Use este identificador para citar ou linkar para este item:
http://hdl.handle.net/1843/69356
Tipo: | Tese |
Título: | Photophysics of ruthenium (II) complexes as potential photosensitizers in photodynamic therapy |
Título(s) alternativo(s): | Fotofísica de complexos de rutênio (II) como potenciais fotossensibilizadores em terapia fotodinâmica |
Autor(es): | José Geraldo Mendes Castro Júnior |
Primeiro Orientador: | Willian Ricardo Rocha |
Primeiro membro da banca : | Wagner Batista de Almeida |
Segundo membro da banca: | Teodorico de Castro Ramalho |
Terceiro membro da banca: | Maria Helena de Araujo |
Quarto membro da banca: | Guilherme Ferreira de Lima |
Resumo: | In this work we performed the computational studies of three ruthenium (II) polypyridyl complexes as potential photosensitizers in photodynamic therapy for cancer. Since the majority of the treatments are based on porphyrin derived compounds, which presente low absorption window, ruthenium complexes may overcome such limitations, which could lead to a more effective application of photodynamic therapy with fewer side effects. The first complex, [Ru(NH3)4dppz]2+ (dppz = dipyrido[3,2-a:2’,3’-c]phenazine) was used for the benchmark of our computational methods due to it simpler structure compared to the other complexes. The structural parameters and the spectroscopic results showed that the PBE0 functional was better suited for this type of study since it is in more agreement with experimental dada and was corroborated by other studies with this functional and this type of complex in the literature. Thus, this functional was used throughout all the subsequent studies. Structural results showed several differences in polarity between states and when computed with the CPCM model, which is expected, since the ammine groups interact strongly with the water from the solvent. Solvent effects were evaluated based on the continuum model (CPCM) and with a classic Monte Carlo Simulation, but in this case, with strong hydrogen bonds between water and the solute, further studies are needed to better understand the quenching of the emission of this complex, since it should not emit light when in solution. The structural parameters for the complex [Ru(BPY)2dppz]2+ showed that bond lengths and angles were very similar, but the polarities were quite different, when comparing ground and excited states and the system in gas phase or in aqueous solution. Spectroscopic studies showed three triplet excited state lower in energy than the first singlet excited state, with strong coupling between the S1 and T2 and T3 states, with T3 with the higher ISC rates, which could indicate a deactivation pathway via phosphorescence for this complex. This result may indicate that the complex may undergo in PDT reactions. [Ru(BPY)2(HAT)]2+ (HAT = 1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene) presented similar results for structural parameters compared to the previous complex, but diverged largely in polarity when comparing the ground, singlet, and triplet excited states and in gas phase or in aqueous solution. Spin-orbit coupling calculations provided insight into the fluorescence and phosphorescence of the complex, which can explain the intersystem crossing and the subsequent reactions that may occur in photodynamic therapy for cancer. Corroborating these results, the thermodynamic reaction studies for this complex with oxygen species, nitrogen species, and guanosine monophosphate showed that many of these reactions are favorable which could indicate that it can react via both Type I and Type II PDT mechanisms. |
Abstract: | Neste trabalho fizemos estudos computacionais de três complexos de rutênio (II) como fotossensibilizadores em potencial para terapia fotodinâmica para o câncer (PDT). Como a maioria dos tratamentos são baseados em compostos derivados da porfirina, que apresenta baixa janela de absorção, os complexos de rutênio podem suprir tais limitações, o que poderia levar a uma mais efetiva aplicação da terapia fotodinâmica, com menos efeitos colaterais. O primeiro complexo, [Ru(NH3)4dppz]2+ (dppz = dipyrido[3,2-a:2’,3’-c]phenazine) foi usado em um estudo comparativo para melhor otimizar o método, já que sua estrutura é mais simples que os demais sistemas estudados. Os parâmetros estruturais e os resultados espectroscópicos mostraram que o funcional PBE0 foi mais efetivo para este tipo de estudo, pois os resultados estão mais de acordo com dados experimentais e corroborado por outros estudos na literatura com este tipo de complexo e funcional. Portanto, para os estudos posteriores, o funcional PBE0 foi utilizado. Resultados dos parâmetros estruturais mostraram diferenças significativas nas polaridades entre os diferentes estados e quando computados com o modelo CPCM, o que é esperado, já que os grupos amina do complexo interagem fortemente com a água. Os efeitos do solvente foram avaliados com base no modelo contínuo CPCM o por simulação clássica de Monte Carlo, mas neste caso, como o complexo apresenta fortes ligações de hidrogênio com a água, estudos adicionais são necessários para melhor entender a supressão da emissão deste complexo, já que este não deveria emitir luz em solução. Os parâmetros estruturais para [Ru(BPY)2dppz]2+ mostraram que os comprimentos de ligação e os ângulos foram similares, mas as polaridades foram bem diferentes, quando comparados os diferentes estados e o sistema em fase gasosa ou em solução aquosa. Estudos espectroscópicos mostraram que há três estados excitados tripletos com energia menor que o singleto S1, com forte acoplamento Spin-Órbita (SOC) entre os estados S1 com T2 e T3, sendo que T3 apresenta as maiores taxas de cruzamento intersistema (ISC), o que pode indicar um possível mecanismo de desativação via fosforescência. Este resultado indica que este complexo pode atuar em reações na PDT. [Ru(BPY)2(HAT)]2+ (HAT = 1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene) apresentou resultados similares para os parâmetros estruturais quando comparado ao anterior, sendo que os comprimentos e ângulos de ligação variaram pouco, mas as polaridades variaram mais em relação aos estados fundamental, e estados excitados singleto e tripleto, e também em relação à aplicação do modelo contínuo de solvatação CPCM. Cálculos de SOC trouxeram entendimentos sobre a fluorescência e fosforescência do complexo, o que pode explicar o ISC e as reações subsequentes que podem ocorrer na PDT. Corroborando estes resultados, os estudos da termodinâmica das reações com espécies oxigenadas, nitrogenadas e monofosfato de guanosina mostraram que muitas destas reações são favoráveis, o que pode indicar que o complexo pode atuar na PDT tanto pelo mecanismo tipo I quando pelo tipo II. |
Assunto: | Físico-química Fotoquimioterapia Fotossensibilização biológica Compostos de rutênio Funcionais de densidade Termodinâmica Fluorescência Fosforescência |
Idioma: | eng |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Sigla da Instituição: | UFMG |
Departamento: | ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA |
Curso: | Programa de Pós-Graduação em Química |
Tipo de Acesso: | Acesso Restrito |
metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/ |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/69356 |
Data do documento: | 27-Mar-2024 |
Término do Embargo: | 27-Mar-2026 |
Aparece nas coleções: | Teses de Doutorado |
Arquivos associados a este item:
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
---|---|---|---|---|
Tese-FINAL-a.pdf Até 2026-03-27 | 7.01 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir Solictar uma cópia |
Este item está licenciada sob uma Licença Creative Commons