Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto … · Only NTZ determination did not...

Eletrodos quimicamente modificados com Poli (benzil

violognio): comportamento eletroqumico de frmacos

nitroderivados.

Laila Aparecida Deliberto

Dissertao apresentada Faculdade de Filosofia,

Cincias e Letras de Ribeiro Preto da Universidade de

So Paulo, como parte das exigncias para a obteno do

ttulo de Mestre em Cincias, rea: Qumica.

RIBEIRO PRETO-SP

2013

Universidade de So Paulo

Faculdade de Filosofia, Cincias e Letras de Ribeiro Preto

Departamento de Qumica

Programa de Ps-Graduao em Qumica



nitroderivados.

LAILA APARECIDA DELIBERTO

Dissertao apresentada Faculdade de Filosofia,

Cincias e Letras de Ribeiro Preto da Universidade de

So Paulo, como parte das exigncias para a obteno do

ttulo de Mestre em Cincias, rea: Qumica.

Prof. Dr. Zeki Naal

Orientador

RIBEIRO PRETO SP

2013

Universidade de So Paulo

Faculdade de Filosofia, Cincias e Letras de Ribeiro Preto

Departamento de Qumica

Programa de Ps-Graduao em Qumica

FICHA CATALOGRFICA

Deliberto, Laila Aparecida



nitroderivados. Ribeiro Preto, 2013.

122 p. : il. ; 30 cm

Dissertao de Mestrado, apresentada Faculdade de Filosofia

Cincias e Letras de Ribeiro Preto/USP rea de concentrao:

Qumica.

Orientador: Naal, Zeki.

1. Poli (benzil violognio). 2. Eletrodos quimicamente

modificados. 3. Clonazepam. 4. Nitrazepam. 5. Nimesulida. 6.

Anlise de frmacos.

Dedicatria

minha querida me, irm e ao meu namorado

por todo carinho, pacincia e amor.

Agradecimentos

Agradeo a Deus pela concluso deste trabalho, por ter direcionado meu caminho

e me fortalecido neste trajeto.

minha famlia: minha Me por todo o apoio, compreenso, carinho, dedicao,

amor, fora, oraes, por tudo me, muito obrigada. Minha Irm, que alm do carinho e da

fora, dedicou parte do seu tempo me ajudando e ao meu Pai, que mesmo ausente durante a

realizao deste trabalho, no poupou esforos durante sua vida para que eu tivesse uma boa

educao.

Ao meu namorado por todo amor, compreenso e carinho nessa trajetria.

Aos amigos: dentro e fora da faculdade, pela amizade e por terem compreendido e

me apoiado. Rosana, pelas palavras confortantes, carinho e paz e Perptua, muito

obrigada Per, pela ajuda, carinho, apoio e compreenso. Aos alunos que passaram pelo

laboratrio; Marcela, que tanto me inspirou na Ps-graduao e pela amizade e ao David

pelo apoio e amizade.

profa. Rose, pelo carinho, compreenso, ensinamentos e pacincia.

Ao prof. Flvio da FCFRP pela ajuda na sntese do material e ao seu aluno Lucas

Rezende pela ajuda na interpretao dos espectros de RMN 1H.

Aos profs. Paulo Olivi (FFCLRP), Adalgisa Rodrigues de Andrade (FFCLRP) e

Roberto Santana (FCFRP) pelo emprstimo de equipamentos. Franciane Cardoso

(orientada da profa. Adalgisa) pela ajuda com o potenciostado de seu laboratrio e Fabiana

(Ps-doc. no laboratrio do prof. Roberto Santana) pela ajuda na utilizao do HPLC.

Faculdade de Cincias Farmacuticas de Ribeiro Preto pelo aceite de minha

matrcula na Ps-Graduao e respaldo financeiro. Ao departamento de Qumica da

Faculdade de Filosofia Cincias e Letras de Ribeiro Preto pela contribuio para minha

formao e ao Instituto de Cincia e Tecnologia de Bioanaltica pelo apoio financeiro.

E, com muita gratido ao Zeki, meu orientador e chefe. Agradeo pela orientao

e por ter acreditado no meu trabalho. Pelos ensinamentos, dicas, por toda pacincia,

compreenso, apoio e pela confiana...

Obrigada por tudo!

Resumo

ii

RESUMO

Deliberto, L. A. Eletrodos quimicamente modificados com Poli (benzil violognio):

comportamento eletroqumico de frmacos nitroderivados. 122 p. Dissertao de

Mestrado - Programa de Ps-Graduao em Qumica, Departamento de Qumica, Faculdade

de Filosofia, Cincias e Letras de Ribeiro Preto, Universidade de So Paulo, Ribeiro Preto, 2013.

Na rea da sade, destacam-se alguns frmacos amplamente administrados, os quais possuem

grupamentos nitro em suas molculas, como o Clonazepam (CNZ), Nitrazepam (NTZ) e

Nimesulida (Nimes). O CNZ e o NTZ so utilizados ilicitamente em coquetis entorpecentes,

fragilizando vtimas. A Nimes anti-inflamatrio amplamente administrado e frequentemente

usado sem prescrio mdica. As metodologias de deteco e quantificao destes frmacos

so, na sua maioria, dispendiosas, desenvolvidas por HPLC, GC, etc. Poucos trabalhos

utilizam determinao eletroanaltica e dentre eles, menos ainda utilizam eletrodos

quimicamente modificados (EQMs). Os EQMs melhoram a seletividade e sensibilidade das

anlises. Dentre as formas de modificao, a metodologia de filmes polimricos muito

verstil e possibilita o desenvolvimento de eletrodos especficos. Uma classe importante de

polmeros a dos derivados de violognio, como o Poli (benzil violognio) (PBV). Este

polmero empregado com diferentes finalidades. Possui trs estados de oxidao, um deles;

o PBV+

atua como mediador redox. E, a partir de experimentos prvios em nosso laboratrio

demonstrou ainda a possibilidade de atuar na reduo de nitrocompostos. Neste sentido, este

trabalho determinou as melhores condies experimentais para obteno de um EQM com o

PBV para seu emprego em anlise e quantificao de frmacos nitroderivados (CNZ, NTZ e

Nimes), bem como em amostras comerciais, utilizando a tcnica de voltametria cclica. Este

trabalho contribuiu para o desenvolvimento de uma metodologia eficaz de modificao do

eletrodo de carbono vtreo (CV) com o PBV sintetizado. Este mtodo garantiu o controle da

cobertura e a linearidade nas anlises. Assim, o mtodo foi padronizado com a aplicao de

eletrlise por 30 s durante o terceiro ciclo em -0,4 V. A varredura adotada foi 50 mV s-1

de 0 a

-0,8 V. Esse padro forneceu de 2,0 a 3,0 nmol cm-2

de cobertura. O eletrodo CV-PBV no

apresentou dificuldades na transferncia de carga da superfcie do eletrodo para o polmero,

apesar do valor de k = 5,2 s-1

em tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH 7,0. O valor do coeficiente

difusional de cada frmaco foi determinado em tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH 7,0. Os estudos

de reduo dos frmacos em diferentes pHs esto de acordo com o mecanismo descrito na

literatura. Alm disso, os resultados indicam que o eletrodo modificado diminui a influncia

do pH sobre a reduo dos frmacos. As quantificaes dos frmacos foram feitas por curvas

padres com os eletrodos CV e Au, polidos e modificados. As correntes foram lineares at a

concentrao de 120 mol L-1

. A modificao do eletrodo de CV com o PBV diminuiu, no

mnimo, em aprox. 80 mV o potencial de reduo dos frmacos em pH 7,0 em relao ao

iii

eletrodo de CV polido. A exceo foi o eletrodo de ouro modificado (Au-PBV) na anlise de

Nimes. Pode-se ainda, atribuir modificao do eletrodo com o PBV o aumento da

sensibilidade das anlises em comparao aos respectivos eletrodos polidos. Somente a

determinao do NTZ no apresentou o mesmo efeito. O eletrodo CV-PBV foi empregado

com sucesso na quantificao dos frmacos (NTZ, CNZ e Nimes) em amostras comerciais de

Rivotril

, Sonebon e Nimesulida - medicamento genrico. As quantificaes apresentaram

aproximadamente 100% de recuperao. A normalizao das diferentes anlises pelos valores

das coberturas dos eletrodos mostrou uma curva analtica com boa correlao linear.

Finalmente, os resultados apresentados neste trabalho sugerem a possibilidade de desenvolver

eletrodos descartveis. Estes eletrodos podem ser empregados na anlise de substncias

utilizadas de forma ilcitas, neste caso, o coquetel chamado Boa noite Cinderela, para uso

da percia forense em anlise amperomtrica, no prprio local investigado. Estes eletrodos

tambm podem ser aplicados nas indstrias farmacuticas, nos setores de controle de

qualidade de frmacos e medicamentos.

Palavras-chave: Poli (benzil violognio), eletrodos quimicamente modificados, Clonazepam,

Nitrazepam, Nimesulida, anlise de frmacos.

Abstract

v

ABSTRACT

Deliberto, L. A. Chemically modified electrodes with Poly (benzyl viologen):

electrochemical behavior of nitro derivative drugs. 122 p. Dissertao de Mestrado -

Programa de Ps-Graduao em Qumica, Departamento de Qumica, Faculdade de Filosofia,

Cincias e Letras de Ribeiro Preto, Universidade de So Paulo, Ribeiro Preto, 2013.

In health care, broadly administered drugs can be highlighted, which possess nitro group

moieties within their molecules, such as the Clonazepam (CNZ), Nitrazepam (NTZ), and

Nimesulide (Nimes). CNZ and NTZ are illicitly administered as part of narcotics drinks,

weakening their victims. Nimes is an anti-inflammatory drug widely administered and often

used in self-medication. Detection and quantification methods of these drugs are in the

majority of cases costly and involve techniques such as HPLC, gas chromatography, etc. Only

few studies have made use of electroanalytical determination, and among them, even fewer

have made use of chemically modified electrodes (CME). CMEs improve selectivity and

sensitivity of analysis. Among of modification methods, polymeric films are very versatile

and make possible the development of specific electrodes. An important type of polymers

comprise Viologen derivatives, such as Poly (benzyl viologen) (PBV). This polymer is used

serving different purposes. This polymer has three oxidation states; one of them, PBV+

, acts

as a redox mediator. Also in addition, our group has provided evidence for the possibility of

PBV+

to act reducing nitro compounds. In this way, in the present work it was determined the

best experimental conditions for developing CME with PBV for further application in

analysis and quantification of nitro derivative drugs (CNZ, NTZ and Nimes), as well as

commercial samples, through the use of cyclic voltammetry technique. This work has

contributed to the development of an effective methodology for the modification of glassy

carbon (GC) electrodes with synthesized PBV. This method guaranteed the control of

coverage and the linearity of the analysis. In this way, this method was standardized with a

potential hold during the third cycle of about -0.4V for 30 sec. Scan rate of potential was 50

mV s-1

, from 0 to -0.8 V. This method provided a coverage 2.0 to 3.0 nmol cm-2

. The

electrode GC-PBV did not show difficulties to charge transfer from the electrode surface to

polymer, although the value of k was 5.2 s-1

in 0.1 mol L-1

phosphate buffer solution, pH 7.0.

The difusional coefficient value of each drug was determined in 0.1 mol L-1

phosphate buffer

solution, pH 7.0. Reduction studies of drugs in different pHs were in agreement with

mechanisms described in the literature. Furthermore, results suggest that modified electrode

decreased pH influence regarding drug reduction. Drug quantification was achieved from

standard curves using GC and gold electrodes, polished and modified. Currents were linear up

to 120 mol L-1

. GC electrode modification with PBV decreased, at least, in approximately 80

mV, the drug potential reduction at pH 7.0 compared to respective polished electrode. The

exception was found for gold modified electrode during Nimes analysis. It can be also

vi

attributed to modification with PBV the increase of analysis sensitivity when compared to

respective polished electrodes. Only NTZ determination did not show the same effect. The

GC-PBV was successfully employed for drug quantification (NTZ, CNZ and Nimes) from

commercial samples, such as Rivotril, Sonebon

and Nimesulide generic medicine. Drug

quantification exhibited recovery close to 100%. Standardization of different analysis by

electrode coverage value showed good linear correlation. Finally, results suggest the

possibility to develop disposable electrodes. These electrodes can be employed to illicit

substance analysis, in the present case, the narcotic drinks known in Brazil as Boa noite

Cinderela, in addition to use in forensics during amperometic analysis at the site of

investigation. Also, such electrodes could be used in pharmaceutical industries, for drug and

medicine quality control.

Keywords: Poly (benzyl viologen), chemically modified electrodes, Clonazepam, Nitrazepam,

Nimesulide, drugs analysis.

vii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Frmulas estruturais dos frmacos CNZ, NTZ e Nimes. A-

Representao da estrutura qumica do Clonazepam (CNZ), B-

Representao da estrutura qumica do Nitrazepam (NTZ) e C-

Representao da estrutura qumica da Nimesulida (Nimes).

5

Figura 2: Representao da estrutura qumica do PBV.

9

Figura 3: Espectroeletroqumica do polmero PBV (1 mg mL-1

) em KBr 0,1

mol L-1

. Espectros de absoro do eletrodo de ITO em soluo

aquosa do polmero (previamente desoxigenada). Eixo em 0,0 V

absoro do PBV2+

durante a aplicao de potencial em 0,0 V. Eixo

-0,4 V absoro do ction radical formado durante a eletrlise em -

0,4 V.

25

Figura 4: Perfil voltamtrico do eletrodo CV-PBV em tampo fosfato 0,1 mol

L-1

pH 7,0 a 20 mV s-1

aps a modificao. A- Modificao por

consecutivas varreduras de 0 a -0,8 V a 50 mV s-1 (6 ciclos). Ep =

55 mV. B- Modificao com metodologia proposta neste trabalho.

Ep = 15 mV.

28

Figura 5: Perfil da formao da cobertura com o PBV sobre o eletrodo de CV

em relao apenas a diferentes intervalos de eletrlise. Grfico

dos valores de cobertura do eletrodo CV-PBV em funo do tempo

de eletrlise, de 30 a 300 s. O potencial aplicado foi -0,4 V. A

cobertura foi determinada em tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH 7,0 a

10 mV s-1

.

31

Figura 6: Comportamento eletroqumico do polmero [PBV]Br2 em soluo aquosa. Voltamogramas cclicos referentes ao comportamento

eletroqumico do PBV (1 mg mL-1

) em soluo aquosa de KBr 0,1

mol L-1

previamente desoxigenada com argnio por 10 minutos.

Eletrodo de trabalho CV, eletrodo auxiliar Pt, velocidade de

varredura de potencial 50 mV s-1

. Incio da varredura de potencial

em 0,0 V.

36

Figura 7: Comportamento eletroqumico do eletrodo CV-PBV em soluo

aquosa em diferentes velocidades de varredura. Voltamogramas

cclicos referentes ao processo redox do eletrodo CV-PBV em

tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH 7,0 em diferentes velocidades de

varredura: 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 e 100 mV s-1

.

38

Figura 8: Variao dos valores de corrente de pico andico e catdico em

funo da velocidade de varredura para o eletrodo CV-PBV em

soluo aquosa. Os valores de corrente de pico foram obtidos por

voltametria cclica em tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH 7,0 em

diferentes velocidades de varredura, sendo: 30, 40, 50, 60, 70, 80,

90 e 100 mV s-1

.

40

viii

Figura 9: Grfico de Laviron. Valores de potencial de pico (andico e catdico)

correspondentes a diferentes velocidades de varredura (0,01 a 10 V

s-1

) em funo do logaritmo da velocidade de varredura. Valores

obtidos para o eletrodo CV-PBV por voltametria cclica em tampo

fosfato 0,1 mol L-1

pH 7,0.

43

Figura 10: Determinao do teor de CNZ. Grfico dos valores das reas dos

picos em relao concentrao de CNZ (g mL-1

).

44

Figura 11: Representao da estrutura qumica do CNZ e seus respectivos

pKas. Estrutura qumica do CNZ e os valores de seus pKas: pKa1 =

1,95; pKa2 = 10,5. 315,72 g mol-1

[104].

45

Figura 12: Espectro de absoro de CNZ 50 mol L-1

em diferentes pHs.

Tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH 2,0; tampo acetato 0,1 mol L-1

pH

5,0; tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH 7,0; tampo borato 0,1 mol L-1

pH 9,0 e tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH 12,0.

46

Figura 13: Representao da conjugao de eltrons da molcula de CNZ em

pH 12,0. Esquematizao da molcula do CNZ totalmente

desprotonada.

46

Figura 14

A:

Voltamogramas cclicos referentes ao comportamento

eletroqumico do CNZ 70 mol L-1

em diferentes pHs. A-Tampo

fosfato 0,1 mol L-1

pH 2,0 a 10 mV s-1

. Voltamograma na cor preta:

eletrodo CV-PBV na ausncia de CNZ. Voltamograma na cor azul:

eletrodo CV na presena de CNZ. Voltamograma na cor vermelha:

eletrodo CV-PBV na presena de CNZ.

48

Figura 14

B:



em diferentes pHs. B-

Tampo acetato 0,1 mol L-1

pH 5,0 a 10 mV s-1

. Voltamograma na

cor preta: eletrodo CV-PBV na ausncia de CNZ. Voltamograma na

cor azul: eletrodo CV na presena de CNZ. Voltamograma na cor

vermelha: eletrodo CV-PBV na presena de CNZ.

49

Figura 14

C:



em diferentes pHs. C-


pH 7,0 a 10 mV s-1

. Voltamograma na

cor preta: eletrodo CV-PBV na ausncia de CNZ. Voltamograma

na cor azul: eletrodo CV na presena de CNZ. Voltamograma na

cor vermelha: eletrodo CV-PBV na presena de CNZ.

50

ix

Figura 14

D:



em diferentes pHs. D-

Tampo borato 0,1 mol L-1

pH 9,0 a 10 mV s-1

. Voltamograma na




51

Figura 14

E:



em diferentes pHs. E-


pH 12,0 a 10 mV s-1

. Voltamograma na




52

Figura 15: Voltamogramas cclicos referentes ao comportamento


em pH 12 em diferentes

incios de varredura de potencial a 10 mV s-1

com o eletrodo

CV-PBV. Voltamograma na cor preta: anlise de CNZ em pH 12,0,

varredura iniciada em 0 V. Voltamograma na cor azul: anlise de

CNZ em pH 12,0, varredura iniciada em + 0,2 V . Voltamograma

na cor vermelha: anlise de CNZ em pH 12,0, varredura iniciada

em +0,4 V.

55

Figura 16: Voltamogramas cclicos referentes ao comportamento

eletroqumico do CV-PBV em pH 12 em diferentes incios de

varredura de potencial a 10 mV s-1

. Voltamograma na cor preta:

CV-PBV em pH 12,0, varredura iniciada em 0 V. Voltamograma

na cor azul: CV-PBV em pH 12,0, varredura iniciada em + 0,2 V .

Voltamograma na cor vermelha: CV-PBV em pH 12,0, varredura

iniciada em +0,4 V.

56

Figura 17: Grfico de Levich. Grfico dos valores de corrente (I) obtidos para

diferentes velocidades de rotao do eletrodo de trabalho.

Concentrao de CNZ 100 mol L-1

, eletrodo de trabalho CV-PBV,

velocidade de varredura 10 mV s-1

, tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH

7,0.

58



Concentrao de CNZ 100 mol L-1

, eletrodo de trabalho CV,



pH

7,0.

59

Figura 19

A:

Determinao de CNZ em tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH 7,0 a 10

mV s-1

. A- Grfico dos valores de corrente (Ipc) nos respectivos

potenciais de reduo do CNZ obtidos para cada eletrodo de

trabalho. Concentraes de CNZ totais adicionadas: 10 a 140 mol

L-1

. Dados: CV = Epc ~ -0,590 V, CV-PBV = Epc -0,420 V, Au =

Epc ~ -0,560 V e Au-PBV = Epc -0,430 V.

61

x

Figura 19

B:


pH 7,0 a 10

mV s-1

. B- Grfico dos valores de corrente (Ipc) normalizados pela

rea (eixo da direita) e cobertura (eixo da esquerda) nos respectivos

potenciais de reduo do CNZ obtidos para cada eletrodo de

trabalho. Concentraes de CNZ totais adicionadas: 10 a 100 mol

L-1

. Dados: cobertura calculada para CV-PBV 3,0 x 10-9

mol cm-2

,

para Au-PBV 1,5 x 10-9

mol cm-2

, valores das reas geomtricas

para os eletrodos polidos: CV = 0,071 cm2 e Au = 0,031 cm

2. CV =

Epc ~ -0,590 V, CV-PBV = Epc -0,420 V, Au = Epc ~ -0,560 V e

Au-PBV = Epc -0,430 V.

62

Figura 19

C:


pH 7,0 a 10

mV s-1

. C- Grfico dos valores de corrente (Ipc) obtidos em -0,420

V para todos os eletrodos de trabalho em funo das mesmas

concentraes de CNZ analisadas. Concentraes de CNZ totais

adicionadas: 10 a 140 mol L-1

.

64

Figura 20: Curva de adio de padro. Grfico dos valores de corrente obtidos

para cada concentrao de CNZ adicionada, inclusive para o

frmaco Rivotril. Os pontos apresentados so as mdias de trs

determinaes feitas em dias diferentes com diferentes eletrodos

CV-PBV. As anlises foram desenvolvidas em tampo fosfato 0,1

mol L-1

pH 7,0 a 10 mV s-1

.

66

Figura 21: Curva de adio de padro normalizada. Grfico dos valores de

corrente obtidos em relao a cada concentrao de CNZ

adicionada, inclusive para o frmaco Rivotril, normalizados pelos

valores de cobertura de cada eletrodo de trabalho. Trs anlises

com diferentes eletrodos CV-PBV foram determinadas. As anlises

foram desenvolvidas em tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH 7,0 a 10

mV s-1

.

68

Figura 22: Representao da estrutura qumica do NTZ e seus respectivos

pKas. Estrutura qumica do NTZ e os valores de seus pKas: pKa1 =

2,98; pKa2 = 10,55. 281,27 g mol-1

[107].

69

Figura 23: Espectro de absoro de NTZ 50 mol L-1

em diferentes pHs.


pH 2,0; tampo acetato 0,1 mol L-1

pH

5,0; tampo fosfato 0,1 mol L-1



pH 12,0.

71

Figura 24

A:


eletroqumico do NTZ 70 mol L-1

em diferentes pHs. A-


pH 2,0 a 10 mV s-1

. Voltamograma na

cor preta: eletrodo CV-PBV na ausncia de NTZ. Voltamograma na

cor azul: eletrodo CV na presena de NTZ. Voltamograma na cor

vermelha: eletrodo CV-PBV na presena de NTZ.

73

xi

Figura 24

B:

Voltamogramas cclicos referentes ao comportamento eletroqumico

do NTZ 70 mol L-1

em diferentes pHs. B-Tampo fosfato 0,1 mol

L-1

pH 7,0 a 10 mV s-1

. Voltamograma na cor preta: eletrodo CV-

PBV na ausncia de NTZ. Voltamograma na cor azul: eletrodo CV

na presena de NTZ. Voltamograma na cor vermelha: eletrodo CV-

PBV na presena de NTZ.

74

Figura 24

C:

Voltamogramas cclicos referentes ao comportamento eletroqumico

do NTZ 70 mol L-1

em diferentes pHs. C-Tampo fosfato 0,1 mol

L-1

pH 12,0 a 10 mV s-1

. Voltamograma na cor preta: eletrodo CV-

PBV na ausncia de NTZ. Voltamograma na cor azul: eletrodo CV

na presena de NTZ. Voltamograma na cor vermelha: eletrodo CV-

PBV na presena de NTZ.

75



Concentrao de NTZ 100 mol L-1

, eletrodo de trabalho CV-PBV,



pH

7,0

77



Concentrao de NTZ 100 mol L-1




pH

7,0.

78

Figura 27

A:

Determinao de NTZ em tampo fosfato 0,1 mol L-1

a 10 mV s-1

. A-

Grfico dos valores de corrente (Ipc) nos respectivos potenciais de

reduo do NTZ obtidos para as anlises utilizando cada um dos

eletrodos de trabalho. Concentraes de NTZ totais adicionadas: 10

a 150 mol L-1

. Dados: CV = Epc ~ -0,560 V, CV-PBV = Epc -0,470

V, Au = Epc ~ -0,590 V e Au-PBV = Epc -0,470 V.

81

Figura 27

B:


a 10 mV s-1

. B-

Grfico dos valores de corrente (Ipc) normalizados pela rea (eixo da

direita) e cobertura (eixo da esquerda) nos respectivos potenciais de

reduo do NTZ obtidos para cada eletrodo de trabalho.

Concentraes de NTZ totais adicionadas: 10 a 150 mol L-1

. Os

valores de cobertura calculados foram 2,7 x 10-9

mol cm-2

para CV-

PBV e 1,6 x 10-9

mol cm-2

para Au-PBV e os valores das reas

geomtricas para os eletrodos polidos foram: CV = 0,071 cm2 e Au

= 0,031 cm2. CV = Epc ~ -0,560 V, CV-PBV = Epc -0,470 V, Au =

Epc ~ -0,590 V e Au-PBV = Epc -0,470 V.

82

xii

Figura 27

C:


a 10 mV s-1

.

C- Grfico dos valores de corrente (Ipc) obtidos em -0,470 V (para

todos os eletrodos de trabalho) em funo das mesmas

concentrao de NTZ analisadas com todos os eletrodos.

Concentraes de NTZ totais adicionadas: 10 a 150 mol L-1

.

83


para cada concentrao de NTZ adicionada, inclusive para o

frmaco Sonebon. Os pontos apresentados so as mdias de trs

determinaes feitas em dias diferentes com eletrodos CV-PBV

diferentes. As anlises foram desenvolvidas em tampo fosfato 0,1

mol L-1

pH 7,0 a 10 mV s-1

.

85


corrente obtidos em relao a cada concentrao de NTZ

adicionada, inclusive para o frmaco, normalizados pelos valores

de cobertura de cada eletrodo de trabalho. Trs anlises com

diferentes eletrodos CV-PBV foram determinadas. As anlises

foram desenvolvidas em tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH 7,0 a 10

mV s-1

.

87

Figura 30: Representao da estrutura qumica da Nimes e seu pKa. Estrutura

qumica da Nimes. Valor de pKa: 6,5. 308,311 g mol-1

[109].

88

Figura 31: Espectro de absoro da Nimes 50 mol L-1

em diferentes pHs.



pH

9,0 e tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH 12,0 [108].

90

Figura 32: Estabilizao da carga negativa da Nimes aps desprotonao.

Estruturas ressonantes referentes estabilizao da molcula aps

desprotonao em soluo aquosa com valores de pH superiores ao

pKa [108].

90

Figura 33

A:


eletroqumico da Nimes 70 mol L-1

em diferentes pHs. A-


pH 7,0 a 10 mV s-1

. Voltamograma na

cor preta: eletrodo CV-PBV na ausncia de Nimes. Voltamograma

na cor azul: eletrodo CV na presena de Nimes. Voltamograma na

cor vermelha: eletrodo CV-PBV na presena de Nimes.

92

Figura 33

B:


eletroqumico da Nimes 70 mol L-1

em diferentes pHs. B-


pH 12,0 a 10 mV s-1

. Voltamograma na

cor preta: eletrodo CV-PBV na ausncia de Nimes. Voltamograma

na cor azul: eletrodo CV na presena de Nimes. Voltamograma na

cor vermelha: eletrodo CV-PBV na presena de Nimes.

93

xiii



Concentrao de Nimes 100 mol L-1

, eletrodo de trabalho CV-

PBV, velocidade de varredura 10 mV s-1

, tampo fosfato 0,1 mol

L-1

pH 7,0.

95



Concentrao de Nimes 100 mol L-1




pH

7,0.

96

Figura 36

A:

Determinao de Nimes em tampo fosfato 0,1 mol L-1

a 10 mV

s-1

. A- Grfico dos valores de corrente (Ipc) nos respectivos

potenciais de reduo da Nimes obtidos para as anlises utilizando

cada um dos eletrodos de trabalho. Concentraes de Nimes totais


.

99

Figura 36

B:


a 10 mV

s-1

. B- Grfico dos valores de corrente (Ipc) obtidos em -0,590 V

para os eletrodos CV e CV-PBV em funo das mesmas

concentraes de Nimes analisadas. Concentraes totais


.

100

Figura 36

C:


a 10 mV

s-1

. C- Grfico dos valores de corrente (Ipc) normalizados pela

rea (eixo da direita) e cobertura (eixo da esquerda) nos

respectivos potenciais de reduo da Nimes obtidos para cada

eletrodo de trabalho. Concentraes de Nimes totais adicionadas:

10 a 150 mol L-1

. Os valores de cobertura calculados foram: 2,9

x 10-9

mol cm-2

para CV-PBV e 6,9 x 10-10

mol cm-2

para Au-

PBV e os valores das reas geomtricas para os eletrodos de CV e

Au polidos foram: CV = 0,071 cm2 e Au = 0,031 cm

2.

101


para cada concentrao de Nimes adicionada, inclusive para o

medicamento genrico. Os pontos apresentados so as mdias de

duas determinaes feitas em dias diferentes com eletrodos CV-

PBV diferentes. As anlises foram desenvolvidas em tampo

fosfato 0,1 mol L-1

pH 7,0 a 10 mV s-1

.

103


corrente obtidos em relao a cada concentrao de Nimes

adicionada, inclusive para o medicamento genrico, normalizados

pelos valores de cobertura de cada eletrodo de trabalho. Duas

anlises com diferentes eletrodos CV-PBV foram determinadas. As

anlises foram desenvolvidas em tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH

7,0 a 10 mV s-1

.

105

xiv

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

A rea do eletrodo

Ag Prata

Ag/AgCl(s)/KCl(sat). Prata/Cloreto de prata, soluo de saturada de KCl

Aprox. Aproximadamente

Au Ouro

Au-PBV Ouro modificado com o polmero PBV

C Carbono

C Grau Celsius

CNZ Clonazepam

CV Carbono vtreo

CV-PBV Carbono vtreo modificado com o polmero PBV

COX-1 Enzima Ciclo-Oxigenase - Tipo 1

COX-2 Enzima Ciclo-Oxigenase - Tipo 2

D Dupleto

D Coeficiente difusional das espcies redox

DMSO Dimetilsulfxido

D2O gua deuterada

Epa Potencial de pico andico

Epc Potencial de pico catdico

Ej Potencial mdio (Epa+Epc/2)

Ep Diferena de potencial de pico

EQM Eletrodo quimicamente modificado

F Constante de Faraday (96485,3399 C mol-1

)

xv

GC (Gas Chromatography) - Cromatografia a gs

H Hidrognio

Hg Mercrio

HPLC (High Performance Liquid Chromatography) -

Cromatografia lquida de alta eficincia

I Corrente

Ipa Corrente de pico andico

Ipc Corrente de pico catdico

ITO Filme de xido de Estanho dopado com ndio

ITO-PBV ITO modificado com PBV

j Densidade de corrente

J Constante de acoplamento

k Constante de transferncia de carga

KBr Brometo de Potssio

m Multipleto

MHz Mega-hertz

min Minutos

n Nmero de mols envolvidos na reao

NaPF6 Hexafluorfosfato de Sdio

Nimes Nimesulida

NTZ Nitrazepam

PbO2 xido de Chumbo

PBV Poli (benzil violognio)

PBV+

PBV espcie ction radical

xvi

PBV0 PBV espcie neutra

PBS Phosphate buffer solution

PF6- Contraon Hexafluorfosfato

pH -log da concentrao do on hidrognio

pKa -log da constante de ionizao do cido

Pt Platina

R Constante universal dos gases perfeitos (8,3 J K-1

mol-1

)

R2 Coeficiente de correlao dos pontos

rad Radianos

RMN 1H Espectroscopia de ressonncia magntica de

hidrognio

rpm Rotao por minuto

s Segundos

s Singleto

t Tripleto

T Temperatura (298 K)

UV-Vis Comprimentos de onda ultravioleta-visvel

V Volts

Coeficiente de transferncia de eletrons

Cobertura do eletrodo de trabalho

Deslocamento qumico

Velocidade de varredura de potencial

Viscosidade cinemtica do meio

Velocidade angular

xvii

SUMRIO

RESUMO ..........................................................................................................................i

ABSTRACT .................................................................................................................... iv

LISTA DE FIGURAS .................................................................................................... vii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ................................................................... xiv

INTRODUO ................................................................................................................. 1

1. INTRODUO ............................................................................................................. 2

1.1 Frmacos nitroderivados .............................................................................................. 2

1.2 Reaes do grupo NO2 ................................................................................................. 5

1.3 Eletrodos quimicamente modificados (EQM) ............................................................... 6

OBJETIVOS ...................................................................................................................12

2. OBJETIVOS .................................................................................................................13

2.1 Objetivos especficos...................................................................................................13

MATERIAIS E MTODOS ...........................................................................................14

3. MATERIAIS E MTODOS ..........................................................................................15

3.1 Materiais .....................................................................................................................15

3.1.1 Reagentes .................................................................................................................15

3.1.2 Instrumentao .........................................................................................................16

3.2 Mtodos ......................................................................................................................17

3.2.1 Sntese do polmero Poli (benzil violognio) [PBV]Br2 .........................................17

3.2.2 Experimentos ...........................................................................................................17

3.2.2.1 UV-Vis ........................................................................................................17

3.2.2.2 Cromatografia lquida de alta eficincia .......................................................18

3.2.2.3 Espectroeletroqumica..................................................................................18

3.2.2.4 Voltametria cclica .......................................................................................18

3.2.2.4.1 Preparo do eletrodo modificado ..................................................19

3.2.2.4.2 Comportamento eletroqumico dos frmacos CNZ, NTZ e Nimes

.........................................................................................................................................20

3.2.2.4.3 Voltametria linear com eletrodo de disco rotativo .......................20

3.2.2.4.4 Deteco de CNZ, NTZ e Nimes ................................................20

3.2.2.4.5 Anlise de amostras comerciais ..................................................21

RESULTADOS e DISCUSSO ......................................................................................23

xviii

4. RESULTADOS E DISCUSSO ...................................................................................24

4.1 Caracterizao do polmero PBV .................................................................................24

4.1.1 Espectroeletroqumica ..............................................................................................24

4.1.2 Espectroscopia de ressonncia magntica de hidrognio (RMN 1H)..........................26

4.2 Modificao do eletrodo de CV com PBV ...................................................................27

4.3 Parmetros cinticos ....................................................................................................37

4.4 Clonazepam ................................................................................................................44

4.4.1 Determinao do teor de CNZ ..................................................................................44

4.4.2 Espectros de absoro em diferentes pHs ..................................................................45

4.4.3 Comportamento eletroqumico do CNZ em diferentes pHs .......................................47

4.4.4 Voltametria linear com eletrodo de disco rotativo .....................................................57

4.4.5 Deteco de CNZ .....................................................................................................60

4.4.6 Anlise de amostras comerciais ................................................................................65

4.5 Nitrazepam ..................................................................................................................69


4.5.2 Comportamento eletroqumico do NTZ em diferentes pHs ........................................71


4.5.4 Deteco de NTZ .....................................................................................................79

4.5.5 Anlise de amostras comerciais ................................................................................84

4.6 Nimesulida ..................................................................................................................88


4.6.2 Comportamento eletroqumico da Nimes em diferentes pHs .....................................91


4.6.4 Deteco de Nimes ...................................................................................................97

4.6.5 Anlise de amostras comerciais .............................................................................. 102

CONCLUSO ............................................................................................................... 106

5. CONCLUSO ............................................................................................................ 107

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ......................................................................... 109

6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ......................................................................... 110

ANEXOS ........................................................................................................................ 121

A. Espectro de RMN 1H do [PBV]Br2, solubilizado em D2O, 500 MHz .......................... 122

Introduo

Introduo

2

1. INTRODUO

1.1 Frmacos nitroderivados

As reaes de reduo de compostos nitroaromticos vm sendo estudadas

detalhadamente devido s diversas possibilidades de emprego desses compostos. Dentre elas,

podem ser citadas: a utilizao em agroqumicos e explosivos que geram efeitos poluentes no

meio ambiente [1-3]; o emprego em grande parte dos produtos farmacuticos os quais,

consequentemente, so introduzidos em organismos vivos. Uma vez no organismo, estes

compostos se envolvem em processos de oxidao-reduo durante seu metabolismo.

Ressaltando a importncia destes compostos, acrescenta-se o emprego destas molculas no

desenvolvimento de novos frmacos. Assim, tm-se necessidade de conhecer o mecanismo de

ao destes grupos presentes em molculas naturais ou sintticas.

Uma importante classe de frmacos, que possui o grupo nitro em determinadas

molculas, a dos benzodiazepnicos, dos quais podem ser citados o CNZ (fig. 1 A) e o NTZ

(fig. 1 B) dentre outros. A importncia destacada nesta classe de frmacos est relacionada ao

seu efeito sedativo.

Devido ao inibitria das funes do sistema nervoso central, estes frmacos tm

sido utilizados ilcitamente como drogas facilitadoras de roubos [4,5]. A ingesto de elevados

nveis de benzodiazepnicos (aproximadamente 4 mg) capaz de produzir forte sedao,

sonolncia e amnsia. Sob estes efeitos, as vtimas assumem um estado de incapacidade de

defesa e inconscincia, tornando-se facilmente manipulveis [6]. Os benzodiazepnicos so

utilizados separadamente ou ainda fazendo parte de um coquetel com outras drogas ilcitas;

por exemplo, Extasy. Este coquetel conhecido no Brasil como: Boa noite Cinderela. Para

potencializar o efeito hipntico/sedativo destes frmacos, os mesmos ainda so misturados em

bebidas alcolicas [7].

Os benzodiazepnicos esto entre os frmacos mais amplamente prescritos

(licitamente) no tratamento de stress, ansiedade, sindrome do pnico, depresso e distrbios

do sono, espasmos musculares e crises convulvivas, entre outros. Infelizmente esto

frequentemente envolvidos em casos de overdose [8].

Introduo

3

Os frmacos benzodiazepnicos e seus metablitos so rotineiramente detectados e

quantificados na rea de toxicologia forense em amostras de sangue, urina e bebidas.

Normalmente, como j foi dito, estas amostras so provenientes de vtimas dopadas e

envolvidas em roubos e acidentes [9]. Os testes utilizados so, em alguns casos, apenas

colorimtricos. Ensaios deste tipo podem oferecer resultados falso positivos, alm de no

possurem boa sensibilidade. Outros testes utilizados so os imunolgicos e cromatogrficos.

Estes ensaios so utilizados conjuntamente [10], ou seja, os propensos frmacos existentes nas

amostras so pr-selecionados atravs do mtodo imunolgico e, posteriormente

quantificados pelo mtodo cromatogrfico [11-13].

Os imunoensaios utilizados na pr-seleo no so especficos, ou seja, podem

oferecer uma resposta errnea para determinados frmacos [14]. E os mtodos

cromatogrficos instrumentais (HPLC e GC) so relativamente dispendiosos, requerem mo

de obra especializada, reagente de alta pureza e as amostras, geralmente, passam por um

processo de extrao antes de serem injetadas no cromatgrafo. Estas exigncias das tcnicas

geram maior custo operacional e requerem maior tempo para obeteno dos resultados.

Outra classe de frmacos que merece destaque devido a sua ampla administrao a

dos anti-inflamatrios. Pertencente a esta classe de frmacos, a Nimes (fig. 1 C) um anti-

inflamatrio no esteroidal e tambm um composto nitroderivado. Clinicamente, estudos

tm estabelecido sua efetividade na analgesia, nos processos inflamatrios e no combate a

hipertermia [15]. A Nimes um anti-inflamatrio seletivo da Ciclo-Oxigenase-2 (COX-2).

Este tipo especfico de anti-inflamatrios relativamente novo no mercado (em mdia 12

anos), quando comparados aos anti-inflamatrios gerais que possuem quase um sculo de

existncia.

Tanto a COX-1 (Ciclo-Oxigenase-1) quanto a COX-2 so de extrema importncia na

cascata do cido araquidnico, especificamente na sntese de prostaglandina. Altos nveis de

prostaglandina elevam a temperatura corprea, alm de sensibilizar a as terminaes nervosas

no local acometido, causando a dor [16]. As Ciclo-Oxigenases so atuantes no processo

inflamatrio e tambm na regulao normal do organismo. Especificamente, a COX-1

responsvel pela sntese de substncias relacionadas ao processo regulatrio normal do

organismo, j a COX-2 tem suas funes condicionadas aos estmulos inflamatrios locais.

Introduo

4

Desta forma, o emprego de frmacos seletivos apenas para a inibio da COX-2 diminui as

reaes adversas causadas pelos anti-inflamatrios no especficos, como por exemplo, a dor

causada no estmago devido falta de proteo da mucosa desta regio. A proteo da

mucosa funo da COX-1, uma vez inibida pela ao dos anti-inflamatrios no especficos,

deixa de desempenhar esta e outras funes.

A determinao quantitativa da Nimes muito importante tanto no controle de

qualidade em formulaes farmacuticas, quanto em diagnsticos clnicos de matrizes

biolgicas. Existem na literatura alguns mtodos analticos empregados na determinao da

Nimesulida, como a fluorimetria, espectrofotometria e vrios mtodos cromatogrficos

(HPLC, GC entre outros) [17]. A maioria dos mtodos cromatogrficos instrumentais, como

j foi dito, determinam um custo elevado com mo-de-obra especializada, reagentes, muitas

etapas de manipulao, etc., os outros mtodos de determinao, fluorimetria e

espectrofotometria, possuem baixa sensibilidade e podem acusar resultado falso positivo.

Portanto, o desenvolvimento de uma nova ferramenta analtica, que seja de fcil manipulao,

baixo custo operacional e sensvel muito pertinente para a anlise dos frmacos citados.

Introduo

5

1.2 Reduo do grupo NO2

Todos os frmacos citados possuem grupamento nitro em suas molculas, os quais

podem sofrer reaes de reduo durante o processo de metabolizao no organismo. Desta

forma, o grupo nitro pode ser detectado tanto no sangue (plasma), quanto na urina. No

plasma, grupo nitro detectado na estrutura do frmaco que est em sua forma ntegra, j na

urina, em grande proporo, o grupo nitro est presente na estrutura do metablito ou, em

menor quantidade, na forma no metabolizada do frmaco.

A B

C

Figura 1. Frmulas estruturais dos frmacos CNZ, NTZ e Nimes. A-

Representao da estrutura qumica do Clonazepam (CNZ), B-

Representao da estrutura qumica do Nitrazepam (NTZ) e C-

Representao da estrutura qumica da Nimesulida (Nimes).

Introduo

6

No processo de reduo dos grupos NO2, espcies txicas podem ser geradas como foi

apontado, por exemplo, no estudo desenvolvido para a Flutamida, (4-nitro-3-trifluorometil-

isobutilanilida) [18]. A Flutamida um medicamento nitroaromtico usado no tratamento de

cncer de prostata avanada. O estudo apontou a formao de radicais-livres a partir da

reduo eletroqumica via 1 eltron da Flutamida.

O comportamento eletroqumico de nitroaromticos em soluo aquosa foi estudado

[19-23] e segue as etapas do mecanismo proposto no esquema 1. No qual, a reduo de um

nitroaromtico a hidroxilamina, ocorre via formao de dihidroxilamina (Reao 1) com

subsequente desidratao (Reao 2) formando o derivado nitrosil (RNO). A reduo do RNO

ocorre em potenciais mais positivos que o RNO2, o que resulta aparentemente num processo

direto de 4 eltrons.

RNO2 + 2H+ + 2e- RN(OH)2 (1)

RN(OH)2 RNO + H2O (2)

RNO + 2H+ + 2e- RNHOH (3)

O mecanismo de reduo de nitrocompostos tambm foi estudado em diferentes

meios, pHs e eletrodos (Hg, C, Pt, Ag, Amlgama, PbO2 e nanotubos de carbono) [24-37].

Alguns trabalhos abordaram a metodologia de pr-concentrao e redissoluo voltamtrica

[38-42], os quais fornecem uma melhora no limite de deteco do mtodo.

1.3 Eletrodos quimicamente modificados (EQM)

O emprego de EQMs na eletroanaltica, como amplamente divulgado, aumenta a

especificidade da anlise, seletividade e sensibilidade. Tambm contribui para uma maior

linearidade na determinao dos analitos.

Esquema 1. Reduo do grupo NO2 em meio aquoso. Mecanismo

geral da reduo de nitrocompostos em meio aquoso.

Introduo

7

A denominao eletrodo quimicamente modificado (EQM) foi utilizada pela primeira

vez na eletroqumica por Murray e colaboradores, na dcada de 70. Designaram por este

nome, eletrodos que possuam espcies ativas imobilizadas em suas superfcies [43]. O

principal objetivo da imobilizao de substncias ativas na superfcie do eletrodo

estabelecer e controlar a natureza fsico-qumica da interface eletrodo-soluo. Este

procedimento determina uma forma de alterar a reatividade e seletividade do material

original, formador da superfcie do eletrodo de trabalho.

A modificao dos eletrodos propiciou o desenvolvimento de eletrodos especficos

para vrios fins e aplicaes de interesse. O avano tecnolgico contribuiu para o

desenvolvimento de uma ampla aplicao dos EQMs. Uma vez modificada a superfcie do

eletrodo, a deteco da substncia que se deseja, agora ocorre via intermdio do modificador,

ou seja, h uma reao especfica entre as molculas do modificador e da substncia de

interesse, gerando um sinal amplificado.

Em linhas gerais do desenvolvimento dos EQMs, h um trabalho na literatura que

organiza em uma escala cronolgica alguns estudos que marcaram o desenvolvimento dos

EQMs [43]. Sendo eles: o estudo da imobilizao de grupos funcionais com Cheek e Nelson

em 1964, em 1965 a incorporao de catalisadores inorgnicos com Jasinski, em 1967 a

incorporao de catalizadores biolgicos com Updike e Hicks, em 1970 a utilizao de filmes

polimricos com Diaz, proporcionando aos EQM estabilidade e seletividade, em 1975 com

Murray e colaboradores o aparecimento da denominao EQM, na dcada de 80 destacou-se o

estudo de Fleischmann com a introduo de microeletrodos modificados possibilitando a

aplicao em vivo e, na mesma dcada, a modificao de matrizes inorgnicas e a aplicao

de membranas biolgicas com Miller e Millazo, respectivamente.

Ainda que no citado neste estudo cronolgico, na mesma dcada dos estudos de

Murray, Bockris e colaboradores [44] citam a contribuio de Lane e Hubbard em 1973. Lane

e Hubbard desenvolveram o primeiro trabalho que apontou novas vantagens obtidas com a

utilizao de camadas orgnicas sobre o eletrodo de trabalho. Os autores utilizaram a

modificao com o intuito de que este material modificador serviria como plataforma para a

imobilizao de outras substncias redox, diminuindo assim, a perda da atividade redox

causada pela adsoro direta da molcula biolgica na superfcie do eletrodo de trabalho. Este

Introduo

8

estudo abriu novas frentes para os biossensores, uma vez que a imobilizao de materiais

biolgicos pode ser feita de maneira a reduzir a perda da atividade deste material. Para

exemplificar essa plataforma de imobilizao de molculas biolgicas, podemos citar um

trabalho que utilizou um polmero redox, um derivado de violognio, na regenerao da

enzima aps sua atuao no substrato de interesse. Desta forma, a enzima permaneceu no

eletrodo de trabalho atuando sobre substrato sem perda significativa de sua atividade [45].

Dependendo do material modificador, h um procedimento que melhor imobiliza-o na

superfcie do eletrodo. Os principais mtodos de modificao so por adsoro, ligao

covalente, filmes polimricos e materiais compsitos. A adsoro a incorporao do

material por contato do eletrodo com a dissoluo do material no solvente apropriado.

Fornece no mximo uma monocamada e sofre o processo de dessoro por tendncia natural

do equilbrio. O mtodo de ligao covalente consiste em ligar covalentemente grupos

funcionais presentes na superfcie do eletrodo com o material modificador. Fornece

estabilidade, porm, requer maior tempo no procedimento e gera apenas uma monocamada.

Um nmero muito pequeno de monocamadas desvia a anlise da linearidade. No

procedimento com materiais compsitos, so misturados dois compostos com caractersticas

diferentes. Essa mistura resulta em um compsito com caractersticas fsicas e eletroqumicas

especficas. Pode gerar resistividade anlise e lixiviao do material redox na mistura. O

material deixa a superfcie do eletrodo aps algumas repeties da anlise. A utilizao de

filmes polimricos na modificao dos eletrodos amplia enormemente a aplicao destes

eletrodos para fins especficos, so mais versteis e estveis.

Na rea da qumica de polmeros, encontram-se materiais com diversas caractersticas,

possibilitando inmeras criaes e aplicaes. Os filmes polimricos possibilitam o

desenvolvimento de diferentes eletrodos modificados, aumentando a reatividade e

sensibilidade do eletrodo [46]. Os polmeros podem ser utilizados como catalisadores de

reaes redox [47], plataforma para a imobilizao orientada de enzimas proporcionando a

regenerao das mesmas sem perda da eficincia cataltica [48,49], materiais capazes de

incorporar outras molculas [50] ou ainda possibilitando a montagem de diferentes camadas

na superfcie do eletrodo controlando sua reatividade [51]. Alm do mais, esse tipo de

Introduo

9

modificao permite o controle sobre o crescimento das monocamadas formadas, as quais so

fundamenteis para a amplificao do sinal obtido.

Dentre os polmeros utilizados na eletroqumica, uma ampla classe que pode ser citada

devido a sua importncia na eletroqumica a dos polmeros derivados de violognio [52].

So chamados de derivados de violognio devido ao fato de serem originados da

quaternizao dos dois nitrognios da 4,4- bipidina. O poli (benzil violognio) [PBV]Br2

(fig. 2) (chamado de PBV) pertence a esta classe de polmeros, um derivado de violognio.

Assim como estes derivados, o PBV eletroativo e possui trs estados de oxidao PBV2+

,

PBV+

e PBV0 [53,54] e sua principal caracterstica a fcil reduo via um-eltron, a qual

origina ctions radicais estveis [55].

Dentre as aplicaes desses polmeros, podemos citar o emprego como mediadores de

enzimas em biossensores (como j foi citado) ou ainda em sensores eletroqumicos atuando

como mediadores na reduo de outras molculas de interesse [56-61]. Tambm so

utilizados como intercaladores de nions devido s cargas positivas [62] e ainda empregados

na confeco de dispositivos fotocrmicos, devido propriedade de mudana de cor quando o

derivado passa a ction radical [63].

Outra aplicao possvel para os derivados de violognio foi obtida a partir de estudos

prvios desenvolvidos em nosso laboratrio. O polmero N,N-di (3-pirrol-1-il-propil) - 4,4-

bipiridina (DPPB) o qual, tambm um derivado de violognio, foi eletropolimerizado na

superfcie do eletrodo de carbono vtreo e apresentou atividade cataltica na reduo de 4-

nitrotolueno (NT). Este resultado possibilitou o emprego destes derivados no estudo da

reduo eletroqumica de nitrocompostos, em potenciais significativamente menores e com

maior sensibilidade. Uma vez que as caractersticas so semelhantes para os polmeros dessa

Figura 2. Representao da estrutura qumica do PBV.

Introduo

10

classe, a possibilidade de aplicar o PBV na reduo de outros compostos nitroderivados

passou a ser considerada.

Buscando na literatura o emprego de EQMs na rea da eletroanaltica, especificamente

na deteco de nitrocompostos, que foco deste trabalho, encontramos o emprego dos EQMs

como metodologia mais sensvel e seletiva para a anlise de nitrocompostos. Abordando a

modificao com algumas molculas orgnicas, com metais, ou ainda em materiais

compsitos como pasta de carbono [64-69]. Ainda a respeito da modificao de eletrodos e o

emprego na anlise de nitroderivados, pode-se citar o emprego de molculas biolgicas como

modificadores, conferindo maior especificidade ao mtodo. Estes modificadores so

imobilizados na superfcie do eletrodo por mtodos de adsoro ou materiais compsitos [70-

74]. Recentemente, a deteco de nitrocompostos vem sendo desenvolvida tambm com

eletrodos modificados com nanomateriais, sejam eles nanopartculas ou nanoestruturas [75-

77].

Na literatura existem pouqussimos trabalhos que abordam o emprego de EQMs na

deteco eletroqumica de frmacos nitroderivados como o CNZ, NTZ e Nimes. Apenas um

trabalho, at o momento, que emprega o uso eletrodo modificado na quantificao de CNZ

por deteco eletroquimiluminescente [78]. J para o NTZ, so encontradas na literatura

apenas abordagens de deteco eletroqumica direta feita com eletrodos sem modificaes, as

quais tambm no so encontradas em grande nmero [79-84]. Para a deteco eletroqumica

da Nimes, at o momento, poucos trabalhos utilizam os EQMs como eletrodos de trabalho em

anlises eletroanalticas [85-87].

Assim, mesmo com tantas vantagens, como as que foram aqui citadas, obtidas com o

emprego de EQMs na determinao eletroanaltica, no h muitos trabalhos que fazem uso

desta metodologia na deteco de frmacos nitroderivados. E nenhum, at o momento,

utilizando o polmero PBV na modificao de eletrodos de trabalhos para anlises diretas de

CNZ, NTZ ou Nimes. O emprego de EQM com PBV na anlise de frmacos nitroderivados

traria inmeros benefcios para as anlises. Tornaria estas anlises mais seletivas e sensveis,

diminuiria os custos de suas realizaes, pois no necessitariam de equipamentos

sofisticados, solventes e outros materiais. Tambm, o tempo gasto para finalizar as anlises

seria diminudo, uma vez que no seria necessrio um pr-tratamento das amostras antes de

Introduo

11

suas determinaes. E por fim, a anlise poderia ser desenvolvida no local, com o uso de

dispositivos portteis e microeletrodos impressos e descartveis. Por exemplo, em indstrias,

para controle de qualidade e na rea de toxicologia forense, para a confirmao da existncia

de benzodiazepnicos nitroderivados em bebidas ou amostras biolgicas.

Neste trabalho, est descrita a melhor condio para a modificao do eletrodo de

carbono vtreo com o polmero PBV. apresentado o estudo cintico, as caractersticas

eletroqumicas dos eletrodos modificados, bem como o desenvolvimento das anlises dos

frmacos CNZ, NTZ e Nimes em meio aquoso e em diferentes pHs, alm da determinao

de suas curvas analticas. Tambm apresentada a aplicao do eletrodo CV-PBVem

amostras comerciais, ou seja, dos respectivos medicamentos Rivrotril, Sonebon

e

Nimesulida - medicamento genrico, todos em soluo aquosa.

Objetivos

Objetivos

13

2. OBJETIVOS

O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento eletroqumico de frmacos

nitroderivados como o Clonazepam, Nitrazepam, e Nimesulida com eletrodos quimicamente

modificados com o polmero Poli (benzil violognio) - PBV.

2.1 Objetivos especficos

Para avaliar a influncia da PBV sobre a reduo de frmacos nitroderivados foi

necessrio:

Sintetizar e caracterizar o polmero;

Determinar o melhor procedimento para a modificao da superfcie do eletrodo

de trabalho;

Desenvolver o estudo eletroqumico dos frmacos utilizando os eletrodos

modificados e polidos pela tcnica de voltametria cclica;

Determinar as curvas analticas dos padres dos frmacos analisados;

Aplicar o eletrodo modificado na anlise de amostras comerciais.

Materiais e Mtodos

Materiais e mtodos

15

3. MATERIAIS E MTODOS

3.1 Materiais

3.1.1 Reagentes

A gua utilizada no preparo das solues foi purificada atravs do sistema Millipore

Milli-Q. Nos experimentos de eletroqumica, as solues eletrolticas foram previamente

borbulhadas com gs inerte (argnio 99,99% - White Martins) para a eliminao de

oxignio. O oxignio eletroativo no intervalo de potencial trabalhado, deste modo, sua

remoo foi necessria. A acetonitrila (anidro 99,8%) ( Sigma-Aldrich Co., Ltda) foi tratada

previamente com peneira molecular (4) [63].

Os reagentes abaixo mencionados foram utilizados sem tratamento prvio.

Metanol (J. T. Baker, grau HPLC), ter etlico (Mallinckrodt Chemicals, anidro),

brometo de potssio (Merck, 99%). Os reagentes hexafluorfosfato de sdio (98%), 1,4-bis-

bromometil-benzeno (98%) e 4,4- bipiridina (98%), fosfato de sdio monobsico (anidro,

99%), fosfato de sdio dibsico (anidro, 99%), fosfato de sdio tribsico (99,5%), gua

deuterada (99,8 %) e dimetilsulfxido (DMSO 99,5%) foram de procedncia Sigma-

Aldrich Co., Ltda. cido clordrico, hidrxido de sdio (97%), acetato de sdio (97%),

cido brico (99,5%) e cido actico de procedncia Synth.

Os frmacos 5-(2-clorofenil)-1,3-diidro-7-nitro-2H-1,4-benzodiazepina-2-ona

(Clonazepam CNZ) e 1,3-diidro-7-nitro-5-fenil-2H-1,4-benzodiazepina-2-ona (Nitrazepam

NTZ) foram cedidos pelo Laboratrio de Toxicologia da Faculdade de Cincias

Farmacuticas de Ribeiro Preto, Universidade de So Paulo. O frmaco N-(4-Nitro-2-

fenoxifenil) metanosulfonamida (Nimesulida - Nimes) foi de procedncia Sigma-Aldrich

Co., Ltda.

Os medicamentos utilizados nos experimentos com amostras comerciais foram:

Rivotril

gotas 2,5 mg mL-1

(medicamento de referncia que contm CNZ como princpio

ativo) fabricado pelo laboratrio Roche (lote no

RJ0437), Sonebon comprimidos 5 mg

Materiais e mtodos

16

(medicamento que contm NTZ como princpio ativo) fabricado pelo laboratrio EMS (lote

no

L374507) e Nimesulida suspenso oral - gotas 50 mg mL-1

, medicamento genrico,

fabricado pelo laboratrio Biosinttica - Ache (lote no 1200095).

3.1.2 Instrumentao

Para a realizao de medidas eletroqumicas foi utilizado um potenciostato da marca

Bioanalytical System (BAS) modelo CV 27 acoplado a um registrador X-Y e clulas

eletroqumicas convencionais de trs eletrodos; Ouro (Au) com rea geomtrica de 0,031

cm2 ou Carbono vtreo (CV) com 0,071 cm

2 de rea geomtrica como eletrodos de trabalho,

Platina (Pt) de grande rea (fio de platina em espiral) como eletrodo auxiliar e

Ag/AgCl(s)/KCl(sat) como eletrodo de referncia.

Os experimentos eletroqumicos que necessitaram de altas velocidades de varredura

(maiores que 150 mV s-1

) foram desenvolvidos em um potenciostato/galvanostato da marca

Autolab modelo BSTR 10A interfaciado com computador.

Os experimentos envolvendo eletrodo de disco rotativo foram realizados com

eletrodo de disco rotativo de CV, com rea geomtrica de 0,20 cm2, acoplado a um

controlador de rotao da marca Pine Instruments MSRX.

Os espectros de absoro UV-Vis foram obtidos em um espectrofotmetro modelo

UV-2550 da marca Shimadzu.

O teor do CNZ foi analisado por cromatografia lquida de alta eficincia e utilizou-se

o cromatgrafo da marca Shimadzu - modelo CBM-20A.

O espectro de ressonncia magntica de hidrognio (RMN 1H) do PBV foi feito no

Departamento de Qumica da Faculdade de Filosofia Cincias e Letras de Ribeiro Preto; o

referido equipamento operou na frequncia de 500 MHz.

Materiais e mtodos

17

3.2 Mtodos

3.2.1 Sntese do polmero Poli (benzil violognio) [PBV]Br2

O polmero [PBV]Br2 (fig. 2) foi sintetizado por mtodo semelhante ao descrito na

literatura [88] com algumas modificaes: 7,58 mmol (2,0 g) de 1,4-dibromometilbenzeno e

7,58 mmol (1,2 g) de 4,4-bipiridina foram adicionados em 60 mL de acetonitrila. A mistura

foi aquecida at refluxo, no qual permaneceu por 40 min. Aps o resfriamento, o precipitado

foi separado por filtrao, em seguida lavado com ter etlico gelado e posteriormente seco a

temperatura ambiente. O polmero foi caracterizado por RMN 1H em gua deuterada (D2O).

A espectroeletroqumica foi utilizada como mtodo de caracterizao do ction radical

formado a partir do polmero submetido eletrlise.

3.2.2 Experimentos

3.2.2.1 UV-Vis

Os espectros de absoro dos frmacos CNZ e NTZ foram obtidos em diferentes

pHs: tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH 2,0, tampo acetato 0,1 mol L-1

pH 5,0, tampo fosfato

0,1 mol L-1

pH 7,0, tampo borato 0,1 mol L-1


pH 12,0.

Os tampes com os sais de fosfato de sdio e acetato de sdio foram feitos de acordo com os

valores de pHs desejados e os referidos sais ou cidos considerando os valores dos pKas. Foi

utilizado cido clordrico ou hidrxido de sdio para o ajuste fino do pH. Para o tampo

borato, foi utilizado o cido brico na concentrao desejada e adicionado hidrxido de

sdio at a manuteno do pH desejado, no caso 9,0.

Os espectros dos frmacos foram obtidos na concentrao de 50 mol L-1

, partindo

de um estoque de 50 mmol L-1

de cada um dos frmacos em DMSO. A baixa solubilidade da

Nimes em meio cido, possibilitou apenas a obteno dos espectros deste frmaco nos pHs

7,0, 9,0 e 12,0. Para os demais frmacos, os espectros foram feitos em todos os pHs: 2,0; 5,0;

7,0; 9,0 e 12,0. Todos os experimentos foram desenvolvidos na temperatura ambiente

(aprox. 25 C).

Materiais e mtodos

18

3.2.2.2 Cromatografia lquida de alta eficincia

Devido ao no conhecimento da procedncia especfica dos frmacos CNZ e NTZ, o

grau de pureza destes padres no era determinado. Como o objetivo era utilizar estes

padres para verificar a aplicabilidade do eletrodo CV-PBV, o teor do frmaco CNZ foi

analisado por cromatogrfica lquida de alta eficincia.

Foi utilizada uma coluna C18 (Merck) de 12,5 cm de comprimento, 4,6 mm de

dimetro, com partculas de 5 m. A fase mvel utilizada foi 70% metanol e 30% gua na

vazo de 0,8 mL min-1

, mtodo adaptado da literatura [5]. Foram analisadas concentraes

de 5,0 a 45 g mL-1

de CNZ em metanol, partindo do estoque de 250 g mL-1

em 308 nm.

3.2.2.3 Espectroeletroqumica

Os espectros foram obtidos utilizando um eletrodo de ITO (xido de Estanho dopado

com ndio), previamente limpo com etanol e gua destilada. A soluo do polmero PBV foi

mantida a 1 mg mL-1

em KBr 0,1 mol L-1

. O potencial aplicado para a gerao do cton

radical foi - 0,4 V vs Ag/AgCl(s)/KCl(sat). Utilizou-se como eletrodo auxiliar um fio de

platina e as medidas foram realizadas em cubetas de vidro. A cubeta foi colocada no

espectrofotmetro, j contendo a soluo do polmero e tampada com uma tampa de teflon

na qual, os eletrodos foram encaixados e os mesmos foram inseridos na soluo. Antes de

traar os espectros da soluo de PBV, foi feito o espectro apenas da soluo de KBr 0,1

mol L-1

submetida aplicao do potencial de -0,4 V e outro espectro da soluo de PBV

submetida ao potencial de 0,0 V. O potencial foi aplicado por cinco segundo antes de traar

o espectro na regio de 450 a 600 nm.

3.2.2.4 Voltametria cclica

Todas as medidas eletroqumicas (salvo excees quando citadas) foram obtidas por

voltametria cclica na ausncia de oxignio (borbulhamemento de gs argnio por 10

minutos) em clulas eletroqumicas convencionais de trs eletrodos. Enquanto as medidas

eletroqumicas eram obtidas, o fluxo de argnio foi mantido sob a superfcie da soluo

Materiais e mtodos

19

analisada. Eletrodos de CV ou Au foram utilizados como eletrodos de trabalho (polidos ou

modificados), Pt como eletrodo auxiliar e Ag/AgCl(s)/KCl(sat) como eletrodo de referncia.

3.2.2.4.1 Preparo do eletrodo modificado

O eletrodo CV foi polido com suspenso de alumina 1m(Arotec), lavado com gua

destilada e em seguida, sonicado por 30 segundos em gua destilada. O eletrodo de Au foi

limpo com soluo Piranha (3:1 cido sulfrico/perxido de hidrognio), lavado com

gua destilada. Posteriormente foi submetido a uma limpeza eletroqumica varrendo os

potenciais entre +1,6 e -0,4 V a 100 mV s-1

em soluo aquosa de cido sulfrico 0,5 mol L-1

previamente desoxigenada e finalmente lavado com gua destilada.

Para a modificao dos eletrodos, foi utilizada uma soluo aquosa do polmero PBV

1 mg mL-1

em KBr 0,1 mol L-1

, para o eletrodo de CV o intervalo de potencial utilizado foi

de -0,8 a 0 V e para o de Au de -0,7 a 0 V. Ambos a 50 mV s-1

por dois ciclos completos e

em -0,4 V (durante o terceiro ciclo) foi aplicado a eletrlise por 30 s. Imediatamente aps a

eletrlise, os eletrodos de trabalho foram mergulhados em uma soluo saturada de NaPF6

para a precipitao do polmero com o contraon PF6-

e, em seguida, lavados com gua

destilada.

O mtodo de modificao acima escrito foi obtido aps avaliao da cobertura

gerada por variaes no mtodo proposto. As variaes forma feitas em relao aos

intervalos de potencial, aos tempos de eletrlise e aos nmeros de ciclos (seo 4.2).

A cobertura foi calculada pela anlise dimensional (1), obtendo-se a rea do pico de

reduo do PBV a 10 mV s-1

.

Onde A.V a rea do pico obtida pela pesagem do pico recortado, determinada em

comparao com o peso de um quadrado de rea conhecida. O nmero de eltrons

envolvidos no processo redox n. A cobertura obtida dada em mol/cm2.

(1)

Materiais e mtodos

20

3.2.2.4.2 Comportamento eletroqumico dos frmacos CNZ, NTZ e Nimes

O comportamento eletroqumico do CNZ foi estudado por voltametria cclica a

10 mV s-1

em diferentes pHs (os mesmos utilizados nos experimentos de UV-Vis). A

concentrao dos frmacos utilizada foi 70 mol L-1

. Uma vez que, a estrutura qumica das

molculas de CNZ e NTZ so semelhantes, assim como seus valores de pKas, mudanas

significativas no foram esperadas no comportamento eletroqumico frente aos pHs, em

relao de uma para outra. Dessa forma, o NTZ foi avaliado apenas em condies extremas

de pH, ou seja, em 2,0 e 12,0, tambm em 7,0 como padro para a comparao com os

outros pHs.

No caso da Nimes, a baixa solubilidade deste frmaco em meio cido permitiu que o

estudo do comportamento eletroqumico fosse desenvolvido em pH 7,0 e, em relao aos

pHs bsicos, o pH 12,0 foi escolhido. O estudo em pH 9,0 no foi desenvolvido pois, o

comportamento obtido seria semelhante ao pH 12,0; ambos os valores de pHs so superiores

ao valor do pKa da Nimes.

3.2.2.4.3 Voltametria linear com eletrodo de disco rotativo

Os experimentos com eletrodo de disco rotativo foram realizados a 10 mV s-1

,

variando a rotao de 100 a 1000 rpm. Foi utilizada a concentrao de 100 mol L-1

de cada

um dos frmacos em tampo fosfato 0,1 mol L-1

em pH 7,0.

3.2.2.4.4 Deteco de CNZ, NTZ e Nimes

Os experimentos eletroqumicos foram realizados em tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH

7,0 como eletrlito de suporte a 10 mV s-1

. As curvas analticas com os padres CNZ, NTZ

e Nimes foram construdas em relao aos valores de corrente correspondentes a cada

concentrao do frmaco adicionada. A faixa de concentrao trabalhada foi de 0 a 150

mol L-1

. Foram construdas curvas para as anlises com os eletrodos CV e Au (modificados

e polidos).

Materiais e mtodos

21

3.2.2.4.5 Anlise de amostras comerciais

Os experimentos com amostras comerciais foram desenvolvidos a fim de determinar

a concentrao de cada um dos princpios ativos nos respectivos medicamentos (Rivotril

,

Sonebon

e Nimesulida genrico).

Para estas anlises foi utilizado o eletrodo CV-PBV. Foi empregado mtodo de

adio de padro [89] para a determinao do valor da concentrao do princpio ativo em

cada um dos medicamentos. Este mtodo empregado sempre que no se pode obter o

elemento de anlise livre dos interferentes da matriz, como foi o caso neste trabalho. O

mtodo consiste na adio de uma alquota do medicamento e adies de alquotas do

padro em diferentes concentraes, todas exatamente conhecidas. Aps a adio de cada

alquota, o valor de corrente (Ipc) foi determinado. O valor do principio ativo no

medicamento foi determinado atravs da regresso linear da curva Ipc x concentrao do

padro.

As adies foram feitas partindo das solues estoques de 50 mmol L-1

dos padres

em DMSO. Cada adio correspondia a 10 mol L-1

do padro. A concentrao dos

medicamentos foi calculada baseada nas especificaes de cada fabricante, quanto a real

concentrao de cada princpio ativo contida no medicamento. A concentrao trabalhada

foi 7,0 mol L-1

. A obteno dessa concentrao para cada um dos medicamentos esta

descrita a seguir:

Rivotril

A apresentao deste medicamento (gotas) permitiu que, o volume correspondente

concentrao citada fosse retirado diretamente do frasco, sem prvia diluio.

Sonebon

Neste caso, uma soluo estoque do medicamento foi necessria. Esta soluo

estoque foi feita considerando o valor em massa do principio ativo que havia em um

comprimido (especificado pelo fabricando) e o peso mdio de cada comprimido. Assim, foi

calculado o peso mdio de quatro comprimidos, os quais foram macerados em seguida.

Materiais e mtodos

22

Deste p, utilizou-se a massa relativa a dois comprimidos que forneceu a concentrao de

12,5 mmol L-1

em DMSO.

Nimesulida medicamento genrico

O medicamento utilizado apresentava-se em suspeno, a qual no era solvel em

tampo fosfato (eletrlito para as anlises). Desta forma, foi necessrio o emprego de uma

soluo estoque do medicamento. Esta soluo foi preparada pipetando-se do frasco do

medicamento um volume que correspondesse a uma concentrao final de 7,0 mmol L-1

(segundo fabricante) em 1mL de DMSO.

Resultados e discusso


24

4. RESULTADOS E DISCUSSO

4.1 Caracterizao do polmero PBV

4.1.1 Espectroeletroqumica

A caracterizao do polmero PBV recm-sintetizado foi feita por

espectroeletroqumica. A tcnica consiste no acompanhamento do perfil de absoro das

molculas na regio do visvel, enquanto se aplica o potencial de -0,4 V e 0,0 V. A figura 3

apresenta o espectro de absoro do PBV (1 mg mL-1

em KBr 0,1 mol L-1

) sobre a superfcie

do eletrodo de ITO.

Durante a aplicao do potencial de 0,0 V no eletrodo de ITO inserido na soluo do

polmero, no foi visualizada nenhuma banda de absoro em toda a regio do espectro (450

a 600 nm). medida que o eletrodo de ITO foi polarizado em -0,4 V, a cadeia polimrica do

PBV foi reduzida, o monmero formado (PBV+

) na superfcie do eletrodo apresentou a

colorao azul. Desta forma, na figura 3 foi possvel observar uma nica banda com

absoro mxima na regio de 530 nm; consequncia da absoro dos ctions radicais. Os

derivados de violognio quando sofrem a primeira reduo, por mtodo qumico ou

eletroqumico, geram ctions radicais e estas espcies apresentam como caracterstica a

absoro mxima na faixa de 525 a 540 mm [90-93].

Nas condies da metodologia proposta para a sntese do polmero, apenas as cadeias

do PBV foram precipitadas na forma de brometo, com rendimento de aproximadamente

100% e ento o polmero foi recristalizado a quente. Desta forma, a espectroeletroqumica

pode ser empregada como metodologia de caracterizao, uma vez que, j conhecido seu

emprego na caracterizao de derivados de violognio.


25

Figura 3. Espectroeletroqumica do polmero PBV (1 mg mL

-1) em KBr 0,1 mol L

-1.

Espectros de absoro do eletrodo de ITO em soluo aquosa do polmero

(previamente desoxigenada). Eixo em 0,0 V absoro do PBV2+

durante a

aplicao de potencial em 0,0 V. Eixo -0,4 V absoro do ction radical

formado durante a eletrlise em -0,4 V.


26

4.1.2 Espectroscopia de Ressonncia Magntica de Hidrognio (RMN 1H)

O polmero tambm foi caracterizado por RMN 1H (500 MHz, D2O) (anexo A) e o

perfil espectral correspondeu aos seguintes deslocamentos: picos maiores: 9,16 (t, J = 5,0

Hz, 1H); 8,54 (t, J = 6,1 Hz, 1H); 7,66 7,55 (m, 1H); 5,97 (s, 1H); picos menores:

9,08 9,00 (m, 0,27H); 8,83 (d, J = 6,5 Hz, 0,26H); 8,44 (d, J = 6,6 Hz, 0,27H); 8,10

7,96 (m, 0,27H); 7,50 (d, J = 7.0 Hz, 0.27H); 5.92 (s, 0,44H). Os picos maiores

correspondem s unidades de repetio do polmero de violognio, ou seja, so encontrados

em valores de deslocamento semelhantes ao espectro de RMN 1H (300 MHz, D2O) do

monmero Benzil violognio comercializado pela Sigma-Aldrich (Benzyl viologen

Dichloride 97% no do produto 271845). Os picos menores, obtidos na caracterizao do

polmero, so atribudos s unidades da bipiridina monoalquilada e aos grupos metilenos, os

quais so os constituintes terminais da cadeia do polmero. Os dados obtidos por RMN 1H

so comparveis aos obtidos por Creager e Fox [94], que caracterizaram por RMN 1H (300

MHz, D2O) o mesmo polmero, apenas com contraon diferente, os autores utilizaram o

cloreto ao invs de brometo.


27

4.2 Modificao do eletrodo de CV com PBV

Existem dois mtodos encontrados na literatura para a modificao de eletrodos com

o polmero PBV, descritos por Abrua e Bard [63]. Um deles se d pela evaporao do

solvente no qual o polmero se encontrava disperso (com o contraon PF6-). A outra forma

descrita de modificao atravs da fotoreduo do PBV. Ambas as formas de modificao

descritas, segundo os autores Creager e Fox [94], no fornecem coberturas permanentes. Os

dois ltimos autores introduziram a abordagem eletroqumica para a modificao do

eletrodo, atravs da ciclagem sobre as duas formas de reduo do PBV (PBV2+

/PBV+

,

PBV+

/PBV0), garantindo melhor adeso do filme ao eletrodo.

Apesar da diferena dos mtodos de modificao propostos pelos autores aqui

citados, todos obtiveram eletrodos modificados com mesmo perfil eletroqumico. Isso se

deve provavelmente semelhana das espcies geradas na superfcie do eletrodo. Em todas

as modificaes, a reduo do polmero vai at espcie neutra PBV0 que se deposita na

superfcie do eletrodo, provavelmente, de forma aleatria, sem ordenao. Estas espcies

possuem carga total igual a zero desta forma, sugere-se que no h orientao (interao por

carga) para que estas molculas se agrupem ordenadamente no eletrodo.

Apesar da metodologia que utiliza a tcnica de eletroqumica produzir um perfil de

picos alargados, ainda vantajosa em detrimento ao mtodo de precipitao (evaporao do

solvente) apenas, pois, possibilita principalmente o controle do crescimento da cobertura do

polmero na superfcie do eletrodo e garante maior aderncia do material na superfcie. O

mtodo eletroqumico citado [94] foi reproduzido e o perfil voltamtrico do eletrodo

modificado com PBV em soluo aquosa est apresentado na figura 4 A. Objetivando uma

cobertura polimrica estvel, com perfis de picos definidos e principalmente, o controle

sobre o processo de formao dessa cobertura, um mtodo de modificao foi desenvolvido,

o qual resumidamente uma otimizao das metodologias citadas.


28

Para tanto, a modificao eletroqumica da superfcie do eletrodo de CV com o PBV,

pode acontecer por dois processos que ocorrem durante a reduo do polmero. Os processos

redox fundamentais para a formao das monocamadas no eletrodo so: a gerao do ction

radical (PBV+

) em aproximadamente -0,4 V e a formao da espcie neutra (PBV0) em

aproximadamente -0,7 V. Esses processos so semelhantes aos publicados para outros

derivados de violognio [95].

A forma neutra do polmero insolvel em soluo aquosa, portanto, permanece na

superfcie do eletrodo aps sua formao. A espcie PBV+

permanece na superfcie do

eletrodo apenas durante o processo de sua formao, ou seja, durante a eletrlise em -0,4 V

aproximadamente. Uma vez que a eletrlise interrompida, essa espcie tende, pelo

processo difusional, a deixar a superfcie do eletrodo indo novamente para o seio da soluo.

Para que isso no acontea, imediatamente aps ter decorrido o tempo de eletrlise, o

A B

Figura 4. Perfil voltamtrico do eletrodo CV-PBV em tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH

7,0 a 20 mV s-1

aps a modificao. A- Modificao por consecutivas

varreduras de 0 a -0,8 V a 50 mV s-1

(6 ciclos). Ep = 55 mV. B- Modificao

com metodologia proposta neste trabalho. Ep = 15 mV.


29

eletrodo foi mergulhado em uma soluo saturada de hexafluorfosfato de sdio. Dessa

forma, as espcies ficam precipitadas na superfcie do eletrodo na forma do sal insolvel

[PBV](PF6)2.

As espcies PBV+

determinam picos mais resolvidos para o perfil do eletrodo

modificado em soluo aquosa, como pode ser visualizado na figura 4 B. Isto,

provavelmente devido s cargas que ordenam a formao da cobertura sobre o eletrodo de

trabalho. O ction radical uma espcie que possui um eltron desemparelhado e por esse

motivo interage bem com a parte positiva de outras molculas do PBV, determinando assim,

uma ordenao nas monocamadas formadas. Ao contrrio do comportamento das espcies

PBV0, que como j foi dito, no se acomodam de forma ordenada, pois, so molculas que

possuem mesma carga ocupando a superfcie.

A contribuio de ambos os processos foi avaliada por experimentos nos quais, o

intervalo de potencial, o tempo de eletrlise e o nmero de ciclos foram variados. A melhor

condio para a modificao do CV com PBV foi obtida atravs dos valores de cobertura

() e de nmero de monocamadas, considerando que uma monocamada corresponde a 3 x

10-10

mol cm-2

[96]. Os resultados referentes s variaes no mtodo de modificaes do

eletrodo CV esto apresentados na figura 5 e tabela 1 (A, B e C). Para todos os

experimentos a concentrao do polmero foi mantida em 1mg mL-1

em KBr 0,1 mol L-1

e a

varredura de potencial, quando feita, desenvolveu-se a 50 mV s-1

.

Uma vez comprovado que as espcies PBV+

conferem picos mais resolvidos no

perfil eletroqumico do eletrodo CV-PVB, um estudo para verificao do processo de

formao da cobertura apenas com a contribuio destas espcies foi desenvolvido. Para

tanto, o perfil de formao da cobertura (nmol cm-2

) foi avaliado em relao ao tempo (s) em

que se manteve a eletrlise em 0,4 V. Este perfil (formao da cobertura em funo do

tempo de eletrlise) pode se visto na figura 5.

A figura 5 apresenta o grfico que relaciona os valores de cobertura do eletrodo CV-

PBV obtidos em tampo fosfato 0,1 mol L-1

pH 7,0 a 10 mVs-1

em funo do tempo de

eletrlise de 30 a 300 s em -0,4 V. possvel verificar um comportamento de uma sigmoide

(R2 = 0,995) em relao cobertura em funo do tempo da eletrlise. No intervalo de 0 a

105 s de eletrlise, observou-se a formao de no mximo duas monocamadas. J a partir de


30

intervalos superiores a 105 s at 240 s (~4 min) houve um aumento correspondente a aprox.

15 monocamadas, ou seja, um curto intervalo de tempo (~2 min) determinou a formao de

um nmero significativo de monocamadas. Aps 240 s foi possvel observar uma tendncia

na manuteno do valor da cobertura com o tempo, a qual permaneceu em aprox. 17

monocamadas.

Para o mtodo de modificao de eletrodos, o controle de formao da cobertura

fundamental. As respostas das anlises eletroqumicas so obtidas em relao rea do

eletrodo de trabalho. Uma vez que o eletrodo est modificado com algum material, fato

que, a resposta eletroqumica se dar levando em considerao a quantidade de material

sobre a superfcie deste eletrodo, ou seja, a cobertura.

Com isso, considerando o controle sobre o processo de formao de monocamadas,

constou-se que a modificao feita apenas pela eletrlise em -0,4 V, na qual h a

contribuio somente do monoradical, ofereceu um bom resultado acima de 4 min de

eletrlise e para intervalos

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