Electrochemical study of potentially anti-chagasic nitroheterocyclic compounds using chemically modified electrodes with phthalocyanines

Neste trabalho elaboraram-se quatro novos sensores químicos para avaliação do mecanismo de redução de compostos nitro-heterocíclicos. Empregaram-se nanotubos de carbono (NTC), modificando a superfície do eletrodo de carbono vítreo (ECV), de forma isolada e combinados com três materiais organometálicos, hemina (HEM), ftalocianinas de cobre (FTAl-Cu) e cobalto (FTAL-Co). O nitrofural (NF) foi o nitro-heterocíclico escolhido, pois é um fármaco ativo contra o Trypanosoma cruzi, agente causador da doença de Chagas e o seu mecanismo de ação é dependente do processo de redução do grupo nitro, proveniente da ação das nitrorredutases. O emprego dos agentes organometálicos baseou-se na mimetização das referidas enzimas, e estes agentes são estruturalmente semelhantes as enzimas P450 humana. Estudaram-se dois tipos de NTC, sendo um funcionalizado com solução sulfonítrilica (NTC-F), que consiste na imobilização de grupos químicos, como ácidos carboxílicos, e outro não funcionalizado (NTC-N). Notaram-se diferenças significativas entre NTC-F e NTC-N, confirmando através de espectrometria no infravermelho (FTIR) e da análise titulométrica as inserções dos grupos carboxílicos nos NTC. A melhor dispersão associada à resposta eletroquímica da nitrofurazona foi obtida com 1,3-dioxolano como agente dispersante, que apresentou maior afinidade com NTC do que os demais solventes. Investigou-se a identificação de intermediários eletoativos no eletrodo de carbono vítreo modificado com NTC-F pelo comportamento voltamétrico da nitrofurazona com ênfase na detecção da hidroxilamina, em meio ácido e do radical aniônico, R-NO2• . Na detecção do derivado hidroxilamínico, com corrente de pico catódica Ipc,1, houve antecipação de potencial em 102 mV e aumento de corrente em 32 vezes frente ao ECV-SM. Em estudos relacionados ao radical, o sensor modificado com NTC-F, apresentou antecipação de 200 mV, quando comparado ao ECV-SM. A estabilidade do radical para NTC-F, foi 3 vezes maior do que em ECV-SM. Quando da combinação entre os NTC-F com os organometálicos, demonstraramse pontos de interação química entre ambos, sendo que na HEM há um ponto adicional de ligação com os NTC-F através de ligação de hidrogênio. Ademais, em MEV a HEM apresentou-se com morfologia menos aglomerada, o que contribui para uma melhor transferência de carga. Utilizou-se duas estratégias distintas de imobilização por drop casting, e a de aplicação simultânea entre NTC-F e os organometálicos foi a melhor sucedida em estudos voltamétricos de NF, com os picos bem definidos. Na avaliação voltamétrica, e em meio ácido, identificou-se o derivado hidroxilamínico, todavia os organometálicos não contribuíram na antecipação de potencial quando comparado ao NTC-F e os sinais de corrente diminuíram em 14 vezes, em relação ao NTC-F. Contudo, todos os sistemas com exceção da FTAL-Co foi possível identificar a formação do par redox do radical, RNO2/R-NO2․-. Os resultados quanto ao radical houve uma antecipação de 50 e 90 mV, para sistemas com HEM e FTLA-Cu respectivamente, quando comparados com o emprego apenas de NTC-F em ECV. Nos estudos de estabilidade cinética, o radical obteve maior estabilidade quando se empregou a combinação entre NTC-F e HEM, seguida de NTC-F e FTAL-Cu. Em estudos com sequestrantes de radical, confirmou-se que o O2 foi o melhor sequestrante frente a glutationa e cisteína. Isto é um indicativo que em condições aeróbicas o radical é transferido para O2 gerando o ânion superóxido O2•- que é ativo biologicamente. Por fim, ambos os sensores ECV-NTC-F-HEM e ECV-NTC-F-FTAL-Cu apresentam-se robustos, de fácil preparação e altamente sensível para estudos do radical aniônico.In this work, four new chemical sensors were developed to evaluate the mechanism of reduction of nitroheterocyclic compounds. Carbon nanotubes (NTC) were used, modifying the surface of the glassy carbon electrode (ECV), in isolation and combined with three organometallic materials, hemin (HEM), copper phthalocyanines (FTAl-Cu) and cobalt (FTALCo). Nitrofural (NF) was the chosen nitroheterocyclic, as it is an active drug against Trypanosoma cruzi, the etiologic agent of Chagas\' disease and its mechanism of action depends on the process of reduction of the nitro group, resulting from the action of nitroreductases. The use of organometallic agents was based on the mimicry of said enzymes, and these agents are structurally similar to human P450 enzymes. Two types of NTC were studied, one functionalized with a sulfonitrile solution (NTC-F), which consists of the immobilization of chemical groups, such as carboxylic acids, and the other non-functionalized (NTC-N). Significant differences were noted between NTC-F and NTC-N, confirming through infrared spectrometry (FTIR) and titrometric analysis the insertions of carboxylic groups in NTC. The best dispersion associated with the electrochemical response of nitrofurazone was obtained with 1,3-dioxolane as a dispersing agent, which showed greater affinity with NTC than the other solvents. The electrochemical response of the glassy carbon electrode modified with NTC-F by the voltammetric behavior of nitrofurazone was investigated, with emphasis on the identification of hydroxylamine, in an acidic medium, and of the anionic radical, R-NO2•. In the detection of the hydroxylamine derivative, with cathodic peak current Ipc,1, there was an anticipation of potential by 102 mV and an increase in current by 32 times compared to ECV-SM. In studies related to the radical, the sensor modified with NTC-F, presented an anticipation of 200 mV, when compared to ECV-SM. The radical stability for NTC-F was 3 times greater than for ECV-SM. When combining NTC-F with organometallics, interaction points of chemical interaction between them were demonstrated, and in HEM there is an additional point of bonding with NTC-F through hydrogen bonding. Furthermore, in SEM, HEM presented a less agglomerated morphology, which contributes to a better charge transfer. Two distinct drop casting immobilization strategies were used, and the simultaneous application between NTC-F and organometallics was the most successful in voltammetric studies of NF, with well-defined peaks. In the voltammetric evaluation, and in an acidic medium, the hydroxylamine derivative was identified, however the organometallics did not contribute to the potential anticipation when compared to the NTC-F and the current signals decreased by 14 times, in relation to NTC-F. However, in all systems with the exception of FTAL-Co it was possible to identify the formation of the redox pair of the radical, RNO2/R-NO2•. The results as for the radical there was an anticipation of 50 and 90 mV for systems with HEM and FTLACu, respectively, when compared with the use only of NTC-F in ECV. In the kinetic stability studies, the radical obtained greater stability when the combination of NTC-F and HEM was used, followed by NTC-F and FTAL-Cu. In studies with electronic acceptors, it was evidenced that O2 was the most efficient agent in scavenging against glutathione and cysteine. This is indicative that under aerobic conditions the radical is transferred to molecular oxygen producing the biologically active superoxide O2•. Finally, both ECV-NTC-F-HEM and ECVNTC-F-FTAL-Cu sensors are robust, easy to prepare and highly sensitive for anionic radical studies