Estudo de um derivado quinoxalínico do ácido ascórbico na síntese de nanopartículas de prata com potencial aplicação na detecção de L-cisteína

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

INSTITUTO DE QUÍMICA

NAYARA DE ARAÚJO PINHEIRO

ESTUDO DE UM DERIVADO QUINOXALÍNICO DO ÁCIDO ASCÓRBICO NA SÍNTESE DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA COM POTENCIAL APLICAÇÃO NA

DETECÇÃO DE L-CISTEÍNA

Natal 2017

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ESTUDO DE UM DERIVADO QUINOXALÍNICO DO ÁCIDO ASCÓRBICO NA SÍNTESE DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA COM POTENCIAL APLICAÇÃO NA DETECÇÃO DE L-CISTEÍNA

por

Nayara de Araújo Pinheiro

Orientador: Prof. Dr. Fabrício Gava Menezes Coorientadora: Prof. Dr. Renata Mendonça Araújo

Natal 2017

Trabalho de Conclusão de Curso apresentada à Coordenação do Curso de Química da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Química.

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2017

Nayara de Araújo Pinheiro

Estudo de um derivado quinoxalínico do ácido ascórbico na síntese de nanopartículas de prata com potencial aplicação na detecção de L-cisteína

Monografia apresentada à Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN como requisito para obtenção de título de Bacharel em Química

Aprovado em: ____/____/____

Banca examinadora:

____________________________________ Prof. Dr. Fabrício Gava Menezes

Orientador

____________________________________ Prof. Dr. Luiz Henrique da Silva Gasparotto

____________________________________ Prof. Dr. Francisco Ordelei Nascimento da Silva

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You can rest in finding that your roses will grow older. You can see the reason why your story is not over. Warpaint

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AGRADECIMENTOS

Dedico esse trabalho aos meus pais, as pessoas mais importantes da minha vida, que me criaram com tanto amor e esforço, sempre me apoiando e me incentivando em minhas decisões.

À minha irmã, pelo incentivo e pelas palavras carinhosas ao me ver acordada durante as madrugadas.

À Vanessa Corrêa, que sempre me tratou com tanto afeto, por saber quando me oferecer um abraço, por me fazer acreditar do que sou capaz e me encorajar a ir sempre adiante.

Aos meus amigos queridos, que o curso me deu de presente, Samyr Saraiva, Fernando Soares, Rosângela Mayara, Jordan Kerven, Rayane Lima e Sayonara Karina.

Aos meus amigos do coração, que espero levar para a vida toda, Alice Medeiros, Andressa Dantas, Ariel Guerra, Bruno Henrique, Clarice Dominguez, Geddara Cerqueira, Jonilson Vilela, Ligia Guedes e Priscila Bessa.

Às mulheres cientistas da vida real que me inspiram todos os dias. Mulheres com filhos, família, sem tempo ou dinheiro e, ainda assim, impecáveis no que fazem, com uma dedicação de quem acorda todos os dias às seis da manhã para ficar às vezes mais de doze horas num laboratório com olhos que brilham pelo amor à química. A vocês, Fátima, Lilian, Marcela, Jannyely e Heloíza. Quando, por vezes, pensei em desistir, pensei em onde vocês chegaram mesmo com tantas dificuldades.

Ao professor Fabrício Gava Menezes por toda paciência, dedicação e conhecimentos compartilhados durante todo o trabalho.

À professora Renata Mendonça pelas risadas, colaboração, esforço e contribuição.

À professora Grazielle Tavares pelo carinho e pela oportunidade de aprender mais.

A todos do LISCO, grupo de pesquisa que me acolheu como uma família. Àqueles que, de longe, indiretamente, me fizeram chegar até aqui.

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RESUMO

A síntese de nanopartículas de prata (AgNPs) tem se mostrado muito relevante e promissora devido às propriedades relevantes destes materiais, as quais permitem diversas aplicações, incluindo áreas biológicas e tecnológicas. Este trabalho descreve a síntese de AgNPs a partir de um derivado quinoxalínico do ácido L-ascórbico, N-(2-aminofenil)-3-((1S,2S)-1,2,3-trihidroxipropil)quinoxalina-2 carboxamida (AAQX), por meio de sua capacidade de atuar tanto como redutor quanto como estabilizante. As AgNPs foram caracterizadas por análise colorimétrica e por espectroscopia UV-Vis. Os resultados revelam que a melhor condição de síntese foi quando a proporção de Ag+_{em relação ao AAQX foi de 1:8. Foi nesta} condição que houve a menor alteração da banda de LSPR com o passar dos dias. Foi proposto um mecanismo de formação das AgNPs no qual o AAQX provavelmente se liga aos átomos metálicos pelos átomos de Oxigênio ou Nitrogênio presentes em sua composição. Foi realizado um estudo preliminar de detecção de L-cisteína (Cys) por meio das nanopartículas obtidas, no qual verificou-se uma possível seletividade para Cys frente a outros aminoácidos. Verificou-se, ainda, a influência da concentração de Cys e do tempo nesta detecção do referido aminoácido. Os resultados preliminares obtidos no presente trabalho podem fomentar o desenvolvimento de novos sistemas sensitivos ao aminoácido Cys e outros analitos, o que se mostra relevante para a química e também para áreas biológicas e tecnológicas.

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ABSTRACT

The synthesis of silver nanoparticles (AgNPs) has shown to be very relevant and promising due the outstanding properties of these materials, which made possible applications in the biological and technological areas. This work describes the synthesis of AgNPs based on the reduction and stabilizing abilities of the quinoxaline derivative of L-ascorbic acid, N-(2-aminophenyl)-3-((1S,2S)-1,2,3-trihydroxypropyl)-quinoxaline-2-carboxamide (AAQX). AgNPs were characterized by means of naked-eye colorimetric analysis and UV-Vis spectroscopy. The results show that the optimum experimental condition for the synthesis of AgNPs was based on the 1:8 Ag+ _{- AAQX ratio, due the smallest change in the LSPR band over the} days. It has been proposed a mechanism of formation of AgNPs in which the AAQX probably binds to the metallic atoms by the Oxygen or Nitrogen atoms present in its composition. A preliminary study employing the herein synthesized AgNPs in the detection of L-cysteine (Cys) was carried out. A possible selectivity for Cys against other amino acids was verified. The influence of the Cys concentration and time of analysis were verified by UV-Vis spectroscopy. The preliminary results herein reported can foster the development of new chemosensoers for Cys as well as for other analytes, which is very relevant for chemistry and well as biological and technological fields.

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Lista de Figuras

Figura 1 Representação estrutural do AAQX com destaque para os

possíveis sítios redutores e estabilizantes... 15

Figura 2 Copo de Licurgo visualizado por reflexão (esquerda) e por transmissão de luz direta (direita)... 18

Figura 3 Diagrama do plasmon de superfície localizado... 19

Figura 4 Prata metálica Ag0_{... 19}

Figura 5 Picos de absorbância de nanopartículas de prata em torno de 400 nm em diferentes concentrações de AgNO3... 20

Figura 6 Soluções de AgNPs com diferentes estados coloidais: (A) análise colorimétria; (B) análise por espectroscopia UV-Vis... 21

Figura 7 NaBH4 atuando como redutor e agente protetor ou estabilizante na síntese de nanopartículas de prata... 22

Figura 8 Alguns exemplos de compostos heterociclos com nitrogênio... 23

Figura 9 Heterociclos de nitrogênio com diferentes aplicabilidades... 24

Figura 10 Estrutura da Quinoxalina... 24

Figura 11 Representação geral para um quimiossensor óptico seletivo para um dado analito... 26

Figura 12 Detecção de Cys por AgNPs sintetizadas a partir de extratos vegetais e AgNO3... 28

Figura 13 Espectro de IV do AAQX em pastilha de KBr... 30

Figura 14 Espectro de RMN 1_{H do composto AAQX em solvente DMSO... 31}

Figura 15 Dissolução do AAQX em banho-maria a 80 ºC... 32

Figura 16 Fluxograma de ordem de adição na síntese de AgNPs... 33

Figura 17 Sugestão de mecanismo de formação do AAQX a partir da oxidação do ácido ascórbico com p-benzoquinona e posteiror adição de o-fenilenodiamina... 35

Figura 18 Cinética visual da condição de reação 5 (Ag+_{, 0,10 mM e AAQX,} 0,20 mM), na qual há a menor quantidade de AAQX, em: 5, 20, 60 e 120 minutos... 36

Figura 19 Cinética visual da condição de reação 10 (Ag+_{, 0,05 mM e AAQX,} 0,80 mM), na qual há a maior quantidade de AAQX, em: 5, 20, 60 e 120 minutos... 37

Figura 20 Condição de reação 1 [Ag+_] f = 0,050 mM; [AAQX]f = 0,2 mM. À direita, ampliação da banda em torno de 420 nm... 37

Figura 21 Condição de reação 2 [Ag+_] f = 0,075 mM; [AAQX]f = 0,5 mM. À direita, ampliação da banda em torno de 420 nm... 38

Figura 22 Condição de reação 3 [Ag+_] f = 0,1 mM; [AAQX]f = 0,8 mM. À direita, ampliação da banda em torno de 420 nm... 38

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Figura 23 Condição de reação 4 [Ag+_]

f = 0,1 mM; [AAQX]f = 0,8 mM. À direita, ampliação da banda em torno de

420 nm... 38

420 nm... 39

Figura 26

Condição de reação 7 [Ag+_]

f = 0,05 mM; [AAQX]f = 0,8 mM. À direita, ampliação da banda em torno de 420 nm... 39

420 nm... 40

Figura 30 Condições de reação 5 e 6 em meio básico em função do tempo... 42

Figura 35 Proposta mecanística para a síntese de AgNPs utilizando AAQX como redutor e estabilizante... 44 Figura 36 Teste colorimétrico de solução de AgNPs [Ag+_]

f 0,1 mM e [AAQX]f 0,8 mM frente a diferentes aminoácidos. Respectivamente, histidina, lisina, tirosina, alanina, serina, glutamina, prolina e Cys... 45

Figura 37 Proposta mecanística de interação entre a Cys e as AgNPs... 46

Figura 38 Espectro de UV-Vis obtido 30 minutos depois da adição das soluções de Cys com diferentes concentrações a 1 mL de AgNPs... 46 Figura 39 Espectro de UV-Vis obtido 1 hora depois da

adição das soluções de Cys com diferentes concentrações a 1 mL de AgNPs... 47 Figura 40 Espectro de UV-Vis obtido 2 horas depois da

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1 mL de AgNPs... 47 Figura 41 Espectro de UV-Vis obtido 4 horas depois da

adição das soluções de Cys com diferentes concentrações a 1 mL de AgNPs... 47 Figura 42 Espectro de UV-Vis obtido 1 dia depois da

adição das soluções de Cys com diferentes concentrações a 1 mL de AgNPs... 48

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Lista de Abreviaturas NPs – Nanopartículas PVP – Polivinilpirrolidona AAQX – N-(2-aminofenil)-3-((1S,2S)-1,2,3-trihidroxipropil)quinoxalina-2-carboxamida AA – Ácido L-ascórbico

AgNPs – Nanopartículas de Prata

Cys – L-cisteína

P.F. – Ponto de Fusão

IV – Espectroscopia de Infravermelho

RMN de 1_{H –} _{Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio} LSPR – Ressonância Plasmônica de Superfície Localizada

UV-Vis – Espectroscopia de UV-Visível

HPLC-MS – Cromatografia Líquida de Alta Eficiência Acoplada à Espectrometria de Massas MeOH – Metanol EtOH – Etanol d – Dubleto dd – Duplo dubleto t – Tripleto q – Quarteto DMSO – Dimetilsulfóxido µL – Microlitro nM – Nanomolar mM – Milimolar δ – Deslocamento químico em ppm

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SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 13 2 OBJETIVOS... 15 2.1 OBJETIVOS GERAIS... 15 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS... 15 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 16 3.1 NANOCIÊNCIA... 16 3.2 NANOPARTÍCULAS... 17 3.3 NANOPARTÍCULAS DE PRATA... 18

3.4 SÍNTESE DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA... 20

3.5 FUNCIONALIZAÇÃO DE NPs COM DERIVADOS QUINOXALÍNICOS... 22

3.6 QUIMIOSSENSORES... 24

3.7 DETECÇÃO DE CISTEÍNA POR NANOPARTÍCULAS... 26

4 METODOLOGIA... 28

4.1 REAGENTES... 28

4.2 INSTRUMENTAÇÃO PARA CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS... 28

4.3 SÍNTESE DO AAQX... 29

4.4 SÍNTESE DAS NANOPARTÍCULAS DE PRATA... 30

4.5 DETECÇÃO DE CISTEÍNA POR AgNPs... 32

4.5.1 Análise Colorimétrica... 32

4.5.2 Análise por UV-Vis... 32

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO... 33

5.1 SÍNTESE DO AAQX... 33

5.2 SÍNTESE DE AgNPs UTILIZANDO O AAQX COMO AGENTE REDUTOR E ESTABILIZANTE, EM MEIO BÁSICO... 34

5.2.1 Análise por espectroscopia UV-Visível... 36

5.2.2 Proposta de mecanismo para a formação das AgNPs-QX... 43

5.3 ESTUDO PRELIMINAR DA DETECÇÃO DE CYS PELO USO DE AgNPs FORMADAS A PARTIR DO AAQX... 44

6 CONCLUSÃO... 48

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INTRODUÇÃO

1 INTRODUÇÃO

A nanociência diz respeito a umas das áreas com maior crescimento nas últimas décadas. É conhecido que estruturas em uma escala nano (entre 1-100 nm) estão presentes em vários sistemas biológicos conhecidos, incluindo estruturas de ácidos nucleicos, proteínas, lipídeos, entre outros. Com esse conhecimento em mãos, os cientistas passaram a tentar mimetizar estes sistemas nanoestruturados e, mais além, passaram a desenvolver outros sistemas, em especial, os chamados materiais nanométricos.

Nos últimos anos, as nanopartículas de metais nobres (notavelmente ouro e prata) têm atraído amplo interesse da comunidade científica por conta de suas propriedades físico-químicas diferenciadas, incluindo desde áreas superficiais elevadas, a propriedades ópticas distintas. Na medida em que estas NPs passaram a ser aplicadas em diversas áreas, o desenvolvimento de novos métodos de síntese para estes materiais também passaram a ser mais amplamente investigados.

Em geral, os principais métodos de síntese de NPs de ouro e prata são baseados na redução de uma espécie metálica catiônica, que, em presença de um estabilizante, dá origem aos referidos nanomateriais. Alguns reagentes são possíveis de realizar as duas funções, de redutor e estabilizante, tais como os ânions citrato e boroidreto. Recentemente, o glicerol, quando em meio fortemente básico, tem se destacado na síntese verde de NPs, especialmente por conta do mesmo ser formado em rendimentos consideráveis na síntese de biodieseis. Todavia, o uso deste poliol requer um agente estabilizante, tal como a polivinilpirrolidona (PVP) para que estes metais em suas formas reduzidas não formem aglomerados do tipo bulk. Moléculas pequenas também podem ser empregadas como agentes estabilizantes de NPs, em especial, compostos contendo grupos tióis, carboxilatos e aminas, ou seja, grupos que possam se coordenar aos átomos metálicos que constituem as nanoestruturas.

No presente trabalho, o composto N-(2-aminofenil)-3-((1S,2S)-1,2,3-trihidroxipropil)quinoxalina-2-carboxamida (AAQX) foi explorado como agente redutor e estabilizante de NPs de prata (AgNPs). Estruturalmente, o AAQX possui propriedades que possibilitam estas duas funções: uma parte poliol, que pode atuar

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INTRODUÇÃO

na etapa de redução, e grupos amina, amida e quinoxalina, os quais podem atuar como agente estabilizante (Figura 1). A utilização do referido derivado quinoxalínco na síntese de AgNPs pode se mostrar um método acessível e barato, uma vez que há o emprego de reagentes disponíveis comercialmente, com preços reduzidos, incluindo o ácido L-ascórbico (popularmente conhecido como “Vitamina C”). A síntese de AgNPs por meio do uso do AAQX, tanto como agente redutor quanto estabilizante, se mostrou eficiente, gerando partículas estáveis em meio básico e também em meio neutro.

Figura 1 Representação estrutural do AAQX com destaque para os possíveis sítios redutores e

estabilizantes.

Fonte: autor.

As AgNPs sintetizadas no presente trabalho foram avaliadas como quimiossensor para L-cisteína frente a outros aminoácidos. O desenvolvimento de quimiossensores colorimétricos voltados para a detecção e quantificação seletiva de analitos tem se mostrado de extrema importância em áreas biológicas e ambientais. Tal interesse vem, especialmente, em função das rápidas detecções a partir de métodos e instrumentação relativamente simples. O uso de AgNPs funcionalizadas também tem sido relatado na área de quimiossensores, especialmente por conta da coloração amarela que as mesmas adquirem quando em forma esférica, que pode se alterar em função da interação com um determinado analito, a qual reflete também sobre a banda plasmônica típica destes nanomateriais.

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OBJETIVOS

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVOS GERAIS

O objetivo principal do presente trabalho consiste em estudar a capacidade do AAQX, um derivado quinoxalínico polifuncionalizado obtido a partir do ácido ascórbico, como agente redutor e estabilizante de nanopartículas de prata. Também é objetivo do trabalho investigar a possibilidade do sistema nanoestruturado formado na detecção do aminoácido L-cisteína.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Sintetizar e caracterizar (P.F., IV e RMN de 1_{H) o AAQX.}

 Investigar o poder redutor e de estabilização do AAQX na obtenção de AgNPs.

 Avaliar a estabilidade das AgNPs funcionalizadas pelo derivado quinoxalínico em função do tempo e do pH.

 Estudar a interação das AgNPs funcionalizadas com o aminoácido L-cisteína.

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REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 NANOCIÊNCIA

A nanotecnologia é a ciência que lida com a matéria na escala de 10-9_metros em nível atômico e molecular. Apesar dos termos nanotecnologia e nanociência virem recebendo atenção de forma bastante intensa nos últimos anos, não só da comunidade científica, mas, inclusive da mídia, esta área da ciência já tem sido manipulada há centenas de ano, mesmo que de forma insipiente. No século XVII, Johann Kunckel escreveu um capítulo de seu livro que trata de “ouro potável que contém ouro metálico em uma solução neutra, ligeiramente rosa, que exerce propriedades curativas para várias doenças” (KUNKEL, 1679). De fato, este título se refere à solução de nanopartículas de ouro, um metal nobre que gera muito fascínio desde séculos atrás.

Um exemplo clássico do emprego da nanociência em um passado distante consiste no Copo de Licurgo (Figura 2), um artefato com mais de mil anos de existência, e que hoje é exposto no British Museum. O vidro com o qual ele é feito é dicroico. Em luz direta, a cor se assemelha à jade, com um tom amarelo esverdeado opaco, mas quando a luz brilha através do vidro (luz transmitida), ela se apresenta em uma cor de rubi translúcida. Análises detectaram pequenas quantidades de nanocristais de ouro e de prata no Copo de Licurgo, os quais são responsáveis por essa coloração distinta do objeto (HARDEN; TOYNBEE, 1959).

Hoje em dia há um vasto campo de aplicação da nanotecnologia, notavelmente nas áreas medicinais e voltadas às indústrias farmacêuticas e de corantes. Nanopartículas de metais nobres também são amplamente empregadas como catalisadores, e, ainda, podem ter outras importantes aplicações, tais como na área de quimiossensores. Castillo e colaboradores (2017), por exemplo, desenvolveram um sensor altamente sensível e seletivo para mercúrio em meio aquoso à base de nanopartículas de ouro.

De fato, o que faz esses materiais serem tão amplamente explorados em diversas áreas são as fascinantes propriedades oriundas das suas formas de organização, isto é, da natureza dos sistemas nanoestruturados.

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Figura 2 Copo de Licurgo visualizado por reflexão (esquerda) e por transmissão de luz direta (direita).

Fonte: British Museum, 2017.

3.2 NANOPARTÍCULAS

Uma nanopartícula (NP) é o componente fundamental das nanoestruturas. NPs metálicas possuem propriedades físicas e químicas bastante distintas daquelas encontradas em metais em seu estado bulk, como, por exemplo, pontos de fusão mais baixos, áreas superficiais específicas mais altas, propriedades ópticas, etc.

As características mais comuns das nanopartículas metálicas, de ouro e prata, por exemplo, são a estabilidade e o tamanho muito pequeno (FAVIER; PLA; GÓMEZ, 2017). Esta última resulta em uma alta área superficial, o que, inclusive, torna possível suas funcionalizações, como no trabalho de Fontana e colaboradores (2017), onde as AgNPs são funcionalizadas com diferentes ditióis. Essas propriedades tornam as nanopartículas bastante versáteis, e possibilitam a aplicação das mesmas em diversas áreas, incluindo atividades biológicas para diversos fins, tais como antibacteriana e anticâncer, atuação como sistemas carreadores e de liberação controlada de fármacos, receptores seletivos para detecção de analitos e catalisadores. Inúmeros trabalhos interessantes com aplicações de NPs nessas áreas tem sido realizados ao longo dos anos, como Bosetti e colaboradores (2012), Holzinger e colaboradores (2014) e Abd Ellah e Abouelmagd (2017).

Em termos de propriedades ópticas, as cores únicas observadas em soluções contendo NPs devem-se ao comportamento dos chamados plasmons de superfície. A ressonância de plasmon (Figura 3) pode ser compreendida como uma oscilação coerente dos elétrons de condução superficial excitados por radiação eletromagnética. A luz interage com partículas muito menores do que o comprimento de onda incidente, levando o plasmon a oscilar localizadamente ao redor da

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nanopartículas com uma frequência conhecida como LSPR (ressonância plasmônica de superfície localizada). Esse fenômeno gera uma absorção na região de UV-Vis bastante típica para NPs de alguns metais, notavelmente prata e ouro, com colorações em tons avermelhados e amarelados, respectivamente (WILLETS e VAN DUYNE, 2007). De fato, essas propriedades ópticas de soluções contendo NPs permitem uma série de aplicações.

Figura 3 Diagrama do plasmon de superfície localizado.

Fonte: Adaptado de Willets e Duyne (2007).

3.3 NANOPARTÍCULAS DE PRATA

A prata é um metal de transição precioso, de brilho bastante intenso quando em seu estado sólido (Figura 4), e considerada excelente condutor elétrico e térmico. Tais características provêm de sua estrutura cristalina cúbica de face centrada e da disponibilidade de seus elétrons de valência. A prata também é um chamado metal nobre, sendo essa denominação originária da sua resistência ao processo de oxidação.

Figura 4 Prata metálica Ag0_.

Fonte: Heirich Pniok.

Nayara de Araújo Pinheiro 20

Campo elétrico

Nuvem de elétrons

Esfera metálica

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Quando na forma de NPs, prata coloidal possui coloração amarelada na maioria dos casos, tendo uma intensa banda de absorbância na faixa de 380 a 420 nm no espectro UV-Vis associada à mesma (Figura 5) (GAO; WU; DI, 2012).

Figura 5 Picos de absorbância de nanopartículas de prata em torno de 400 nm em diferentes

concentrações de AgNO3.

Fonte: Adaptado de BABER, 2015.

Outras cores também podem ser atribuídas às AgNPs, especialmente por conta da forma e tamanho das mesmas. A Figura 5 apresente a variação das cores e dos espectros de UV-Vis de AgNPs em diferentes estados de agregação. Na Figura 6A estão apresentadas diferentes soluções de AgNPs, as quais variam em seu estado de agregação. Nota-se claramente uma mudança de cor em função deste estado, a qual, como esperado, é refletida nos espectros de absorção na região do UV-Vis (Figura 6B). Nas figuras, a solução (a) se refere à AgNPs com tamanho médio em torno de 55-65 nm (MELO et al., 2012).

Nayara de Araújo Pinheiro 21

Comprimento de onda (nm) A b so rb â n ci a

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Figura 6 Soluções de AgNPs com diferentes estados coloidais: (A) análise colorimétria; (B) análise

por espectroscopia UV-Vis.

Fonte: Adaptado de MELO et. al., 2012.

O deslocamento da banda é dependente do tamanho da partícula, ambiente químico, espécies adsorvidas na superfície e constante dielétrica (MULVANEY, 1996).

Dessa forma, nanopartículas de prata preparadas por diferentes métodos de síntese podem ter absorbâncias em comprimentos de onda distintos e, ainda assim, representarem nanopartículas.

As nanopartículas de prata, em particular, tem sido muito exploradas tanto na área medicinal, atuando como antibacteriano, e na área de sensores, atuando na detecção de íons e moléculas ambientalmente e biologicamente relevantes.

3.4 SÍNTESE DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA

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Existem duas formas principais de sintetizar nanopartículas, as quais vem sendo utilizadas há bastante tempo. A primeira é a “quebra”, ou top-down, na qual uma força externa é aplicada a um sólido de forma a propiciar a quebra de partículas maiores para gerar partículas menores. A outra maneira é a “construção”, ou o bottom-up, no qual há a produção de nanopartículas partindo de átomos ou moléculas. Esta última é a forma mais utilizada pelos químicos para sintetizar partículas em nanoescala (HORIKOSHI; SERPONE, 2013).

Existem diversos métodos do tipo bottom-up relatados na literatura. Estes métodos necessitam de um agente redutor do metal e um agente estabilizante, sendo que um reagente específico pode ou não executar as duas funções. Um agente que apresenta esta dualidade é o boroidreto de sódio. Este reagente, como o nome sugere, é uma fonte de hidreto, tradicionalmente conhecido como agente redutor. Adicionalmente, ele pode gerar ânions boroidreto, que conseguem estabilizar as NPs. O agente estabilizante possui um papel fundamental na síntese das nanopartículas. A adsorção do estabilizante na nanopartícula promove uma carga superficial particular, como mostrado na Figura 7. Esse impede que haja a agregação das nanopartículas, de modo que as separam por repulsão eletrostática (MULFINGER et. al., 2007).

Figura 7 NaBH4 atuando como redutor e agente protetor ou estabilizante na síntese de

nanopartículas de prata, de modo que é gerada uma carga superficial.

Fonte: MULFINGER et. al, 2007.

Apesar de bastante utilizado, o boroidreto de sódio é tóxico e, dessa forma, outros agentes redutores tem sido empregados no sentido de transformar os processos de formação de NPs em métodos mais “verdes”. Dentro deste contexto, o uso de polióis tem sido amplamente empregado. Em especial, destaca-se o uso do glicerol, cuja produção em larga escala de biodiesel o transformou hoje em um

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poluente em potencial (KIM; JEONG e MOON, 2006). Para as sínteses de NPs utilizando o glicerol, a polivinilpirrolidona (PVP) tem sido frequentemente utilizada como agente estabilizante.

Atualmente, moléculas orgânicas pequenas também têm sido empregadas como agentes estabilizantes na síntese de nanopartículas de prata. Chen e colaboradores (2014) utilizam tris-(hydroximetil)-aminometanona síntese NPs de ouro. A possibilidade de utilizar diferentes agentes estabilizantes na síntese nas AgNPs oferece oportunidades de se empregar esses materiais em uma extensa gama de aplicações. Alguns exemplos relatados na literatura mostram essa versatilidade das NPs funcionalizadas (BESSAR et. al., 2016; ROSSI et. al., 2016; VENDITTI et. al., 2015).

3.5 FUNCIONALIZAÇÃO DE NPs COM DERIVADOS QUINOXALÍNICOS

Os compostos heterocíclicos podem ser definidos como compostos orgânicos cíclicos que contêm ao menos um heteroátomo (notavelmente, nitrogênio, oxigênio e enxofre) como parte do ciclo. Os compostos heterocíclicos contendo o nitrogênio como heteroátomo tem atraído bastante atenção da comunidade científica devido aos seus aspectos estruturais que fornecem interessantes propriedades (MIRANDA et. al., 2008; NERI et. al., 2017). Alguns heterociclos nitrogenados mais populares podem ser citados: imidazol, piridina, pirimidina e piperazina (Figura 8).

Figura 8 Alguns exemplos de compostos heterociclos com nitrogênio.

Fonte: autor.

Esses compostos são, em grande parte, precursores biossintéticos naturais. Alguns estão envolvidos em processos biológicos nos quais atuam como base e como nucleófilos. Há uma gama enorme de aplicações que esses compostos podem originar, podendo atuar tanto em malefício quanto em benefício ao corpo humano. A

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Figura 9 representa heterociclos com diferentes funções. A coniina (2-propilpiperidina), por exemplo, foi uma das substâncias utilizadas para envenenar Sócrates. Já a timina (5-metilpirimidina-2,4(1H,3H)-diona) é um dos constituintes dos nucleotídeos que geram o ácido desoxirribonucleico, o DNA (CAREY, 2000).

Figura 9 Heterociclos de nitrogênio com diferentes aplicabilidades

Fonte: autor.

Além das pesquisas envolvendo os compostos heterocíclicos nitrogenados, como em Hu e Hunter (2013), os compostos heteroaromáticos policíclicos possuem atributos bastante vantajosos e tem atraído a atenção dos pesquisadores, principalmente como precursores para reações envolvendo substituintes. Silva e colaboradores (2015) realizaram a síntese de heterociclos a partir de ácido ascórbico, obtendo diferentes produtos funcionalizados. Uma unidade heterocíclica com o Nitrogênio como heteroátomo que vem se destacando nas pesquisas e trabalhos é a quinoxalina (SILVA et. al., 2016; MORAIS et. al., 2017) representada da Figura 10.

Figura 10 Estrutura da Quinoxalina

Fonte: autor.

A quinoxalina é uma unidade heterocíclica que provém da fusão de um anel benzênico com uma unidade pirazínica. A presença de dois átomos de nitrogênio no

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anel sistema causa um maior caráter polar nas ligações, de forma que estes compostos sejam termicamente estáveis (SILVA, 2015).

Os derivados quinoxalínicos são conhecidos por possuírem forte atividade biológica e interessantes propriedades ópticas. Esta última, em especial, devido ao transporte de elétrons suportado pela conjugação do sistema. Cui e colaboradores (2015) desenvolveram um sensor colorimétrico e fluorescente sensível e seletivo para íons prata à base de um derivado quinoxalínico.

Diversas são as formas de sintetizar os derivados quinoxalínicos relatadas na literatura (TARPADA et. al., 2017; PATEL et. al., 2016; HAZARIKA e PHUKAN, 2017). Em geral estas reações envolvem as condensações de diaminas aromáticas com compostos α-dicarbonilados, através de metodologias fazendo uso de catalisadores, meio aquoso, micro-ondas, dentre outras condições. Um interessante derivado quinoxalínico é o composto N-(2-aminofenil)-3-((1S,2S)-1,2,3-trihidroxipropil)-quinoxalina-2-carboxamida (AAQX), obtido a partir do ácido L-ascórbico, em um procedimento que envolve, primeiramente, a oxidação deste ácido, seguido da reação do ácido deidroascórbico com dois equivalentes de o-fenilenodiamino (Esquema 1). Recentemente, este composto foi verificado ser um quimiossensor colorimétrico seletivo para Cu2+_{tanto em solução metanólica (SILVA} et. al., 2016) quanto adsorvido em papel (MORAIS et. al., 2017).

Esquema 1 Metodologia de síntese do AAQX.

Fonte: autor.

3.6 QUIMIOSSENSORES

(27)

Analito

Sítio receptor Sítio sinalizador

Segundo Czarnik (1993), citado por Zimmermann-Dimmer e Machado (2008), um sensor químico é um dispositivo micro ou macroscópico de origem abiótica que interage reversivelmente com um analito químico, com transdução de sinal. Ou seja, quando em presença de determinado analito, há alguma resposta no composto que pode identificar a existência da espécie em questão.

Um quimiossensor deve conter uma unidade receptora, aonde o analito irá se ligar; e uma unidade sinalizadora, que pode ser cromóforo, fluoróforo ou centro redox (Figura 11). Os primeiros quimiossensores que se tem conhecimento são os indicadores de pH, substâncias que mudam de coloração de acordo com o pH em que se encontram. A fenolftaleína é um indicador originalmente incolor que se torna rosado quando em solução alcalina. O vermelho de metileno torna-se azul em presença de meio ácido (ZIMMERMANN-DIMER e MACHADO, 2008).

Figura 11 Representação geral para um quimiossensor óptico seletivo para um dado analito.

Fonte: autor.

Muitos trabalhos têm sido realizados na área de quimiossensores, principalmente devido à rapidez, baixo custo e eficiência similar em comparação com os métodos analíticos clássicos de análises, como a Espectrometria de Absorção Atômica, Espectrometria de Massas com Plasma Indutivamente Acoplado, Espectroscopia de Fluorescência de Raio-X, Espectrometria de Emissão Atômica, etc (LI e HE, 2017). Hoje em dia, as nanopartículas metálicas modificadas tem ganhado considerável espaço como quimiossensores seletivos e sensíveis. Caetano e colaboradores (2017) desenvolveram um sensor extremamente sensível à base de NPs de ouro capaz de detectar dopamina na faixa de nM. Já no trabalho de Ivrigh e

(28)

colaboradores (2017), foi desenvolvido um nanossensor colorimétrico para a detecção do fungicida prothioconazole, tendo como base a agregação das NPs.

3.7 DETECÇÃO DE CISTEÍNA POR NANOPARTÍCULAS

Aminoácidos são componentes essenciais para os organismos vivos, uma vez que são os constituintes das proteínas e de diversas enzimas. A L-cisteína (Cys) é um aminoácido essencial, que apesar de estar presente em menos de 2% nas estruturas das proteínas, é envolvida em diversas funções biológicas, especialmente como parte da tríade catalítica em enzimas, e como precurssora de outro aminoácido, a metionina (PACE; WEERAPANA, 2013).

Estruturalmente, a cisteína é uma α-aminoácido contendo uma cadeia lateral metilenotiol (CH2SH). Este grupo funcional é bastante reativo no meio biológico, podendo sofrer algumas transformações químicas relevantes, incluindo a oxidação ao aminoácido cistina (via formação de ponte dissulfeto), ou mesmo reagir com espécies eletrofílicas via reações de substituição nucleofílica.

Por conta de sua importância biológica, o monitoramento dos níveis de Cys se torna bastante importante para a prevenção de patologias. Neste sentido, diversos trabalhos explorando métodos de detecção de Cys vem sendo relatados na literatura. Os principais métodos de análise fazem uso de instrumentos de alto custo, tais como cromatografia líquida de alta eficiência acoplada à espectrometria de massas (HPLC-MS), eletroforese capilar e, em geral, não são rápidos. Por isso, o desenvolvimento de sensores colorimétricos para detecção de Cys se torna uma alternativa bastante viável. Como exemplo, estão substratos aromáticos que reagem com Cys via substituição nucleofílica aromática pelo ataque inicial do átomo de enxofre, produzindo alterações estruturais capazes de serem detectadas através de espectroscopias na região do UV-Vis ou de fluorescência (ZENG et. al., 2012).

Recentemente, o uso de NPs também tem sido bastante relevante na detecção de Cys. Athilakshmi e colaboradores (2013) relataram o uso de AgNPs para a detecção de Cys e cistina com base na mudança de cor como consequente da agregação das AgNPs na presença dos aminoácidos. De forma similar, Borase e colaboradores (2015) relataram o uso de extratos vegetais para a síntese de AgNPs, as quais sofreram ação do aminoácido Cys para gerar novas formas de agregação

(29)

dos átomos metálicos. Este exemplo é apresentado na Figura 12. Outro ponto importante, diz respeito às NPs funcionalizadas com derivados de Cys também serem utilizadas como sensores para cátions metálicos, conforme relatado por Oliveira e colaboradores (2011) e também por Bamdad e colaboradores (2016).

Figura 12 Detecção de Cys por AgNPs sintetizadas a partir de extratos vegetais e AgNO3.

Fonte: Adaptado de Borase et. al.

(30)

METODOLOGIA

4 METODOLOGIA

4.1 REAGENTES

Os reagentes empregados nas reações assim como os solventes de uso rotineiro em laboratório foram adquiridos de fontes comerciais (Sigma-Aldrich, Merck, Synth, Dinâmica, Vetec-Química Fina) e utilizados sem purificação prévia, com exceção da água destilada e água ultrapura.

 Ácido L-ascórbico (AA)  P-benzoquinona

 O-fenilenodiamina  Metanol

 Água destilada  Etanol

 Nitrato de prata (AgNO3)  Hidróxido de sódio (NaOH)  Água ultrapura

4.2 INSTRUMENTAÇÃO PARA CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS

Análises de infravermelha foram utilizadas para identificar as funções orgânicas do composto AAQX e investigar a composição dessa amostra. Essas análises foram feitas em um equipamento Thermo modelo Evolution 60s. Foi utilizada a análise de RMN para a elucidação estrutural do composto AAQX de modo que este fosse obtido com a maior pureza possível. Os espectros de RMN de 1_{H foram adquiridos} em equipamentos Bruker modelo Avande DPX-500, do Centro Nordestino de Aplicação e Uso da Ressonância da Universidade Federal do Ceará (CENAUREMN - UFC). Utilizou-se um espectrômetro de UV-Vis modelo Red Tide USB650UV para as análises das amostras obtidas. O equipamento foi utilizado para obter informações sobre a cinética de formação das partículas e para comprovar a formação dessas, além de acompanhar a estabilidade adquirida pelo sistema a partir do uso de AAQX como redutor e estabilizante.

(31)

METODOLOGIA

4.3 SÍNTESE DO AAQX

A síntese do composto AAQX foi realizada de acordo com um método já descrito na literatura (SEKILY; MANCY e FAHMY, 1984). Em um balão de 100 ml contendo 37,5 mL de uma solução de metanol-água 1:1 (v/v), foram adicionados 3,00 g (17 mmol) de ácido-L-ascórbico e 1,84g (17 mmol) de p-benzoquinona. A reação foi mantida sob agitação por duas horas em temperatura ambiente e, após esse tempo, foram adicionados 3,68 g (51 mmol) de o-fenilenodiamina. A reação foi então mantida sob agitação por três horas em temperatura ambiente. O sólido formado foi filtrado a vácuo, lavado com água gelada e recristalizado em etanol para fornecer o produto puro com 60% de rendimento.

Figura 13 Espectro de IV do AAQX em pastilha de KBr.

Fonte: autor.

Ponto de fusão medido: 180ºC; IV (KBr) υmax (cm-1) 3453, 3302, 2873, 1670, 1517, 1456, 1047, 752. RMN 1_{H (300 MHz, DMSO-D6) δ (ppm) 10.1 (s, 1H, NH,}

amida), 8.16 – 8.24 (dd, 2H, CH, Ar.), 7.90 – 7.99 (sl, 2H, CH, Ar.), 7.35 (d, 1H, CH, Ar.), 7.0 (t, 1H, CH, Ar.), 6.79 (d, 1H, CH, Ar), 6.63 (t, 1H, CH, Ar.), 5.44 (sl, 2H, CH, OH), 5.0 (sl, 2H, NH, amina), 4.78 (d, 1H, OH), 4.61 (t, 1H, CH), 4.0 (sl, 1H, CH), 3.53 – 3.40 (m, 2H, CH).

(32)

METODOLOGIA

Figura 14 Espectro de RMN 1H do composto AAQX em solvente DMSO.

Fonte: autor.

4.2 SÍNTESE DAS NANOPARTÍCULAS DE PRATA

Inicialmente, foi realizado um planejamento experimental através do Software MODDE (Tabela 1 Planejamento de síntese de AgNPs com AAQX de modo a visualizar qual seria a melhor condição de interação entre o composto AAQX e Ag+ sem que fosse necessário realizar inúmeros experimentos.

A partir do DoE (Statistical design of experiments), ou construção estatística de experimentos, com a réplica e aleatorização, torna-se possível extrair informações estatísticas importantes para a otimização do processo. Os experimentos foram realizados em duplicata, com diferentes concentrações e consequentemente diferentes proporções, com volume final de síntese 5 mL.

(33)

METODOLOGIA

Tabela 1 Planejamento de síntese de AgNPs com AAQX Ordem de

experimento [Ag+]final [AAQX]final Proporção_Ag+_:AAQX

1 0,050 mM 0,2 mM 1:4 2 0,075 mM 0,5 mM 1:6,67 3 0,100 mM 0,8 mM 1:8 4 0,100 mM 0,8 mM 1:8 5 0,100 mM 0,2 mM 1:2 6 0,100 mM 0,2 mM 1:2 7 0,050 mM 0,8 mM 1:16 8 0,075 mM 0,5 mM 1:6,67 9 0,050 mM 0,2 mM 1:4 10 0,050 mM 0,8 mM 1:16 Fonte: autor.

Foram então preparadas soluções-estoque das substâncias com água ultrapura utilizando: AAQX 1 mM, AgNO3 10 mM, NaOH 1 M. Inicialmente, o AAQX foi dissolvido em banho-maria a 80 ºC por 60 minutos, como mostra a Figura 15, e depois filtrado a quente. O NaOH foi preparado imediatamente antes do uso.

Figura 15 Dissolução do AAQX em banho-maria a 80 ºC.

Fonte: autor.

As sínteses das nanopartículas foram realizadas de acordo com Gasparotto e colaboradores (2012). Em tubos Falcon esterilizados, uma solução de hidróxido de sódio aquoso foi adicionada à solução contendo AgNO3 e AAQX (Figura 16). Duas horas após as sínteses, foram realizados ajustes de pH pela adição de ácido clorídrico 2 M para cada condição de reação até que esse ficasse próximo a 7.

(34)

METODOLOGIA

Figura 16 Fluxograma de ordem de adição na síntese de AgNPs.

Fonte: autor.

4.3 DETECÇÃO DE CISTEÍNA POR AgNPs

4.3.1 Análise Colorimétrica

Inicialmente, foi realizada a síntese de AgNPs de acordo com o método 3 descrito na Tabela 1, no qual a proporção é de 1:8 (AgNO3–AAQX). Após três horas, a 8 tubos para microcentrífuga (Eppendorf tubes®) contendo 5 mg de diferentes aminoácidos foram adicionados 1 mL dessa solução (ainda em meio básico). Os aminoácidos utilizados foram histidina, lisina, tirosina, alanina, serina, glutamina, prolina e Cys.

4.3.2 Análise por UV-Vis

Primeiramente, foi registrado um espectro de UV-Vis da solução de AgNPs e, em seguida, um espectro da solução contendo AgNPs e Cys (descritas no item 4.5.1). Após a comparação dos dois espectros, foram registrados espectros de soluções contendo 1 mL de AgNPs e 100 µL de diferentes concentrações de Cys (10, 0.1, 0.01 e 0.001 mM).

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RESULTADOS E DISCUSSÕES

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 SÍNTESE DO AAQX

A síntese do AAQX foi realizada de acordo com a literatura (SEKILY; MANCY e FAHMY, 1984). O produto final foi obtido com um rendimento de 60%, tendo a primeira caracterização realizada a partir da medida da temperatura de fusão, no valor de 180 ºC, o que está condizente com o relatado na literatura (SILVA, 2015).

O espectro de infravermelho () possibilitou identificar os grupos funcionais presentes no AAQX. Algumas bandas importantes para a identificação deste composto são evidenciadas no espectro. Foram observadas bandas características da deformação axial da ligação C=O de amida (entre 1690–1650 cm-1_{), de estiramento da ligação} C

SP2=C_SP2 de anel aromático (~1500 cm-1), de C−N de aminas secundárias (entre 1100–1090 cm-1_{) e as de deformação de} O – H (δ = 3650–3200 cm-1_{) e de N – H (δ = 3500–3300 cm}-1_{) são identificadas} facilmente.

A formação do composto almejado também pôde ser comprovada através da análise de RMN de 1_{H. No espectro (Figura 14), o singleto em δ 10,10 ppm refere-se} ao H da amida, estando em campo mais baixo devido à desproteção oriunda dos efeitos de ressonância e de eletronegatividade. Foram verificados seis sinais na região entre 8,30 e 5,50 ppm, e que são referentes aos hidrogênios aromáticos. Os sinais dos hidrogênios alquílicos e hidroxílicos também estão de acordo com o esperado para a estrutura. Merecem destaque os dois multipletos observados entre 3,40 e 3,50 ppm, que são referentes aos hidrogênios diasterotópicos do grupo metileno, clara consequência dos centros assimétricos presentes na molécula. Os sinais em 3,3 e 2,5 ppm são devido à presença de água e DMSO residual no solvente deuterado.

A Figura 17 apresenta um provável mecanismo de formação do AAQX, o qual foi dividido em três estágios, de acordo com a natureza das transformações químicas. Na primeira etapa, ocorre a oxidação do ácido ascórbico, provavelmente via um processo radicalar. Em seguida, acontece a condensação entre a o-fenilenodiamina e o ácido deidroascórbico (proveniente do estágio 1), formando a unidade quinoxalínica. Por fim, um segundo equivalente de o-fenilenodiamina é

(36)

incorporado à molécula por meio de uma reação de substituição nucleofílica na carbonila, resultando, assim, no composto de interesse, o AAQX.

Figura 17 Sugestão de mecanismo de formação do AAQX a partir da oxidação do ácido ascórbico

com p-benzoquinona e posteiror adição de o-fenilenodiamina.

Fonte: autor.

5.2 SÍNTESE DE AgNPS UTILIZANDO O AAQX COMO AGENTE REDUTOR E ESTABILIZANTE, EM MEIO BÁSICO

(37)

Estruturalmente, o AAQX é bastante interessante para ser estudado tanto em termos de agente redutor, quanto como agente estabilizante. Primeiramente, o AAQX possui um substituinte 1,2,3-triidroxipropil que pode fazer o papel do glicerol como agente redutor, em meio básico (GOMES et. al., 2015). Já na parte de estabilização, nota-se vários grupos capazes de atuar como base de Lewis, incluindo a unidade quinoxalínica, o grupo amino, o grupo anilina, além, dos possíveis produtos de oxidação da porção alcoólica da molécula.

Uma primeira análise do AAQX na síntese de AgNPs foi feita visualmente, com alguns resultados interessantes. Nos primeiros 5 minutos de reação, as soluções adquirem coloração cinza, passando a uma coloração amarela após 120 minutos (Figura 18 e Figura 19). Tal fato sugere que o sistema passa por um estado de agregação inicial de pré-formação das AgNPs (uma vez que a solução final tem coloração amarela, típica de AgNPs). Uma segunda observação relevante acerca da capacidade do AAQX atuar como um potencial redutor e estabilizante na síntese das AgNPs diz respeito ao efeito da concentração deste ligante na velocidade de formação das AgNPs. A partir da comparação entre a Figura 18 e Error: Reference source not found, é possível sugerir que, quanto menor a proporção de AAQX no meio reacional, mais lentamente a coloração cinza desaparece para dar origem à amarela; quanto mais AAQX no meio reacional, mais rapidamente isso ocorre. De fato, a constatação de que mais AgNPs são formadas na medida em que há uma maior concentração de AAQX no meio reacional é esperada, uma vez que se está aumentando a quantidade do agente redutor.

Figura 18 Cinética visual da condição de reação 5 (Ag+_{, 0,10 mM e AAQX, 0,20 mM), na qual há a}

menor quantidade de AAQX, em: 5, 20, 60 e 120 minutos.

Fonte: autor.

(38)

Figura 19 Cinética visual da condição de reação 10 (Ag+_{, 0,05 mM e AAQX, 0,80 mM), na qual há a}

maior quantidade de AAQX, em: 5, 20, 60 e 120 minutos.

Fonte: autor.

5.2.1 Análise por espectroscopia UV-Visível

A partir dos espectros de UV-Vis da solução coloidal formada a partir da reação de cátions Ag+_{com AAQX, em meio básico, formando NPs funcionalizadas por} derivado(s) quinoxalínico(s) (AgNPs-QX) é possível verificar o aparecimento de uma banda em torno de 420 nm, a qual é referente à ressonância plasmônica. Essa banda foi observada para todas as condições de síntese, evidenciando a formação das AgNPs-QX em diferentes proporções dos reagentes. Os espectros foram realizados antes do ajuste de pH, ainda em meio básico, logo após o ajuste de pH e 20 dias após o ajuste. Além do mais, foram avaliados os espectros de UV-Vis em função do tempo em meio básico, desde 10 minutos após as sínteses até 4 horas e também em função dos dias, desde 1 dia até 4 dias.

Figura 20 Condição de reação 1 [Ag+_]

f = 0,050 mM; [AAQX]f = 0,2 mM. À direita, ampliação da banda

em torno de 420 nm.

Fonte: autor.

(39)

em torno de 420 nm.

Fonte: autor.

em torno de 420 nm.

Fonte: autor.

em torno de 420 nm.

Fonte: autor.

(40)

em torno de 420 nm.

Fonte: autor.

em torno de 420 nm.

Fonte: autor.

em torno de 420 nm.

Fonte: autor.

(41)

em torno de 420 nm.

Fonte: autor.

em torno de 420 nm.

Fonte: autor.

em torno de 420 nm.

Fonte: autor.

(42)

Nota-se que nas condições 5 e 6 (Figura 24 e Figura 25), nas quais há a menor proporção de AAQX, a absorbância da banda diminui 20 dias após a reação, mesmo com o pH ajustado. Isso pode indicar que não há, em solução, AAQX suficiente para a estabilização das AgNPs.

Nas condições 7 e 10 (Figura 26 e Figura 29), as quais há a maior proporção de AAQX, a absorbância da banda cresce 20 dias após a reação, mesmo com o pH ajustado. Uma hipótese levantada é que há um excesso de AAQX no meio, o que favorece a redução das nanopartículas, de modo que haja o crescimento dessas, mesmo com o pH ajustado.

A partir destes resultados iniciais, pode-se especular que o AAQX é um potencial redutor e estabilizante para a formação de nanopartículas de prata, uma vez que, em proporções adequadas, como em 3 e 4 (Figura 22 e Figura 23) , mesmo após 20 dias da reação, a banda pouco se alterou quando comparada às medidas realizadas logo após o ajuste de pH.

Analisando os dados obtidos a partir das análises por espectroscopia UV-Vis, nota-se que em algumas das reações, a formação das AgNPs decorre por um período de 20 dias. A partir dos resultados, além da influência da concentração do AAQX em solução, não se pode descartar a formação de algum composto de coordenação previamente à formação das AgNPs. De fato, o AAQX, tanto antes quanto após ser oxidado, possui diversos grupos coordenantes, capazes de estabilizarem os cátions Ag+_{de forma a retardar suas reduções. Inclusive, a} possibilidade de formação de um composto de coordenação previamente à formação das NPs foi possivelmente evidenciada em outros trabalhos relatados na literatura, tais como na formação de nanopartículas de ouro estabilizadas pelo composto 2,3,-dietanolaminoquinoxalina (SILVA, 2016).

A partir do acompanhamento da cinética de formação das AgNPs em diferentes condições de reação, é possível notar que nas condições 1 , 5, 6 e 9 (Figura 30 e Figura 31), o crescimento da banda em torno de 420 nm se dá em pequenas porções, sendo assim possível sugerir que o crescimento das partículas em presença de baixas concentrações relativas de AAQX acontece de forma lenta. Em 4 dias a banda nesses casos praticamente desaparece, sugerindo uma agregação das NPs.

(43)

Já para as condições 2, 3, 4, 7, 8 e 10 (Figura 32, Figura 33, Figura 34), onde há maiores concentrações de AAQX, o crescimento da banda em torno de 420 nm se dá de forma mais espaçada, com intervalos maiores de crescimento com o passar do tempo. Observa-se que no quarto dia ainda há o crescimento da banda em torno de 420 nm para essas condições, fortalecendo a presunção de que o AAQX é um bom estabilizante para a síntese de NPs.

Figura 30 Condições de reação 5 e 6 em meio básico em função do tempo.

Fonte: autor.

(44)

Fonte: autor.

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5.2.2 Proposta de mecanismo para formação das AgNPs-QX

Com base nas evidências experimentais obtidas até o momento, é possível se propor um mecanismo simplificado para a formação das AgNPs a partir da reação de Ag+_{com o AAQX em meio básico (Figura 35). Certamente, são necessárias} evidências com relação às transformações químicas que ocorrem no decorrer da reação, incluindo os processos de oxidação da porção alcoólica do AAQX, assim como na formação do complexo final. Inicialmente, após a combinação dos reagentes, pode-se considerar, ou não, a formação de composto(s) de coordenação envolvendo AAQX e Ag+_{(estágio I). Diferentes estequiometrias podem existir devido} ao grande número de grupos coordenantes presentes no AAQX. No estágio seguinte, II, a prata catiônica começa a ser reduzida a partir da oxidação alcoólica do AAQX. Neste estágio, os átomos de prata começam a se agregar, sendo estabilizados pelas espécies chamadas de AAQX*, que podem ser o próprio AAQX ou moléculas oriundas de sua oxidação, e que também podem, inclusive, estar coordenadas a cátions Ag+_{. Ao final do processo (estágio III), há a formação das} AgNPs, estabilizadas pelo AAQX ou seu(s) derivado(s) de oxidação.

Figura 35 Proposta mecanística para a síntese de AgNPs utilizando AAQX como redutor e

estabilizante. N N OH HO HO O HN H2N AAQX Ag+ + HO -AAQX Ag+ I Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ AAQX* Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ AAQX* AAQX* AAQX* AAQX* AAQX* AAQX* AAQX* AAQX* AAQX* AAQX* AgNP II III AAQX Ag+ Ag+ AAQX* Fonte: autor.

(46)

5.3 ESTUDO PRELIMINAR DA DETECÇÃO DE CYS PELO USO DE AGNP FORMADAS A PARTIR DO AAQX

A Figura 36 apresenta as soluções contendo AgNPs formadas a partir do AAQX em meio básico e 5 mg dos diferentes aminoácidos estudados imediatamente após a adição dos mesmos. Nota-se, claramente, que apenas a solução contendo Cys mudou de cor, passando de amarelo intenso para uma coloração mais clara (tom de bege).

Figura 36 Teste colorimétrico de solução de AgNPs [Ag+_]

f 0,1 mM e [AAQX]f 0,8 mM frente a

diferentes aminoácidos. Respectivamente, histidina, lisina, tirosina, alanina, serina, glutamina, prolina e Cys.

Fonte: autor.

Com base neste resultado, é especulada uma proposta mecanística, a qual é apresentada na Figura 37. Inicialmente, a Cys se liga a prata através do grupo tiolato, bastante conhecido por formar fortes ligações com metais nobres como o ouro e a prata. Uma vez que a reação corre em pH básico, existe um grupo carboxilato livre, o qual pode se ligar também à prata. Dessa forma, ocorre uma aglomeração das AgNPs, ocasionando a mudança de coloração da solução. De fato, a literatura traz que grupos carboxilato, tais como derivados de ácidos graxos, são capazes de se ligar à prata metálica, inclusive quando na forma nanoestruturada (COSTA e colaboradores, 2017).

(47)

Figura 37 Proposta mecanística de interação entre a Cys e as AgNPs.

QX QX QX QX AgNP H₂N S O O NH₂ S O O _QX QX QX AgNP H₂N S O O NH₂ S O O QX QX QX QX QX AgNP QX QX QX QX AgNP QX QX H₂N S O O Fonte: autor.

Em seguida, foi avaliado o efeito da concentração da Cys na solução contendo as AgNPs obtidas pela ação do AAQX. Os espectros foram obtidos em diferentes tempos para avaliar também esse efeito.

As mudanças nas bandas de LSPR são perceptíveis principalmente para as concentrações mais altas de Cys (10 mM e 1 mM), as quais fazem a banda diminuir a absorbância de forma exacerbada em 4 horas e 1 dia de reação. A detecção desse aminoácido nessa faixa de concentração pode se tornar uma realidade utilizando AgNPs-QX, devido à rapidez com que há mudanças na banda, sendo 30 minutos suficientes para isso acontecer, porém essas concentrações são consideravelmente altas para ensaios de sensores sensíveis.

Figura 38 Espectro de UV-Vis obtido 30 minutos depois da adição das soluções de Cys com

diferentes concentrações a 1 mL de AgNPs.

Fonte: autor.

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Figura 39 Espectro de UV-Vis obtido 1 hora depois da adição das soluções de Cys com diferentes

concentrações a 1 mL de AgNPs.

Fonte: autor.

Figura 40 Espectro de UV-Vis obtido 2 horas depois da adição das soluções de Cys com diferentes

Fonte: autor.

Figura 41 Espectro de UV-Vis obtido 4 horas depois da adição das soluções de Cys com diferentes

Fonte: autor.

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Figura 42 Espectro de UV-Vis obtido 1 dia depois da adição das soluções de Cys com diferentes

Fonte: autor.

Apesar de mudanças pouco perceptíveis na faixa de 0,1 mM e 0,01 mM com 30 minutos de reação, após 1 dia é possível perceber uma mudança um pouco mais pronunciada nessa faixa. Essa mudança, mesmo que pouca, é estimulante para estudos posteriores utilizando as AgNPs-QX na detecção de Cys.

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CONCLUSÃO

6 CONCLUSÃO

No presente trabalho, um composto quinoxalínico polifuncionalizado derivado do ácido L-ascórbico, AAQX, foi sintetizado e avaliado como potencial agente redutor e estabilizante de AgNPs. De acordo com os resultados obtidos, a reação de AAQX com cátions Ag+_{, em meio aquoso fortemente básico, leva à formação de} AgNPs. A formação das AgNPs foi acompanhada por ensaios colorimétrico visual e por espectroscopia UV-Vis, através, respectivamente, da formação de soluções de cor amarela, ou pelo surgimento de uma banda com máximo de absorção em 420 nm. Estas análises iniciais forneceram resultados tipicamente observados em síntese de AgNPs.

A partir do planejamento experimental realizado, observou-se que a síntese das AgNPs pelo método aqui apresentado é bastante dependente da concentração dos reagentes. Os resultados sugerem que, na melhor condição, a proporção dos reagentes é em torno de 1 equivalente de AgNO3 para 8 equivalentes de AAQX, uma vez que, mesmo após 20 dias da síntese e ajuste de pH, a banda do UV-Vis pouco se alterou, diferente das outras. Por outro lado, na situação onde o AAQX foi usado em 16 vezes excesso em relação à prata, foi observado um aumento bastante considerado da banda em 420 nm.

Com as AgNPs obtidas foi possível realizar alguns ensaios para a capacidade sensora frente a alguns aminoácidos. Essas se mostraram interessantes como quimiossensor para Cys, uma vez que a solução utilizada teve alteração na coloração somente para esse aminoácido. Esses resultados se mostram promissores para futuras aplicações.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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