Síntese e caracterização de sais benzimidazolínios como ligantes fluorescentes de quadruplex-G

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Volpato, William Gomes
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/001300001c1rx
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Química
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Química
Centro de Ciências Naturais e Exatas
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/34581
Resumo: This study presents the synthesis and characterization of benzimidazolinium halides as fluorescent ligands for guanine structures found in RNA and DNA, known as G-quadruplexes. The methodology for obtaining the compounds was carried out in three steps, starting from 2- aryl-1H-benzo[d]imidazole (1) via 5-exo-tet cyclization, followed by its alkylation with ethyl bromide to form 2-aryl-1-ethyl-1H-benzo[d]imidazole (2), which then reacts with alkyl halides to form benzimidazolinium salts (3 and 4). The reaction conditions for obtaining 3-alkyl-2-aryl1-ethyl-1H-benzo[d]imidazolinium halides (3a–3f, 4a) were optimized, resulting in seven examples with yields of up to 76%. The structural characterization of the compounds was performed using 1H and 13C NMR, ESI-MS mass spectrometry, and HRMS. The thermal stability of the compounds was investigated by TGA, which demonstrated an increase in thermal stability for the charged compound series 3 and 4 compared to the neutral compounds in series 2. Additionally, compounds containing electron-withdrawing groups exhibited greater thermal stability, as observed in the 5% weight loss temperatures, 3e (245 °C) ~ 3d (247 °C). Photophysical characterization showed absorption and emission near 280 nm and 360 nm, respectively, with a higher fluorescence quantum yield in protic polar solvents. The elucidation of the photophysical properties of compounds 3 and 4 through semi-empirical TD-DFT calculations indicated π→π* and n→π* transitions, further explaining the hypsochromic shift observed in solution. Intermolecular interactions were investigated via saturation transfer STDNMR between compound 3d and the G4 precursor, 5'-disodium guanosine monophosphate, indicating greater proximity between the hydrogen atoms H-7 and H-4 of the compound and H-B of guanosine, suggesting affinity with the G4 precursor. The study highlights the innovation of employing this technique for validating potential G4 sensors. The compounds in this series demonstrated potential as G4 sensors in aqueous media, exhibiting good thermal stability and well-defined photophysical properties, with the possibility of application in optoelectronic devices.
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The reaction conditions for obtaining 3-alkyl-2-aryl1-ethyl-1H-benzo[d]imidazolinium halides (3a–3f, 4a) were optimized, resulting in seven examples with yields of up to 76%. The structural characterization of the compounds was performed using 1H and 13C NMR, ESI-MS mass spectrometry, and HRMS. The thermal stability of the compounds was investigated by TGA, which demonstrated an increase in thermal stability for the charged compound series 3 and 4 compared to the neutral compounds in series 2. Additionally, compounds containing electron-withdrawing groups exhibited greater thermal stability, as observed in the 5% weight loss temperatures, 3e (245 °C) ~ 3d (247 °C). Photophysical characterization showed absorption and emission near 280 nm and 360 nm, respectively, with a higher fluorescence quantum yield in protic polar solvents. The elucidation of the photophysical properties of compounds 3 and 4 through semi-empirical TD-DFT calculations indicated π→π* and n→π* transitions, further explaining the hypsochromic shift observed in solution. Intermolecular interactions were investigated via saturation transfer STDNMR between compound 3d and the G4 precursor, 5'-disodium guanosine monophosphate, indicating greater proximity between the hydrogen atoms H-7 and H-4 of the compound and H-B of guanosine, suggesting affinity with the G4 precursor. The study highlights the innovation of employing this technique for validating potential G4 sensors. The compounds in this series demonstrated potential as G4 sensors in aqueous media, exhibiting good thermal stability and well-defined photophysical properties, with the possibility of application in optoelectronic devices.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO presente trabalho apresenta a síntese e caracterização de haletos benzimidazolínios como ligantes fluorescentes de estruturas de guaninas presentes em RNA e DNA conhecidas como quadruplex-G. A metodologia para obtenção dos compostos foi realizada em três etapas, partindo do 2-aril-1H-benzo[d]imidazol (1) via ciclização 5-exo-tet, seguido da sua alquilação com brometo de etila formando os compostos 2-aril-1-etil-1H-benzo[d]imidazol (2), que então são reagidos com haletos de alquila formando os sais benzimidazolínios (3 e 4). As condições reacionais para obtenção dos haletos de 3-alquil1-2-aril-1-etil-1H-benzo[d]imidazolínios (3a – 3f, 4a) foram otimizadas resultando em 7 exemplos com rendimentos de até 76 %. A caracterização estrutural dos compostos foi realizada por RMN 1H e 13C, espectrometria de massas ESI-MS e HRMS. A estabilidade térmica dos compostos foi A investigada por TGA, que evidenciaram um ganho de estabilidade térmica da série de compostos carregados 3 e 4 em relação aos compostos neutros da série 2. Além disso, os compostos contendo grupo retiradores de elétrons apresentaram maior estabilidade térmica em função da perda de 5% da massa inicial, 3e (245 °C) ~ 3d (247 °C). A caracterização fotofísica foi realizada por espectroscopia UV-vis apresentando absorção e emissão próximas a 280 nm e a 360 nm respectivamente com rendimento quântico de fluorescência maior para solventes polares próticos. A elucidação das propriedades fotofisícas dos compostos 3 e 4 a partir dos cálculos semi-empíricos de TD-DFT indicaram transições do tipo π→π∗ e n→π∗ além de explicar o deslocamento hipsocrômico em solução dos compostos. As interações intermoleculares foram investigadas via transferência de saturação STD-RMN entre o composto 3d e o precursor de G4, monofosfato de guanosina 5'- dissódico, indicando maior proximidade entre os hidrogênios H-7 e H-4 do composto 3d e HB da guanosina, sugerindo afinidade com o precursor de G4, destacando a inovação do emprego da técnica para validação de possíveis sensores de G4. Os compostos da série demonstraram ser possíveis candidatos para utilização como sensores de G4 em água, com boa estabilidade térmica e propriedades fotofisícas definidas, com possibilidade para atuarem também como dispositivos optoeletrônicos.Universidade Federal de Santa MariaBrasilQuímicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em QuímicaCentro de Ciências Naturais e ExatasBender, Caroline Raquelhttp://lattes.cnpq.br/5525102790556947Frizzo , Clarissa PiccininBonacorso, Helio GauzeGarcia, Irene Teresinha SantosVolpato, William Gomes2025-03-27T11:36:02Z2025-03-27T11:36:02Z2025-02-21info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/34581ark:/26339/001300001c1rxporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2025-03-27T11:36:03Zoai:repositorio.ufsm.br:1/34581Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2025-03-27T11:36:03Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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