela transição entre

estados com multiplicidade de spins diferentes (neste caso singlete para

triplete) e 6 - conversão interna, resultando no estado fundamental da molécula

inicial ou um produto de reação proveniente do estado triplete excitado em um

produto de reação.

Na quimiluminescência o processo de emissão de luz é idêntico ao de

uma molécula foto-excitada, entretanto a fonte geradora da energia de

excitação é uma reação química. Para que ocorra uma reação que resulte em

emissão de luz são necessários alguns pré-requisitos fundamentais, os quais

envolvem a presença de um composto com capacidade de ser formado no

estado eletronicamente excitado, um emissor capaz de liberar esta energia de

excitação e um sistema de coordenada de reação que favoreça a formação de

um produto no estado excitado ao invés de formar o produto no estado

fundamental 1.

A + B ~-----...~ C* ... C + ilV

A pergunta que sempre surge diante desta definição é: Por que uma

reação química pode liberar sua energia em forma de luz e não em forma de

calor conforme ocorre na maioria das reações químicas?

Resumidamente, fatores energéticos e geométricos estão envolvidos na

formação de um estado excitado. Energeticamente, uma reação química na

qual a entalpia de ativação para a formação do produto no estado excitado é

menor que a entalpia para a formação do produto no estado fundamental,

formará principalmente o produto no estado excitado (Figura 1). Por outro lado,

de acordo com o "Princípio de Frank Condon"2, uma transição eletrônica é tão

rápida que a geometria da molécula permanece inalterada (congelada) durante

a transição. Portanto, a formação do produto no estado excitado será favorecida

Introdução 3

se ocorrer um menor rearranjo geométrico. Este produto se formará mais

facilmente no estado excitado do que no estado fundamental3.

.:;~'I.l

~

A~ + rri-

~ s,---- A + D

MI1't \s=::d~~_~~_5~~~~~l.\1l *1'~hv

i\II R

A + D

Distância entre os núcleos

Figura 1: Representação simplificada da entalpia em função da coordenada de uma reação

quimiluminescente, onde: ~H'" - entalpia de ativação para formar o produto no estado

fundamental, ~HR - entalpia de reação, ~H·" - entalpia de ativação para formar o produto no

estado excitado.

Portanto, para que ocorra uma reação com propriedades de

quimiluminescência, os seguintes critérios devem ser obedecidos.

• A reação deve ser exergônica, isto é, deve produzir energia suficiente

para gerar um estado eletronicamente excitado.

• A reação deve ter um caminho preferencial que favoreça a formação do

estado eletronicamente excitado, de modo que a perda de energia por

calor (via energia vibracional e rotacional) seja insignificante.

• O produto eletronicamente excitado deve ser capaz de perder a energia

em forma de fóton ou transferi-Ia para outro emissor, pois caso ocorra

perda de energia por processo não-radiativo (conversão interna e

formação de produtos), não haverá emissão de luz.

Em uma reação, com formação de estados eletronicamente excitados, a

entalpia (i1H) é o termo mais importante, pois em muitas reações químicas com

Introdução 4

propriedades de quimiluminescência a mudança na entropia é pequena. Sendo

assim t..G e t..H são similares em magnitude. Porém esta afirmação é mais

adequada para reações de decomposição unimolecular, como por exemplo,

dioxetano ou reação de luminol, nos quais o fator entrópico não influência.

Para que uma reação produza um estado excitado o somatório da

entalpia de reação mais a entalpia de ativação que leva os produtos para o

estado fundamental deve ser maior que a energia para formar o produto no

estado excitado (t..HR + t..H# ~ t..Eex).

O fenômeno da emissão de luz através de reações químicas,

quimiluminescência, e seres vivos, bioluminescência, tem atraído o interesse de

inúmeros pesquisadores durante várias décadas. Embora a bioluminescência

seja descrita desde a Grécia antiga, a primeira reação quimiluminescente bem

caracterizada quimicamente, a oxidação do luminol (Esquema 2), só veio a ser

descrita por Albrecht em 19284. Um grande avanço no estudo mecanístico da

quimiluminescência foi alcançado com a primeira síntese de 1,2-dioxetano, um

peróxido cíclico de quatro átomos, por Kopecky em 19695,6, Contudo, o

mecanismo da maioria das reações orgânicas com propriedades de

quimiluminescência ainda não está completamente esclarecido,

especificamente no que diz respeito ao passo de excitação, ou seja, ao passo

elementar no qual a energia "química" da reação é transformada em energia de

excitação eletrônica.

Uma abordagem mecanística quantitativa considera que a eficiência de

uma reação quimiluminescente (<DcL) , pode ser determinada pela quantidade de

moléculas formadas no estado excitado singlete excitado (<Ds) multiplicado pelo

rendimento quântico de fluorescência do ativador (<DFI) , para o caso do produto

ser o próprio emissor.

cI>CL =cI>s X cI>FI Equação 1

Introdução 5

Se o produto formado transfere a sua energia para um outro emissor,

deve-se considerar o rendimento da eficiência de transferência de energia

(<1>te) 1.

<Del =<Ds X <DFI X <Dte Equação 2

Uma reação, cujo produto gerado no estado excitado é o próprio emissor,

é denominada de Quimiluminescência direta. Um exemplo clássico que

caracteriza este tipo de quimiluminescência é a reação de luminol, no qual o

produto da reação, 3-aminoftalato, é o responsável pela emissão de luz1

(Esquema 2).

Esquema 2

NH2 O

~NH H202/-0H

I I ~~ NH DMSO

O

po~O

O

Em reações classificadas como Quimiluminescência indireta, o emissor é

excitado através de uma transferência de energia de um produto formado no

estado excitado. A decomposição unimolecular de dioxetanos sintetizados por

Kopecky-Munford5,6 é um exemplo deste processo conforme mostrado no

esquema 3.

Introdução 6

Esquema 3

ySoO

-------;..~ DPASo +

hv (R2)

hv (R3)

DBASo + hv (R1)•

kF1 ySo--- +O

kF1(DBA)

IT-----sl

kF1(DPA)

Is-----sl

DBAS1

DPAS1

kTE

DPASo

I So 50YT1 +YO 51 O

DBA

..k1

ô++-O-O

DPA=

Br

DBA=~~

Br

Nesta decomposição pode ocorrer a formação de uma espécie no estado

fundamental, no estado triplete e no estado singlete (R2). A espécie formada no

estado singlete excitado pode decair diretamente para o estado singlete

fundamental (R2) ou ter a sua energia transferida para um aceptor de energia,

que neste exemplo é o OPA (R3). A emissão observada, neste caso, é

proveniente da excitação eletrônica do OPA.

Sabe-se que a emissão de fosforescência de espécies tripletes não é

observada normalmente em meio líquido, devido à presença de impurezas ou

de oxigênio, portanto para que isto seja possível geralmente é adicionado ao

meio um aceptor de energia triplete, como por exemplo, o 9,10

dibromoantraceno (R1). A transferência de energia triplete-singlete ocorre

através de um acoplamento spin-orbital causado pelo efeito de átomo pesado.

No caso da Quimiluminescência ativada, ocorre a reação bimolecular

entre um peróxido cíclico com anel tensionado, portanto, rico em energia e um

f1uoróforo, resultando na formação de estados excitados do aceptor. Neste

caso, o aceptor passa a ser chamado de ativador, pois o aumento da

concentração do aceptor acelera a decomposição do peróxido (Esquema 4).

Introdução 7

Esquema 4

"'" + hv0H-+o-o

Para explicar a geração de estados excitados em reações com

propriedades de quimiluminescência, Rauhut et aI. 7, 13 foram os primeiros a

propor um complexo de transferência de carga entre o peróxido rico em

energia, formado na reação, e o aceptor de energia. Além disso, baseado nos

resultados de rendimento quântico de quimiluminescência, foi observado que

quanto menor o potencial de oxidação, maior é a constante de velocidade de

formação de estados excitados. Da mesma forma, quanto menor a energia

singlete do ativador maior o rendimento quântico de quimiluminescência.

Posteriormente, Schuster8, estudando uma série de peróxidos cíclicos e

lineares isoláveis, constatou que tanto a velocidade de decomposição do

peróxido quanto a intensidade de emissão aumentavam na presença do

aceptor, sendo que a emissão observada era a fluorescência do mesmo e o

aceptor não sofria decomposição. Além disso, a velocidade dependia da

concentração do aceptor (ativador) e a constante de velocidade catalisada

dependia do potencial de oxidação do ativador e quanto menor o potencial de

oxidação maior era a formação de estados excitados do ativador.

Schuster8 também observou que, para todos os peróxidos cíclicos

estudados, o valor da constante de velocidade catalisada (kcat) correlacionava

linearmente com o potencial de oxidação do ativador, indicando que na etapa

limitante ocorria uma transferência de elétron (Esquema 5). Além disso, o

aumento da viscosidade de solventes com mesma constante dielétrica no

estudo do sistema difenoil-peróxido resultou no aumento do rendimento

quântico de quimiluminescência9.

Introdução

Esquema 5

kcatPeróxido .. hv

8

Jknsem emissão

v = kObS[Peróxido]

kobs =k1 + kcat[ACT]

km , ~ A.exp[:r(E= - E,," ;:)] Equaçio 3

Através destas observações Schuster e Ko09 postularam um mecanismo

que pudesse explicar a interação do peróxido rico em energia com o ativador, o

qual foi por eles denominado de mecanismo CIEEL ("Chemical/y Initiated

Electron Exchange Luminescence') , ou seja, Luminescência Induzida

Quimicamente pela Troca de Elétron8,9. Resumidamente, o valor de a presente

na equação de velocidade catalisada (Equação 3) está relacionado com a

extensão da ligação O-O no momento que ocorre a transferência de elétron do

ativador para o intermediário de alta energia (IAE). Este valor é semelhante ao

valor de a de Bronsted utilizado em catálise ácida geral, o qual mede a

transferência do próton no estado de transição. De acordo com a equação 3, o

valor de a é obtido da relação Inkcat vs. Eox.

Introdução 9

1.2 Luminescência Induzida Quimicamente pela Troca de

Elétron (CIEEL)

Esquema 6

O~ICiii)

~.

~O~O, O

O~ ",..~ ~ .. , I1

O-O~ \.$

(v)hv

.~s1.# oOH- +O-O

c~c

o r COCO IV) 2

2

A luminescência induzida quimicamente pela troca de elétron supõe as

seguintes etapas: (i)- o peróxido formaria um complexo de encontro com o

ativador dentro da gaiola de solvente, (ii)- o alongamento da ligação oxigênio

oxigênio diminuiria a energia do orbital anti-ligante permitindo a transferência de

elétron do ativador para o peróxido, formando um par de íons radicais dentro da

gaiola de solvente, (iii)- a c1ivagem do ânion radical da dioxetanona levaria à

formação do ânion radical do dióxido de carbono, uma espécie altamente

redutora, que (iv)- por uma retro-transferência de elétron levaria à formação do

ativador no estado eletronicamente excitado que (v)- pelo decaimento para o

estado fundamental emitiria luz (Esquema 6). Esta proposta foi recebida com

bastante entusiasmo pela comunidade acadêmica, pois podia ser utilizada para

explicar a geração de estados excitados na reação bioluminescente do vaga

lume10. A proposta mecanística feita por McElroy et a1. 11

, para a reação de

emissão de luz do vaga-lume envolvia a formação de uma dioxetanona, gerada

Introdução 10

através da reação de oxidação da luciferina, catalisada enzimaticamente pela

luciferase (Esquema 7).

Esquema 7

O NN'jOCOTI )----f~

HO S S

Oxil~~iferina

111 •nv

O

(yN->--/- f OH

HO~S SJ"H

Luciferina

o

Luciferase j ON N1a0H~ I \~ '/

ATP / O2

/ Mg +2 ~ S/ \ OOH

HO ~H'O

~~o---:

I I

-:? N N: O:I ~ '/ 'I :C---,Os~ "({--~

:Ho, S '-

jj

É importante observar que a molécula de "Iuciferina-dioxetanona" (ii)

possui as características necessárias para que ocorra a geração de estados

excitados, resultando em emissão de luz. O grupo OH fenólico funciona como

um "gatilho" que ao ser desprotonado desencadeia uma série de eventos

através do sistema conjugado da molécula. A dioxetanona é a fonte de energia

responsável pela excitação do sistema conjugado e este por sua vez, via

transferência de elétron intramolecular, resulta em emissão de luz. Portanto, a

bioluminescência do vaga-lume pode ser explicada por um Mecanismo CIEEL

intramolecular.

Outro ponto importante, para a proposta do mecanismo CIEEL foi o

conhecimento da eletroquimiluminescência. Neste processo, íons radicais

gerados eletroquimicamente, no anodo e no catodo estariam envolvidos, e o

aniquilamento deste par de íons radicais resultaria em emissão de luz (Figura

2).

Introdução 11

BA

--GhVBA*

_ + hv

t++~/ A B' ~

- -

- t+ ~+-B: "" -i

t-#

.A-

Lume 1-Homo t+

Figura 2: Representação do aniquilamento de íons radicais gerados eletroquimicamente

resultando em emissão de luz

Deste modo o mecanismo CIEEL é utilizado para explicar uma série de

reações com transferência de elétron que resultam em emissão de luz.

Entretanto, em relação à eficiência do sistema que gerou a proposta para a

luminescência induzida quimicamente pela troca de elétron (mecanismo CIEEL)

há uma certa controvérsia na literatura. Pois de acordo, com Catalani &

Wilson12, os rendimentos quânticos de quimiluminescência calculados para o

sistema difenoilperóxido/perileno observados por Schuster8 foram

superestimados em 1000 vezes. Catalani & Wilson 12 determinaram um

rendimento quântico de quimiluminescência de 10-4E mor1 contra 0,1 E mor1

observado por Schuster9. Em primeira análise, o que se pode concluir destes

trabalhos é que o sistema responsável pela formulação do Mecanismo CIEEL

possui uma eficiência extremamente baixa.

Introdução 12

1.3 O Sistema Peroxioxalato

o fenômeno de quimiluminescência é uma das mais fascinantes

demonstrações de conversão de energia química em excitação eletrônica.

Contudo, sistemas com propriedades de quimiluminescência geralmente

apresentam eficiência insatisfatória, tipicamente com valores próximos a 1%.

Entretanto, o sistema peroxioxalato é um excelente exemplo deste fenômeno,

pois sua eficiência é de aproximadamente 30%13. O sistema surgiu na década

de 60 quando Chandross14 misturou cloreto de oxalila com peróxido de

hidrogênio na presença de rubreno e observou emissão de luz. Atualmente o

sistema mais eficiente é formado pela reação de derivados de ésteres fenólicos

do ácido oxálico, com grupos aceptores de elétrons, com peróxido de

hidrogênio catalisado por uma base, na presença de hidrocarbonetos

aromáticos policondensados com baixo potencial de oxidação, denominado

ativador (ACT) (Esquema 8).

Esquema 8

° OArH + H2 0 2

ArO °ACT

-----;.... 2ArOH + 2C02 + hvbase

Rauhut et aI. 13, foram os primeiros a formular o mecanismo da reação

peroxioxalato e a propor a formação de um intermediário de alta energia (IAE)

que em um único passo deve liberar energia suficiente para provocar a

excitação do ativado r. Experimentalmente, o desenvolvimento da reação

peroxioxalato pode ser estudado pela emissão de luz, utilizando um fluorímetro

adequado ou pela liberação do fenol substituído através da sua absorção no

ultravioleta. As etapas nas quais estão envolvidas a formação e interação do

IAE com o ativador fazem parte da etapa rápida do processo, e portanto, não

podem ser observadas por cinética.

O mecanismo desta reação é complexo, com várias etapas consecutivas

e paralelas que antecedem a etapa de quimiexcitação. Do estudo cinético

BIBLIOTECA

Introdução INSTITUTO DE QUíMICAUniversidade de São Paulo 13

realizado em trabalhos anteriores, no mesmo grupo em que o projeto foi

desenvolvido, foi proposto um mecanismo simplificado para a reação principal

que leva à formação de estados excitados e atribuídas constantes de

velocidade para estas etapas (Esquema 9)15.16.

Esquema 9

Nt)N

/H

OH

2 C1--NC1

YCI

+

O OOHH +

N O

[~N

~ ) HzOz

etapa 2 rJ/

H

etapa 3Nt »NJ

/H

k3

Nt)N

/H

N

k1

O fJ), \L_l,--- T\\

k-1 Netapa 1 [~ O

N

N+ 2fJ

NH/

CI

CI ~' :Ho-P-C1

\={ OCI

CI . _) etapa 2Ak2 H O2 2

CI

+ °Ho-O-CIHOO OY~3'CI~CI

etapa3A yfN CI

~J O O

~ t-fO-O

OH

c'hc'yCI

Quimiexcitação

O O

t-f + CCCO-O

k4

etapa 4• ~) +hv

Estas informações são referentes às etapas lentas da reação que

ocorrem antes da etapa de quimiexcitação e podem ser resumidas da seguinte

maneira:

.:. A curva de formação do 2,4,6-triclorofenol foi monitorada por

espectrofotometria e analisada com a função f(t) = A [1-exp(-kobs1 t)].

.:. A curva de emissão de luz da reação peroxioxalato foi ajustada com

uma função do tipo: f(t) =A1exp(-kObs1 t)-A2 exp(-kobs2 t), onde: kobs1 é

Introdução 14

a constante observada para o decaimento da emissão de luz da

reação e kobs2 é a constante de velocidade observada para o

aumento da intensidade de luz, também chamada de constante de

subida.

•:. kobs1 depende da concentração de imidazol. Experimentos de

absorção (liberação do fenol) e emissão mostraram que esta é a

etapa mais lenta da reação. Em ambos os casos, a dependência com

a concentração de imidazol é complexa, sendo ajustada com uma

função binomial: kobs1 = k1(Bim)[IMI-H]+k1(Trim)[IMI-Ht Ademais, esta

etapa não depende da concentração de H20 2 em baixas

concentrações (Esquema 9 - etapa 1).

•:. Porém, kobs1 depende da [H202] para concentrações acima de 10

mM, pois nestas condições o TCPO sofre ataque nucleofílico direto

do H20 2, catalisado por imidazol (etapa 2A).

•:. A adição de 2,4,6-triclorofenol (TCP) nos experimentos de emissão

e absorção demonstrou que a reação inversa (k_1) não é importante

para as condições de reação empregadas (etapa 1), pois não

ocorreu variação no valor de kobs1 com o aumento da concentração

do 2,4,6-triclorofenol (TCP).

•:. kobs2 apresenta dependência linear com a concentração H20 2 e a

constante bimolecular obtida é atribuída ao ataque nucleofílico do

H20 2 ao 001. Esta etapa é catalisada por imidazol e apresenta

dependência de segunda ordem na concentração de imidazol.

.:. Em altas concentrações de H20 2 ocorre uma mudança do passo

limitante e esta etapa não depende mais da [H20 2]. Nestas

condições, o ataque do H20 2 ao 001 (di-imidazolida) não é mais a

etapa limitante, e sim a ciclização do perácido intermediário (etapa

3). Entretanto, esta etapa é catalisada por imidazol, no qual este atua

como catalisador básico.

Introdução 15

Os valores para as constantes de velocidade obtidas para cada etapa da

reação foram:

Tabela 1: Valores da constante de velocidade para cada etapa da reação do TCPO

com H20 2, catalisada por imidazol na presença de OPA16.

etapa Equação de velocidade Constante

1 kobs1 = k1(Bim)[IMI-H] + k1(Trim)[IMI-Hf k1(Bim) = 2,5 molLVk1(Trim) =900 moIL-2s-1

2,2A kobs2 = k2(Tetr)[H20 2][IMI-H]2 k2(Tetr) = 1,5 x 107moIL~~

3 kmáx =k3(Bim)[IMI-H] k3(Bim) = 320 moIL-'g'

O ponto culminante dessa reação é a etapa de quimiexcitação, na qual

ocorre a interação do intermediário de alta energia com o ativador (ACT), dentro

da gaiola de solvente, levando a emissão de luz.

Vários autores vêm contribuindo para que o sistema peroxioxalato possa

ser esclarecido. Cabe ressaltar que a maioria dos trabalhos apresentados na

literatura, com enfoque no estudo mecanístico, busca estabelecer qual é o

intermediário de alta energia que se forma na etapa de quimiexcitação.

Entretanto, há controvérsias entre estes grupos que, de acordo com a

interpretação dada aos resultados observados, propuseram diferentes

intermediários (A a H). (Figura 3).

OH O ArO O

~N-t-f HN:::::I o-o O OOH

C O

O °Jl _ Jl p-oAr:N)(O'O ArO Ã )=0

[ J000 ArO O~ON G O H

OH O

Aro-t-fo-o

B

0yO,o o

J---O~OAro NF~)

N

° oHo-o

A

0yO-o

r'N+oHN:::::I HO r.'J t. 11

E \\ !J ~NN

Figura 3: Intermediários de alta energia (IAE) propostos na reação peroxioxalato.

Introdução 16

Hohman et ai. 17, propuseram a estrutura D como intermediário de alta

energia (IAE), partindo da desprotonação do tri-isopropilsililperoxi-2,6

difluorofenil oxalato (I) e tri-isobutilperoxi-2,6-difluorofenil oxalato (J) com

fluoreto de tetrabutilamônio em ftalato de dimetila e em acetonitrila. Entretanto,

seus resultados não foram muito conclusivos em relação ao intermediário

proposto. Segundo seu trabalho, após a desproteção com fluoreto de

tetrabutilamônio, o íon percarboxilato formado interage rapidamente com o

ativador (ACT).

Q-F O OOS'R

f \~ 13

~ O~_ O

F I R=~sopropilaJ R=lsobutila

Hadd et ai. 18,19, em um estudo mais detalhado com respeito ao

mecanismo, discutiram a importância do papel catalítico do imidazol e a

formação da di-imidazolida como um intermediário importante para a eficiência

da reação. Nestes trabalhos, os autores defendem as estruturas C e F como

intermediários de alta energia20.

Stevani et a1. 21, reportaram a tentativa de capturar a 1,2-dioxetanodiona,

um possível intermediário de alta energia formado na reação peroxioxalato, pela

inserção de trifenilantimônio na ligação O-O deste peróxido cíclico. O produto

esperado nesta reação, 2,2,2-trifenil-2À5-1,3,2-dioxastilbolano-4,5-diona, foi

preparado por uma rota independente e caracterizado por RMN de 13C,

espectroscopia na região do infravermelho e espectrometria de massa.

Entretanto, não foi bem sucedida a detecção da 1,2-dioxetanodiona a partir da

reação do peroxioxalato com trifenilantimônio, provavelmente devido ao seu

tempo de vida, que não é o suficiente para reagir com o trifenilantimônio, ou

devido à decomposição catalítica do peróxido na presença de trifenilantimônio

(Esquema 10).

Introdução 17

Esquema 10

2N0N-H N~ OCI 3c L H-Q-~ O 0-q-CI O n

CI_ H - C1 O" C, ~N10 O ~ ~ CI~I r

c 2~ H,O,TCPO CI

CI

ROTA 1 I

(C6 H5)3Sb

O O O

HO o~ t-l HoH ~ p o-oOH .Sb /

HOCH,~'A~ / '\~ . ~ ~~~~

·',1

(C6H5hSb(OCH3)2

(C6H5)3SbBr2 [

NaOCH3~

NaBr~

Jonsson et aI. 22, estudaram a reação de TCPO com H20 2 catalisada por

uma série de derivados de imidazol, sendo que alguns deles são utilizados em

síntese de peptídeos, na presença de 3-aminofluroanteno (3-AFA) em

acetonitrila. O objetivo foi examinar as propriedades catalíticas destes derivados

na reação peroxioxalato. Os autores observaram eficiência catalítica com os

compostos 1,2,4-triazol, 1-metilimidazol, 2-metilimidazol, 4-metilimidazol e 4,5

tricloro-imidazol, enquanto que os compostos 2-mercapto-imidazol, 2-nitro

imidazol, 4-nitro-imidazol entre outros, não apresentaram emissão de luz

detectável nas condições investigadas. Além disso, a reação do sistema

peroxioxalato utilizando 1-metilimidazol (pKa = 7,06) possui uma intensidade 25

vezes menor do que com imidazol (pKa= 6,99) nas mesmas condições, embora

ambos os catalisadores tenham pKa's similares. Os autores atribuem este

comportamento ao fato, do intermediário gerado da reação entre TCPO e 1

metilimidazol, possuir carga positiva que o desestabíliza, fazendo com que o

equilíbrio desta reação seja desfavorável à formação dos produtos. Por outro

Introdução 18

lado, a mesma reação utilizando imidazol levaria a um intermediário mais

estável devido à transferência de próton do imidazol para outro imidazol

presente na solução. Assim, o equilíbrio da reação seria favorável à formação

dos produtos. Os autores concluíram que o catalisador tem um papel importante

para a eficiência da reação peroxioxalato, pois o intermediário formado deve ser

mais suscetível à reação com HzOz do que TCPO com HzOz.

Lee et ai. 23, estudaram a reação de DNPO com HzOz sem adição de

catalisador na presença de perileno em acetato de etila. Os autores observaram

que quando a reação era efetuada em baixas concentrações de HzOz produzia

um decaimento lento, enquanto que na presença de altas concentrações de

HzOz duas diferentes emissões eram observadas: um decaimento rápido

seguido de um decaimento lento. Para esta observação experimental, os

autores propuseram a formação de dois intermediários de alta energia (IAE), as

estruturas O e H (Figura 3). Estes autores também utilizaram TCPO e PCPO

em altas concentrações de HzOz e observaram que na reação com TCPO

ocorreu apenas um decaimento lento, enquanto que, com PCPO foi observado

um fraco decaimento rápido seguido de um decaimento lento. Com base nestes

resultados, os autores sugeriram que o IAE proveniente do decaimento rápido,

deveria ter em sua estrutura um forte grupo sacador de elétrons, pois a curva

de decaimento rápido depende da força do substituinte do anel aromático do

éster oxálico (DNP>PCP>TCP).

Em um outro trabalhoz4 publicado no mesmo ano, foi investigada a reação

de TCPO com HzOz catalisada por IMI-H na presença de perileno, com o

objetivo de elucidar as propriedades do possível IAE, mediada pela adição

variada de reagentes. Como fruto deste estudo, concluíram que as estruturas O

e H seriam os intermediários de alta energia (IAE). Além disso, também

observaram que a mesma reação sem adição de HzOz resultava em emissão

de luz. Assim, este IAE seria formado pela reação entre TCPO e IMI-H.

Entretanto, não foi proposta uma estrutura para este intermediário, sendo

designada pelos autores apenas como intermediário Z.

Introdução 19

Outros trabalhos relevantes são os de Shamsipur et ai.2~27, que

investigaram o sistema peroxioxalato na presença de derivados de cumarinas e

acriflavinas como ativadores. O interesse no estudo, destas espécies reside no

fato de possuírem propriedades antimicrobianas. No caso das acriflavinas, são

também, utilizadas como foto-sensitizadores para agentes anti-cancerigenos25.

Das estruturas citadas como intermediário de alta energia (A-H) foi

demonstrado que derivados da estrutura D não poderiam ser intermediários de

alta energia, visto que o O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de p-c1orofenila, um

derivado análogo à estrutura D, não levava a emissão de luz em presença

apenas do ativador, necessitando de uma base para que tal evento fosse

observado7,28. Tal fato indica, que deveria ocorrer uma reação química, anterior

à emissão, provavelmente uma ciclização, originando, então, o intermediário de

alta energia. Neste trabalho foram também obtidas evidências experimentais

adicionais, ainda que indiretas, que sustentavam a hipótese da 1,2

dioxetanodiona (A) ser o intermediário reativo.

Bos R et aI. 29, reportaram pela primeira vez, o uso de cloreto de oxalila

isotopico C3C) com H202 na presença de 9,1 O-difenilantraceno (OPA) em THF

anidro para monitorar a formação do intermediário de alta energia por RMN de

13C, variando a temperatura entre -80 a +20 cC. Os autores observaram um

sinal de baixa intensidade em 8 154,5 que se tornava mais intenso a -70°C,

sendo este atribuído a 1,2-dioxetanodiona. Na temperatura de -60°C, o mesmo

sinal apresentou um alargamento. Além disso, foram observados outros sinais,

atribuídos a outros intermediários, como por exemplo, monocloreto de

peroxioxalila. No espectro obtido a +20 °c todos os sinais desapareciam, exceto

a ressonância em 8 160,4. Segundo os autores, este composto possuiria uma

estabilidade térmica relativa, porém, ainda, não foi possível identificá-lo.

Baseado nos resultados da RMN de 13C juntamente com os dados de cálculo

ab initio, propuseram a 1,2-dioxetanodiona como intermediário de alta energia

(IAE).

Introdução 20

De acordo com os vários trabalhos apresentados na literatura, pode-se

perceber que o mecanismo da reação e principalmente a estrutura do

intermediário de alta energia responsável pela emissão de luz, ainda, não estão

bem esclarecidos.

O interesse pela estrutura do IAE é grande, pois este é o responsável pela

emissão de luz que ocorre na etapa de quimiexcitação do sistema

peroxioxalato.

Rauhut et ai. 13,30,31 , foram os primeiros a propor a formação de um

intermediário meta-estável, provavelmente a 1,2-dioxetanodiona, capaz de

provocar a excitação do ativador, mediante excitação originada por um

complexo de transferência de carga. Dos experimentos de rendimento quântico

de quimiluminescência (<1>cd foi observado que quanto menor o potencial de

oxidação do ACT era maior era a velocidade de formação de estados excitados.

Além disso, quanto menor a energia singlete, maior o <1>CL.

Schuster et aI. 9, ao estudar uma série de peróxidos cíclicos e lineares

também observou que a velocidade de decomposição destes peróxidos era

acelerada em presença de ativadores com baixo potencial de oxidação e altos

rendimentos de fluorescência (<1>F) , além de ocorrer um aumento na intensidade

de emissão de luz. Com base nestas informações foi postulado o mecanismo

CIEEL. Na etapa de quimiexcitação da reação peroxioxalato estariam

envolvidas apenas duas espécies: O IAE e o ativador (ACT). Considerando que

o IAE é o mesmo para qualquer ativador utilizado, as informações obtidas desta

etapa seriam provenientes da mudança do <1>F, energia singlete e potencial de

oxidação dos ativadores.

Stevani et ai.32, estudaram a etapa de quimiexcitação da reação

peroxioxalato através da reação de TCPO com IMl-H e HzOz e da reação de

O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de p-clorofenila catalisada por IMI-H na

presença de uma série de ativadores aromáticos policondensados, como por

exemplo: 9,1 O-difenilantraceno, rubreno, perileno entre outros. Para os dois

sistemas foram obtidas evidências experimentais que reforçaram a hipótese da

Introdução 21

transferência de elétron entre o ativador e o IAE, através da correlação linear

entre a constante de velocidade catalisada (kcat) e o potencial de oxidação;

conforme postulado pelo mecanismo CIEEL. Entretanto, para dois ativadores,

não comumente utilizados, 9,1 O-dimetóxi-antraceno (DMOA) e 9,10

dicianoantraceno (DCNA) foram observados desvios significativos. Até o

momento, não há uma explicação para tal comportamento. Isto mostra que

detalhes sobre este interessante mecanismo, ainda, precisam ser esclarecidos.

Silva et ai.33, reportaram a reação de TCPO catalisada por IMI-H com H202

na presença de vários derivados de oxazolinilidenos esteróides substituídos

como ativadores. Os resultados obtidos também se aplicam ao mecanismo

CIEEL, isto é, com transferência de elétron entre o IAE e o ACT. A informação

mais importante obtida neste trabalho foi mostrar que compostos com

esqueletos totalmente distintos das estruturas dos ativadores comumente

empregados no estudo do mecanismo CIEEL, também podem ser aplicados.

1.4 Aplicações Analíticas

De modo geral, a quimiluminescência tem sido largamente aplicada em

diversas áreas de biotecnologia, farmacologia, biologia molecular, clínica e

química, sendo que o sistema que mais se destaca é a reação peroxioxalato.

Portanto, torna-se importante conhecer o mecanismo desta reação para que

seja possível ampliar e melhorar a eficiência de sua aplicação. Do ponto de

vista analítico, esta reação é um das mais interessante reportada na literatura,

pois possui um alto rendimento quântico de quimiluminescência, comparado

apenas a sistemas biológicos, ou seja, é um sistema altamente sensível34,3S.

O sistema peroxioxalato possui uma série de aplicações, sendo que os

derivados de ésteres oxálicos mais utilizados são o bis(2,4,6-triclofenil) oxalato,

bis(2,4-dinitrofenil) oxalato e o bis[2-(3,6,9-trioxadeciloxicarbonil)-4-nitrofenil]

oxalat036,39. A primeira aplicação prática da reação peroxioxalato foi como "Iight

sticks", que são bastões de plástico contendo em seu interior os reagentes

necessários para que ocorra uma reação com propriedades de

Introdução 22

quimiluminescência. Estes bastões ao serem quebrados possibilitam a mistura

dos reagentes, o qual resulta na emissão de luz. Há uma série de aplicações

para estes bastões, sendo uma delas como sinalizadores em mergulho. Os

bastões são até hoje fabricados pela "American Cynamid Co.," que teve como

funcionário MM Rauhut, descobridor da reação peroxioxalato7.

Na literatura há um grande número de trabalhos, nos quais a

quimiluminescência da reação peroxioxalato é utilizada como ferramenta

analítica. Basicamente, qualquer sistema que forme peróxido de hidrogênio ou

o destrua, que forme uma substância com propriedades de fluorescência ou

contenha um composto que suprima a fluorescência, pode ser aplicado ao

sistema peroxioxalato. A seguir serão relatados alguns exemplos de aplicação

analítica da reação peroxioxalato com o intuito de ilustrar a sua importância.

Nozaki et aP7,38 e Ragab39 utilizaram a reação peroxioxalato,

especificamente o bis(2-(3,6-9-trioxadecaniloxicarbonil)-4-nitrofenil oxalato

(TDPO), para otimizar a produção de H20 2 produzido pela oxidação da

dopamina em meio básico. A dopamina é um neurotransmissor, geralmente,

presente em baixas quantidades em fluídos biologicos. Sob condições

fisiólogicas, pode gerar H20 2 enzimaticamente, resultando em dopamina

neurotóxica. O H20 2 produzido é detectado por HPLC pelo método de injeção

em fluxo. No intuito de otimizar o estudo, testou-se vários compostos cíclicos

nitrogenados, dentre eles imidazol como catalisadores da reação (Esquema

11 ).

~CHZCHZNHZ

HO :::::---. I + °Z

OH

Esquema 11

HI

N

~)•

pH alcalino J?CHZCH NHZ Z

-;:/

° I +

°HZOZ

Yamada et ai. 40, utilizaram a reação peroxioxalato para determinar a

presença de estradiol em plasma utilizando HPLC. O limite de detecção

observado foi de 15 fmol (4 pg). Estradiol é um dos mais importantes

BIBLIOTECAIntrodução INSTITUTO DE QUíMICA

Universidade ae ~ão Palllo 23

estrógenos secretado pelo ovário humano, sendo responsável pela manutenção

do sistema reprodutivo feminino. Além disso, derivados de estradiol têm sido

usados como agente anti-osteoporose. Como o estradiol não possui

propriedades de fluorescência, foi necessário derivatizá-Io com cloreto de

dansila (Esquema 12).

Esquema 12

OHOH aÇbS02C1

ao o::r Içól

'<::: +aÇb acetonalNaHC0 3 "&11L ""b ::r '- "" 110-- I N I o

"" I ""

/N, HO

Sun et al. 41, desenvolveram um método por HPLC para detectar a

presença de 4,4'-isopropylidenediphenol (bisfenol A, BPA) proveniente de

recipientes de policarbonato durante o processo de esterilização, como por

exemplo mamadeiras. Segundo os autores, pesquisadores tem mostrado que

BPA apresenta efeitos xeno-estrogênicos in vitro em concentrações de 6 ppb

(25 nM). Sendo assim, os autores julgaram importante desenvolver um método

altamente sensível para monitorar o nível de BPA (Esquema 13).

Esquema 13

7J~

o-- \ N~COCI + HO~--: H \==! I U

OH~ ~ DlB-C1 j BPA

4-(4,5-diphenyl-1 H-imidazol-2-yl)- TEA

benzoyl chloride

~# ~I~~O~/\O~N ~N~ "=I/~~N

~) H DIB-BPA H ~ ~

Pode ser observado que para a maioria das determinações analíticas é

necessário uma derivação da espécie a ser analisada, pois muitos compostos

não possuem propriedades de fluorescência. Além de cloreto de dansila, vários

Introdução 24

outros compostos são utilizados como reagentes de derivatização

(Esquema 14)42,

Esquema 14

9-metanol-antraceno

NH2

o ~ CHpH

~ ~H ~

0- "'o

LUMINARIN4

r i NHCOCH21

~

c:? ~ ,/ ~~

H5C2'N ~ o oI

C2H5 DelA

Estes exemplos correspondem a uma pequena demonstração das

possíveis aplicações envolvendo a reação peroxioxalato. Percebe-se que o

método mais utilizado é a cromatografia líquida de alta resolução (HPLC).

Porém, observa-se também o desenvolvimento da aplicação do sistema

peroxioxalato em eletroforese43,44, Em suma, o sistema peroxioxalato é aplicado

em uma série de sistemas, cujo objetivo é desenvolver um método simples, de

fácil aplicação, sensível e seletivo.

Introdução 25

1.5 Referências

1 Campbell AK, Chemiluminescence: Principies and Applications in Biology and Medicine.

Weinheim; Deerfield Beach, F1.: VCH; Chischester: Horwood, 1998.

2 Turro NJ, Modem Molecular Photochemistry. The Benjamin/Cummings Publishing Co., Inc.,

1978.

3 Hercules DM, "Chemiluminescence from Electron - Transfer Reactions", Aee. Chem. Res, 2,

301-7, 1969.

4 Albrecht HO, "Über die Chemilumineszenz des aminophthalsaurehydrazids",

Z. Physik. Chem. 136,321-30,1928.

5 Kopecky KR & Mumford C, "Abstraets, 51§! Annual Conferenee of the Chemieal Institute of

Canada", Vancouver BC, p. 41, 1968.

6 Kopecky KR & Mumford C, "Luminescence in the thermal decomposition of 3,3,4-trimethyl-1 ,2

dioxetane", Can. J. Chem., 47, 709-10, 1969.

7 Stevani CV, "Estudo Mecanístico do Sistema Peróxi-Oxalato", Tese de Doutorado,

Universidade de São Paulo, 1997.

8 Schuster GB, "Chemi-Iuminescence of organic peroxides-conversion of ground-state reactants

to excited-state products by the chemically-initiated electron-exchange luminescence

mechanism", Aee. Chem. Res., 12 (10),366-73, 1979.

9 Koo J-Y & Schuster GB, "Chemiluminescence of Diphenoyl Peroxide Chemically Initiated

Electron Exchange Luminescence. A New General Mechanism for Chemical Production of

Electronically Excited States", J. Am. Chem. Soe., 100,4496-4503, 1978.

10 Koo J-y, Schmidt SP & Schuster GB, "Bioluminescence of firefly-key steps in formation of

electronically excited-state for model systems", Prec. Nat/. Acad. Sei., USA, 75 (1),30-3, 1978.

11 McElroy WD, Seliger HH & White EH, "Mechanism of Bioluminescence, Chemiluminescence

and Enzyme function in the oxidation of firefly luciferin", Photochem. Photobiol., 10, 153-70,

1969.

Introdução 26

12 Catalani LH & Wilson T, "Electron Transfer and Chemiluminescence. Two Inefficient Systems:

1,4-Dimetoxy-9, 10-diphenyanthrace Peroxide and Diphenoyl Peroxide", J. Am. Chem. Soe., 111

(7),2633-9, 1989.

13 Rauhut MM, "Chemiluminescence from Concerted Peroxide Decomposition Reactions", Aee.

Chem. Res., 2, 80-7, 1969.

14 Chandross EA, "A New Chemiluminescent System", Tetrahedron Lett., 761-65, 1963.

15 Stevani CV, Lima DF, Toscano VG & Baader WJ, "Kinetic Studies on the Peroxyoxalate

Chemiluminescence Reaction: Imidazole as a Nucleophilic Catalyst", J. Chem. Soe. Perkin

Trans. 2, 989-95, 1996.

16 Silva SM, Casallanovo F, Oyamaguchi KH, Ciscato LFLM, Stevani CV & Baader WJ, "Kinetic

Studies on the Peroxyoxalate Chemiluminescence Reaction: determination of the cyclization

rate constant", Lumineseenee, 17,313-20, 2002.

17 Hohman JR, Givens RS, Carlson RG & Orosz G, "Synthesis and Chemiluminescence of a

Protected Peroxyoxalate", Tetrahedron Lett., 37(46),8273-6, 1996.

18 Hadd AG, Birks JW, "Kinetics and Mechanisms of the Nucleophilic Substitution Reaction of

Imidazole with Bis(2,4,6-trichlorophenyl) Oxalate and bis(2,4-dinitrophenyl) Oxalate", J. Org.

Chem., 61, 2657-63.

19 Hadd AG, Robinson AL, Rowten KL & Birks JW, "Stopped-Flow Kinetics Investigation of the

Imidazole-Catalyzed Peroxyoxalate Chemiluminescence Reaction", J. Org. Chem. 63, 3023-31,

1998.

20 Hadd AG, Seeber A, Birks JW, "Kinetics of two Pathways in Peroxyoxalate

Chemiluminescence" J. Org. Chem., 65, 2675-83, 2000.

21 Stevani C & Baader WJ, "Preparation and characterization of 2,2,2-triphenyl-2À.5-1,3,2

dioxastilbolane-4,5-dione as standard for an attempt to trap 1,2-dioxetanodione, a possible high

energy intermediate in peroxyoxalate chemiluminescence", J. Chem. Res. (S), 430-2, 2002.

Introdução 27

22 Jonsson T, Emteborg M & Irgum K, " Heterocyclic compounds as catalysts in the

peroxyoxalate chemiluminescence reaction of bis(2,4,6-trichlorophenyl) oxalate", Anal. Chim.

Acta, 361, 205-15, 1998.

23 Lee JH, Rock JC, Schlautman MA & Carraway ER, "Characteristics of key Intermediates

Generated in Uncatalyzed bis (2,4-dinitrophenyl) oxalate (DNPO) Chemiluminescence

Reactions", J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 1653-57,2002.

24 Lee JH, Rock JC, Park SB, Schlautman MA & Carraway RE, " Study of the Characteristics of

Three High-Energy Intermediates in Peroxyoxalate Chemiluminescence (PO-CL) Reactions" J.

Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 802-9, 2002.

25 Shamsipur M & Chaich MJ, "A Study of Chemiluminescence from Reactions of Peroxyoxalate

Esters, Hydrogen Peroxide and 7-amino 4-trifluorometylcumarin", Spectrosc. Letters, 34 (4),

459-68, 2001.

26 Shamsipur M & Chaich MJ, "Quenching effect of Triethylamine on Peroxyoxalate

Chemiluminescence in the Presence of 7-amino-4-trifluoromethylcumarin", Spectrochim. Acta

Part A, 57, 2355-58, 2001.

27 Shamsipur M, Chaich MJ & Karami AR, "A Study of Peroxyoxalate-Chemiluminescence of

Acriflavine" Spectrochim. Acta Part A, 59,511-7,2003.

28 Stevani CV, Campos IPAR & Baader WJ, "Synthesis and Characterisation of an Intermediate

in the Peroxyoxalate Chemiluminescence: 4-chlorophenyl O,O-hydrogen Monoperoxyoxalate",

J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 1645-8, 1996.

29 Bos R, Barnett NW, Dyson GA, Um KF, Russel RA & Watson SP, "Studies on the mechanism

of the peroxyoxalate chemiluminescence reaction part 1. Confirmation of 1,2-dioxetanodione as

an intermediate using 13C nuclear magnetic resonance spectroscopy", Anal. Chim. Acta, 502,

141-147,2004.

Introdução 28

30 Rauhut MM, Bollyky LJ, Roberts BG, Loy M, Whitman RH, lannotta AV, Semsel AM & Clarke

RA, "Chemiluminescence from reactions of electronegatively substituted aryl oxalates with

hydrogen peroxide and f1uorescent compounds", J. Am. Chem. Soe., 89 (25), 1967.

31 Rauhut MM, Roberts BG & Sernsel AM, "A study of chemiluminescence from reactions of

oxalyl chloride, hydrogen peroxide, and fluorescent compounds", J. Am. Chem. Soe., 88 (15),

1966.

32 Stevani CV, Silva SM & Baader WJ, "Studies on the mechanism of the excitation step in

peroxyoxalate chemiluminescence", Eur. J. Org. Chem. 4037-46,2000.

33 Silva SM, Wagner K, Weiss D, Beckert R, Stevani CV & Baader WJ, "Studies on the

chemiexcitation step in peroxyoxalate chemiluminescence using steroid-substituted activators",

Lumineseenee, 17, 362-9, 2002.

34 Kuroda N, Hosoki N, Akiyama S & Givens RS, "Photografic detection of fluorescent-Iabelled

oligodeoxynucleotide in the blotting format by peroxyoxalate chemiluminescence." J. Biolumin.

Chemilumin. 13 (2), 101-5, 1998.

35 Ellingson A. & Karnes HT, "Investigation of far red dyes for use in peroxyoxalate

chemiluminescence detection and analysis of the CY5 derivative of amantadine hydrochloride in

human plasma." Biomedieal Chromatography, 12 (1),8-12,1998.

36 Nakamura MM, Saraiva SA & Coichev N, " Parameters Affecting the Peroxyoxalate

Chemiluminescence" Analytieal Letters, 32 (12), 2471-87, 1999.

37 Nozaki 0, Iwaeda T & Kato Y, "Amines for Detection of Dopamine by Generation of Hydrogen

Peroxide and Peroxyoxalate Chemiluminescence", J. Biolumin. Chemilumin., 11, 309-13,1996.

38 Nozaki O. "Detection of Substances with Alcoholic or Phenolic Hydroxyl Groups by Generation

of Hydrogen Peroxide with Imidazole and Peroxyoxalate Chemiluminescence", J. Biolumin.

Chemilumin. 10, 339-44, 1995.

Introdução 29


39 Ragab GH, Nohta H & Zaitsu K. "Chemiluminescence determination of catecholamines in

human blood plasma using 1,2-bis(3-chlorophenyl)ethylenediamine as pre-column derivatizing

reagent for liquid chromatography", Anal. Chim. Acta., 403, 155-60, 2000.

40 Yamada H, kuwara Y, Takasumo Y & Hayase T. "A new sensitive determination method of

estradiol in plasma using peroxyoxalate ester chemiluminescence combined with an HPLC

system.", Biomed. Chromatogr., 14, 333-7, 2000.

41 Sun Y, Wada M, AI-Dirbashi O, Kuroda N, Nakazawa H & Nakashima K. "High-performance

Iiquid chromatography with peroxyoxalate chemiluminescence detection of bisphenol A migrated

from polycarbonate baby bottles using 4-(4,5-diphenyl-1 H-imidazol-2-yl)benzoyl chloride as a

label", J. Chromatogr. B, 749, 49-56, 2000.

42 Ohba Y, Kuroda N & Nakashima K Anal. Chim. Acta, 465, 101-9, 2002.

43 Tsukagoshi K, Kameda T, Yamamoto M & Nakajima R. "Separation and determination of

phenolic compounds by capillary electrophoresis with chemiluminescence detection", J.

Chromatogr. A, 978,213-20,2002.

44 Appelblad P, Irgum K. "Separation and detection of neuroactive steroids from biological

matrices", J. Chromatogr. A, 955, 151-82,2002.

Parte Experimental 30

2 Parte Experimental

2.1 Aparelhagem

Para seguir a cinética de emissão proveniente das reações dos

perácidos e do sistema peroxioxalato, foi utilizado um espectrofluorímetro SPEX

FLUOROLOG 1681, com tensão de 750V na fotomultiplicadora, fenda de 1mm

e grade na condição de espelho. Com a grade do monocromador estando

posicionada na condição de espelho, a luz emitida pela reação é toda refletida

para a fotomultiplicadora sem a separação espectral. Além disso, foi utilizado

um outro espectrofluorímetro da marca Varian Cary Eclipse, tensão na

fotomultiplicadora de 750 V, fenda 20nm e grade também na condição de

espelho. Para registrar os espectros de absorção foi utilizado um

espectrofotômetro SHIMADZU Multispec1501. Nos experimentos efetuados na

ausência de H20 2 foi utilizado um contador de fóton equipado com um

refrigerador termoelétrico, modelo THORN EMI Gencom Inc 1kV. (Modelo

FACT 50 MK). A saída da fotomultiplicadora foi conectada a um amplificador

Princeton Applied Research (modelo 1121A).

Para medir a viscosidade das misturas de tolueno e difenilmetano foi

utilizado um reômetro Brookfield para baixa viscosidade, modelo LV DVIII cone

CP40 ângulo 0,8° volume = 0,5 mL e raio 2,4 em.

Os potenciais de oxidação dos ativadores 9 a 13 foram determinados em

um aparelho EG & G Princeton applied Research modelo 175, nas seguintes

condições: eletrodo de platina (trabalho), eletrodo Ago/Ag+ (referência), filtro 590

Hz, capacitor 15 nF, eletrólito: perclorato de tetrabutilamônio (0,1 M) em

acetonitrila.

Na sublimação do composto 4 foi utilizado um sublimador modelo: BÜCHI

Glass Oven B-580 e na cromatografia circular foi utilizado em um Chromatotron

79241.


. Para caracterizar os compostos, preparados neste trabalho, foram

utilizados os seguintes equipamentos: Bruker ORX 500, Bruker AC200, FT IR

Bomem MB100, Shimadzu CG MS-QP5050A, Elemental Analyzer 2400CHN

Perkin Elmer.

2.2 Reagentes

A piridina foi mantida em temperatura de refluxo por 4 h na presença de

NaOH e destilada a 111 oCo A trietilamina foi destilada de NaOH após refluxo de

3 horas. A solução de H20 2, utilizada na preparação dos compostos 5-8, foi

preparada a partir da extração de 20 mL de uma solução concentrada (60%) de

H20 2 com três porções de 15 mL de éter etílico, sendo a solução seca com

MgS04 a 5 oCo A concentração da solução resultante variava entre 5-8 M,

determinada por iodometria. O p-cresol foi recristalizado de hexano, o fenol de

éter de petróleo (40-60 °C), o p-metoxifenol de hexano e o p-nitrofenol em

tolueno/EtOAc 9:1. Todos foram secos à vácuo e armazenados sob P20 S. 9,10

difenilantraceno (OPA) (Aldrich), imidazol (Aldrich 99%), cloreto de p

bromofenilbenzoíla (Fluka), reagente de Lawesson (Fluka) (26), cloreto de

bis(trifenilfosfina) paládio 11 [(Ph3P)2PdCb] (27), fenilacetileno (Merck) e hidrazina

hidratada (Merck) foram utilizados sem purificação prévia.

Os compostos 9 a 13 foram preparados no laboratório do Prof. Rainer

Beckert1: 3-[2-(4-metoxifenil)-5,5-dimetiloxazol-4-i1ideno]androsta-1 ,4-dien-17

ona (9), 3-[2-(3-metoxifenil)-5,5-dimetiloxazol]-4-ilideno]androsta-1 ,4-dien-17-ona

(10), 3-[2-(4-c1orofenil)-5,5-dimetioxazol-4-ilideno]androsta-1 ,4-dien-17-ona (11),

3-[2-(4-f1uorofenil)-5,5-dimetiloxazol-4-ilideno]androsta-1 ,4-dien-17-ona (12) e 3

[2-(4-nitrofenil)-5,5-dimetiloxazol-4-ilideno]androsta-1 ,4-dien-17-ona (13).


2.3 Solventes

o acetato de etila foi seco sob CaCb por um dia, filtrado e submetido à

agitação mecânica por 30 minutos com 1 M de NaOH a O DC, sendo novamente

filtrado e destilado lentamente (p.e. = 77 DC) na presença de P20S.

O éter dietílico foi pré-seco com H2S04 (100 mL por litro), destilado e

aquecido à temperatura de refluxo por 4 h com Nao na presença de

benzofenona. Após esta etapa de purificação foi, então, redestilado na presença

de peneira molecular de 4 Á e armazenado também sob peneira molecular de 4

Á pré-ativada.

O tolueno e o THF utilizados na síntese dos derivados de oxazolona foram

tratados com sódio metálico e benzofenona, sendo destilados após a mistura

atingir a coloração azul característica de meio anidro.

O clorofórmio foi destilado de CaCI2 após 24 horas na presença do agente

secante.

O etanol e o metanol foram utilizados sem tratamento prévio. O tolueno

utilizado nos estudos de viscosidade foi destilado de P20 S e armazenado sob

peneira molecular 4A.

O difenilmetano (p.f. = 25,4 °C) também utilizado nos estudos da

viscosidade foi destilado à vácuo (90°C - 3 mmHg). As características físicas

destes solventes estão relacionadas na tabela 2.

Tabela 2: Características físico-químicas dos solventes utilizados no estudo da viscosidade.

solventeáTJ (mPas) E no

2U p.e (0C)

tolueno 0,560 2,379 1,4960 110

difenilmetano 1,945 2,54 1,5770 264

acetato de etila 0,423 6,08 1,372 76,5

aobtidos da literatura2


2.4 Determinação da concentração dos perácidos 5-7 e das

soluções anidras de H20 2

Na determinação da concentração de cada perácido foi empregada uma

cubeta de quartzo de caminho óptico 1,0 cm a temperatura de 25°C contendo

3,0 mL de uma solução 0,05 M de KI em tampão NaOAc/AcOH (pH = 3,8),

sendo a absorção determinada em 353 nm (E = 2,55.104 moi L-1 cm-1). Nesta

solução era adicionado 5 I-lL da solução do perácido (5-7), cuja diluição variava

de 5 a 20 vezes, pois dependia da concentração da solução estoque do

perácido a ser analisado. A concentração da solução estoque variou em torno

de aproximadamente 300mM.

Para determinar a concentração de H20 2 empregava-se a mesma

metodologia utilizada na determinação dos perácidos. Porém, era necessário

diluir 100 vezes, em água, a solução estoque de H20 2, cuja concentração era

de aproximadamente 2 M (1 mL de H20 2 60% em 10mL de acetato de etila

anidro) e adicionar 10 I-lL de solução de peroxidase HRP VI (/" = 403 nm,

E = 1,02.105 moi L-1 cm-1), cuja concentração final era 1.10-8 moi L-1

.

2.5 Estudo cinético dos derivados de O,O-hidrogênio

monoperoxioxalato de arila (5-7)

Em uma cubeta de quartzo de caminho óptico de 1,0 cm e volume de 3

mL foram adicionados 300 I-lL de uma solução estoque de 9,1 O-difenilantraceno

(10 mM), 5 I-lL a 2,5 mL de uma solução estoque de imidazol (300 mM) e 0,15

mL a 2,64 mL de acetato de etila. A reação foi iniciada com aproximadamente

30 I-lL do perácido (5-7) (50 mM), o volume do perácido variou de acordo com a

concentração da solução estoque, o qual foi determinada antes de cada

experimento. A concentração final para cada reagente era: [5], [6] e [7] =0,5, 0,1

e 0,5 mM respectivamente, [IMI-H]=0,5 mM a 250 mM e [DPA]=1 mM. Todas as


soluções foram preparadas em acetato de etila anidro, e os dados cinéticos

calculados a partir da intensidade de emissão de luz.

2.6 Estudo do sistema peroxioxalato variando a viscosidade

Em uma cubeta de quartzo, de caminho óptico de 1,0 cm a 25°C, cujo

volume máximo era 3,0 mL, foram adicionados 0,3 mL de solução de OPA (10

mM) em difenilmetano (OFM), 63,80 J.!L ou 31,40 J.!L de uma solução de

imidazol (23,50 mM) em tolueno e 3,5 J.!L de uma solução de H20 2, (2,10 mM)

em acetato de etila. O volume restante foi completado com tolueno e

difenilmetano (Tabela 3). A reação foi iniciada pela adição de 25 J.!L de uma

solução de TCPO (12 mM) em tolueno.

Tabela 3: Composição das misturas de solventes (tolueno e difenilmetano) utilizadas nos

experimentos.

DFM C13H12 tolueno

% (mL) (mL)

oa - 2,60

10b- 2,60

20b 0,3 2,31

40b 0,9 1,70

60b 1,5 1,10

SOb 2,1 0,51

90b 2,4 0,20

a solução estoque aeOPA em tolueno, Õ solução estoque de OPA em OFM.

As concentrações finais de cada reagente foram: [H202] = 2,5 mM,

[TCPO] = 0,1 mM, [IMI-H] = 1,0 mM ou [IMI-H] = 0,5 mM e [OPA] = 1,0 mM. A

solução de H20 2 foi preparada em acetato de etila, devido a sua baixa

solubilidade em tolueno/C13H1i No entanto, para reduzir a influência nas

características físico-químicas do sistema, preparou-se uma solução de H20 2

3M de modo que o volume da alíquota em acetato de etila fosse reduzido (2,5

J.!L), ou seja 0,08 %.


2.7 Estudo do sistema peroxioxalato utilizando os ativadores

9-13

Em uma cubeta de quartzo de caminho óptico de 1,0 cm a 25 aC, cujo

volume máximo era 3,0 mL, foram adicionados de 0,015 a 1,5 mL da solução

estoque do ativador (9-13), (solução estoque: 1,0 mM), 40 IlL de IMI-H,

(solução estoque de 75 mM), 30 IlL de HzOz (solução estoque de 1.OM) e 1,41

2,89 mL de acetato de etila, completando o volume para 2,95 mL. A reação foi

iniciada pela adição de 50 IlL da solução estoque do TCPO (6,1 mmol L-1). As

concentrações finais das soluções contidas na cubeta eram as seguintes:

[TCPO] = 0,10 mM, [IMI-H] = 1,0 mM, [HzOz] = 10 mM e [ACT]= 0,005-0,5 mM.

2.8 Estudo do sistema peroxioxalato na ausência de H20 2

Em uma cubeta de quartzo a 25 aC, cujo volume era de 6 mL foram

adicionados 106 IlL de IMI-H, 200 IlL de rubreno e 66 IlL de DNPO ou TCPO.

Os experimentos foram executados na presença (1,7 IlL) e ausência de

peróxido de hidrogênio. O restante do volume foi completado com acetato de

etila anidro para 4 mL. A concentração estoque e final corresponderam as

descritas na tabela 4:

Tabela 4: Concentrações dos reagentes utilizados no sistema peroxioxalatQ sem H20 2 .

Reagente [Reagente]sol.estoque [Reagente]final

(mmol L-1) (mmol L-1

)

IMI-H 75 2

TCPO 12 0,2

DNPO 12 0,2

Rubreno 1 0,05

H20 2 1,19 e-5 e 1,19 e-s 5 e-7 a 5 e-lO

2.9 Calibração da fotomultiplicadora

Como a intensidade de emissão de luz é medida em unidade arbitrária

(u.a.) ou em contagens por segundo (cs-1), unidades que dependem do

instrumento utilizado, é necessário fazer a calibração da fotomultiplicadora. A

calibração é necessária para que a intensidade de luz emitida possa ser

transformada em Einstein (E, unidade SI de quantidade de luz emitida). Este

procedimento foi efetuado utilizando-se a reação de luminol com H202,

catalisada por hemina, descrita na literatura3 e que foi estabelecida pelo nosso

grupo como reação padrão na determinação de rendimentos de

quimiluminescência4. Cabe ressaltar, que o rendimento quântico de

quimiluminescência da reação de luminol com H202 (<Dluminol = 0,0114 ± 0,0006

E mor1) é independente da concentração inicial do luminol e, também que, a

concentração do peróxido de hidrogênio deve ser 100 vezes maior que a

concentração do luminol. As soluções utilizadas, exceto a solução estoque do

luminol, devem ser preparadas, imediatamente, antes do experimento. Para

este procedimento são utilizadas as seguintes soluções: luminol (0,10 mM, em

solução tampão de fosfato pH 11,6, E = 7600 M-1cm-1), H20 2 (0,30 % em água

deionizada), e hemina bovina dissolvida em meio aquoso alcalino (duas

soluções com absorbância 0,6 e 0,2 medidas em 414 nm). Em uma cubeta

contendo 2,8 mL de solução de luminol posicionada no espectrofluorímetro sob

agitação são rapidamente adicionadas 100 /-lL de solução de H202, seguida da

adição de 100 /-lL da solução de hemina mais diluída (absorbância 0,2). A

adição da solução de hemina é acompanhada por um pulso de emissão de luz,

seguida de um decaimento relativamente rápido. Quando a intensidade atinge

aproximadamente 2% da intensidade máxima de luz, 100 /-lL da solução de

hemina mais concentrada (absorbância 0,6) são adicionados. Observa-se

novamente um pulso de luz, o qual retoma rapidamente à linha base. Este.procedimento é utilizado para garantir o consumo completo de luminol. Após a

aqulslçao de sete experimentos é determinada a área abaixo da curva de

emissão obtida para cada um dos experimentos.

'0'-"'2.0o......~

~ 1.5e:::lo

2., 1.0-<1)

-g~ 0.5-e:<1).....

,.s O.OJ.r

O 50

- '''...... _100 150 200 250 300tempo (s)

Figura 4: Variação da intensidade de emissão de quimiluminescência em função do tempo na

reação de luminol com peróxido de hidrogênio, utilizando hemina bovina como catalisador.

O segundo pico obtido corresponde à adição da alíquota da solução de hemina mais

concentrada (absorbância 0,6).

o fator de calibração (FCF) é determinado, através do valor da integral

abaixo da curva experimental obtida em contagens ou em unidade arbitrária

(u.a.). Desta forma pode ser transformada em Einstein (E), ou seja, mols de

fótons.

F - cI>/umino/n/umino/CF -

QáreaEquação 4

onde: Qárea =área integrada abaixo da curva de emissão da reação do luminol;

FCF =fator de calibração da fotomultiplicadora; nluminol =mols de luminol utilizado

na reação; <1>luminol = rendimento de quimiluminescência do luminol.


2.10 Medida da viscosidade da mistura de tolueno com

difenilmetano (C13H12J.Para a determinação da viscosidade da mistura de tolueno com C13H12

em várias proporções foi utilizado um reâmetro Brookfield para baixa

viscosidade. As medidas foram executadas a 25°C.

Tabela 5: Viscosidade das misturas tolueno e difenilmetano em várias proporções.

DFM% 11 (cP)

O O,56a

10 0,703 ± 0,011

20 0,816 ± 0,035

40 1,050 ± 0,006

60 1,372±0,O12

80 2,166±0,021

90 2,573 ± 0,040

a obtido da Iiteratura2

2. 11 Preparação dos cloretos de feniloxalila substituídos

oHo-o-xCI O

..éter

O CI

H +CI O

A mesma metodologia sintética foi utilizada na preparação dos cloretos

de feniloxalila substituídos. Assim, será apresentado a seguir o procedimento

geral seguido da caracterização de cada composto.

OH

Qx

X =OCH3 (1), CH3 (2), H (3), N02 (4)

Procedimento geral:

Em um balão de 100 mL, contendo 106 mmol do fenol substituído

dissolvido em 60 mL de éter dietílico anidro, foram adicionados, gota a gota,

aproximadamente 106 mmol de cloreto de oxalila (9,2 mL, d = 1,455 g cm-3). A

Pnrlp FY['erimental


mistura foi mantida sob agitação à temperatura ambiente durante três dias.

Após este tempo, o solvente foi evaporado restando um sólido, exceto para o 2.

Este sólido foi destilado sob pressão reduzida, utilizando banho de silicone e

condensador de destilação aquecido [p.e/mmHg: 100°C /7 (1), 80°C / 1 (2),

145°C / < 1 (3)].

Rendimentos: 62 % (1),82 % (2) e 60 % (3).

Análise elementar

Composto 1 (%): observado 52,21 (C), 3,04 (H) e 19,28 (CI) / calculado 52,06

(C), 2,73 (H) e 19,21 (CI).

Composto 2 (%): observado 54,64 (C) e 3,70 (H) / calculado 54,43 (C) e 3,55

(H). Diferentemente dos outros compostos preparados, este composto é um

líquido viscoso, por isso não foi possível efetuar a determinação do cloro.

Composto 3 (%): observado 50,16 (C), 3,33 (H) e 16,35 (CI) / calculado 50,37

(C), 3,29 (H) e 16,52 (CI).

Infravermelho (KBr)

1 1776 e 1753 cm-1 (v, C=O), 689-761 cm-1 (õ, C-C/). 1173 cm-1

(õ, C-O éster) 1486 cm-1 (õ, C=C "anel aromático") e 3394 cm-1 (v, O-H)

(impureza do ácido correspondente).

2 1783 cm-1 (v, C=O), 712 cm-1 (õ, C-CI) 1249 cm-1 (õ, C-O éster), 1505 cm-1

(õ, C=C "anel aromático").

3 1737 e 1764 cm-1 (v, C=O), 1209 cm-1 (õ, C-O), 772 cm-1 (õ, C-CI),

1508 cm-1 (õ, C=C) e 3503 cm-1 (v, O-H) (impureza do ácido

correspondente) .


Espectrometria de Massa

1 (EI) Injeção direta, mlz (%): 184 (19,5) Me+, 156 (6,5), 121 (10,5), 93

(14,84) e 77 (100), além da presença do ácido correspondente, cujo pico

do íon molecular é 165 (3,07).

2 (CI) Ionização química, mlz (%) [198+Ht(O,13), 163 (0,13), [136+Ht

(9,89), 109 (100),91 (2,41).

3 (EI) Injeção direta m/z (%) 214/216 (5/2) Me+, 186 (1), 151 (1), 124 (100),

109 (86) e 81 (28). Há também a presença do ácido correspondente, cujo

pico do íon molecular é 196 (13).

RMN de 13C (ORX125 MHz, COCbl

3 4 5

a ti2 aM 3~ ~6 aMe

CI 1 a 7

(ú) 160,8 (C-1), 158,2 (C-6), '154,3 (C-2), 143,4 (C

3), 121,3 (C-4), 114,7(C-5), 55,6 (C-7) (Anexo 8)


2.11.1 Tentativa de preparação do cloreto de p-nitrofeniloxalila (4)

A tentativa de preparação do composto 4 foi feita de acordo com o

procedimento descrito na seção 2.11, contudo não foi obtido o produto. Cabe

dizer que, embora várias tentativas tenham sido feitas, não foi possível purificar

este composto por destilação à pressão reduzida. Embora, a mistura de reação

tenha sublimado dentro da aparelhagem de destilação, tentativas de purificação

por sublimação também não foram bem sucedidas, resultando em rendimentos

insatisfatórios. Apesar do teste com o produto sublimado, juntamente com

H20 2, imidazol e 9,1 O-difenilantraceno ter resultado em emissão de luz visível, o

resultado da análise elementar mostrou que este composto era o

p-nitrofenol. Por outro lado, o resultado do espectro na região do infravermelho

apresentou as seguintes bandas: 628-753 cm-1 (8, C-CI), 1202 cm-1 (8, C-O),

1757 cm-1 (v, C=O) banda fina e 3366 cm-1 (v, O-H) banda larga (proveniente

do fenol ou do ácido correspondente).


2.11.2 Preparação do bis(4-nitrofenil) oxalato (23)

6·N02

o CI

MCI o

éter

~N~..J

-02N-o-~O~__t-O--NO,_ O O

23

Em um balão de fundo redondo de 100 mL com três bocas foram

dissolvidos 10 g (72 mmol) de p-nitrofenol em 25 mL de éter dietílico anidro. A

solução foi resfriada a -10°C e 7,1 mL (50 mmol, d=0,72 g/cm3) de trietilamina

foram adicionados lentamente. Em seguida foram adicionados lentamente 2,4

mL (27,5 mmol, d=1,455 g/cm3) de cloreto de oxalila durante,

aproximadamente, 30 minutos. A reação ficou sob agitação à temperatura

ambiente durante 13 horas. O solvente foi evaporado à pressão reduzida,

restando um sólido marrom o qual foi lavado sob agitação magnética por uma

hora com éter de petróleo e, depois, mais uma hora com acetato de etila. O

produto foi recristalizado em acetato de etila. Rendimento: 47,8% (4,3 g)

Análise elementar:

(%): observado 50,60 (C), 2,41 (H) e 8,43 (N) I calculado 50,63 (C), 2,95 (H) e

8,40 (N).

Invravermelho (KBr)

1772 cm-1 (v, C=O), Õ (C-O) 1348 cm-\ (õ, C-N02) 886 cm-1, (õ, C=C) 1484

1616 cm-1.

Espectrometria de Massa (Impacto eletrônico)

m/z (%): 332 (1,33) Me+, 304 (29,49),166 (43,98),139 (35,24),122 (100,00).

2.12 Síntese dos derivados


de O,O-hidrogênio

Os perácidos utilizados neste trabalho foram preparados de acordo com

uma metodologia comum. Assim, a exemplo da preparação do cloreto de

feniloxalila substituídos, será apresentado um procedimento geral, dando

ênfase apenas nas diferenças entre cada preparação.

oHo-o-xCI ° + H1: X =H 2°2

2: X =CH3: X = OC~4: X =NO 3

2

o ~ oHo-o-xéter HOO ° 5: X =OCH3

6: X =CH 3

7: X= H8X =N02

Procedimento geral:

Em um balão contendo o cloreto de feniloxalila substituído (1-4) em 10

mL de éter dietílico anidro a -25 cC, foi adicionada, gota a gota durante 20

minutos, uma solução etérea de H202, contendo piridina, sob atmosfera de N2,

conforme mostra a tabela abaixo.

Após 30 minutos de agitação a -25 °C, a mistura foi lavada com uma

solução saturada e gelada de cloreto de amônio (3 x 20 mL) e a porção etérea

seca com sulfato de magnésio anidro por 10 minutos a O oCo Após este tempo o

solvente foi evaporado a -40 °C e substituído por 2-4 mL de acetato de etila

anidro. A reação foi acompanhada por cromatografia em camada delgada (CCO)

utilizando placa de Si02 com indicador de fluorescência, 60 F254, a -20 DC, e

solução de KI 10% como revelador. Foram observados os seguintes fatores de

retenção (Rf):

Composto 5: CH2CI2/EtOAc 9,5:0,5 (eluente) / Rf <;:;: 0,0 (H20 2), Rf =0,44 (5) e Rf

= 0,85 (p-metoxifenol).

Composto 6: CH2CI2/EtOAc 8,5:1,5 (eluente) / Rf = 0,63 (6) e Rf = 0,80 (p

metilfenol).

a -O2 a1M 3 ~ !J 6 aMe

Haa 5 a 4 5 7

4 5

a\~(a---D;-CH3Ha0'1\\ 6 7

6 a


Composto 7: CH2CI2/ EtOAc 9:1 (eluente) / Rf = 0,52 (7), Rf = 0,31 (ácido

correspondente) revelado com alaranjado de metila e Rf = 0,67 (fenol).

O rendimento foi calculado através da determinação do conteúdo

peroxídico.

Tabela 6: Relação em mais dos reagentes utilizados para a preparação dos compostos 5 a 8.

Produto (Reagente) moi HzOz (moi) Piridina (moi) Rendimento %5 3 (3,10) 31,0 3,10 13,5

6 2 (3,03) 30,3 3,03 13,0

7 1 (3,25) 32,5 3,25 31,2

8 4 (2,62) 26,2 2,62 não observado

Caracterização: RMN de 13C Bruker 125,7 MHz, Acetona, 06-40°C,

deslocamento químico em relação ao solvente.

RMN de 13C (8) 154,8 (C-1), 155,9 (C-2), 143,8

(C-3), 122,8 (C-4), 114,9 (C-5), 158,3 (C-6) e 55,4

(C-7).

RMN de 13C (8) 154,7 (C-1), 156,0 (C-2), 148,4

(C-3), 121,6 (C-4), 130,7 (C-5), 137,0 (C-6) e 20,6

(C-7).

RMN de 13C (8), 154,8 (C-1), 156,1 (C-2), 150,6

(C-3), 122,0 (C-4), 130,5 (C-5), 127,5 (C-6).

4 5

a\~ai )6Haa11\\7 a

BIBLIOTECA

Parte Experimental INSTITUTO DE QUíMICAURI"QrsidilQ'i! ~~ São Pilulo 45

2.12.1 Tentativa de síntese do O,O-hidrogênio monoperoxioxalato

de p-nitrofenila (8) a partir do composto 4

A primeira tentativa de preparação do composto 8 foi feita de acordo com

o procedimento descrito na seção 2.12. Entretanto, não foi observada a

presença de mancha peroxídica. eCD: CH2CI2/EtAc 9:1 (eluente) I Rf =0,05

(H20 2) e Rf=O,SO (p-nitrofenol).

2.12.2 Segunda tentativa de síntese do O,O-hidrogênio

monoperoxioxalato de p-nitrofenila (8) a partir do composto 23

° 0-o-NO H202

H~,1 2 -O-o2N-Q-o ° O THF- °HO ~ ,1 N0223 N HOO °8

Em um balão de 125 mL com três bocas foram dissolvidos 100 mg (0,3

mmol) de 23 em 40 mL de THF. Em seguida adicionaram-se 67,S ~L (0,15

mmol - 2,21 M) de H202 diluído em 5 mL de THF através de um funil de adição

e 1,2 ~L (0,015 mmol, d=1 ,05 g cm-3) de piridina em 5 mL através de outro funil

de adição. A reação foi conduzida a -40°C sob argônio e acompanhada por

CCD em placa de Si02 com indicador de fluorescência, a -20 DC, 60 F254,

eluídas em CH2Cb/HexlACN 5:2:3. As placas foram reveladas com uma

solução aquosa de KI 10%. Após 35 minutos de reação observou-se a presença

de uma substância com grupo funcional peroxídico (Rf = 0,51).

Seguiu-se o mesmo processo de lavagem utilizados na preparação dos

outros perácidos, entretanto não foi observado conteúdo peroxídico após a

lavagem com NH4CI.


2.13 Síntese do ácido p-metoxifeniloxálico (28)

°J--_t-Q-oMe H,O • 0:Y_t-Q-OM'CI 3 o O éter HO 28 O

N -40 DC

Em um balão de 50 mL foram dissolvidos 300 mg (1,4 mmol) de cloreto de

p-metoxifeniloxalila (3) em 10 mL de éter anidro. Durante 20 minutos foi

adicionada, gota a gota, uma solução etérea contendo água (0,40 mL / 22,22

mmol) e piridina (0,11 mU 1,4 mmol), sob atmosfera de Nz seco. Após 30

minutos de agitação a -40°C, a mistura reacional foi lavada com uma solução

saturada e previamente resfriada de cloreto de amônio (3 x 15 mL) e a porção

etérea seca com sulfato magnésio por 10 minutos a O oCo O solvente foi

evaporado a -10°C, obtendo-se um sólido branco. CCD -20°C', eluente:

CH2Cb/HEXlACN 15:3:2 e revelação com alaranjado de metila (Rf = 0,12).

RMN de 13C (Acetona-D6 , -40°C, 125 MHz)

(õ): 158,9 (C-1), 158,6 (C-2), 144,6 (C-3), 122,9 (C-4),

115,4 (C-5), 158,1 (C-6), 55,9 (C-7) (anexo 7).

4 5"

O ~-" \~?~OMe

H61\\ 6 7O


2. 14 Síntese de derivados de oxazolonas

2.14.1 Preparação do Mn02 em carvão ativo1•

Uma solução contendo 20 9 de KMn04 em 250 mL de água destilada foi

agitada com 10g de carvão ativo a temperatura ambiente por 48 horas. Após

este tempo a mistura foi filtrada em um funil de Büchner, lavada com água

destilada e seca à temperatura de 105 -110°C por 24 horas.

2.14.2 2[4-bromofenil]-5,5-dimetiloxazol-4-ona (14)

oQCI

I~~

Br

+ -JCNHO

1- CHCI3 , SnCl4..2- (C2Hs)3N, tolueno

3'

---!QA' N~OBr !j ~ /' 4'

4 - 1 o 5'3 2 l'

14

Em um balão de 125 mL de 3 bocas foram dissolvidos 8,7 9 (40 mmol)

de cloreto de p-bromofenil benzoíla em 40 mL de clorofórmio seco juntamente

com 3,4 9 (40 mmol) de cianidrina de acetona (d = 0,93 g/cm\ Em seguida,

utilizando um funil de adição, foram adicionados lentamente 10,4 9 (40 mmol)

de cloreto de estanho IV (d = 2,217 g/cm\ A reação permaneceu sob agitação

à temperatura ambiente sob argônio por 20 horas.

O sal formado foi filtrado em um funil de placa sinterizada, em seguida

adicionado a 150 mL de tolueno seco juntamente com 10 mL (71 mmol, d=0,72

g/cm3) de trietilamina e aquecido à temperatura de refluxo por 30 minutos. Após

este período o solvente da mistura reacional foi evaporado à pressão reduzida,

ao sólido restante foram adicionados mais 150 mL de tolueno, submetendo a

mistura novamente ao refluxo por 30 minutos. O solvente foi removido à

pressão reduzida e o produto recristalizado em etanol/tolueno.

Rendimento: 20% (2,14 g).

RMN de 1H (OMSO 0 6), Bruker 250MHz, (8): 7,8 (d, 2H, H-2, 3J=8,68 Hz), 8,1

(d, 2H, H-3, 3J=8,68 Hz) e 1,5 (s, 6H, CH3) (anexo 13).


RMN de 13C (8): 129,5 (C-1), 132,5 (C-2), 131,3 (C-3), 124,9 (C-4), 183,5 (C

2'), 193,6 (C-4'), 85,7 (C-5') e 22,7 (2 x CH3) (anexo 14).


2.14.3 2-[4-benzilacetileno]-5,5-dimetiloxazol-4-ona (15)

N O

BC-Q-fof14

(Ph3P)2PdC'!Cul

~~7 3'

tolueno/(C2H

S) N" 10 _ == - 2' ,,-N*O

D--==-~ 3 9 6 5 4 ~ /; 1 4'

_ 8 O_ _ H 15 3 2 l' 5'

Em um balão de 50 mL do tipo "Schlank" foram adicionados 0,5 9 (1,86

mmol) do composto 14 em 15 mL de tolueno seco juntamente com 20 mL (142

mmol, d=O,72 g/cm3) de trietilamina e 0,19 9 (1,86 mmol) de fenilacetileno (d =

0,93 g/cm\ Em seguida foram adicionados 0,0035 9 (0,0185 mmol) de Cul e

0,0130 9 (0,0186 mmol) de (Ph3P)2PdCb (11). A reação foi acompanhada por

cromatografia em camada delgada (CCO) em silica com uma mistura de

tolueno/EtOAc 9:1 como eluente. O produto desejado possuia um Rf = 0,39 e

fluorescência azul.

Rendimento: 13% (69 mg)

Análise elementar

(%): observado 76,03 (C), 5,44 (H), 4,57 (N) e 13,96 (O) I calculado 78,87 (C),

5,23 (H), 4,85 (N) e 11,06 (O).

Infravermelho (KBr)

2993 cm-1 (v, H-C), 2222 cm-1 (v, C-C), 1744 cm-1 (v, C=O), (v,C=N) 1604 cm-1.

Espectrometria de Massa (Impacto eletrônico)

m/z (%): 289 (93) M·+, 203 (100), 176 (10) e 43 (10)

RMN de 1H (COCI3, 300 MHz, TMS)

(õ) 7,7 (d, 2H, H-2, 3J=8,5Hz), 8,2 (d, 2H, H-3, 3J=8,5Hz,), 7,54 (m, 2H, H-8),

7,36 (m, 2H, H-9) e 1,61 (s, 6H, CH3).


RMN de 13C

(8) 130,3 (C-1), 129,9 (C-2), 132,4 (C-3), 125,3 (C-4), 88,5 (C-5), 94,1 (C-6),

122,4 (C-7), 131,8 (C-8), 128,5 (C-9), 129,1 (C-10), 184,2 (C-2'), 194,1 (C-4') e

85,7 (C-5').

UV "'máX 323 nm (Iage = 4,51)


2.14.4 2-[4-bromofenil]-5,5-dimetiloxazol-4-tiona (16)1

N O~//'r~Br~OI

14

3'

Reagente de Lawesson ~\\2'/N~S____________ Br I '\ '/ 4'

4 - 1 Otolueno 5'

3 2 l'

16

0,5 9 (1,86 mmol) do composto 14 foi adicionado em 15 mL de toluol e

em seguida 0,53 9 (1,21 mmol) do reagente de Lawesson (26), A mistura foi

aquecida à temperatura de refluxo por 10 horas, sendo que a formação do

produto foi acompanhada por CCO. O produto formado foi purificado por coluna

cromatográfica utilizando silica (Kiesegel Merck 0,040mm-O,063mm) como fase

estacionária e tolueno como fase móvel.

Rendimento: 47%. (0,25 g)

RMN de 1H (Bruker 250 MHz) COCb, TMS)

(8) 7,63 (d, 2H, H-2, J3=6,8HZ), 8,09 (d, 2H, H-3, J3=6,8Hz) e 1,63 (s, 6H, CH3).

RMN de 13C

(8) 124,5 (C-1), 132,6(C-2), 131,1(C-3), 124,5(C-4), 182,1(C-2'), 233,7(C-4'),

101 ,3(C-5') e 27,26 (2xCH3) (anexo15).


2.14.5 Androsta-1 ,4-dieno-3-tiona-17-ona (18)

o

o

Reagente de Lawesson•

THF

6

18

2g (7,04 mmol) de ADD (17) e 1,86g (4,22mmol) de reagente de

Lawesson foram adicionados em 50 mL de THF seco. Após 1 hora de agitação

à temperatura ambiente formou-se um produto azulo qual foi isolado em coluna

cromatográfica utilizando silica (Merck-Kiesegel 0,043mm-0,060mm) e

toluenofTHF 6:4. O produto purificado foi recristalizado de acetato de etila.

Rendimento: 88% (1,86 g).

Pf 162,3-163,6 DC (literatura 165-168 DC)5.

RMN de 1H (Varian 500 MHz, CDCb, TMS)

(5) 0,95 (s, 3H, CH3-18), 1,29 (s, 3H, CH3-19), 6,80 (d, 1H, J3 = 9,65 Hz, H-1),

6,86 (m, 1H, H-4) e 6,89 (dd, 1H, J3=9,64 Hz, J4=1 ,65 Hz, H-2).

RMN de 13C

(5) 133,5 (C-4), 135,6 (C-2), 147,4 (C-1), 160,9 (C-5), 218,9 (C-3) e 217,5 (C

17) (anexo16).

Invravermelho (KBr)

(v, C=O) 1737 cm-1, (5, C=S) 1134 cm-1

, (5, C=C) 1625 cm-1, (v, C-H) 2926 cm-1

Espectrometria de Massa (ionização química)

m/z (%): [300+CH5+r (M+) (100), [300+H+r (M+) (40), [268+H+] (11).


2.14.6 Androsta-1,4-dieno-3 hidrazona-17-ona (19)

H2NNH2 ·H20

s

THF, Qoe

..~

H2N-N

0,3 9 (1 mmol) do composto 18 foi adicionado em 30 mL de THF seco e a

temperatura desta solução foi diminuída para O oCo Em seguida foi adicionado

0,1 9 (2 mmol) de hidrazina hidratada. formou-se um produto azul-violeta que

permaneceu sob agitação por mais 10 minutos à temperatura ambiente. A

reação foi acompanhada por CCO (CHCb/MeOH 9:1), sendo o produto

purificado por coluna cromatográfica. Este composto foi caracterizado apenas

por infravermelho e comparado com a literatura5.

Rendimento: 91%.(0,27 g)

Infravermelho (KBr)

(v, N-H) 3386 cm-1, (v, N-H) 3221 cm-1

, (v, C=O) 1734 cm-1 e (5, C=N) 1658

cm-1.


2.14.7 Androsta-1,4-dieno-3 diazo 17-ona (20)1

o o

~

H2N-N

MnO/carvâo ativo

KOHaq. / Etp

3 g de Mn02/carvão ativo (1 :2) foram adicionados em 20 mL de éter

dietílico, sendo a mistura agitada no ultra-som durante 5 minutos. Em seguida

foi adicionado 0,27 g (0,91 mmol) do composto 19 juntamente com 5 gotas de

KOH aquoso. Em poucos minutos formou-se uma solução levemente azulada.

Após 1 hora de reação, a solução foi retirada e transferida para outro recipiente.

Ao resíduo foram adicionados mais 20 mL de éter dietílico e submetido à

agitação por mais 30 minutos à temperatura ambiente. É importante ressaltar

que, este produto é estável apenas por algumas horas, portanto é

recomendável executar a etapa seguinte, logo ao término desta reação.


2.14.8 3-[2-(4-bromofenil)-5,5-dimetiloxazol-4-ilideno]-androsta-1,4

dien-17-ona (21)1

N S

Br--0;fo+- +

N2

•3'

~1"N

Br~-2~3" r l'

18

0,108 9 (0,38 mmol) do composto 16 foi adicionado à solução do

composto 20, proveniente de 0,27g (O,91mmol) de 19, e a mistura da reação foi

submetida a 24 horas de repouso à temperatura ambiente, A reação

desprendeu N2 e precipitou enxofre. A formação do produto foi acompanhada

por CCO (tolueno/EtOAc 95:5). Ao final da reação observou-se a formação de

três substâncias amarelas fluorescentes: Rf = O, Rf = 0,38 e Rf = 0,9. As

substâncias foram separadas por cromatografia em coluna de sílica utilizando

tolueno como eluente. O produto corresponde ao Rf= 0,38.

Rendimento: 32% (E/Z 0,78/0,99)

Infravermelho (KBr)

(v, H-C) 2932 cm-1, (o, C=N) 1664 cm-1

, (v, C=O) 1737, (o, C-O) 1010 cm-1, (o,

C-Sr) 1068 cm-1.

RMN de 1H (Varian 300MHz, COCI3, TMS)

(o) 0,91 (s, 3H, CH3-18), 1,19 (s,3H, CH3-19), 1,66 (s, 6H, CH3-5'), 5,85 (d, 1H,

H-1E, J3 =10,1),5,87 (d, 1H, H-1Z, J3=10,1), 6,08 (s,1H, H-4E), 6,83 (s,1H, H

4Z), 7,02 (dd, 1H, H-2E, 3J=10,1 Hz, 4J=1,78 Hz), 6,25 (dd, 1H, H-2Z, J3=10,15,

J4=1,8), 7,51-7,61 (m, 2-H, 3"-aromático), 7,85-7,90 (m,2-H, 2 "-aromático).



RMN 13C (8 ppm)

(8) 13,83 (C-18), 14,17 (C-15), 21,78 (C-19), 21,00, 27,08 (2xCH2), 26,98 (C

CH3), 31,40, 32,35 (2xCH2), 35,62 (C-8), 35,71 (C-16), 41,44 (C-10), 47,77 (C

13), 50,95 (C-14), 52,99 (C-9), 87,30 (C-5'), 115,23 (C-4E), 125,87 (C-2Z),

117,15 (C-3), 117,30 (4-Z), 122,01 (C-4"), 126,98 (C-1"), 126,89 (C-2E),

125,87 (C-2Z), 129,58 (C-2"), 131,58 (C-3"), 134,24 (C-1E), 136,29 (C-1Z),

147,31 (C-5E), 145,61 (C-5Z), 149,57 (C-4'), 163,39 (C-2'), 219,81 (C-17).

Espectrometria de Massa (ionização química)

m/z (%): [520+H+r (M+) (81), 504 (17),442 (100), 426 (20).


2. 15Referências

I Wagner K, Weiss D & Beckert R, "New Luminescent Materiais Based on a Steroid Molecule",

Eur. J. Org. Chem., 3001-5, 2000.

2 Handbook Chemistry and physics 79 Ih, 1998-1999, CRC PRESS.

3 Lee J & Seliger HH "Absolute Spectral Sensitivity of Phototubes and the Application to the

Measurement of the Absolute Quantum Yields of Chemiluminescence and Bioluminescence"

Photochem. Photobiol, 4, 1015-48, 1965.

4 Stevani CV, Silva SM & Baader WJ, "Studies on the Mechanism of the excitation step in the

peroxyoxalate system. Eur. J. Org. Chem., 4037-46, 2000.

5 Weil3 D, Gaudig U & Beckert R, "Eine neue Methode zur Herstellung von Thioxosteroiden",

Synthesis, 751-2, 1992.

Resultados 58

3 Resultados

3.1 Síntese e estudo dos derivados de O,O-hidrogênio


3.1.1 Síntese e caracterização

A síntese dos intermediários (5-7) foi efetuada a partir dos cloretos de

feniloxalila substituídos (1-3) e, de uma maneira geral, obtidos com rendimentos

satisfatórios. Entretanto, devido à rápida hidrólise sofrida por estes compostos,

o ideal é armazená-los em ampolas condicionadas abaixo de -20 oCo A tabela 7

apresenta a relação em moi entre fenol e cloreto de oxalila utilizados na

preparação de cada derivado, juntamente com os rendimentos e pontos de

ebulição.

Tabela 7: Resultados obtidos na preparação dos compostos 1-4.

FenollCloreto de Oxalila Produto Destilação

mmoll mmol Rendimento (%) (oC I mmHg)

H (1) 1:1,5 62 100/7

CH3 (2) 1:1,5 82 80/1

OCH3 (3) 1:1,2 84 145/6

N02 (4) 1:1,4 6,33 sublimado

Exceto o composto 4, os demais (1-3) foram submetidos à destilação sob

pressão reduzida para separar o cloreto de fenila monosubstituído do derivado

dissubstituído, possivelmente formado pela reação com dois fenóis. Na

destilação do cloreto de feniloxalila (1) é importante mencionar que se a

destilação for feita sob pressão abaixo de 5 mmHg, o composto 1 é arrastado

para o "trap" de segurança. O cloreto de p-metilfeniloxalila (2) foi o único dos

três cloretos preparados que se apresentou como um líquido amarelado de

característica levemente oleosa, enquanto que os demais derivados formaram

um sólido branco, após o processo de destilação.

Resultados 59

A análise na região do infravermelho do composto 2 apresentou apenas

uma banda referente ao estiramento de carbonila em 1783 cm-1. Este fato

experimental nos levou a inferir que as freqüências das carbonilas, pertinentes

aos grupos éster e cloreto de acHa, estariam muito próximas, não sendo

possível identificá-Ias separadamente. Já os outros derivados (1 e 3)

apresentaram duas bandas, embora também muito próximas.

A reação de cada derivado do cloreto de feniloxalila com peróxido de

hidrogênio na presença de piridina em éter dietílico, resultou na formação dos

derivados do O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de arila (5-7)

°H°-Q-XCI ° +1: X = H H

20

2

2: X = CH3

3: X = OCH4: X = NO 3

2

o . O~_t-Q-xéter HOO O 5: X = OCH3

6: X = CH3

7: X = H8 X = NOz

Cabe ressaltar, que os compostos (5-7) se apresentaram instáveis a

temperatura ambiente, decompondo-se rapidamente (no caso do composto 7, a

decomposição ocorreu em alguns minutos), sendo necessário armazená-los

a -80°C. A formação do produto foi acompanhada por cromatografia em

camada delgada (CCD), que ao ser revelada com solução aquosa de KI 10%

apresentou uma mancha escura característica de função peroxídica, devido à

oxidação do iodeto para iodo. Este comportamento foi observado para os três

derivados (5-7). Acompanhou-se, também, a formação do ácido correspondente

com alaranjado de metila (pH 3,2-4,4). Foi interessante observar que ao borrifar

a placa com alaranjado de metila, formava-se uma mancha branca na região do

perácido. Além da formação do ácido, também foi observada a presença do

fenol correspondente em algumas preparações.

Com o objetivo de separar o composto peroxídico das demais impurezas

presentes na amostra, tentou-se uma separação por cromatografia circular

dentro de uma câmara fria (7 DC), usando como eluente a mistura de

Resultados 60

CH2CI2/HexlACN 7:2: 1, obtendo-se a separação de duas substâncias não

peroxídicas, e uma terceira que ficou retida na placa, cuja revelação, com

solução de KI10%, também mostrou não ser peroxídica. O mesmo

comportamento foi observado na tentativa de purificação de um composto

análogo1, com o cloro como substituinte no anel aromático, por cromatografia

relâmpago em coluna, utilizando sílica, alumina e f10risil como fases

estacionárias, em várias misturas de CH2Cb/Hex a -40 oCo Em tal purificação,

não foi obtido sucesso, devido à decomposição do peróxido. Tal fato também foi

observado para alquil peroxioxalatos, os quais também sofreram decomposição

quando submetidos à cromatografia em coluna2.

Como a tentativa de purificação do composto 7 não foi bem sucedida,

abandonou-se a idéia de purificação, preocupando-se em analisar a influência

das impurezas na ocasião dos estudos cinéticos futuros.

Resultados 61

3.1.1.1 O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de p-metoxifenila (5)

A espectroscopia na freqüência de RMN de 13C constituiu a técnica mais

adequada para caracterizar os compostos 5 a 7, uma vez que os compostos

preparados, geralmente continham como impurezas o derivado do ácido oxálico

e o fenol correspondente. Portanto, técnicas como espectroscopia na região de

infravermelho ou espectrometria de massas não seriam satisfatórias para

identificar cada composto presente na mistura. As carbonilas, tanto do perácido

como do ácido, possuem deslocamentos químicos muito próximos, que variam

entre 154 a 158 8, o que nos levou a preparar um dos compostos com alta

pureza para que este fosse submetido à análise espectroscópica detalhada. °composto 5 foi escolhido como composto modelo, pois, em relação aos outros,

foi o que apresentou maior facilidade de manipulação. A análise foi iniciada com

a preparação e caracterização por RMN de 13C (-40 De, Acetona 0 6 , Varian

ORX500) do ácido p-metoxifeniloxálico (28), resultando nos seguintes

deslocamentos químicos:

o 2 0 -/\ 7H~oMe

HO 1 o 4 5 6

(C-1 )

158,9

(C-2) (C-3) (C-4) (C-S) (C-6)

158,6 144,6 122,9 115,4 158,1

(C-7)

55,9

Na região de carbonilas de éster e ácido foram observados três sinais,

dois deles foram atribuídos aos carbonos carbonílicos 1 e 2 (8 158,9 e 158,6

respectivamente) e o deslocamento observado em 8 158,1 foi atribuído ao

carbono aromático 6. A atribuição dos deslocamentos químicos do anel

aromático foi feita em analogia aos dados relatados na literatura para o ácido p

c1orofeniloxálico3 (Anexo 1).

A análise da mistura contendo o perácido foi feita nas mesmas condições

do ácido p-metoxifeniloxálico (28). Assim, no espectro do O,O-hidrogênio

monoperoxioxalato de p-metoxifenila (5) foi observado a presença do composto

28 como impureza, mas não a presença do p-metoxifenol, devido à ausência de

OH493 I5 :::::-..

6OMe

Resultados 62

sinais em 8 149,9 e 8 151,2 provenientes dos deslocamentos

químicos dos carbonos 3 e 6 respectivamente. A atribuição dos

sinais do perácido foi feita com base no composto O,O-hidrogênio

monoperoxioxalato de p-c1orofenila (8A)3, através da contribuição

dada pelas carbonilas dos grupos éster e peróxido ao anel aromático. Desta

forma também, foi possível prever o deslocamento químico do anel aromático

para cada mudança de substituinte (Anexo 1).

Tabela 8: Deslocamentos químicos observados no O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de

p-metoxifenila (5) e ácido p-metoxifeniloxálico (28), juntamente com as intensidades relativas de

cada. Acetona Os, -40 °C, Varian DRX500.

OH Obs. Cal. OOH Obs. Cal.

1 158,1 (1,18) 1S8,Sa 1 154,8 (0,75) 154,6a

2 157,9 (0,91) 157,8a 2 155,9 (0,92) 156,3a

O 2 O~ ~OMe 3 144,1 (1,00) 143,2 3 143,8 (1,00) 142,9H 3 6 7 4 122,8 (2,18) 123,2 4 122,7 (3,00) 123,1

X 1 O 4 55 114,8 (2,16) 115,7 5 114,9 (3,00) 115,8

6 158,4 (1,27) 158,0 6 158,3 (1,42) 158,3

7 55,49 (1,09) 54 7 55,47 (1,09) 54

a Deslocamentos químicos obtidos da literatura3

Os sinais observados na análise por RMN de 13C foram atribuídos ao

compostos 5 e 28 . Na região de carbonila de éster foram observados sinais em

8 154,8 e 155,9 (perácido) e 158,1 e 157,9 (ácido). Os sinais em 8 158,3 e

158,4 foram atribuídos ao carbono 6 do anel aromático do perácido e do ácido,

respectivamente (Anexo 4). Os sinais atribuídos aos carbonos 7 do perácido (8

55,47) e do ácido (8 55,49), por apresentarem sinais muitos próximos, foram

diferenciados com base em simulação feita pelo programa MESTRE C 2.3.

A adição de KI para reduzir o perácido, resultou no completo

desaparecimento dos sinais em 8 154,8 e 155,9 atribuídas as carbonilas 1 e 2

do perácido. Deste modo, foi possível distinguir os deslocamentos químicos das

carbonilas do perácido das carbonilas do ácido (Anexo 6). Em 8 162,5 foi

observado um sinal que pode ser referente à formação do ácido oxálico, pois na

Resultados 63

redução do perácido é possível também a formação deste tipo de composto,

cujo sinal pode ser observado em aproximadamente 6 16011. Ademais, os sinais

em 6 114,9; 6 122,8 e 6 143,8 (região do anel aromático) diminuíram de

intensidade em relação aos sinais (6 114,8; 6122,7 e 6144,1) dos carbonos do

anel aromático proveniente do ácido 28. Ainda, na região de aromáticos foram

observados sinais em 6 114,7 e 122,6 que, a princípio, poderiam ser atribuídos

à formação do p-metoxifenol. Contudo, não foram observados sinais em 6

149,9, 6 115,2 e 6 151,2, os quais seriam os sinais aproximados para o p

metoxifenol. Foram também observados sinais de baixa intensidade em 618,5; 6

69,4; 6 125,2 e 6 137,0. Porém, de acordo com os deslocamentos esperados

para os principais produtos da reação, não existe proposta para tais

observações. Isto também vale para o sinal observado em 6157,3. Finalmente,

os experimentos de adição de KI confirmam claramente a atribuição dos sinais

de RMN de 13C feita para o perácido 5, pois todos os sinais atribuídos a este

composto sofreram alterações consideráveis. Os sinais atribuídos as carbonilas

desapareceram completamente e os sinais atribuídos aos carbonos do anel

aromático diminuíram de intensidade em relação ao anel aromático do ácido 28

(Anexo 6).

Resultados 64

3.1.1.2 O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de p-metilfenila (6)

De acordo com o resultado da análise em RMN de 13C, a amostra

analisada era composta basicamente do perácido 6 e do p-metilfenol. O

derivado ácido, geralmente encontrado em concentração expressiva, estava

presente na mistura em apenas 1%. Portanto, os sinais relacionados ao ácido

apresentaram fraca intensidade. Os deslocamentos químicos relacionados ao

composto 6 estão apresentados na tabela 9.


p-metilfenila (6), juntamente com as intensidades relativas. Acetona D6, -40 DC, Varian DRX500.

OOH Obs. Cal.

1 154,7 (1,08) 154,63

2 156,0 (1,04) 156,33

O 20-Q;-CH3 3 148,4 (1,00) 147,8H 3 6 7 4 121,6 (2,80) 121,9

HOO 1 O 4 55 130,7(3,20) 130,9

6 137,0(1,05) 135,9

7 20,6 (1,09) 20

3 Deslocamentos químicos obtidos da literaturaJ

Além destes deslocamentos químicos, foram observados

também sinais relacionados ao p-metilfenol, cujos deslocamentos e

intensidades relativas foram: 8 155,7 (1,01), 115,4 (2,03), 130,4

(2,05), 128,3 (1,00), 20,3 (1,03), para os carbonos 3, 4, 5, 6 e 7

OH

Q'-'::: 4

I ~ 5

CH3

respectivamente.

Conforme fora mencionado, o ácido p-metilfeniloxálico apresentou

deslocamentos químicos de baixa intensidade (Anexo 9), porém não foi

possível identificar os deslocamentos químicos provenientes das carbonilas,

apenas os carbonos do anel aromático, cujos sinais foram 8 149,2, 136,7, 121,5

e 20,5. Ademais, foi observada a presença de éter dietílico (8 66,1 e 15,4)

proveniente da preparação de 6, uma vez que este fora usado como solvente, e

PO·""1tados

um deslocamento em õ 125,3 que não pode ser atribuído a nenhum dos

compostos presentes na mistura.

3.1.1.3 O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de fenila (7)

Na análise do O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de fenila (7) por RMN

de 13C foram observadas as presenças de ácido feniloxálico e fenol, além da

presença do composto 7.


fenila (7) e ácido feniloxálico, juntamente com as intensidades relativas de cada. Acetona 0 6,

30 De, Varian DRX500.

OH Obs. Cal. OOH Obs. Cal.

1 158,8 (0,92) 158,Sa 1 154,8 (0,98) 1S4,6a

O O~ )6 2 157,9 (0,89) 157,8a 2 156,1 (0,53) 156,3a

1H2 3 150,9 (1,00) 151,1 3 150,6 (1,00) 150,8X O 4 5

4 122,0 (2,11) 122,1 4 121,9 (2,26) 122,0

5 130,4 (1,92) 130,1 5 130,5 (2,74) 130,2

6 127,2 (0,92) 126,5 6 127,5 (1,02) 126,8

a Deslocamentos químicos obtidos da literatura3

Os deslocamentos químicos observados em õ 150,6, 122,0, 130,5 e

127,5 foram atribuídos aos carbonos 3, 4, 5 e 6 do anel aromático de 7

respectivamente. No mesmo espectro de RMN de 13C também havia um

composto que não pode ser identificado, cuja quantidade na mistura era o

equivalente a 10,3%, segundo a integração dos sinais. Em primeira análise,

nossa proposta estrutural seria o peranidrido 31; muito embora, nem todos os

sinais relativos a este composto estivessem presentes. Os sinais excedentes

foram: õ 117,4,121,4,123,9,128,7, 153,Oe 157, 03 (Anexos 11 e 12).

4' 5'

6~02 o o oD6'\J3 n ~2~

5 4 o 10-0 l' o

31

Resultados 66

De fato, considerando que, a estrutura do peranidrido 31 é semelhante

à do composto 7, esperar-se-ia que os deslocamentos químicos para ambos

compostos fossem também semelhantes. Outro fato que corrobora este

argumento está relacionado com as intensidades relativas dos sinais de 31, que

deveriam ser 1:1: 1:2:2: 1. Entretanto, as intensidades relativas observadas

foram 1:3,5:3:3,6:3,2:0,36, respectivamente. Sendo assim não há uma proposta

estrutural consistente para os sinais observados.

O,O-hidrogênio

Resultados 67

3.1.1.4 Tentativa de preparação do

monoperoxioxalato de p-nitrofenila (8)

Na tentativa de preparação deste composto foram encontradas várias

dificuldades. Primeiramente, o cloreto de p-nitrofeniloxalila (4) não pôde ser

destilado, visto que sublimava, cristalizando ao longo da aparelhagem de

destilação. Por outro lado, a tentativa de purificação por sublimação apresentou

baixo rendimento, devido ao controle da temperatura, sempre abaixo de 110 aC,

para que não ocorresse degradação do composto 4. Ademais, as técnicas

utilizadas para a caracterização, principalmente a análise elementar, não

revelaram a presença de 4, embora o teste qualitativo de quimiluminescência

fosse positivo. Como os processos de purificação não foram eficientes, o cloreto

de p-nitrofeniloxalila (4) foi utilizado sem purificação prévia na tentativa de

preparação do perácido 8. A reação do composto 4 com H20 2 efetuada na

. presença de piridina foi acompanhada por CCO, sem, contudo, detectar a

presença de um composto peroxídico. Além disso, durante a extração, com

uma solução aquosa saturada de NH4CI, um processo necessário para retirar o

excesso de cloreto de piridínio e H202, observou-se uma coloração amarela.

Este fato indica que talvez tenha ocorrido a formação de p-nitrofenol, devido à

hidrólise do composto 8, eventualmente formado em pequenas quantidades, do

composto 4 ou proveniente da formação do ácido diperoxálico (22) (Esquema

15). Este último pode ser formado pela adição do peróxido de hidrogênio à

carbonila do éster. A formação de carga positiva no oxigênio ligado ao anel

aromático, devido ao efeito atraente de elétron do grupo nitro na posição para,

resultaria no aumento da reatividade da carbonila, ligada neste oxigênio, frente

ao ataque nucleofílico do peróxido de hidrogênio. Ademais o peróxido de

hidrogênio encontra-se em excesso estequiométrico de dez vezes.

Resultados 68

Esquema 15

OH

-O- O OOOH9O O ~ /; NOz N .. M +:::",. IM H,02 HOO O

CI 4 O 22 NOz

Tendo isto em vista, foi testada uma outra abordagem envolvendo a

reação de bis(4-nitrofenil) oxalato (23) com peróxido de hidrogênio na presença

de piridina visando a obtenção do composto 8 (Esquema 16). Este método, à

princípio, apresentava vantagens em relação ao método utilizado na obtenção

dos outros perácidos pois evitava a preparação do cloreto de p-nitrofeniloxalila

(5) bem como as dificuldades decorrentes de sua purificação. Neste caso, o

peróxido de hidrogênio foi usado como reagente limitante (relação molar

23:H20 2de 1:0,5) para evitar uma suposta formação de ácido diperoxálico (22).

Após 35 minutos de reação a -40°C sob argônio, detectou-se uma substância

peroxídica com Rf = 0,65 quando revelada com solução aquosa de KI 10%

(placa de Si02, CH2CI2/HexlACN 5:2:3, -20°C), que, à princípio, poderia ser o

perácido 8. Entretanto, após a lavagem com uma solução saturada e gelada de

cloreto de amônio não se observou mais a presença da substância peroxídica.

Na etapa de evaporação do solvente observou-se a formação de alguns cristais

brancos, que, de acordo com o teste de KI, não eram peroxídicos. Estes cristais

também não eram do ácido correspondente, cuja identificação foi feita com

alaranjado de meti Ia. O sobrenadante proveniente da formação dos cristais

também não continha substância peroxídica. Deste modo, cessou-se as

tentativas de preparar o composto 8.

Esquema 16

O 0-o-NOz O -OzN--O-~oMo .. o\\__l-o-NOz

_ 23 H,02 ~HOO O8

Resultados 69

3.2 Estudo das propriedades de quimiluminescência dos

intermediários 5-7

As propriedades de quimiluminescência da cada perácido foram

estudadas pela reação destes compostos (5-7), catalisados por imidazol na

presença de 9,1 O-difenilantraceno (DPA) em acetato de etila anidro a 25°C

(Esquema 17). A emissão de luz proveniente desta reação apresentou um

rápido aumento da intensidade de emissão seguida de um decaimento lento,

sendo que esta intensidade variou de acordo com a natureza do substituinte no

anel aromático.

Esquema 17

O OOH

x-o-oHox =OCH3 (5)

X =CH3 (6)X =H (7)

N~~N-H

•

{}o"l

O 1_"l ~-ú

~ ú

OH9 + 2CO, + hv

X

o aumento da concentração de imidazol resultou em um aumento da

constante de velocidade de decaimento (Figura 5). A curva experimental foi

ajustada com uma função de decaimento mono-exponencial de primeira ordem

(Equação 1), sendo a constante de velocidade observada (kobs) relacionada

com o consumo de cada perácido. É importante frisar que o mesmo

comportamento cinético foi observado para todos os perácidos 5-7.

Resultados 70

--[IMI-H]=O,3mM (1)--[IMI-H]=O,5mM (2)- [IMI-H]=1 ,OmM (3)--[IMI-H]=2,OmM (4)

2000 4000 6000Tempo (8)

6 --[IMI-H]=6mM (5)

--:,-.... -- [IMI-H]=3OmM (6)[IMI-H]=100mM (7) 00

<Jl UU -- [IMI-H]=250mM (8) '-"

'-" '"'" oo .......-. ......~

~

Q)Q)

-g -g"'Cl :g.~ 2 00

s:: 2Q)

~......s ......

O" , . , . ,

O 400 800 1200 O

Tempo (8)O

Figura 5: Emissão de luz proveniente da reação de O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de

p-metoxifenila (5) em várias concentrações de imidazol na presença de 9,10-difenilantraceno

(OPA). Espectrofluorímetro nas seguintes condições: fenda 1mm, tensão na

fotomultiplicadora=750V e monocromador na condição de espelho.

f(t) =A *exp(-kobs.t) Equação 5

Assim, ao estudar como variava a intensidade de emissão de luz em

função da concentração de imidazol para os perácidos (5-7), observamos que

tal intensidade diminuía com o aumento da concentração de imidazol. Cabe

ressaltar que comportamento semelhante também foi observado na reação do

sistema peroxioxalat04 e no traoalho de Stevani ei at.

A seguir estão relacionadas tabelas com os valores das constantes de

velocidade observadas (kobs) , juntamente com os rendimentos quânticos

singlete (<1>5) obtidos no estudo de cada perácido. Observa-se que ocorre um

aumento na constante de velocidade (kobs) em função do aumento da

concentração de imidazol, para os três perácidos, de aproximadamente 60

vezes, no caso dos perácidos 5 e 6, e de aproximadamente 120 vezes no caso

do perácido 7. Por outro lado, observa-se também uma diminuição drástica do

rendimento quântico singlete (<1>5).

Resultados 71

Tabela 11: Constantes de velocidade observadas (kobs) e rendimentos quânticos singlete (<Ds)

obtidos da reação do O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de p-metoxifenila (5) com imidazol, na

presença de 9,1 O-difenilantraceno (OPA) em acetato de etila anidro1.

[IMI-H] kobs1 X 103<Ds X 104

(mM) (S-1) (Emor1)

1 0,3 0,17 ± 0,04 9,36 ±2,40

2 0,5 0,20 ± 0,01 10,17 ± 2,17

3 0,7 0,18±0,01 9,26 ±2,22

4 1,0 0,24 ± 0,01 8,63 ± 0,72

5 2,0 0,34 ± 0,06 6,69 ± 1,16

6 4,0 0,59 ± 0,03 4,32 ± 1,05

7 6,020,99 ± 0,22 3,13±0,59

8 8,0 1,02 ± 0,01 2,63 ± 0,55

9 10 1,66 ± 0,02 2,21 ± 0,36

10 30 2,50 ± 0,04 0,99±O,17

11 50 3,72 ± 0,01 0,83 ± 0,03

12 70 4,62 ± 0,04 0,54 ± 0,07

13 100 5,65 ± 0,01 0,44 ± 0,02

14 125 6,38 ± 0,07 0,39 ± 0,06

15 150 7,16 ± 0,05 0,31 ± 0,04

16 200 8,50 ± 0,05 0,25 ± 0,02

17 225 9,25 ± 0,06 0,24 ± 0,02

18 250 10,4 ± 0,07 0,23 ± 0,04

)5]=o,5mM e [OP-A]=1,OmM a 2K"c, espectrofluorímetro na condição padrão.Não foi usado para calcular kBim (vide Fig. 14, discussão).

Resultados 72

Tabela 12: Constantes de velocidade observadas (kobS) e do rendimento quântico singlete (<1>s)

obtidos da reação do O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de p-metilfenila (6) catalisada por

imidazol na presença de 9,1 O-difenilantraceno (OPA), utilizando acetato de etila anidro1.

[IMI-H]mM kobs X 103 5-' <1>s x 104 Emor1

1 0,5 0,19 ± 0,01 45,6 ±6,3

2 1,0 0,41 ± 0,12 27,4 ± 0,1

3 2,0 0,63 ± 0,10 17,2 ± 6,4

4 4,0 1,04 ± 0,06 10,8 ± 2,6

5 6,0 1,43 ± 0,11 7,71 ± 1,88

6 8,0 1,74±0,11 6,39 ± 1,81

7 10 1,92 ± 0,06 4,82 ± 0,71

B 20 2,86 ± 0,04 3,09 ± 0,68

9 40 4,05 ± 0,12 1,69 ± 0,06

10 60 5,11 ± 0,29 1,38 ± 0,02

11 80 6,13±0,83 0,91±0,13

12 100 6,14 ± 0,08 0,98 ± 0,21

13 120 7,04 ± 0,31 0,73 ± 0,04

14 130 7,37 ± 0,42 0,73 ± 0,06

15 150 8,31 ± 0,13 0,64 ± 0,04

16 170 8,95 ± 0,68 0,56 ± 0,01

17 200 10,20 ± 0,21 0,50 ± 0,02

18 230 11,80 ± 0,07 0,46 ± 0,01

19 250 12,7 ± 0,6 0,45 ±0,01

'[6]=0, 1mM, [OPA]=1,OmM a 25uC, espectrofluorímetro: fenda-8mm.

Resultados 73

Tabela 13: Constante de velocidade observada (kabS) e do rendimento quântico singlete (s)

obtidos da reação do O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de fenila (7) com imidazol na presença

de 9,1 O-difenilantraceno (OPA) em acetato de etila anidro1.

[IMI-H]mM kobs X 103 5-' <1>s x 104 Emor'

1 0,5 0,14 ± 0,01 54,6 ± 5,6

2 1,0 0,31 ± 0,12 37,7 ± 18,1

3 2,0 0,54± 0,01 22,6 ±6,2

4 4,0 1,01 ±0,12 13,1 ±4,O

5 6,0 1,49 ± 0,17 9,26 ± 0,90

6 8,0 1,68 ± 0,17 7,44 ± 0,48

7 10 1,93 ± 0,29 6,44 ±0,63

8 20 3,14 ± 0,43 3,66 ± 0,49

9 40 4,96 ± 0,74 2,00 ± 0,34

10 60 5,8 ± 1,2 1,77 ± 0,27

11 80 7,26 ± 0,99 1,21 ± 0,09

12 100 8,62 ± 1,21 1,02 ± 0,14

13 130 10,5±1,52 0,79 ± 0,07

14 150 11,9 ± 1,97 0,58±0,13

15 170 13,2±1,36 0,62 ± 0,07

16 200 15,4 ± 1,72 0,53 ± 0,07

17 230 19,6 ± 0,6 0,48 ± 0,04

18 250 20,4 ± 2,61 0,45 ± 0,06

'[7]=O,5mM e [DPA]-1,OmM a 25°C, espectrofluorímetro na condição padrão.

Resultados 74

3.3 Estudo da eficiência de transferência de elétron na etapa

de quimiexcitação.

3.3.1 Determinação do rendimento quântico singlete

Conforme foi apresentado na introdução deste trabalho, na etapa de

quimiexcitação ocorre interação do intermediário de alta energia (IAE) com o

ativador, resultando na excitação eletrônica deste último. Para que um

determinado composto possa atuar eficientemente como ativador é necessário

que este tenha um alto rendimento de fluorescência (<1>s), baixo potencial de

oxidação e que seja estável nas condições de reação.

Os resultados apresentados neste tópico estão relacionados com a

reação de bis(2,4,6-triclorofenil) oxalato (TCPO) com peróxido de hidrogênio

catalisado por· imidazol na presença de 3-(2-aril-5,5-dimetiloxazol-4

ilideno)androsta-1,4-dien-17-onas (9-13), denominados de ativadores (ACT),

conforme exemplificado no esquema 18.

Esquema 18

ACro

~hVX: 4-CI (11)X: 4-F (12)X: 4-N02 (13)

X: 4-0CH3 (9)X: 3-0CH3 (10)

X~No

I ACTI

CI

CI ~o~_l-h-cl~o or

CI TCPO

N~hdN-H \ H20 2

o Ot-f_/O-O

IAE

A reação apresentou um rápido aumento na intensidade de emissão de

luz seguida de um decaimento lento (Figura 6). A cinética foi monitorada por um

fluorímetro, registrando intensidade vs tempo e os experimentos realizados a

25°C. Da curva cinética foram obtidas duas constantes de velocidade,

denominadas de kobs1 e kobs2 através da função abaixo (Equação 6):

Resultados 75

f(/) = AI exp(-kobsl/) - A2 exp(-kobs2 /) Equação 6

,..-....-'~ 75

-v'-.-/o-

><: 50

~.....~ 25Cl)

~o

.~3

,~:PkObs1 (1) [ACT]=O,5mM

(2) [ACT]=O,1mM(3) [ACT]=O,025mM

o 100 200 300 400 500Tempo (s)

Figura 6: Emissão de luz proveniente da reação de bis(2,4,6-triclorofenil) oxalato (TCPO) com

peróxido de hidrogênio catalisado por imidazol na presença de 3-[2-(4-f1uorofenil)-5,5

dimetiloxazol-4-i1ideno]androsta-1,4-dien-17-ona (12) em acetato de etila anidro, nas seguintes

condições: [TCPO]=O, 1mM, [IMI-H]=1,OmM, [H202]=10mM e [12]=0,5mM, 0, 1mM e 0,025mM.

Com os resultados apresentados neste tópico foram obtidas informações

sobre o mecanismo CIEEL, utilizado para explicar a geração de estados

excitados em reações com propriedades de quimiluminescência. Determinou-se

o rendimento quântico singlete (<1>5)' de cada ativador, utilizando a seguinte

equação:

Área.fcF ·fsF<1> S = n.<1> F

Equação 7

onde: Área = área obtida abaixo da curva de emissão, fCF = fator de calibração da

fotomultiplícadora, fSF = fator de sensibilidade da fotomultiplicadora, n = número de mols do

TCPO e F = rendimento quãntico de fluorescência do ativador.

Resultados 76

o fator de calibração da fotomultiplicadora foi obtido utilizando a reação

de luminol como padrão, para que fosse possível transformar a unidade de

contagens por segundo em Einstein por moi, uma unidade de fótons de luz. O

método é relativamente simples, sendo a calibração realizada a cada nova série

de experimentos e os valores obtidos tendo variações mínimas entre (5-6).10-17

E counts-1. Outro fator igualmente importante é o fator de sensibilidade da

fotomultiplicadora com o comprimento de onda (fs) (Tabela 14). Para obter este

fator para a emissão de quimiluminescência basta registrar um espectro de

fluorescência sem correção e outro espectro com correção (geralmente está

correção é feita pela solução de rodamina B presente nos aparelhos de

espectrofluorímetria) e dividir a área abaixo da curva do espectro corrigido pelo

espectro sem correção.

Tabela 14: Rendimento quântico de fluorescência (<1>5) e fator de sensibilidade da

fotomultiplicadora (fs) para os ativadores 9-13.

ACT <1>F! fs

9 4-0CH3 0,65 1,75

10 3-0CH3 0,78 1,65

11 4-CI 0,80 1,72

12 4-F 0,84 1,87

13 4-NOz 0,046 6,04

Além dos dois fatores mencionados, foi necessário determinar o

rendimento de fluorescência de cada ativador. Estas medidas foram feitas em

acetato de etila, utilizando 9-cianoantraceno como padrão secundário em

etanol6 , utilizando-se comprimento de onda de excitação em 330 nm e absorção

neste mesmo comprimento de onda de aproximadamente 0,05.

Resultados 77

Área(padrão)

Área(ACT)

_ <1> F(padrão) Abs(padrão) (n(EtOH) J2- X X Equação 8

<1> F(ACT) Abs(ACT) n(EtAc)

onde: Área(padrão) =área abaixo da curva de emissão do padrão, Área(ACn =área abaixo da curva

de emissão do ativador (ACT), neste caso os compostos 9 a 13, <1>F(padrão) =rendimento quântico

de fluorescência do padrão, <1>F(ACn =rendimento quântico de fluorescência do ACT, Abs(padrão) =absorção do padrão no Àex, Abs(Acn =absorção do ACT, n(EtOH) =índice de refração do solvente

utilizado no padrão; neste caso, etanol e n(EtAc) = índice de refração do acetato de etila utilizados

nos ativadores.

BIBLIOTEC-AResultados INSTITUTO DE auíMlc)L 78

UnIversidade de São Pau10

3.3.2 Rendimento quântico singlete na concentração infinita (<1>500)

o mecanismo CIEEL é iniciado pela transferência de elétron do ativador

para a 1,2-dioxetanodiona (kcat), a qual é a etapa limitante para a excitação

eletrônica em concorrência com a etapa que leva à decomposição escura (ko)

(Esquema 19).

Esquema 19

o OH +o-o

kcatACT

_ hv

1kD

sem emissão

A correlação entre o s e a concentração do ativador pode ser deduzida

diretamente de um mecanismo simplificado (Esquema 20)

Esquema 20

2ArOH

kcat

o OIMI-H ~

.. .. .. I I +O-O

24

24 + ACT ... produtos + ACT* co

5

ko24 .. produtos

kF1

ACT* ... ACT + hvFI

TCPO + H20 2

Como os tempos de vida de 24 e do ACT* são muito curtos, é permitido

assumir a condição de aproximação do estado estacionário para estas duas

espécies, resultando na Equação 51.

Resultados 79

1 1 ( kD J 1-=-+ -<1>s <1>~ kCAT<1>~ (ACT] Equação 9

Com os valores do rendimento quântico singlete (<1>8), obtido em várias

concentrações de cada ativador (Anexo 2), foi possível construir um gráfico do

inverso do <1>s em função do inverso da concentração do ativador (1/<1>8 VS.

1/[ACT]), correlacionando o <1>8 e a concentração do ativador através da

equação 5, para a interação do ativador com o IAE (24).

4010 20 301/[ACT] (mM- I

)

R = 4-Oct-\ (Q), 3-OCH] (10).4-Cl (11), U (12), 4-N01 (13)

,~:~

O' , , . , , , ' , ,O

60

15

~

I

O 45E~'-'(/)30~-

Figura 6: Duplo recíproco do rendimento quãntico singlete (<1>s) em função da concentração dos

ativadores (9-13).

Do intercepto desta relação foi obtido o rendimento quântico na

concentração infinita (<1>800). Nesta condição admite-se que todo o intermediário

formado na etapa de quimiexcitação é interceptado pelo ativador, resultando na

eficiência máxima de emissão de luz. Além disso, pode-se obter da inclinação

Resultados 80

da reta o valor da relação kcat/ko, (1/cDoo8, onde 8 é o coeficiente angular da

relação 1/cDcL vs. 1/[ACT]) onde kcat é a constante de velocidade da interação do

ativador com o intermediário de alta energia (IAE), enquanto que o ko é a

constante de velocidade de decomposição do IAE e, portanto, independe do

ativador. Esta é uma medida indireta, pois kcat não pode ser medido diretamente

devido ao fato da etapa de interação do IAE com o ACT ser muito mais rápida

do que as etapas que levam a formação do IAE.

Os parâmetros de cDs, relação kcat/ko, potencial de oxidação de meio pico

(EOXp/2), assim como os rendimentos de fluorescência dos ativadores estão

relacionados na tabela 15.

Tabela 15: Parâmetros de quimiluminescência da reação de bis(2,4,6-triclofenil) oxalato com

peróxido de hidrogênio catalisado por imidazol na presença de 3-[2-(aril)-5,5-dimetiloxazol-4

ilideno]androsta-1 ,4-dien-17-onas 9-13.

EOX (a) cD; X 102kcAT/ko X 10-3pl2

Ativator <l>FL(mor1L)(VVS. SHE) (Emor1

)

9 4-0CH3 0,95 0,65 6,0 ± 0.2 13 ±4

10 3-0CH3 1,02 0,78 11 ± 2 8±1

11 4-CI 1,02 0,80 20 ±6 6±2

12 4-F 1,03 0,84 16 ± 1 5,0 ± 0,3

13 4-N02 1,09 0,046 75 ± 10 2,4 ± 0,4

a acetonitrila, SHE eletrodo padrão de hidrogênio

A variação no EOXp/2 é pequena com a mudança do substituinte;

entretanto, observa-se que a variação, do rendimento quântico singlete na

concentração infinita do ACT (cDsoo), é bastante pronunciada quando se compara

o derivado 4-N02 (13) com o 4-0CH3 (9). Além disso, observa-se também que

ocorre uma diminuição na relação kcat/ko em relação ao aumento do EOXp/2. É

importante mencionar que kobs1 e kobs2, obtidas das curvas cinéticas (Figura 6)

não dependem da natureza e concentração do ativador, indicando que a

interação do IAE com o ACT ocorre em etapas rápidas.

Resultados 81

3.4 Influência da viscosidade no rendimento quântico singlete

(rJJJ

De acordo com mecanismo postulado para a formação de estados

excitados na etapa de quimiexcitação do sistema peroxioxalato, as etapas de

transferência e retro-transferência de elétron entre o IAE e o ativador,

ocorreriam dentro de uma gaiola de solvente. Admitindo-se este pressuposto, já

que esta etapa depende da formação de um complexo de transferência de

carga, a polaridade e viscosidade do solvente influenciariam na eficiência de

formação de estados excitados. Supõe-se que em solventes de alta polaridade

ocorreria a solvatação das espécies, dificultando a aproximação necessária

para gerar o ativador no estado excitado. Por outro lado, em solventes com

baixa polaridade, não seria criada a condição de solvatação em volta das

espécies. Deste modo, também não haveria o processo de transferência e

retro-transferência de elétron.

Os experimentos apresentados neste tópico têm como objetivo verificar a

eficiência da suposta gaiola de solvente na troca de elétron que ocorre na etapa

de quimiexcitação. Para este propósito, foram utilizadas misturas de tolueno e

difenilmetano em várias proporções, resultando em um aumento da intensidade

de emissão com aumento da viscosidade (Figura 7). Da curva cinética foram

extraídas duas constantes de velocidade utilizando a equação 6.

Resultados 82

--0% C13

H u(3)--40% C

13H

u(2)

--90% C13

Hu

(1)

600200 400Tempo (S-1)

o

28'";'

rLJ

~21-··~

~

~14~

"O....~~

~

Figura 7: Influência da viscosidade do solvente sobre a intensidade de emissão de luz da

reação do TCPO com H202 catalisado por imidazol na presença de OPA, nas seguintes

condições: [TCPO]=0,1mM, [IMI-H]=1,OmM, [H20 2]=2,5mM e [OPA]=1,OmM utilizando misturas

de tolueno com difenilmetano.

Tabela 16: Influência da viscosidade do solvente sobre a reação do bis(2,4,6-triclorofenil)

oxalato com H20 2, utilizando IMI-H (1,0 mM) como catalisador na presença de 9,10

difenilantraceno (OPA), em misturas de tolueno/difenilmetano.

TI (cP) C13H12 k~~1 i 103kobs2 X 10' •. <l>s x 103'"a

(%) (5-1) (5-

1) (Emor1)

0,70 10 6,14±1,06 1,71±0,01 3,53±0,25

0,82 20 5,54 ± 0,60 0,94 ± 0,03 3,97 ± 1,11

1,05 40 5,03 ± 0,20 1,40 ± 0,24 5,30 ± 0,96

1,37 60 3,71 ±0,10 1,05±0,01 6,88±0,40

2,16 80 2,92±O,50 1,OO±0,14 10,80±1,02

2,57 90 1,90±0,20 0,68±0,11 13,10±0,45

a[IMI_H] = 1,0 mM;[H20 2] = 2,5 mM; [ÕPAj = 1,0 mM; [TCPO] = 0,1 mM.

Resultados 83

Conforme está descrito na tabela 16, o rendimento quântico singlete (<1>s)

aumenta aproximadamente 4 vezes com o aumento da viscosidade do solvente

com difenilmetano, enquanto que o <1>s utilizando 0,5mM de imidazol aumenta

10 vezes (Tabela 17). Entretanto, chama a atenção o fato de ocorrer uma

diminuição nas constantes de velocidade observada (kobs1 e kobs2) com o

aumento da viscosidade. Considerando que as etapas anteriores à etapa de

quimiexcitação são lentas, não se esperaria variação significativa de kobs1 e kobs2

com a variação da viscosidade solvente.

Em relação ao aumento do rendimento quântico singlete (<1>s) em função

do aumento da viscosidade do solvente, pode-se dizer que a formação da

gaiola de solvente é importante para que ocorra a formação de estados

excitados do ativador. O aumento da viscosidade do meio reacional deve

diminuir o escape das espécies para fora da gaiola de solvente e deste modo o

processo de transferência e retro-transferência de elétron torna-se mais

eficiente.

Tabela 17: Influência da viscosidade do solvente sobre a reação do bis(2,4,6-triclorofenil)

oxalato com H20 2 , utilizando IMI-H (0,5 mM) como catalisador na presença de 9,10

difenilantraceno (OPA), em uma mistura de tolueno/difenilmetano.

TI kobs1 X 103

kobs2 X 10' <Ds X 103

(cP) S·1 S-1 (Emor1)a

0,50 2,67 ± 0,71 2,87 ± 0,28 2,20 ± 0,21

0,70 3,06 ± 0,41 0,92 ± 0,23 3,99 ± 0,78

0,82 2,46 ± 0,28 1,39 ± 0,33 5,02 ± 0,40

1,05 1,56 ± 0,45 0,98 ± 0,28 6,25 ± 0,82

1,37 1,30±O,60 1,28±O,11 10,90±0,02

2,16 1,24±0,52 0,84±0,28 19,90±0,43

2,57 0,62 ± 0,20 0,53 ± 0,01 20,30 ± 3,47

a [IMI-H] =0,5 mM, [TCPO] =0,1 mM, [H20 2] =2,5 mM, [OPA] =1,0 mM.

BIBLIOTECAResultados iNSTITUTO DE QUíMICA 84

Universidade de São Paulo

o fato do <1>s ser maior quando se utiliza 0,5 mM de imidazol em relação

à concentração de 1,OmM, não surpreende, pois já foi observado em trabalhos

anteriores do mesmo grupo em que o presente trabalho foi desenvolvido, que o

aumento da concentração de imidazol diminui o rendimento quântico singlete

(<1>s) 1.

Resultados 85

3.5 Estudo do Sistema Peroxioxalato na ausência de H20 2

Recentemente fora reportado na literatura um trabalho sobre a emissão de

luz do sistema peroxioxalato sem a adição de peróxido de hidrogênio? A reação

foi executada com TCPO ou ONPO catalisada por imidazol na presença de

perileno. Segundo estes resultados?, o intermediário de alta energia (IAE) é

proveniente de um derivado oxálico formado antes da 1,1'-di-imidazolida (001).

Vale lembrar que o 001 é formado pela substituição nucleofílica de dois

imidazóis no TCPO. Os autores não apresentaram qual seria a eficiência de

formação de estados excitados na reação sem a adição de peróxido de

hidrogênio, bem como as intensidades relativas na ausência e presença de

HzOz.

O estudo descrito no presente trabalho, relata a reação com TCPO nas

condições padrão, conforme descrito na legenda, cuja concentração de

peróxido de hidrogênio é 10mM (figura 9-curva A). A curva de emissão

apresentada na curva B é proveniente da reação com ONPO. Pode ser

observada que a intensidade de emissão do DNPO é dez vezes maior do que

com o TCPO nas mesmas condições. Por outro lado, diminuindo a

concentração do HzOz em 100 vezes, na reação de ONPO, observa-se que a

intensidade de emissão diminui em torno de 160000 vezes (curva C). Não foi

possível reduzir, ainda mais, a concentração de peróxido de hidrogênio, pois

abaixo de 0,5 IlM de HzOz a intensidade de emissão de luz era muito próxima

do limite de detecção do equipamento (aproximadamente 300 counts). Os

experimentos foram executados em um espectrofluorímetro do tipo Spex

Fluorolog 1681.

Como a emissão de luz abaixo de 0,5 IlM era pouco intensa, os

experimentos foram continuados em um "Photon Counter", aparelho mais

adequado para registrar sistemas de quimiluminescência com fraca intensidade

de emissão de luz.

Resultados 86

40

@)

•

~.,. 12 _

cn I e.

~ I· \8 8 .~b ~- ..~ 4;· \OI •..., ..- .5 ........ ..IE O •

o 20Tempo(s)

';;;' 0.16C::8 0.12~~

O-; 0.08<l.)

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5 l ·.5 0.00 •

600

1.2fi)

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~

~

~ 0.4"O.;;=~ O.O~ • ~~

O 200 400Tempo (s)

o 17 34[H,O,j).l.M

51

Figura 8: Emissão de luz proveniente da reação do TCPO com HzOz catalisada por imidazol na

presença de perileno, nas seguintes condições: [IMI-H]=1,0 mM, [TCPO]=0,1 mM,

[perileno]=0,5mM e [H20 Z]=10mM (A), curva B nas mesmas condições de A, exceto o TCPO

que foi substituído por DNPO na mesma concentração e (C) variação da concentração de HzOz

em 100 vezes, nas seguintes condições de reação: [DNPO]=0,2mM, [IMI-H]=2,OmM,

[perileno]=0,05mM e [H202]=0,5f.1M a 50f.1M.

Após uma série de experimentos variando a concentração de peróxido de

hidrogênio entre 5.10-7 e 5.10-10 observou-se que a variação nas intensidades

era muito baixa. Além disso, foi atentado ao cuidado na manipulação dos

reagentes e da vidraria utilizada, pois foi observado que traços de impurezas

também geravam emissão de luz nas condições investigadas. As reações de

TCPO e DNPO sem adição de IMI-H e H20 2 apresentaram intensidade de

emissão de luz de aproximadamente 10000 counts S-1, considerando que a

intensidade da linha base era de 60 counts S-1, a intensidade observada na

reação sem catalisador e peróxido é significativa (Figura 9).

Resultados 87

"

la '''- i:-TCPO (1), l -ONPO(2)f ~

ç 8......-'1 2'-'

\";'o '\.

- 6 ~,-~

~"

V) ~..l.~--..§ 4 ~.~-""~~

oU

2l , :: ; ; ;' ; : .. -, ,

O 100 200 300 400 500 600tempo(s)

Figura 9: Emissão de luz proveniente da reação de bis(2,4,6-triclorofenil) oxalato (TCPO) e

bis(3,S-dinitrofenil) oxalato (DNPO) com perileno, na ausência de imidazol e H20 2, nas

seguintes condições: [TCPO] e [DNPO]=O,2mM, [IMI-H]=2mM,

Qualitativamente, as reações do TCPO e DNPO, com IMI-H e perileno,

sem adição e com adição de H20 2 (5,10-10 M) apresentaram intensidades de

emissão muito semelhantes (Figura 10). A diferença nas intensidades de

emissão é de aproximadamente quatro vezes no caso da reação do DNPO e

aproximadamente 3 vezes no caso da reação do TCPO. Supondo, que a

emissão de luz observada sem a adição de peróxido, seja causada pela

presença de H202 no solvente como impureza, esta concentração está abaixo

de 5.10-10 M.

Resultados 88

S2.0g~ 1.5

'9o......~ 1.0

.g~ 0.5

~.s 0.0

O 200 400Time (8)

• TCPO 1• DNP02

TCP03• DNP04

600

Figura 10: Emissão de luz proveniente da reação de TCPO e DNPO utilizando imidazol como

catalisador e perileno como ativador (ACT) na presença e ausência de peróxido de hidrogênio

em acetato de etila anidro. [IMI-H]=2,OmM, (TCPO] e [DNPO]=O,2mM, [perileno]=O,OSmM,

[H202]=S.10·10M (curvas 3 e 4). Nas curvas 1 e 2 o H20 2 está ausente.

Resultados 89

3.6 Síntese de derivados de Oxazolonas (14-21)

o trabalho apresentado nesta seção teve como objetivo preparar

compostos com propriedades físico-químicas e foto-físicas distintas dos

compostos geralmente aplicados no sistema peroxioxalato, porém análogos aos

compostos 9 a 13. Além disso, um dos objetivos iniciais do projeto, era

converter estes compostos em reagentes de derivatização para aplicá-los em

sistemas biológicos e analíticos utilizando o sistema peroxioxalato. Esta parte

do trabalho foi desenvolvida durante três meses na universidade Friedrich

Schiller em Jena na Alemanha e financiado pelo DAAD (Intercâmbio acadêmico

Brasil-Alemanha).

3.6.1 2-[4-fenilacetileno]-5-dimetiloxazol-4-ona (15)

Esquema 21

N °Br---Q\ 1'1'-

14 OI(Ph3P)2PdCI/Cul

toluol/(C2HshN • <) <) ~N'1O

~H 15 0-r--

o composto 15 foi preparado pela reação de 14 com fenilacetileno

catalisado por bis(trifenilfosfina) paládio (11) em meio de tolueno e trietilamina,

de acordo com o descrito na literatura8. Entretanto, o rendimento da reação foi

insatisfatório devido à formação de um produto secundário. A reação foi

acompanhada por CCD, no qual, após 20 horas de agitação, à temperatura

ambiente sob argônio, não se observou a formação de produto. A mistura

reacional foi aquecida brandamente, obtendo-se três produtos após 2 horas.

Além do produto desejado, Rf = 0,39, foi isolado um produto secundário (Rf =0,92) que de acordo com a análise por espectrometria de massas sugeriu-se

ser o dímero do fenilacetileno, cujo sinal do íon molecular possui rnIz = 202.

Uma possível alternativa a fim de elevar o rendimento da oxazolona 15 seria

encontrar uma condição reacional que minimizasse a formação do dímero.

Resultados 90

3.6.2 3-[2-(4-bromofenil)-5,5-dimetiloxazol-4-i1ideno]androsta-1,4

d ien-17-ona (21)9

26

~

H2N-N

S

H2NNH2·H20 jTHF,OOC

KOH

THF

MnO,JAI20 3

•

°N °Br---ü-\ 'r~

14 °I26 J1010000

~~N SBr~IY~

16 °I

Esquema 22

°

Br--Q-f: ~ 21

26 = reagente de Lawesson

A preparação do composto 21 seguiu uma rota composta por cinco

etapas de reações. A reação do composto 14, com o reagente de Lawesson

(26), resultou no composto 16 cuja coloração era laranja intensa. O composto

foi caracterizado por RMN de 1H e RMN de 13C. A diferença marcante entre o

reagente de partida e o produto está no deslocamento da carbonila de 40 ppm

(RMN de 13C) ao ser convertida em tiocarbonila (Anexos 14 e 15). Da mesma

maneira, o composto 18 (anexo 16) foi preparado pela reação do composto 17

com 26, no qual também foi observada uma mudança brusca na coloração, na

medida que foi introduzido o grupo enxofre, formando um produto de coloração

roxa. A caracterização do composto 18 (anexo 16) foi feita por comparação com

o composto descrito na literatura10. O que chama a atenção é o fato de uma

Resultados 91

carbonila insaturada (C-3) ter preferência na substituição, frente a umaI

carbonila saturada (C-17), visto que carbonilas a,p-insaturadas são

estabilizadas por ressonância e, portanto deveriam ser menos reativas do que

as saturadas. Entretanto, observou-se que, se a reação for efetuada em THF à

temperatura ambiente durante uma hora, ocorre formação apenas do composto

18. Na caracterização foi dada maior atenção aos deslocamentos que

evidenciam a molécula quando esta sofre mudança do reagente para o produto.

No composto 17 (reagente de partida), as carbonilas possuem os seguintes

deslocamentos: C-3 (8 186) e C-17 (8 219,7). Ao ser convertido em produto, o

sinal referente à carbonila C-3 se desloca para 8217,5. Vale mencionar que, se

as duas carbonilas (C-3 e C-17) do composto 17 (reagente) sofressem

substituição, seria observado um deslocamento químico em 8 217,5 e em

aproximadamente 8 260, correspondente ao grupo tiocarbonila do carbono 17,

conforme previsão feita pelo programa de simulação de espectros NMR

Prediction11.

A conversão do composto 18 em 19 foi feita com hidrazina hidratada em

THF à OcC, e o produto caracterizado apenas por espectroscopia na região do

infravermelho e comparado com a Iiteratura9.

A preparação do composto diazo 20 via oxidação da hidrazona 19 requer

bastante cuidado para evitar a dimerização de 20. Esta reação foi feita em éter

com Mn02 em carvão ativo e submetida ao ultra-som por 5 minutos em meio

básico. Ao término da reação foi retirada uma solução fracamente azulada,

sendo o seu volume reduzido cuidadosamente à pressão reduzida, para que

não ocorresse dimerização. Acredita-se que esta dimerização ocorra pela

formação de um carbeno, devido à instabilidade do composto diazo 20, seguido

do acoplamento entre os carbenos formados na reação.

O rendimento de formação da olefina 21 foi de aproximadamente 30%,

entretanto, de acordo com a literatura, pode-se chegar a 40% dependendo do

substituinte. A reação ocorre sem necessidade de agitação, bastando adicionar

o sólido do composto 16 ao composto 20 e deixar em repouso durante 24

Resultados 92

horas. A reação ocorre via mecanismo de Barton Kellog (vide discussão), sendo

que, além da formação do produto desejado, foi detectada a formação do

dímero do composto 16, caracterizado por espectrometria de massa, cujo sinal

do íon molecular possui m1z =503.

Resultados 93

3.7 Referências

1 Stevani CV, "Estudo mecanístico do sistema peróxi-oxalato", Tese de Doutorado,


2 Bartlett PD & Pincock RE, Peresters. VI. Ethyl, Benzyl, p-nitrophenyl and p-methoxybenzoyl

t-butyl-peroxyoxalate, J. Am. Chem. Soc., 82 (7), 1769-73, 1960.

3 Stevani CV, Campos IPA & Baader WJ, "Synthesis and characterisation of an intermediate in

the peroxyoxalate chemiluminescence: 4-chlorophenyl O,O-hydrogen monoperoxyoxalate", J.


4 Silva SM, Casalianovo F, Oyamaguchi KH, Ciscato LFLM, Stevani CV & Baader WJ, "Kinetic

studies on the peroxyoxalate reaction: determination of the cyclization rate constant",

Luminescence, 313-20, 2002.

5 Silva SM, Wagner K, Weiss D, Beckert R & Baader WJ " Studies on the chemiexcitation step in

peroxyoxalate chemiluminescence using steroid-substituted activators" Luminescence, 17, 362

9,2002.

6 Melhuish WH, "Quantum efficiencies of f1uorescence of organic substances: effect of solvent

and concentration of the fluorescent solute" J. Phys. Chem., 65, 229-35, 1961.

7 Lee JH, Rock JC, Park SB, Schlautman MA & Carraway RE, " Study of the characteristics of

three high-energy intermediates in peroxyoxalate chemiluminescence (PO-CL) reactions" J.


8 Sonogashira K, Tohda Y & Hagihara N, "Convenient synthesis of acetylenes-catalytic

substitutions of acetylenic hydrogen with bromoalkenes, iodoarenes and bromopyridines,"

Tetrahedron Lett., 50,4467-70, 1975.

9 Wagner K, Synthese und Eingenschaften neuer A-Ring substituierter Steroide-Ein Beitrag zur

modernen biochemischen Analytik, Dissertation, Universitat Jena, 1998.

10 Wei~ D, Gaudig U & Beckert R, "Eine neue Herstellung von gekreuzt-konjugierten 3

Thioxosteroiden", Synthesis, 751-2, 1992.

Resultados 94

11 Pretsch E, Bühlmann P, Affotter C & Badertscher M, Spektroskopische Daten zur

Struturaufklarung Organischer Verbingungen, Springer Velag, 2001.

Lnscussão 95

4 Discussão

4.1 Síntese dos derivados

monoperoxioxalato (5-7)

do O,O-hidrogênio

Os derivados 5 a 7 foram preparados através da reação dos derivados 1 a

3 com peróxido de hidrogênio na presença de piridina em éter anidro (Esquema

23). Inicialmente é importante destacar que para preparar os derivados do 0,0

hidrogênio monoperoxioxalato de arila (5-7) foram necessários alguns cuidados

para que não ocorresse degradação do produto, já que estes são instáveis à

temperatura ambiente. Por exemplo, foi necessária a rápida extração para isolar

o produto dos reagentes. Por isso, devido a sua instabilidade, tornou-se como

procedimento armazená-los a -80°C.

Esquema 23

°M°-o-X

CI ° + H1. 2°2

.X=H2: X = CH3: X =OC~3

o ° o----r>--X___N • \'-----1~• 1~

éter HOO 2 ° 4 5

5: X = OCH3

6: X = CH3

7: X= H

A formação dos compostos (5-7) foi acompanhada por cromatografia em

camada delgada (CCO) e a caracterização por RMN de 13C pelo. método

INVGATE (inverse gated coupling) (Tabela 18). O método permite a integração

dos sinais e com isso foi possível analisar a relação entre o ácido e o perácido

na amostra.

Os sinais dos compostos 5 a 7 apresentaram intensidades relativas

similares, cuja razão esperada entre os carbonos 1 a 6 era de 1:1:1:2:2: 1, muito

embora a integração referente aos sinais dos carbonos 4 e 5 de cada composto

tenha apresentado valores acima do esperado. Talvez isto esteja relacionado

com a determinação da área da integral, pois os sinais dos carbonos 4 e 5 do

perácidos são muito próximos dos sinais dos carbonos 4 e 5 dos ácidos

correspondentes, resultando na variação observada. Além disso, o efeito do

Lnscussão 96

substituinte sobre os deslocamentos químicos de cada perácido é pronunciado

nos carbonos 3 e 6.

Tabela 18: Deslocamentos químicos da RMN de 13C (I NVGATE) dos compostos 5 a 7

juntamente com as intensidades relativas, nas seguintes condições: Acetona 0 6 , 5 e 6 (-40 0c)

e 7 (-30°C), 125 MHz.

HOO O 4 5

~>r-{<o~xX =OCH3 (5)

X =CH3 (6)

X =H (7)

c1

2

3

4

5

6

7

5

154,8 (0,75)

155,9 (0,92)

143,8 (1,00)

122,8 (3,00)

114,8 (2,16)

158,3 (1,42)

55,47 (1,09)

6

154,7 (1,08)

156,0 (1,04)

148,4 (1,00)

121,6 (2,80)

130,7 (3,20)

137,0 (1,05)

20,6 (1,09)

7

154,8 (0,98)

156,1 (0,53)

150,6 (1,00)

122,0 (2,26)

130,5 (2,74)

127,5 (1,02)

A CCO, ao longo do trabalho, tornou-se um método bastante eficiente

para acompanhar a formação do produto. Geralmente, estes compostos (5-7)

continham, como impurezas, fenol e o ácido correspondente, que podiam ser

identificados com lâmpada UV, no caso do fenol, e com alaranjado de metila, no

caso do ácido. Foi interessante observar que o perácido, na presença de

alaranjado de metila, causava a formação de uma mancha branca na placa de

CCO, demonstrando a decomposição do alaranjado de metila na presença do

perácido. Tal comportamento tornou-se um método complementar para

identificação do perácido no produto bruto. Havia também a possibilidade de

formação do peranidrido (31) (Esquema 24), o qual apresentaria

comportamento similar ao perácido. Entretanto, segundo a literatura1, o excesso

de peróxido de hidrogênio impediria a formação de tal composto. Sendo assim,

a reação foi feita utilizando H20 2 em excesso de dez vezes.

Esquema 24

o CI

x-o-oHoH20 2O · o o_:-y.-rO -x

N x~oH o~ o 31

Lnscussão 97

Conforme mencionado anteriormente, o perácido geralmente

apresentava fenol e o ácido correspondente como impurezas. Como não foi

possível isolar o fenol, foram feitos alguns testes para verificar a sua influência

na cinética da reação e na emissão de luz (Figura 11). Observou-se que a

variação da concentração de fenol em 10 vezes em relação à concentração de

7 não resultou na diminuição da intensidade de emissão de luz nem na variação

na cinética da reação, indicando que o fenol presente no perácido não afetaria

os experimentos futuros.

-~ °-Yo__t-o'eI) 2U ,:

'" ', I HOO 7 oo /..,..-l

X(lJ

11~ -linha base-[fenol]=O

[fenol]~I,OmM

(lJ-[fenol]=5,OmM

~-oo 1000 2000 3000

Tempo (s)

Figura 11: Influência da concentração de fenol na emissão de luz proveniente da reação do

composto 7 catalisado por imidazol na presença de 9,10-difenilantraceno (DPA), nas seguintes

condições: [7]=O,5mM, [IMI-H]=1,OmM e [DPA]=1,OmM em acetato de etila anidro.

Outro ponto importante foi verificar qual o comportamento do ácido

correspondente na presença da base, pois assim como o perácido, o ácido

também sofre reação com imidazol. Esta reação pôde ser acompanhada pela

liberação do fenol correspondente através da sua absorção na região do

ultravioleta. Infelizmente, não foi possível conseguir um perácido livre da

presença do fenol, e com isso o experimento de absorção no UV tornou-se

inviável. Por outro lado, Stevani2 , observou que o ácido p-c1orofeniloxálico

.... 'w1..IVi. A

INSTITUTO DE QUIi,;iCAUnIversidade de São Paulo 98

Discussão

reagia 100 vezes mais lentamente do que o O,O-hidrogênio monoperoxioxalato

de p-c1orofenila (8A). Portanto, esta foi uma condição para admitir que

provavelmente os outros ácidos correspondentes (H, CH3 e OCH3) teriam

comportamento semelhante em relação aos perácidos.

O resultado mais importante da preparação dos compostos 5-7 foi

verificar que estes não reagem com o ACT na ausência de uma base. Fora

relatado na literatura que derivados dos compostos 5 a 7 seriam os

intermediários de alta energia (IAE) que na presença de um ativador (ACT),

resultariam na emissão de luz3. Entretanto, foi verificado que a emissão de luz

só é observada quando uma base adequada (pKa > 6,0) é utilizada. Este

resultado também foi observado por Stevani ao estudar O,O-hidrogênio

monoperoxioxalato de p-c1orofenila2.

Lnscussão 99

4.2 Estudo cinético dos perácidos 5 a 7

A reação dos compostos 5 a 7 foi catalisada por imidazol na presença de

9,10-difenilantraceno (OPA) em acetato de etila anidro, resultando em emissão

de luz, devido à desprotonação do mesmo por imidazol, saída do grupo de

partida e formação do IAE; que, por sua vez, interage com o OPA na etapa de

quimiexcitação provocando a sua excitação eletrônica. (Esquema 25).

Esquema 25

F N

-O- H-N~ -O-0Ho ~ li x _ 0Ho ~ li x

HOO ° -00 °JACT

Não emiteluz

J° °H .. 2C02o-o ~

ACT Acr

~hv

o uso de imidazol neste estudo merece alguns comentários, pois foi

observado que em estudos envolvendo o sistema peroxioxalato, os melhores

resultados foram observados com esta base, e isto inclui, também, trabalhos de

química analítica. Imidazol é uma molécula heterocíclica plana com seis

elétrons n. Em solução aquosa, um equilíbrio ácido-base é estabelecido com o

solvente.

H-N~ + H20+ 'L-N-H

k1

k_1

N~ + H30+ pKa =7,1'L-N-H

N~ + H20'L-N-H

k1

k.1

N~'L-N -

+ H30+ pKa = 14,2 - 14,6

As reações inversas são favoráveis, cujas constantes de velocidades são

controladas por difusão. O imidazol pode ser protonado no nitrogênio 3

BIBLIOTECADiscussão INSTITUTO DE QUíMICA 100

Unrversidade de São Paulo

formando o íon imidazolium (pKa=7, 1) ou pode ser desprotonado, em soluções

fortemente alcalinas, no nitrogênio 1 formando o íon imidazolida (pKa=14,2

14,6)4. O extenso interesse pelas propriedades catalíticas de imidazol começou

depois que Hartley e Massel observaram que éster metílico da benzoil

histidina catalisava hidrólise de acetato de p-nitrofenila. De lá para cá, uma

série de trabalhos relevantes podem ser encontrados na literatura; dentre eles

os trabalhos de Jencks et a/ 6.7

, Bruice et a/15., Fife8

, entre outros.

No estudo dos perácidos, apresentado neste trabalho, foi observado uma

dependência de primeira ordem em baixas concentrações de imidazol e uma

dependência de segunda ordem em altas concentrações, caracterizando uma

dependência complexa para os três casos (Figuras 12, 14 e 16).

Lnscussão 101

12~~ ~ ~ ~ T •

.

.

....

o OOH

Me0-o-~ H_ o 5 O

81-

,~,f,f,,/ .

~'.,".,AI

O~,·

~

.g41~

tn("")

O....-..

I

o 50 100 150 200 250[IMI-H] mM

Figura 12: Os valores da constante de velocidade observada (kobS) na reação de 5, variando a

concentração de imidazol na presença de DPA, utilizando acetato de etila anidro como solvente,

nas seguintes condições: [5] = 0,5 mM, [DPA] = 1,0 mM e [IMI-H] = 0,3 mM a 250 mM a 25°C.

1.2

_-.",~0.8o........~

.g0.4...:.=:

0.00 246[IMI-H]mM

8

10

<'"IV)

o~ 8

E...:.=:0

6

120 160 200 240[IMI-H]mM

Figura 13: Resultados experimentais provenientes da figura 12. [IMI-H]:s:8mM e

[IMI-H] ~1 OOmM.

Lnscussão 102

.

~~

o~o--O-CH, .HOO 6 O

--.-

.

--.- ~

'tJ' .,......"...., ...(A

~

'"~41-

121-

OI-

~,U':l

r'"lo 81-.......

o 60 120 180 240[IMI-H]mM

Figura 14: kobs vs. [IM l-H] para a reação de 6 com imidazol na presença de 9,10

difenilantraceno (DPA), utilizando acetato de etila anidro como solvente, nas seguintes

condições: [6]=0,1mM, [DPA]=1,OmM e [IMI-H]=0,5mM a 250mM.

2.0

1.6"";"C/l

'b 1.2........

x~0.8.oo

~ 0.4

0.0_O 246

[IMI-H]mM8

12

'C/l

'b 10........X

1l 8~o

6

80 120 160 200 240[IMI-H]mM

Figura 15: Resultados experimentais obtidos a partir da figura 14, cuja concentração de [IMI

H]~6mM e [IMl-H] ~80mM.

Discussão 103

,. ,.

20".....

I

~

1=~

~ 10"'"..c

~o

O"

,·f·...,-t 0

'"

T~" .(

'.... O0-0HooH

• 7 O .

O 100 200[IMI-H]mM

Figura 16: Constante de velocidade observada (kobs) em função da concentração de imidazol

no estudo cinético da reação de 7 catalisada por imidazol na presença de 9,10-difenilantraceno

(DPA), utilizando acetato de etila anidro como solvente, nas seguintes condições: [7]=O,5mM,

[DPA]=1 ,OmM e [IMI-H]=O,5mM a 250mM.

1.2

1.6

'7~

'O,...; 08~ ...

,Qo

~ 0.4

0.00 2 4[IMI-HJmM

6

21

'~..,o,...; 14~

1)~o

100 150 200 250[IMI-H]mM

Figura 17: Resultados experimentais obtidos a partir da figura 16. [IMI-H]:s;6mM e [IMI-H]

~80mM.

Lnscussão 104

o comportamento de kobs em função da concentração de imidazol pode

ser explicado pelo mecanismo proposto no esquema 26. Em baixas

concentrações de imidazol este agiria principalmente como catalisador básico

desprotonando o perácido, resultando em íon percarboxilato. Este por sua vez,

sofreria ciclização no passo lento, formando o intermediário de alta energia.

Neste passo ocorre a participação de apenas uma molécula de imidazol. Em

concentrações mais altas de imidazol, este agiria predominantemente como

catalisador nucleofílico (Esquema 26), com a participação de duas moléculas de

imidazol no passo lento7,a.

Esquema 26

catálise básica (A)

~l +NI

H

ArOH

°NOAr

HOO O

0N-HN~

knuC1

k1

k-1

o OArH

-~o

kcicl

+ H-N~I N-Hl:::::::::./ +

N0N - H~ + ArOH

o OOH

HN O

[~N

catálise nucleofílíca (B)

~

LN:J-H

[Ottj Z ~o,

De acordo com o mecanismo proposto, a contribuição do imidazol em

baixas concentrações pode ser deduzida a partir do seguinte esquema

mecanístico (Esquema 27).

Esquema 27

o OAr N k1 O OAr H,H + I.. "=l - - H + + N"=l

HOO O ~N-H k -00 O ~N-HPer IMI-H -1 Per- IMI-H

2+

°NOArkcicl

-00 O

O O• t-1

o-oIAE

Lnscussão 105

o aumento da concentração da base no meio reacional, favorece a

desprotonação do perácido, resultando na sua ciclização e na formação do

intermediário de alta energia (IAE).

Aplicando a aproximação do estado estacionário no perácido desprotonado

têm-se:

~[Per- ] = kl[PerUIMI - H]- k_

1[Per- J[IMI - H;]- kCiAPer-] = O

dt

[Per-]= kl[PerUIM! -H]k_1 [IMI - H 2 ]+ kCic/

A velocidade da reação é dada por: kobs = kcic/ [Per - ]

kCic/kl [IMI - H]kobs=~

k_1 LIMI - H 2 J+ kCic/

A equação não pôde ser mais simplificada porque não há os valores das

constantes de equilíbrio envolvidas em acetato de etila. Esta dedução está

relacionada apenas com a etapa de catálise básica específica. Para obter a

equação global correspondente aos dois mecanismos em questão, basta somar

uma equação de segunda ordem.

k = kCic/ k][IM~- H] + knuc/[IMI - Hfobs k_

1[IMI - H

2]+ kcic/

A maneira encontrada para se obter dados das curvas com dependência

complexa, foi analisá-Ias separadamente (Figuras 12, 14 e 16). Estas curvas

foram divididas em duas regiões, uma para baixas concentrações e outra para

altas concentrações de imidazol. Da região linear ([IMI-H] < 8,OmM), obteve-se

uma constante de velocidade bimolecular (kSim) utilizando a seguinte

equação:kobs=ksim[IMI-H] e da região de altas concentrações ([IMI-H] > 80mM) a

curva pôde ser ajustada com uma função de segunda ordem:

kobs=kTrim[IMI-H]2+C, obtendo-se, desta forma, a constante de velocidade

trimolecular (Tabela 19).

Lnscussão 106

As constantes de velocidade bimolecular (kbim) e trimolecular (ktrim) são

condizentes com o efeito eletrônico de seus substituintes, ou seja, diminuindo o

efeito atraente de elétrons dos substituintes observa-se uma diminuição na

constante de velocidade. Porém, no caso do derivado com o grupo metila 6, a

diferença não é muito acentuada quando se compara com o derivado não

substituído 7.

Tabela 19: Influência dos substituintes nas constantes de velocidade bimolecular (kBim) e

trimolecular (kTrim) dos derivados 5-7 e SA.

HOO o

OHO-D-R

R k Bim (M-'s") [IMI-H] ::; kTrim (M-2s") C [IMI-H] ~

(mM) (mM)

OCH3 (5) 0,108 ± 0,009 8 0,086 ± 0,003 0,0049- ± 0,0001 100

CH3 (6) 0,224 ± 0,010 6 0,122 ± 0,003 0,0053 ± 0,0001 80

H (7) 0,250 ± 0,006 6 0,234 ± 0,009 0,0062 ± 0,0003 80

"SA)8 0,96 ± 0,02 20 1,6 ± 0,2 0,040 ± 0,005 100

a Ref. 2

Em relação ao rendimento quântico singlete (s) observa-se que

aumentando a concentração de imidazol o <l>s diminui (Tabela 20).

Correlacionando os diferentes perácidos, esta redução fica em torno de

aproximadamente 100 vezes, sendo que, a maior variação foi observada com o

perácido 7. Vale lembrar que a influência do imidazol sobre o <l>s também foi

observada com o bis(2,4,6-triclorofenil) oxalato. Neste caso foi verificado que o

imidazol, interage com o intermediário de alta energia (IAE), anulando a

interação deste com o ativador (ACT)9.

Lnscussão 107

Tabela 20: Correlação entre os rendimentos quânticos singlete (s) obtidos dos compostos 5,

6,7 e 8A.

°'J_·l-o-R

HOO o

R OCH3 (5) CH3 (6) H (7) CI (8A)"

[IMI-H] <l>s x 10" <l>s x 10" <1>8 x 10" <1>8 x 10"

mM (Emor1) (Emor1

) (Emor1) (Emor1

)

1 0,86 ± 0,07 2,74 ± 0,63 3,77 ± 1,81 3,5 ± 0,3

10 0,22 ± 0,03 0,48 ± 0,07 0,17 ± 0,03 0,51 ± 0,01

100 0,044 ± 0,002 0,098 ± 0,021 0,10 ± 0,01 0,080 ± 0,003

250 0,023 ± 0,002 0,045 ± 0,001 0,045± 0,006 0,038 ± 0,003

a Ref.2

Um ponto a ser ressaltado com respeito à diminuição do rendimento

quântico singlete corresponde às impurezas presentes no perácido. O aumento

da concentração de imidazol, conforme foi observado, causou uma queda no

<!>s. Porém, esta diminuição poderia também ser causada pela interação das

impurezas com o imidazol ou com o OPA. Estas impurezas são constituídas

basicamente de fenol, correspondente a cada derivado, e também do ácido

correspondente. De acordo com alguns testes, sabe-se que o fenol não

interfere na emissão de luz, portanto, em primeira análise, não poderia ser o

responsável pela diminuição do <!>s.

Para verificar como as impurezas influenciam na emissão de luz, foram

feitos alguns testes com o perácido 7, variando a sua concentração e a

concentração do OPA. De acordo com os resultados, o aumento da

concentração de 7 resultou na diminuição do <!>s. enquanto que no kobs ocorreu

uma variação pouco significativa (Tabela 21). Isto indica que a presença de

impurezas não altera a etapa lenta da reação; embora interfira na etapa de

excitação, resultando na diminuição do <!>s.

O aumento da concentração de OPA em dez vezes resultou em um

aumento de sete vezes no <!>CXls de emissão e uma pequena variação na

Discussão 108

constante de velocidade observada (kobs). Fato também observado com o

perácido 8A2 e com o sistema peroxioxalat09. Ainda neste sentido,

experimentos sobre a influência de impurezas, contidas no perácido, na

fluorescência do 9,1 O-difenilantraceno (OPA) foram realizados. Ao registrar o

espectro de fluorescência do OPA na presença da solução do perácido 7,

verificou-se que estas supostas impurezas não seqüestram a fluorescência do

ACT (dados não mostrados).

Tabela 21: Influência da variação da concentração de 7 e da concentração de OPA na

constante de velocidade observada (kaoo) e na área de emissão de luz, nas seguintes

condições: [OPA]=1,OmM e [IMI-H]=1,OmM para os experimento com variação de 7 e [7]=0,5,

[IMI-H]=1 ,0mM para os experimentos com variação de OPA.

[7] kobs X 104

<l>s X 103 [DPA] kobs x 104

<l>s X 103

mM 5-1(Emor1

) mM 5.1 (Emor1)

0,25 3,66 4,36 0,5 1,82 2,11

1,0 2,97 1,86 1,0 2,49 2,60

1,5 3,07 1,76 2,5 2,46 6,55

5,0 1,65 15,8

A redução no rendimento quântico singlete (<1>s) , observado na reação

dos perácidos e também no sistema peroxioxalato, quando se aumenta a

concentração de imidazol pode ser, em uma primeira análise, associada ao

processo de supressão de energia, muito embora, na reação em questão não

ocorra transferência de energia. Na etapa de quimiexcitação do sistema

peroxioxalato ocorre a interação do IAE com o ativador, gerando o ativador no

estado excitado. Esta interação, a qual resulta em emissão de luz,

provavelmente ocorre em concorrência com outros caminhos que desativam a

formação de estados excitados.

Ao que tudo indica, o imidazol adicionado à reação, responsável pela

catálise nas etapas anteriores ao processo de quimiexcitação, contribui para

que ocorra um destes caminhos de desativação (Esquema 28).

Lnscussão 109

Esquema 28

OH° kcat .. ACT* J ... hv

T~~M~ ACT

ko /-::::-NH-N~

2C02 2C02sem emissão sem emissão

Com base nestas observações mecanísticas, de que maneira o imidazol

poderia atuar na supressão da emissão de luz? Em um estudo desenvolvido

anteriormente10, foi reportado que a variação na concentração de imidazol não

altera a fluorescência do 9,1 O-difenilantraceno (OPA) e, que, portanto, esta

interação não é fotofísica, isto é, atuação direta do imidazol sobre o estado

excitado do OPA. O caminho mais provável para que ocorra esta supressão é

através da interação do imidazol diretamente com o IAE por intermédio de uma

interação química. Considerando, que a concentração do ACT é inalterada, e

que a intensidade de emissão diminui com o aumento da concentração de

imidazol, podemos, à princípio, aplicar uma relação de Stern- Volmer11; já que o

imidazol, nesta reação, atua como um "seqüestrador' de emissão e, deste

modo, obter o rendimento singlete na concentração zero (<Das) de imidazol,

eliminando a sua interação com o ACT (Figura 18 e Tabela 22).

Lnscussão 110

1600L i i i i " Y ]

1200

12001-1 $:-(8,38 +/- 1.03) x 10·'E mor' l

800~'"

~~

- 800

400

2000

1600

1200~'"

o

..2 4 6

[IMI-H]mM

I <J)s" ~ (7,11 +/- 0,74) E mor' I

@}R~0,9%6

8

400

O' r, ! ! , i I

o 246[IMI-H]mM

oR =0,9991

8

800

400

0,0

[E}R ~0,9988

2,5 5,0 7,5 10,0[IMI-H]mM

Figura 18: Influência da concentração de imidazol sobre o <l>s na reação de 5 a 7 e 8A com

imidazol: extrapolação para concentração zero de imidazol.

Embora o processo de supressão da emissão de luz que ocorre na reação

do perácido seja diferente de um processo de supressão clássico (desativação

do estado excitado), a resposta cinética é a mesma, isto é, diminuição da

intensidade de luz. Sendo assim, é permitido aplicar a relação de Stern-Volmer

aos resultados obtidos.

Lnscussão 111

Tabela 22: Rendimento quântico singlete extrapolado para a concentração zero de imidazol

(<1>so), (1/<1>s vs. [IMI-H)), juntamente com o rendimento quântico singlete (<1>s) obtido na menor

[IMI-H].

R <1>°s X 103 E mor1 <1>s X 103 E mor1

-OCH3 (5) 1,21 ± 0,06 0,9 ± 0,2D

-CH3 (6) 5,37 ± 0,92 4,6 ± 0,6c

H (7) 8,38 ± 1,03 5,5± O,6c

CI (8Ar 7,13 ± 0,74 4,6 ± 0,7°

a obtidos com os dados da Ref.2, b [IMI-H] = O,3mM, c [IMi-H]=O,5mM, d[IMI-H]=O,1mM

A Figura 19 apresenta os resultados obtidos do inverso do rendimento

quântico singlete (<1>5) em função da concentração de imidazol, sendo que o

rendimento quântico na concentração zero de imidazol (<1>°5) aumenta de

acordo com o efeito do substituinte, exceto para o perácido 8A (Tabela 22). Em

primeira análise, isto mostra que há outros fatores responsáveis pela diminuição

da emissão de luz e não apenas o efeito do imidazol.

Os valores do <1>°5 são maiores do que o <1>5 observado para a menor

concentração de imidazol, confirmando que o imidazol, além de atuar como

catalisador também reduz a formação de estados excitados.

Lnscussão 112

4.3 Correlação de estrutura e reatividade

Conforme fora mencionado na introdução, a estrutura do intermediário de

alta energia (IAE), que se forma na etapa de quimiexcitação, é um dos motivos

de controvérsia entre vários grupos de pesquisa. Para obter informações a

respeito deste IAE, foi feito um estudo de correlação de estrutura e reatividade,

calculando o valor de p, através dos gráficos do tipo logkbim e logk1rim VS cr

(Figura 19) com o intuito de obter evidências sobre a identidade estrutural do

intermediário de alta energia (Esquema 29). Os dois intermediários de alta

energia mais prováveis na reação peroxioxalato são a 1,2-dioxetanodiona (24) e

a 1,2-dioxetanona 25, os quais podem ser formados a partir de derivados de

perácidos12. A ciclização do perácido, após a desprotonação, pode ocorrer de

duas maneiras: (i) ataque intramolecular do íon percarboxilato, sem saída do

grupo de partida, resultando na formação da 1,2-dioxetanona (25), que, por sua

vez, pode agir diretamente como IAE ou formar 24 pela saída do grupo de

partida em uma etapa rápida; (ii) ataque intramolecular do íon percarboxílato,

acompanhado pela saída simultânea do grupo de partida fenolato, resultando

na 1,2-dioxetanodiona (24) (Esquema 29).

Esquema 29

rArO 0j* ~o~ - _0+{0 Ó~ hv8- (Y' O-O

8- 25O OArH lenta

-00 O

ii

rAro.~: O j*O~

'. O(Y'8-

O O

rttArO- 24

f- hv

Lnscussão 113

o valor elevado de p positivo calculado pela correlação de Hammett para

os derivados de perácidos contendo diferentes substituintes no anel aromático

indicaria a ocorrência do caminho ii e com isso forneceria uma evidência clara

para a participação da 1,2-dioxetanodiona (24) como IAE na reação

peroxioxalato.

O,Oi CI""-- I 0,0

~CI

-0,3JJ -0,4

"-"'E'"..><..::It.".õ'õ1í eu bíí -0,6.9 e cu,.2

-0,8

e ocu, p = 1,86 "t 0,45 -O 9ocu,.

' ~ p = -0,79~ 0,170,30 i , i ,-0,15 0,00 (J 0,15

9,0 9,3 9,6 9,9 10,2pKa

0,4. •p = 2,80t 0,22 CI

0,3

0,0CI

0,0

~§..><" -O 4]i ,

-0,8u

-E -O 3"5 '

..><

]í -0,6

-0,9cu,

13=-1,18tO,07 OCU-1,2 i i , i i '

10,29,99,6pK

a

9,3-1,21 , i , i '

9,00,300,00 0,15cr

-0,15

Figura 19: Correlação de Hammett, logkbim e logktrim VS a", e logkbim e logktrim VS pKa do fenol,

respectivamente com os derivados do O,O-hidrogênio monoperoxioxalato de arila (5-7 e 8A)

com diferentes substituintes.

Com o gráfico logkbim VS cr obteve-se um valor de p igual a 1,86 ± 0,45,

indicando que no estado de transição da etapa limitante ocorre o

Lnscussão 114

desenvolvimento de carga negativa e, a partir do gráfico kbim VS pka obteve-se

PGP = -0,79 (inclinação Br0nsted).

De acordo com Jencks et af, correlações do tipo Hammett para reações

de acetato de arila substituídos com determinadas aminas exibem valores de p

aproximadamente igual a 2, indicando que estas reações apresentam grande

sensibilidade em relação à natureza do grupo de partida. Enquanto que,

nucleófilos básicos oxigenados exibem valores menores. A questão

fundamental neste tipo de reação está relacionada ao mecanismo operante, o

qual resulta na liberação do fenol substituído. Nestas reações, haveria a

formação de um intermediário tetraédrico na etapa limitante e saída do grupo de

partida em uma etapa posterior e rápida (Esquema 30A), ou a reação ocorreria

por um mecanismo concertado, sem a formação do intermediário (Esquema

30B)?

Esquema 30

GP =grupo de partidaNu =nucleófilo

lR-JJ: O· JcF . RJ(-- -GP NuNu o.

{ORrGPNu

lenta

A

B

oR~GpNu

_ O

rápida R~ Nu

Na hidrólise alcalina de tiobenzoatos de fenila substituídos, Um ei a/13.,

observaram um valor de p igual a 0,75 e P igual a -0,35. Com base nestes

resultados, os autores propuseram a formação de um intermediário na etapa

limitante da reação. Por outro lado, EI Seoud et al. 14, relataram valores de p

igual a 1,59 e P igual a -0,75, para a reação de hidrólise de 3,5-benzoatos de

fenila substituídos catalisada por imidazol. Os autores propuseram saída do

fenol na etapa limitante, ou seja, saída simultânea do fenol concomitante com o

ataque nucleofílico.

Lnscussão 115

A magnitude do valor de P indica a extensão da ligação do grupo de

partida no estado de transição da etapa limitante. Valores baixos, entre -0,2 e

-0,35 foram encontrados para reações de hidrólises de acetatos15 e cinamatos

de arila16, para aminólises de acetatos de arila6, e tioderivados17. Com base

nestes valores, foi proposta a formação de um intermediário tetraédrico na

etapa limitante. Por outro lado, também foram reportados trabalhos envolvendo

a saída do grupo de partida na etapa-limitante da velocidade, isto é, sem

formação de intermediário tetraédrico, cujos valores de Pforam acima de -0,75;

como por exemplo: reações de cinamatos de arila com íon N3- (PGP = -0,95),

aminólise de acetatos de arila, benzoatos com grupos pobres de partida (PGP =

1,40) e hidrólise de derivados de benzoatos de fenila substituídos catalisado por

imidazol (PGP= _0,75)14.

Diante do resultado obtido no presente trabalho (p =1,86 ± 0,45 e PGP =0,79), é possível propor que na reação de derivados de O,O-hidrogênio

monoperoxioxalato de fenila catalisada por imidazol, ocorra ataque

intramolecular do íon percarboxilato acompanhado pela saída simultânea do

grupo de partida, sendo portanto o caminho ii o mecanismo mais adequado e a

1,2-dioxetanodiona (24) o IAE mais provável (Esquema 29). Além disso, o valor

de PGP indica que no passo de ciclização, para a formação do IAE, mais da

metade da carga formal está localizada no fenolato.

As correlações obtidas com o logktrim VS cr e pKa indicam que ocorre a

formação de uma alta densidade de carga negativa, p = 2,80 ± 0,22 e

PGP = -1,18 ± 0,07, no estado de transição. Todavia, de acordo com o

mecanismo proposto (Esquema 26), esta é a etapa de adição nucleofílica do

imidazol à carbonila do éster, resultando na saída do fenolato. Nesta etapa não

ocorre a formação do IAE.

Observa-se que os valores de p e P são maiores na região de catálise

nucleofílica (p = 2,80 ± 0,22 e PGP = -1,18 ± 0,07) do que na região de catálise

básica (p = 1,86 ± 0,45 e PGP = -0,79). Na região de catálise nucleofílica (altas

Lnscussão 116

concentrações de imidazol), o ataque do imidazol à carbonila do éster e saída

do fenol, resulta em um intermediário (Esquema 31 B), diferente do

intermediário que seria esperado na catálise básica e, que, resultaria na saída

do fenol formando diretamente o intermediário de alta energia (IAE) (Esquema

31A). Portanto, o valor de p obtido nesta etapa não fornece nenhuma

informação sobre o IAE, pois este é formado em uma etapa posterior à saída do

fenolato.

Esquema 31

+ óOH

::::,...1

HOO O

oHN:)

~N

~O

O~-o

í'CN-H~HOO O _ ..

oHo-o l J

+1 U1J OHA~ O r O O

-a+t · H+ÓI\ O o-o::::,...o· cY

o· Intermediário dealta energia (lAE)

[

- 40 2

HOO O O oH - B HOOH,OPh

/0-0 · O 'N~ Y\0+] ·

. ~N-H N~N-HbJ

I I

N""'- "N""'- Intermediário de~N-H ~N-H reação

Deve-se destacar ainda, que os nucleófilos envolvidos nas etapas

correspondentes as constantes kbim e k trim são diferentes, ou seja, íon

percarboxilato e imidazol, respectivamente. Isto explica a diferença nos valores

de p e pobtidos.

Em resumo deve-se destacar que, o valor de p (log kBim VS cr) indica que

no estado de transição para a formação do IAE ocorre o desenvolvimento de

uma alta densidade de carga negativa. Este fato, estaria associado ao ataque

nucleofílico intramolecular do íon percarboxilato à carbonila do éster com

concomitante saída do grupo de partida, o que nos permite inferir que a 1,2

dioxetanodiona (24) seria o intermediário de alta energia que interage com o

ativador na etapa de quimiexcitação da reação peroxioxalato.

O gráfico de 10g(<D°s) VS. cr - (Figura 20) não apresentou correlação

significativa. De acordo, com a tabela 22, o <Dos é maior do que o <Ds obtido na

Lnscussão 117

menor concentração de imidazol, fato esperado, visto que nas condições de <1>°s

não há a interferência do imidazol. Em primeira análise, supõe-se que seria

observada correlação linear do <1>°s com o (J" -, pois o melhor grupo de partida

geraria o IAE mais eficientemente. Entretanto, talvez este não seja

necessariamente o único fator influente, já que outros fatores poderiam

influenciar a obtenção do <1>°s como, por exemplo, impurezas presentes no

sistema ou até mesmo o modo de preparação dos compostos, como é o caso

do composto 8A. Por outro lado, este pode ser o comportamento real do <1>°s

em função do (J" -, não existindo correlação linear entre estas duas variáveis.

-2.0. He _.---------.--...... e.....

/ CIe /

..-.--2.4CH3/.

C/) Io e I'.-'

b1) I

o ,......-2.8

,Iie OCH

3

• . • . •-0.2 0.0 - 0.2

cr

Figura 20: Correlação de Hammett, 109 (<1>0s) VS. cr -, com os valores de cr - de Hammett para os

perácido 5 a 7 e 8A.

Lnscussão 118

4.4 Estudo da Eficiência de transferência de elétron na etapa

de quimiexcitaçáo

Conforme fora dito anteriormente, a etapa de quimiexcitação ocorre em

uma etapa rápida da reação, e, portanto não pode ser avaliada por cinética.

Esta é a etapa a qual envolve a interação do IAE com o ativador dentro da

gaiola de solvente mediada por uma transferência de elétron. Considerando que

nesta etapa há apenas o envolvimento de duas substâncias, a mudança na

estrutura de uma delas poderia trazer informações sobre o processo no qual

elas estão inseridas. Alteração na estrutura do ativador mudaria principalmente

o rendimento de fluorescência (<DF) e o potencial de oxidação. O mecanismo

utilizado para explicar a geração de estados excitados que ocorre na etapa de

quimiexcitação é o mecanismo CIEEL (vide introdução) (Esquema 32). Os

resultados apresentados nesta parte do trabalho, têm como objetivo principal

obter informações sobre o mecanismo CIEEL do sistema peroxioxalato

proposto neste trabalho18. O intermediário de alta energia (IAE) postulado nesta

reação é a 1,2-dioxetanodiona, conforme evidência indireta reportada na

literatura19, e nos resultados obtidos neste trabalho.

Esquema 32

C02~~:i)

fI", +

co '" I'"2... '"

/

o O

'M'o-o~+~_(I)-

hv

ô- "'11'1111'"111 B+

(v)

f1

'>. "'I",

"'I

.. oco (iv)

2

o OH_

o. O ~

Lnscussão 119

De acordo com o mecanismo CIEEL proposto, ocorre a transferência de

elétron do ACT para o IAE no passo limitante da reação, acompanhada pela

c1ivagem da ligação O-O do peróxido. A c1ivagem da ligação carbono-carbono

do peróxido leva à formação do ânion radical do C02, ainda associado ao cátion

radical do ACT dentro da gaiola de solvente (Esquema 32). Em seguida, o par

de íons radical sofre retro-transferência (BET), levando a formação de CO2 e do

ativador no estado singlete excitado (kBET*) ou no estado fundamental (kBET) , ou

ainda, através do escape das espécies da gaiola de solvente, formando os

produtos no estado fundamental. Considerando cada caminho que leva a

formação do estado excitado, juntamente com os que o desativam, o

rendimento para cada etapa pode ser obtido de acordo com o esquema 33.

Esquema 33

o O lO O J~ ij ~ ijc-c kcAT c-c .

TCPO ~. I I -----=--ACT I I ACT+etapa 0-0 O O

Um;,","' ko O j"=k co? + ACT~ -

~ [ CcY2 + ACT+ ] -----------.. CO2

+ ACT*k UET*

jk'= j~"

<1> = constanteR

2C02

<1>CA:;'

ACT + 2C02

kcAT[ACnkcAT[ACT] + ko

CO2 + ACT

kcuv~uv= kcuv + kESC

hv + ACT

kuET*

~;* kUET + kSET*+ k'ESC

Dos gráficos do inverso do rendimento quântico singlete (1/<t>s) em

relação ao inverso da concentração do ACT (1/[ACT]) dos ativadores 9 a 13

(Figura 6-resultados) foram obtidos os parâmetros de quimiluminescência kcat/ko

e <t>oos (Tabela 15-resultados). Os valores de In(kcat/ko) apresentam correlação

linear com o potencial de oxidação de meio-pico (EOX1/2) dos ativadores (Figura

21), conforme seria esperado pelo mecanismo. A transferência de elétron do

ativador para o intermediário de alta energia (24) é proposta como a etapa

limitante do mecanismo, sendo que neste par o potencial de redução

J)i"'rllssão

permanece inalterado, visto que a espécie que interage com os diferentes

ativadores é a mesma.

109

~'f... 9

6~'-'

=-8

0.95 1.00 1.05E;:2 (V vs. SHE)

1.10

Figura 21: Correlação do parâmetro de quimiluminescência kcat/ko com o potencial voltametrico

de meio-pico (Eoxp/2) dos ativadores (9-13). De acordo com a equação 7, a=O,29±O,03, R=O,985.

Da inclinação da reta obteve-se o coeficiente de transferência de elétron

(a), um indicador empírico da sensibilidade do valor de !<cat em relação à

mudança do potencial de oxidação do ativador, desenvolvido por Scandola et

al. 2o (Equação 6). Entretanto, o valor de a aqui reportado não é um coeficiente

de transferência de elétron verdadeiro, visto que na correlação está sendo

usado o potencial voltametrico (Equação 10). O valor de a aparente

(a=0,29±0,03)18 observado é consideravelmente maior do que o valor

recentemente obtido no sistema peroxioxalato utilizando ativadores triviais

(hidrocarbonetos aromáticos policondensados) em estudos desta natureza. Por

outro lado, muito similar aos valores reportados em outros sistemas CIEEL,

cujos valores típicos são de aproximadamente 0,321-27

.

Discussão 121

kCAT = AeXp[-a(Eox -Ered~J]RT Ro&

ln(kCAT )= lnA +aB-(;T )Eox

e2 Eonde:B= +~

Ro&RT RT

Equação 10

onde: A e B são constantes, a é O coeficiente de transferência de elétron, R é a constante geral

dos gases (8,613 e-15 eV K"\ T é a temperatura em Kelvin (295±2K), Eox é o potencial de

oxidação do ACT, Ered é o potencial de redução do IAE, que no caso é constante, pois a

espécie é a mesma para todos os ativadores, e é a carga do elétron, Ro é a distância entre os

íons no complexo de transferência de carga no ponto de transição e E é a constante dielétrica

do solvente.

Ao contrário do comportamento observado para os valores de kcat/ko, não

há correlação entre o In(<Dsoo) e o EO\/2 dos ativadores (Figura 22). Esta

correlação não é esperada pelo mecanismo CIEEL, pois <Dsoo é obtido pela

extrapolação do gráfico duplo-recíproco na concentração infinita do ativador,

portanto não depende da constante de velocidade de interação do IAE com o

ACT (kcat) e conseqüentemente é independente do potencial de oxidação dos

ativadores (Esquema 33). Porém, o 13, com maior potencial de oxidação,

resultou no rendimento de excitação mais alto (vide resultados), enquanto que

os ativadores mais facilmente oxidáveis (9-10) resultaram em rendimentos mais

baixos. A correlação empírica entre a intensidade de quimiluminescência e o

potencial de oxidação dos ativadores tem sido reportada na literatura em vários

estudos envolvendo o mecanismo CIEEL, nos quais os maiores rendimentos

quântico foram obtidos com ativadores com baixo potencial de oxidaçã022-26

.

Entretanto, a intensidade de emissão em certas concentrações de ativadores

depende de ambos, <Ds00 e kcat. Os resultados da literatura são, em uma primeira

análise, contrários aos obtidos no presente trabalho. Entretanto, analisando

estas observações mais detalhadamente é necessário verificar dois pontos

importantes que poderiam esclarecer esta aparente contradição: (i) Na maioria

dos trabalhos reportados na literatura, como por exemplo, Catheral e

Lnscussão 122

Palme,-28,29, foram utilizados os valores de <1>s em uma determinada

concentração do ACT para a correlação com o Eox, e não os valores de <1>CXJs

utilizados no presente trabalho. Segundo o Esquema 33, os rendimentos

quânticos singlete em uma certa concentração do ACT dependem tanto do

<1>CAT, o qual é correlacionado com o Eox, quanto do <1>BET*, o qual deveria

apresentar também correlação com o Eox, porém de maneira inversa. Em casos

onde o valor do <1>CAT contribui mais para o <1>s (baixa concentração do ACT)

deve-se esperar correlação do <1>s com o Eox, conforme postulado pelo

mecanismo CIEEL. (ii) Os ativadores comumente utilizados em estudos sobre o

mecanismo CIEEL são hidrocarbonetos aromáticos policondensados e, para

estes, há uma correlação empírica entre o Eox e a energia do primeiro estado

singlete9. Neste caso, o <1>s para ativadores com baixo potencial de oxidação

pode ser mais alto, em razão da menor energia singlete e desde modo, podem

ser excitados mais eficientemente9.

• . • . • .O.O~

e'.e 13

-0.8 .. .

---t--1•6t 11~,e -

e··· 12-2.4 ' :O:

9 10.,-3.2 ~

• . •0.95 1.00 1.05 1.10

E;2 (V vs. SHE)

Figura 22: Correlação do rendimento quãntico singlete (<1>"'5) com o potencial voltametrico de

meio-pico dos ativadores (Eoxp/2).

Lnscussão 123

A eficiência de formação do estado excitado (<1>oos) depende da etapa que

ocorre após a transferência de elétron inicial, juntamente com a c1ivagem da

ligação oxigênio-oxigênio (kcat). Já que a c1ivagem do ânion radical de 24 e o

escape da gaiola não dependem da natureza do ativador (<1>cliv =constante), a

eficiência da retro-transferência (BET) para gerar o estado excitado do ativador

(<1>SET*) é que determina o rendimento quântico singlete na concentração infinita

do ACT (<1>oos). Portanto, o <1>oos depende do <1>*SET. Assim, o <1>*SET é determinado

pela relação entre kSET* e kSET, do qual depende principalmente do balanço

energético (Esquema 33)18.

Tabela 23: Balanço de energia livre da etapa de retro-transferência de elétron entre o ânion

radical do COz, o cátion radical do ativador e o deslocamento de Stokes juntamente com <1>"'s.

DeslocamentoEs(a) ~GBET

(b)~GBET'

(e)

Ativador de Stokes(kJmor1

) (kJmor1) (kJmor1

)

(nm)

9 4-0CH3 264 -326 -62 138

10 3-0CH3 267 -333 -66 141

11 4-CI 261 -333 -72 146

12 4-F 268 -334 -66 138

13 4-NOz 211 -340 -129 216

<1>"'5 X10'

(E mor1)

6,0 ± 0,2

11 ± 2

20 ± 6

16 ± 1

75 ± 10

a -obtidos-dos espectros de emissão e absorção dos ativadores'30.b.6.GBET = F[Ep/2 (ativador) - E1/2 (C02)] = -2.44V e Ep/2 (ativador) proveniente da tabela 14.c .6.GBET" =Es + .6.GBET

A energia desta transformação para o estado excitado é determinada

somente pela energia contida no cátion radical do ativador e na sua energia

singlete. Vale lembrar que para todos os ativadores a espécie do ânion radical é

a mesma, ou seja, o ânion do radical de COzo A correlação entre o <1>soo e a Es

dos ativadores foi observada primeiramente por Lechtken e Turro31. Entretanto,

nos resultados aqui apresentados, os rendimentos quânticos singlete na

Lnscussão 124

concentração infinita (<1>500) de vários ativadores podem ser correlacionados com

o balanço energético do processo de retro-transferência de elétron (BET)18. A

mudança de energia livre associada com o processo de BET do ânion radical

de C02 para o cátion radical dos ativadores, o qual resulta em produtos no

estado fundamental (~GBET), pode ser estimado do potencial de meio-pico dos

ativadores (Tabela 23) e do potencial de redução do C02 em acetonitrila,

E1/2=-2,44 V vs.SHE32.

Conforme o esperado, esta mudança de energia livre, ~GBET, é maior

para ativadores com maior potencial de oxidação (Tabela 23), muito embora

haja uma diferença relativamente pequena entre os valores. O balanço de

energia livre proveniente do processo de retro-transferência (BET) para obter o

ativador no estado singlete excitado (S1) é obtido considerando a energia

singlete (Es ) dos ativadores e a ~GBET (Figura 23) O valor de ~GBET· é muito

similar para os ativadores 9 a 12, porém um valor significativamente maior é

obtido para o ativador 13, principalmente devido a sua energia singlete mais

baixa. Uma correlação razoável, porém não linear, foi obtida entre o ~GBET·

calculado e o <1>500 determinado experimentalmente para os ativadores 9 a 13

(Figura 24).

Lnscussão 125

Figura 23: Potencial de energia livre para o processo de retro-transferência de elétron (BET-)

entre o anion radical do CO2 e o cátion radical do ativador.

i • i . i . i . i . i

O~ ........-...... . 13. -

~-1[...

~ 12 ......

:s l1~.l ....-2 /

10.-0:I

-3'- *9i , i • i • i • i • i

60 75 90 105 120 135L\GBET.(kJmor

1)

Figura 24: Correlação do parâmetro de quimiluminescência <1>500 com a mudança na energia

livre na etapa de retro-transferência para a formação do estado excitado do ativador (~G8ET-).

Lnscussão 126

o ativador que possui o ~GBET* mais favorável também possui o

rendimento quântico singlete na concentração infinita (<DsOO) mais alto, e os

ativadores 9 a 12 para os quais os valores de ~GBET* são próximos, também

possuem rendimentos de excitação (<DsOO) similares. Além do balanço de energia

mais favorável, o <Dsoo obtido com o ativador 13 deve estar relacionado com

fatores geométricos, visto que este ativador possui um deslocamento de Stokes

de 216 nm contra aproximadamente 140 nm observado nos ativadores 9 a 12.

Este fato indica que o primeiro estado singlete excitado do ativador 13 é

estruturalmente diferente do estado fundamental e isto deve ser uma razão

adicional para a maior eficiência para a formação do estado excitado na etapa

de retro-transferência do ânion radical do C02 para o cátion radical do ativador

13, presumindo que este radical deva ser estruturalmente similar ao estado

singlete excitado.

Até o inicio deste estudo, nenhum composto com estrutura diferente de

hidrocarboneto aromático policondensado havia sido utilizado no estudo do

mecanismo CIEEL. Sendo assim, este trabalho mostra que compostos, como,

por exemplo, derivados de esteróides, com estruturas e propriedades foto

físicas diferentes dos ativadores comumente utilizados podem ser aplicados

neste tipo de estudo e os resultados obtidos demonstram claramente a validade

do mecanismo CIEEL para o passo de quimiexcitação da reação peroxioxalato.

Lnscussão 127

4.5 Influência da viscosidade no rendimento quântico singlete

A mudança de viscosidade do meio não afeta ou, em alguns casos,

interfere muito pouco na eficiência de transferência radiativa. Entretanto, pode

influenciar substancialmente a polarização da emissão de luz e a eficiência de

certos processos não-radiativos. Geralmente, estes parâmetros são relevantes

em processos de transferência de energia dependentes da formação de

complexos de carga, os quais são estabilizados pelo aumento da viscosidade33.

Em outras palavras, a mudança do solvente poderia ou não aumentar o

rendimento de emissão de luz em processos fotofísicos.

No caso de processos quimiluminescentes, com formação de complexo de

carga e transferência de elétron, a viscosidade desempenha um papel

fundamental. Como por exemplo, utilizando-se o sistema difenoil-peróxido, o

rendimento de emissão mais baixo foi observado em solventes polares, não

viscosos como acetonitrila e diclorometano. Por outro lado, utilizando ftalato de

dimetila, o qual tem constante dielétrica semelhante ao dicloro metano, porém

mais viscoso, o rendimento de emissão foi aumentado em três vezes. Koo e

Schuste~2 observaram que o rendimento de emissão mais alto foi observado

com éter dietílico (baixa constante dielétrica e viscosidade), enquanto que,

utilizando benzeno como solvente, menos polar e mais viscoso do que éter

dietílico, o rendimento de emissão foi cinco vezes menor. Isto mostra que a

constante dielétrica ou a viscosidade não são os únicos parâmetros que podem

influenciar a transferência de elétron em reações com propriedades de

quimiluminescência.

Adam et a/. 34, estudaram o efeito do aumento da viscosidade, utilizando

benzeno e difenilmetano, sobre a eficiência de transferência de elétron de um

dioxetano-spiroadamantil substituído. Neste trabalho, o autor mostra que para

a escolha do solvente deve-se levar em consideração a teoria de transferência

de elétron de Marcus35.

Lnscussão 128

Segundo esta teoria, qualquer alteração na constante dielétrica do

solvente pode afetar a velocidade de transferência de elétron, pois esta é

controlada pela energia de reorganização que engloba reorganização das

ligações (estiramento, deformação angular e movimento torsional) e

reorganização do solvente (mudança eletrostática em volta dos reagentes).

Uma transferência de elétron ocorre de acordo com o principio de Franck

Condon, ou seja, a transferência é muito mais rápida que o movimento nuclear.

Desse modo, a velocidade de transferência de elétron é controlada apenas pela

energia de reorganização36.

e2 (1 1 1XII)110; =4 2r + 2r ---;- n2 - & Equação 11

D A AD

onde:

e =carga do elétron

ra e rD = são os raios moleculares do aceptor de elétron e do doador de elétron,

respectivamente.

rDA =representa o diâmetro de colisão do doador de elétron e do aceptor de elétron.

s =constante dielétrica do solvente

n =índice de refração do solvente.

De acordo com a equação acima, a utilização de solventes com

polaridades diferentes, deveria afetar o processo de transferência de elétron,

principalmente quando o fator ~2 - X) difere significativamente de um

solvente para o outro. Na prática, esta teoria é utilizada apenas como uma

ferramenta para a escolha da mistura de solventes mais adequada, de modo

que o efeito observado seja proveniente apenas da mudança da viscosidade.

Discussão 129

/f'~ 12 4'/-I-o ,/ 18 /

/

~ 8 /'-" ,A/~

o~ .•f"-+/~

'"e/ . ,

0,5 1,0 1,5 2,0 2,511 (cP)

Figura 25 Influência da viscosidade do solvente sobre o rendimento quântico singlete (<Ds) , na

reação do TCPO com HzOz, catalisado por IMI-H na presença de DPA. As condições de reação

foram: [IM l-H] =1,0 mM, [HzOz] =2,5 mM, [DPA] =1,0 mM e [TCPO] =0,1 mM.

0,75 1,50 2,2511(cP)

-~o

~ 2

2,52,01,0

•

\'1\. li\Bt:

,·t,.~,.,. t1 ' .

'-'-...........~

1,75

0,70, , , , , ,I ,

0,5

~N

~ 1,05~

-171

-o 1,40-\>.,J~!$2!*~~~ ~~r_:i~ti>~

6 ~ '.~ ~

Tl.~ 1". ""'.-.J

.-.-....-

";'",171

o-~ 4

Figura 26: Influência da viscosidade sobre kobs1 e kobsZ , nas condições descritas na Figura 25.

Discussão 130

,/.,/.

,/

e.....,/.

,/

.~. '-

0ff.4

'/, , , .0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

11 (cP)

,/

_,-20I-oe 15~eQ 10,.....(

~

erJi

5

K Ú '0 f(· i:r~ ,4i"<'t: . õ:Y."~':)l ....~~~~-!tt! II ~ \ -/"1

Figura 27 Influência da viscosidade do solvente sobre o rendimento quântico singlete (s) , na

reação do TCPO com H20 2, catalisado por IMI-H na presença de DPA. As condições de reação

foram: [IM l-H] = 0,5 mM, [H20 2] = 2,5 mM, [DPA] = 1,0 mM e [TCPO] = 0,1 mM.

~'::. '~~5)Pl1tlJ,~ 'Mlml~Sin"1W.:·'1 1.,~.

~

1'-1 lT 1 ..... ·..... ·.....·-1 T-.-..,@}

3

-:E~Ol

~

'~...,o...-( 2

'1 1'1~

"1'"1'"'"'-,-1,_,[!J

3'~...,~ 2~

~o

~ 1

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5l1(CP)

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5l1(CP)

Figura 28: Influência da viscosidade sobre kobs1 e kobs2 , nas condições descritas na Figura 27.

Lnscussão 131

No estudo apresentado neste trabalho utilizando tolueno e difenilmetano,

esta condição foi respeitada. A reação do bis(2,4,6-triclorofenil) oxalato com

peróxido de hidrogênio, utilizando imidazol como catalisador na presença de

9,10-difenilantraceno (OPA) em misturas variadas de tolueno/difenilmetano

apresentou um aumento no rendimento quântico singlete (<1>8) à medida que

aumentou-se a viscosidade do solvente com difenilmetano. Sabe-se que na

reação peroxioxalato há várias etapas consecutivas e paralelas que levam a

formação do intermediário de alta energia (IAE) e que são regidas pela

reatividade. Após a formação do intermediário, em etapas anteriores, ocorre a

interação deste com o OPA, via transferência de elétron dentro da gaiola de

solvente (Esquema 32).

O aumento no rendimento quântico singlete (<1>8) em função do aumento

da viscosidade (vide resultados), indica um comportamento compatível com o

mecanismo CIEEL (Esquema 32), isto é, a etapa de quimiexcitação ocorre

dentro de uma gaiola de solvente e o aumento da viscosidade do solvente,

diminuiu a difusão das espécies responsáveis pela excitação do ativador, para

fora da gaiola, resultando no aumento da emissão de luz.

Por outro lado, as constantes de velocidade observadas (kobs1 e kobs2)

apresentaram uma variação nos seus valores, indicando que a reação torna-se

mais lenta (Figuras 26 e 28). Entretanto, isto não seria um comportamento

esperado, visto que a etapa de formação do intermediário de alta energia (IAE)

não é regida somente pela difusão, mas também pela reatividade. Portanto, o

rendimento da reação, <1>R, deveria manter-se constante na reação (Esquema

33), na prática as constantes de velocidade (kobs1 e kobs2) não deveriam sofrer

variação. O fato é que até o momento não há uma proposta para tal

observação. Provavelmente, trabalhos futuros poderão responder tal questão.

De acordo com os resultados obtidos, o rendimento quântico singlete

(<1>8) aumenta até 10 vezes com o aumento da viscosidade de 0,5 para 2,5 cP.

Utilizando uma mistura de solventes semelhantes, benzeno e difenilmetano,

Adam et al. 34, observaram um aumento de 2,5 vezes no <1>8 do sistema

Discussão 132

spiroadamantil. Com base nestes resultados, propuseram que a eficiência da

quimiexcitação depende da formação da gaiola de solvente, uma vez que, a

etapa de retro-transferência de elétron exerce papel importante no mecanismo,

constituindo um mecanismo CIEEL intermolecular.

O que se pode concluir dos nossos resultados é que o mecanismo, o

qual resulta na excitação do ativador, ocorre em vários passos consecutivos, e

não em um processo "concertado" envolvendo transferência de carga em um

único passo conforme foi sugerido por Wilson37, como uma possível alternativa

ao mecanismo CIEEL.

Discussão 133

4.6 Estudo do Sistema Peroxioxalato na ausência de H20 2

A emissão de luz observada no sistema peroxioxalato sem adição de

peróxido de hidrogênio apresentou intensidade de emissão muito baixa38. Lee

et aI. 38, propuseram que o intermediário formado antes da 1,1'-di-imidazolida

(001) (Esquema 34), denominado de "Z", seria o responsável pela emissão de

luz. Os autores relataram que o intermediário "Z", muito instável, interage com o

ativador resultando em emissão de luz. Porém não foi proposto, qual seria este

intermediário.

k4

Esquema 34

o:JArOrt~ ~N

k., o Ni'J k2 o N

fJi f· Hk"l N ArO oF~H ~ArO- j

H-N~ k5

pNwN~

~N Zo N-.!J r~\'----i ACT ACr

não emite .. ACT ~i- "'o Y

0'J_tAr+ <;N)

ArO o ,N hH

hv

No presente trabalho, a intensidade de luz observada na reação de

TCPO e ONPO sem adição de H20 2 , apresentou intensidade de emissão de

aproximadamente 3 vezes menor do que a intensidade observada com a

concentração de H20 2 igual a 5.10-1oM (vide resultados). Esta concentração é

tão baixa que poderia ser proveniente de outras fontes de contaminação,

inclusive de traços de H20 2 presentes no solvente. Após vários experimentos

verificou-se que utilizando uma concentração tão baixa, qualquer traço de

impureza que gerasse uma fraca emissão de luz, poderia ser detectado pelo

aparelho sem ser necessariamente proveniente de um intermediário não

peroxídico formado na reação peroxioxalato. Deste modo, é necessário ter

cautela ao inferir novas informações a respeito do mecanismo, visto que se

Lnscussão 134

trata de um sistema bastante complexo. Por fim, independentemente da

estrutura do intermediário de alta energia formado na etapa de quimiexcitação,

a sua contribuição é insignificante para a eficiência do processo global que leva

a emissão de luz nas condições geralmente utilizadas na reação. A diferença

na intensidade de emissão de luz entre a reação de DNPO com adição de

peróxido de hidrogênio ([H202 = 5.1 0-5M]) , observado no espectrofluorímetro, e

sem adição de H20 2 observado no contador de fótons é de aproximadamente

160000 vezes. Sendo assim, podemos concluir que na reação peroxioxalato

não há um caminho de reação sem o envolvimento de peróxido de hidrogênio

que leve a formação eficiente de estados eletronicamente excitados.

Discussão 135

4.7 Síntese de derivados de Oxazolonas (14-21)

Conforme foi mencionado na introdução, a reação peroxioxalato é um

dos sistemas mais sensíveis em determinações de compostos fluorescentes

reportado na literatura. Por isso, têm sido largamente utilizados em aplicações

de química analítica, incluindo determinação de ácidos graxos, esteróides, etc...

Entretanto, em alguns compostos, a reação de derivatização, antes da análise,

é necessária para introduzir propriedades fluorescentes dentro da molécula, a

ser analisada, para aumentar a sua sensibilidade. Para este propósito, vários

tipos de reagentes de derivatização são comumente utilizados.

A quimiluminescência tem sido largamente aplicada em diversas áreas

de biotecnologia, farmacologia, biologia molecular, clínica e química, sendo que

o sistema que mais se destaca é a reação peroxioxalato. Portanto, torna-se

importante conhecer o mecanismo deste sistema para que seja possível ampliar

e melhorar a eficiência de sua aplicação. Do ponto de vista analítico, este

sistema é um dos mais interessante reportado na literatura, pois possui um alto

rendimento quântico de quimiluminescência, comparado apenas a sistemas

biológicos, ou seja, para um químico analítico é considerado altamente sensível.

Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver algumas

metodologias para a síntese de novos derivados de esteróides para o estudo

mecanístico do sistema peroxioxalato e para futuras aplicações analíticas.

Para preparar estes compostos, foram utilizadas as reações de Barton

Kellog39 e Sonogashira4o, os quais resultaram nos compostos 15 e 21. A reação

de Barton-Kellog é um caminho alternativo para a preparação de olefinas

trissubstituidas e tetrassubstituidas (Esquema 35).

Esquema 35R1 X R3 R1 R3

X X .. >=< +x+yR2 y R4 R2 R4

A reação de Sonogashira possibilita que um hidrogênio acetilênico possa

ser facilmente substituído por iodoarenos, bromoalcenos ou bromopiridinas na

Lhscussão 136

presença de uma quantidade catalítica de dicloreto de bis(trifenilfosfina)paládio

iodeto cuproso em dietilamina sob condições brandas.41,42 (Esquema 36).

Esquema 36

1-0 + H== H (Ph3P)PdClz

Cul EtzNH•~

A reação é iniciada pela adição do haleto ao Pdo gerado in situ a partir do

Pd(II). O intermediário arilpaládio forma um complexo com o alceno resultando

na formação da ligação carbono-carbono e regeneração do Pdo, sendo que o

Cul tem a função de co-catalisador40.

4.7.1 2-[4-benzilacetileno]-5,5-dimetiloxazol-4-ona (15)

Na preparação do composto 15 foi observada a formação de um produto

secundário em grande quantidade, o dímero do fenilacetileno. De acordo, com o

mecanismo proposto por Sonogashira para a formação destes compostos, a

reação seria iniciada pela inserção de duas moléculas de fenilacetileno ao

complexo de paládio, seguida da eliminação do dímero para gerar o Pdo

(Esquema 37). Vale lembrar que o complexo de paládio é usado em

quantidades catalíticas; portanto, bastaria uma quantidade também catalítica de

fenilacetileno para gerar o Pdo no primeiro passo. Após a formação da espécie

reduzida, este entra no ciclo da reação, no qual seria regenerado sem a

necessidade de consumir mais fenilacetileno no primeiro passo. Entretanto, o

rendimento da reação foi baixo, devido a fonnação do dímero do fenilacetileno.

Segundo o mecanismo proposto, o fenilacetileno tem duas funções na reação:

contribuir para a redução do paládio, e neste caso ocorre a formação do dímero

e agir como reagente de acoplamento. Talvez uma maneira de melhorar o

rendimento da reação, seria adicionar, aos poucos, uma quantidade maior de

fenilacetileno durante a reação.

Lnscussão 137

Esquema 37

CuI + N(C,H,)3

(Ph3PhPdClz _ .. (Ph3P)zPd(-C=C-Ar)z ). (Ph3PhPdO

2O-=-HAr Ar

(Ph,P.Pd'"",.~::(

~14~:rO15 ~

P1Ph0\3Nf=0Br-Pd !j ~ ,-

I - OPPh3

PPh3 ~ + N(C H,)

~~d~NrO/~:~I ~-b~ ~

PPh3

4.7.2 3-[2-(4-bromofenil)-5,5-dimetiloxazol-4-ilideno]-androsta-1,4

dien-17-ona (21)

A síntese do composto 21 foi iniciada pela preparação do derivado de

oxazolona 14. Na literatura43 foi descrito um método para síntese do sal de

oxazolônio, partindo de a-hidróxinitrilas e cloreto de ácido na presença de ácido

de Lewis, conforme demonstrado na reação de cianidrina de acetona com

cloreto de p-bromobenzoíla e tetracloreto de estanho (Esquema 38). O sal é

convertido em derivado de oxazolona quando tratado com trietilamina utilizando

tolueno como solvente.

De acordo com a proposta para o mecanismo, a reação seria iniciada

pela adição nucleofílica do grupo CN à carbonila do cloreto de benzoíla

formando uma amida com carga. A etapa seguinte foi o ataque nucleofílico do

grupo OH à mesma carbonila formando um anel cíclico que, após alguns

equilíbrios, resulta na formação o sal (M). O tratamento de M com trietilamina

resulta na oxazolona 14.

Lnscussão 138

Esquema 38

H/

I --cH\\o 5nCI. ~(N1=0--+-- + Br \ • Br~; + x-NC OH - CI CHCI, - M o·

N(Et), Br~- ijNyO

- \J\0-r

+

'foqN OH

7' \~

BrNyO

- Br-Q--fo;--14

I + O)---f-....=:~NfQ ~HO I

h- Br

HO I N(Et)3

-M~:-

..

HO~

~~llABr

~Ory ~

I rCI NC OH

Br h- "---/

x = 1/2 SnCls

A oxazolona 14 foi convertida no derivado tiocarbonílico 16. A química de

conversão de compostos carbonilícos em compostos tiocarbonilícos tem sido de

grande interesse para a química orgânica sintética. O uso de pentasulfito de

fósforo para tal finalidade foi reportado pela primeira vez em 1869 por Henry44 e

Wislicenus45. O procedimento usual envolve xileno, tolueno e piridina46 como

solventes e requer um grande excesso de reagente, resultando em baixos

rendimentos. Uma investigação posterior mostrou que a reação de compostos

carbonílicos pode ser conduzida em temperaturas mais brandas, com solventes

polares, como por exemplo, acetonitrila e tetra-hidrofurano na presença de uma

base como catalisador47,48. Mais tarde, descobriu-se que 2,4-bis(p-metoxifenil)

1,3-ditiadifosfetano-2,4-disulfeto (Reagente de Lawesson) (26) é superior aos

reagentes, até então utilizados, para a conversão de compostos carbonílicos

em tiocarbonílicos49.

S-o\\SV-p/ OMeMeO ~ t1 's/~ ~ t1S26

Discussão 139

Conforme relatado por Cava e Levinson49, este reagente não é estável

em temperaturas acima de 110°C, sofrendo polimerização lenta e outras

decomposições. Há uma série de especulações a cerca do mecanismo de

reação de 26 com compostos carbonílicos. Entretanto, Lawesson sugeriu que

uma espécie dipolar é formada em baixas concentrações, semelhante ao ilídeo

de Wittig. O ataque nucleofílico desta espécie à carbonila e "colapso" da nova

espécie dipolar formada, resulta em um anel heterocíclico de quatro membros,

cuja clivagem gera o composto tiocarbonílico 16 e uma nova espécie dipolar de

fósforo (Esquema 39).

Esquema 39

ÚOMe

o-~' ~s I s

"'::::: P, ~'p:::"'" - > - 11I s " 2 Me0-O--1.P-S-MeO ~ S II +

-o-~ ~ -~y9!MeO _ ~-s Br~o~.-

o

B'~:+s-~-O--OMe

s

~Ni=~~Br-~~T-s V o:-

~/,N+S -0--+Br~ + MeO ~ ~ ~-S-

o o16

A etapa seguinte foi a formação do derivado diazo 20, partindo-se

inicialmente do composto 17. Conforme a literatura50, não é possível a reação

direta de 17 com hidrazina hidratada devido à formação de uma mistura de

produtos, pois a reação não é seletiva. A alternativa encontrada foi preparar um

derivado 3-tiocarbonílico 18. A conversão de 17 em 18 ocorreu quase que

quantitativamente na presença de 26 (Esquema 40). Sendo a tiocarbonila da

posição 3 mais reativa do que a carbonila da posição 17, esperar-se-ia que a

formação do composto 19, a partir do 18, fosse mais favorecida. A formação da

hidrazona (19) é semelhante à reação de redução de cetonas e aldeídos de

Wollf-Kishner. Entretanto, na redução Wollf-Kishner a hidrazona não é

Lnscussão 140

isolada5o. A formação do composto diazo 20 ocorreu via reação de oxidação,

em meio básico, com dióxido de manganês em carvão ativo.

Esquema 40

A

o

H2NNH2'xH,o~ "--........,,,- 7'THF,OOC 19

/. .&H

2N-Nd9!

0

26

s-7'.& 18o~26 =Reagente de LawessonlTHFA =MnO!carvão ativo/KOH

A etapa final para a formação do composto 21 foi o acoplamento dos

compostos 16 e 20 via reação de 8arton- Kellog. Geralmente, a formação de

olefinas tetrassubstituidas é seriamente afetada pelo impedimento estérico, por

isso seus rendimentos são, na maioria das vezes, baixos39. A reação de Wittig

tem sido largamente utilizada na preparação de olefinas dissubstituídas, mas o

rendimento de formação diminui à medida que se aumenta a substituição, como

no caso de olefinas trissubstituídas e tetrassubstituídas. A olefinação de 8arton

Kellog51 consiste em um caminho alternativo para a formação de olefinas com

impedimento estérico; como foi o caso da formação do composto 21. A adição

do sólido do composto 16 ao composto 20 gerou o composto 21 e mais dois

compostos, de acordo com a CCO. Para um destes compostos foi sugerida a

dimerização do composto 16, de acordo com a análise de espectrometria de

massa.

Esquema 41

N S

"'--Q:ot- + #

N2

N2+ ,..

N

Br~

Esta parte do trabalho tinha como objetivo desenvolver algumas

metodologias para a síntese de novos derivados de esteróides para o estudo

mecanístico do sistema peroxioxalato e futuras aplicações analíticas.

DiscussãoB , B L , O T E c A 141

INSTITUTO DE (,}UiIll.1C["Universidade de São Paulo

o composto 21 é o material de partida para que outros compostos

possam surgir, como por exemplo, substituição de bromo, via reação de

Sonogashira, por derivados que possam aumentar a conjugação do sistema.

Isto poderia promover o deslocamento da emissão de luz para comprimentos de

onda mais longos, e talvez aumentar o rendimento de fluorescência.

Esta etapa do trabalho fazia parte de um projeto que deveria ser

desenvolvido em três meses e cujo objetivo final seria preparar uma série de

compostos com propriedades fluorescentes para que fossem aplicados na

reação peroxioxalato e em sistemas analíticos. Sendo assim, foram preparados

dois compostos: 16 e 21. Além disso, foram preparados outros compostos (14,

15, 18, 19 e 20), os quais foram utilizados como reagentes intermediários de

reação.

O ponto importante desta etapa do trabalho, foi ter a oportunidade de

conciliar o trabalho de estudo cinético da reação peroxioxalato com a síntese de

compostos com propriedades fluorescentes que poderiam ser aplicados nesta

reação.

Lnscussão 142

4.8 Referências

1 Stevani CV & Baader WJ. "Kinetics studies on the chemiluminescence decomposition of and

isolation intermediate in the peroxyoxalate reaction. J.Phys.Org.Chem., 10, 593-9. 1997.

2 Stevani CV, "Estudo mecanístico do sistema peróxi-Oxalato", Tese de Doutorado,


3 Hohman JR, Givens RS, Carlson RG & Orosz G, "Synthesis and chemiluminescence of a

protected peroxyoxalate" Tetrahedron Lett., 37(46),8273-6, 1996.

4 Yagil G, "The proton dissociation constant of pyrrole, indole and related compounds",

Teifahedron, 23, 2855-61, 1967.

5 Hartley BS and Massey V, Annu. Rep. Prog. Chem., 51, 311, 1954, apud Hõfle G, Steglich W

& Vorbrüggen H, "4-Dialkylaminopyridines as highly active acylation catalysts", Angew.Chem.

Int. Ed. Engl., 17, 569-83, 1978.

6 Jencks PW & Gilchrist M, "Nonlinear structure-reactivity correlations. The reactivity of

nucleofilic reagents toward esters", J. Am. Chem. Soc., 2622-37, 1968.

7 Kirsch JF & Jencks W, "Base catalysis of imidazole catalysis of ester hydrolysis" J. Am. Chem.

Soc., 86, 833-7, 1964.

8 Fife TH, "Kinetic and mechanistic effects of ease of C-N bond breaking in amide hydrolisis. The

mechanisms of hydrolysis of N-acylimidazoles and N-acylbenzimidazoles" Acc. Chem. Res. 26,

.325-31, 1993.

9 Stevani CV, Silva SM & Baader WJ, "Studies on the mechanism of the excitation step in the

peroxyoxalate system. Eur. J. Org. Chem., 4037-46, 2000.

10 Dados apresentados em relatório interno.

11Turro NJ, Modem Molecular Photochemistry, The BenjaminlCummings Publishing Company,

Inc., 1978.

12 Stevani CV & Baader WJ, "O sistema quimiluminescente peróxi-Oxalato" Química Nova,

22(6), 715-23, 1999.

Lnscussão 143

13 Um l-H, Lee J-Y, Kim HT & Bae SK, "Curved hammett plot and hydrolysis of O-aryl

thionobenzoates: change in rate-determining step versus ground-state stabílization", J. Org.

Chem., 69,2436-41,2004.

14 EI Seoud OA, Ruasse M-F & Rodrigues WA, "Kinetics and mechanism of phosphate

catalysed hydrolysis of benzoate esters: comparison with nucleophilic catalysis by imidazole and

o-iodosobenzoate", J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 1053-8, 2002.

15 Bruice TC, Fife TH, Bruno JJ & Brandon NE, "Hydroxyl group catalysis. 11. The reactivity of the

hydroxyl group of serine. The nucleophilicity of alcohols and the ease of hydrolysis of their acetyl

esters as related to their pKa", Biochemistry, 1, 7-12, 1962.

16 Suh J & Lee BH, "Structure-reactivity relationships in nucleophilic reactions on cinnamoyl

azide and phenyl cinnamates. Kinetic stability of the acyl azide and reiative leaving ability of

nitrogen and oxygen", J. Org. Chem., 45, 3103-7,1980.

17 Castro EA, Leandro L, Quesieh N & Santos JG, "Kinetics and mechanisms of the reactions of

3-methoxyphenyl, 3-ehlorophenyl and 4-eyanophenyl 4-nitrophenyl thionocarbonatos with

alicyclic amines", J. Org. Chem, 66, 6130-5, 2001.

18 Silva SM, Wagner K, Weiss D, Beckert R & Baader WJ " Studies on the chemiexcitation step

in peroxyoxalate chemiluminescence using steroid-substituted activators" Luminescence, 17,

362-9, 2002.

19 Stevani CV, Lima DF Toscano VG & Baader WJ, "Kinetic studies on the peroxyoxalate

chemiluminescent reaction: imidazole as a nucleophilic catalyst. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2,

989-95, 1996.

20 Scandola F, Balzani V & Schuster GB. "Free-energy relationships for reversible and

irreversible electron-transfer processes." J. Am. Chem. Soc., 103, 2519-23, 1981.

21 Schuster GB, "Chemiluminescence of organic peroxides. Conversion of ground-state

reactants to excited-state products by the chemically initiated electron-exchange luminescence

mechanism." Acc.Chem. Res. 12, 366-373, 1979.

Lnscussão 144

22 Koo J-Y, Schuster GB, "Chemiluminescence of diphenoyl chemically initiated electron

exchange luminescence. A new general mechanism for chemical production of electronically

excited states." J. Am. Chem. Soc., 100, 4496-503, 1978.

23 Schmidt SP, Schuster GB, "Chemiluminescence of dimethyldioxetanone. Unimolecular

generation of excited singlet and tríplet acetone. Chemically initiated electron-exchange

luminescence, the primary Iight generating reaction." J. Am. Chem. Soe., 102, 306-14, 1980.

24 Dixon BG, Schuster GB, "Investigation of the mechanism of the unimolecular and the electron

donor-catalyzed thermal fragmentation of secondary peroxy esters. Chemiluminescence of 1

phenylethyl peroxyacetate by the chemically initiated electron-exchange luminescence

mechanism." J. Am. Chem. Soe; 101, 3116-8, 1979.

25 Smith JP, Schrock AK &, Schuster GB, "Chemiluminescence of organic peroxides. Thermal

generation of an o-xylylene peroxide." J. Am. Chem. Soc., 104, 1041-47, 1982.

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new chemiluminescent reaction. J. Org. Chem., 47, 4658-64, 1982.

27 Adam W & Cueto O. "Fluorescer-enhanced chemiluminescence of a-peroxylactones via

electron exchange." J. Am. Chem. Soc., 101,6511-15,1979.

28 Catheral CLR & Palmer F. "Chemiluminescence from reactions of bis(pentachlorophenyl)

oxalate, hydrogen peroxide and f1uorescent compounds - Kinetics and mechanism", J. Chem.

Soe., Faraday Trans 2, ao, 823-34, 1984.

29 Catheral CLR & Palmer F. "Chemiluminescence from reactions of bis(pentachlorophenyl)

oxalate, hydrogen peroxide and fluorescent compounds - Role of the fluor and nature of

chemieletronic process (es), J. Chem. Soc., Faraday Trans 2, ao, 837-49, 1984.

30 Melhuish WH, "Quantum efficiencies of f1uorescence of organic substances: effect of solvent

and concentration of the fluorescent solute." J. Phys. Chem, 65, 229-35, 1961.

31 Lechtken P & Turro NJ. "Peroxyoxalate chemiluminescence. Chemiexcitation of high-energy

excited states in acceptor molecules." MoI. Photoehem., 6,95-9, 1974.

niCrJlssão

32 Chang M-M, Saji T & Bard AJ, "Electrogenerated chemiluminescence. 30. Electrochemical

oxidation of oxalate ion in the presence of luminescers in acetonitrile solutions." J. Am. Chem.

SOC., 99, 5399-403, 1977.

33 Campbell AK, Chemiluminescence -Principies and applications in biology and medicine,

Weinheim; Deerfield Beach, FI.: VCH; Chichester: Horwood, 1988.

34 Adam W, Bronstein I, Trofimov AV & Vasil' ev RF. "Solvent-cage effect (viscosity dependence)

as diagnostic probe for the mechanism of the intramolecular chemically initiated electron-

exchange luminescence (CIEEL) triggered from a spiroadamantyl-substituted dioxetane." J. Am.

Chem. Soc., 121, 958-961,1999.

35 Marcus RA. "On the theory of oxidation-reduction reactions involving electron transfer" Chem.

Phys., 24 (5),966-78, 1956.

36 Eberson, L "Electron transfer reactions in organic chemistry" Springer-Velarg, Berlim, 1987.

37 Frimer A, Singlete Oxygen, vol.2, CRC Press. Boca Raton, 1985.

38 Lee JH, Rock JC, Park SB, Schlautman MA & Carraway ER, "Study of the characteristics of

three high-energy intermediates generated in peroxyoxalate chemiluminescence (PO-CL)

reactions", J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 2002, 802-9.

39 Barton DHR & Willis BJ, "Olefin synthesis by two-fold extrusion processes. Part I. Preliminary

experiments." J. Chem. Soco Perkin', 305-10, 1972.

40 Sonogashira K, Tohda Y & Hagihara N, "Convenient synthesis of acetylenes-catalytic

substitutions of acetylenic hydrogen with bromoalkenes, iodoarenes and bromopyridines."

Tetrahedron Lett., 4467-70, 1975.

41 Hudson RHE, Li G & Tse J, "The use of sonogashira coupling for the synthesis of modified

uracil peptide nucleic acid." Tetrahedron Lett., 43, 1381-6,2002.

42 Albrecht M Blau O & Rõttele H, "An ethylene-linked catechol/8-hydroquinoline derivative and

its dinuclear gallium (111) complex." New J. Chem., 24, 619-22, 2000.

Lnscussão 146

43 Dorofeenko GN, Karpenko VD & Ryabukhin Yu I, "Synthesis of 4(5H)-oxazolonium salts and

4(5H)-oxazolones from a-hidroxy nitriles", J. Org. Chem. USSR (Engl. Transl.) 14, 1767-71,

1978.

44 Henry L, "Über eine neue Bildguns-und Darstellungs-weise der Nitrile", Ann.Chem.Pharm.,

152, 148-52, 1869.

45 Wislicenus J, Z.Chem., 324, 1869, apud [49].

46 Campaigne E, "Thiones & thials", Chem. Rev., 1,39,1946.

47 Scheeren JW, Ooms PHJ & Nivard RJF, "General procedure for conversion of a carbonyl

group into a thione group with tetraphosphorus decasulfide", Synthesis 149-51, 1973.

48 Dash B, Dora EK & Panda CS, 'Triethylamine solubilized phosphorus pentasulfide as thiation

reagent a novel route to totally thiated heterocycles", Heterocycles 19 (11), 2093, 1982.

49 Cava MP, Levinson MI, "Thionation reactions of Lawesson's reagents", Tetrahedron, 41,

5061-87, 1999.

50 Wagner K, Weiss D & Beckert R, "New nitrogen derivatives of steroids by regioselective

reactions of 3-thioxoandrosta-1 ,4-dien-17-one." Synthesis, 1245-7, 1995.

51 Wagner K, Weiss D & Beckert R, "New luminescent materiais based on a steroid molecule",

Eur. J. Org. Chem., 3001-5, 2000.

Conclusão 147

5 Conclusão

Os resultados obtidos no estudo da etapa de quimiexcitação da reação

peroxioxalato foram bastante satisfatórios, contribuindo para o esclarecimento

desta etapa fundamental para a eficiência de geração de estados excitados na

reação peroxioxalato, sendo que, a etapa de quimiexcitação ocorre conforme o

mecanismo de Luminescência Induzida Quimicamente pela Transferência de

Elétron (CIEEL). De acordo com os dados, o intermediário de alta energia (IAE)

que interage com o ativador na etapa de quimiexcitação é a 1,2-dioxetanodiona.

Isto quer dizer que, este IAE se forma devido ao ataque nucleofílico

intramolecular do íon percaboxilato à carbonila do éster concomitantemente

com à saída do grupo fenolato, via um mecanismo concertado, portanto exclui a

outra proposta para o IAE que seria a 1,2-dioxetanona 25.

Em relação ao processo de transferência e retro-transferência de elétron

que ocorre entre o intermediário e o ativador, ficou provado que esta interação

depende do potencial de oxidação do ativador, devido à correlação da

constante de velocidade relativa com o potencial de oxidação, bem como os

rendimentos quânticos singlete, também, correlacionam com as energias livres

para gerar o ativador no estado excitado. Nos estudos do efeito da viscosidade

sobre o rendimento quântico singlete foi comprovado que, a gaiola de solvente

exerce um papel fundamental para a eficiência do processo de transferência e

retro-transferência de elétron, indicando que estas ocorrem em vários passos

envolvendo íons radicais, conforme a hipótese CIEEL

Os compostos preparados, 15 e 21, serão aplicados como precursores

de reagentes de derivatização em estudos analíticos, envolvendo o sistema

peroxioxalato.

AnAXOS

6 Anexos

o2~OOH

~o1 o4 '9' I I :> OAyOOH + CI O5~

+

6 --l o XCI 128,5ppmy

õ (pprn)a = Y + x'tS + 128,5

3 149,3 = Y + -1,5 + 128,5 Y =+22,3

4 123,8 = Y + 1,8 + 128,5 Y = -6,5

5 130,4 = Y + 0,2 + 128,5 Y =+1,7

6 132,4 = Y + 5,6 + 128,5 Y =-1,7

• Ret. 3 - Discussãõ,""l' Ewing DE, Org. Magn. Reson., 12,499, 1979.

Anexo 1: Determinação do valor da contribuição do grupo Y para o deslocamento químico dos

carbonos aromáticos dos compostos 5 a 7. O mesmo raciocínio foi utilizado para calcular os

deslocamentos dos ácidos correspondentes.

Anexos 149

Anexo 2: Rendimento quãntico singlete (<1>s) obtido na reaçâo do bis(2,4,6-triclorofenil) oxalato

(TCPO) com H20 2 catalisado por IMI-H na presença dos compostos 9-13 (ACT), nas seguintes

condições: (TCPO) =0,1 mM, [H20 2) =10mM, [IMI-H) =1,OmM e [ACT) =1,0 mM.

~)Jxk/ "o x =4-OCH, (9)

X = 3-OCH, (10)X =4-C1 (11)X =4-F (12)X =4-N02 (13)

o

[9] <1>s x 103 [10] <1>s x 103 [11] <1>s x 103

mmol L-1Emor1 mmol L-1

E mor1 mmol L-1E mor1

0,005 3,6 ± 0,2 0,01 8,7 ± 0,4 0,005 9±1

0,025 14 ± 1 0,05 36±3 0,01 15 ±2

0,05 24±2 0,1 55±2 0,025 29±4

0,1 35±2 0,25 68± 17 0,05 45±6

0,25 46±2 0,5 93±7 0,1 86 ± 10

0,5 48±3 0,25 135 ± 21

0,5 117 ± 28

[12] l1>s x 103 [13] l1>s x 103

mmol L-1E mor1 mmol L-1

E mor1

0,005 4,5 ± 0,1 0,005 18 ± 1

0,025 21 ± 1 0,01 32±3

0,05 38±4 0,025 56±9

0,1 63±4 0,05 103 ± 16

0,25 97±4 0,1 197±5

0,5 117 ±6 0,25 366 ±30

0,5 700 ± 34

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