3.4.1 Química do Cobre
O cobre é um dos poucos metais que pode ser encontrado na sua forma pura na natureza. Possui massa atômica igual a 63,6 e está localizado no grupo 11 da tabela periódica, sendo, portanto, um metal de transição. A configuração eletrônica da camada de valência deste metal é 3d10, 4s1, apresentando como principais estados de oxidação os valores +1 e +2.
Complexos de cobre (I) geralmente possuem números de coordenação (NC) pequenos, com valências secundárias que variam entre 2 e 4. Estes complexos possuem geometrias linear para número de coordenação 2, trigonal para número de coordenação 3 e tetraédrico para número de coordenação 4.
Já o cobre (II) normalmente forma complexos com números de coordenação que variam entre 4-8, geralmente com geometrias quadrado planar, para número de coordenação 4, bipirâmide trigonal ou pirâmide de base quadrada, para número de coordenação 5 e octaédrica (com distorção tetragonal) para número de coordenação 6. Na Figura 14 estão apresentadas as
geometrias que são preferencialmente utilizadas para os compostos de coordenação com os íons de cobre (I) e (II).
Figura 14 – Geometrias propostas para complexos de cobre I e II
Fonte: Adaptado de Tisato (2010, p.711).
3.4.2 Aplicações do cobre
O cobre foi o primeiro metal utilizado pelas mais antigas civilizações da história da humanidade, há mais de 10.000 anos, conforme alguns relatos bíblicos. Por volta de 6.000 anos atrás, o cobre teve grande importância para produção de espadas, lanças e ferramentas, e, por isso, este período ficou conhecido como idade do cobre. Atualmente, o cobre é um dos metais de maior importância para a indústria moderna, na formação de ligas metálicas, assim como para sistemas biológicos por se tratar de um elemento biologicamente ativo em organismos vivos.
O cobre é um oligoelemento, ou seja, essencial para muitas formas de vida, sendo o elemento principal em mais de 300 proteínas em humanos (CRISPONI, et al., 2010). Seu caráter bioessencial foi descoberto em 1925 (LINDER, 1991), porém, sua importância biológica foi reconhecida apenas nas últimas décadas, com o desenvolvimento da química bioinorgânica deste metal (LIPPARD; BERG, 1994).
Por ser um elemento biologicamente ativo, possui aplicações biológicas relevantes, estando à maioria delas diretamente relacionadas com a facilidade de interconversão entre os
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seus estados de oxidação (I) e (II). O cobre, na forma de íon ou complexo, pode causar danos a moléculas constituintes de células, modificando suas estruturas em processos como fragmentação de DNA, induzindo mutações ou apoptose. Isso ocorre porque o cobre livre pode reagir com moléculas de oxigênio, gerando radicais livres ou íons superóxiodos, tais como o OH• e o O2-, que prejudicam as células dos organismos vivos. No caso de alguns complexos de cobre este processo se intensifica, pois além do cobre formar radicais livres, determinados ligantes conseguem aumentar a interação com as estruturas celulares, produzindo encaixes perfeitos entre eles durante as modificações celulares.
Ao mesmo tempo, o cobre é um elemento de fundamental importância em mecanismos de reações de várias enzimas, como, por exemplo, no transporte de elétrons (citocromo c oxidase), na produção de melanina (tirosinase) e na quebra de radicais realmente perigosos como superóxido (superóxido dismutase). Na Figura 15 estão representados os principais processos que têm o cobre como elemento central nos organismos vivos (LINDER, 2001).
Figura 15 – Principais processos biológicos envolvendo o cobre no organismo
Fonte: Kaim (1996, p. 47).
Dentre as proteínas e enzimas de cobre apresentadas na figura acima, pode-se destacar a hemocianina, uma metaloproteína que possui dois átomos de cobre como elementos centrais,
presente nos artrópodes e moluscos. Sua função principal é transportar oxigênio nestes animais, atuando de forma equivalente a hemoglobina nos mamíferos.
Na Figura 16 são apresentadas as estruturas do sistema hemocianina nas formas desoxihemocianina (a) e na forma oxihemocianina (b). Na Figura 16.a, observa-se que o cobre está em seu estado de oxidação +1, o qual não possibilita transições d-d e, por isso, a desoxihemocianina é incolor. À medida que o oxigênio se coordena à metaloproteína, ligando- se em ponte aos dois centros metálicos, os átomos de cobre sofrem oxidação passando de Cu1+
Cu2+ provocando assim a mudança de coloração da metaloproteína. A coloração azul do sangue dos artrópodes é, portanto, característica da presença do cobre no seu estado de oxidação II em tais proteínas sanguíneas.
Um fato a ser destacado neste sistema é a capacidade do cobre poder formar compostos estáveis com diferentes números de coordenação. Na forma desoxihemocianina, por exemplo, o cobre (I) faz três ligações, enquanto que na forma oxihemocianina, ao fazer pontes de oxigênios, o cobre (II) faz cinco ligações. Estes processos geram mudanças na geometria dos compostos, relacionadas com o estado de oxidação do metal, cujas estruturas sofrem distorções, estabilizando o centro metálico.
Figura 16 – Sistema da proteína hemocianina nas formas (a) desoxihemocianina, sem oxigênio e (b)
oxihemocianina, após a coordenação do oxigênio aos átomos de Cu
Fonte: Disponível em (http://moray.ml.duke.edu/projects/magnus/images/).
O cobre é bastante utilizado na formação de vários complexos que possuem aplicações importantes na química de coordenação, principalmente quando aplicados em sistemas biológicos. Alguns complexos de cobre atuam como catalisadores na formação de radicais, principalmente complexos de cobre (I), outros neutralizam os radicais, e há ainda complexos metálicos de cobre que permanecem neutros (LINDER, 2001). Atualmente, vários estudos vêm sendo realizados com o objetivo de desenvolver novos sistemas que suportem centros metálicos
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cataliticamente ativos, como é o caso dos compostos de coordenação de cobre(II)-guanidinas, que possuem um vasto potencial de aplicações em catálises oxidativas.
Complexos de cobre (II) com o ligante o-fenantrolina e seus derivados têm sido bastante utilizados para provocar dano oxidativo ao DNA (LINDER, 2001), apresentando alta eficiência nucleolítica (KUMAR, et al., 2008) e atividades biológicas importantes, tais como atividades de nuclease química, antitumoral, antibacteriana, antifúngica e antimicrobiana (OLIVER, et al., 2009). Palaniandavar e colaboradores relataram que os complexos de cobre (II) coordenados a ligantes mistos diiminas possuem propriedade de clivagem do DNA e apresentam atividades anticancerígenas, sendo estas mais eficientes do que a cisplatina (KANNAN; ARUMUGHAM, 2012).
O complexo [Cu(phen)2]+, por exemplo, apresenta excelente atividade de clivagem do DNA, e por isso, é considerado um importante modelo biológico no estudo de fármacos anticancerígenos, uma vez que a clivagem pode causar danos ao DNA de células cancerosas, bloqueando sua replicação (SANTHAKUMAR; ARUMUGHAM, 2012).
Para que ocorra a clivagem do DNA, o complexo [Cu(phen)2]2+ é inicialmente reduzido a [Cu(phen)2]+ que em seguida se liga ao DNA, com intercalante eficiente através da estrutura
planar rica em interações π do ligante fenantrolina. O cobre I reduz as espécies de oxigênio
presentes no meio, gerando radicais livres como superóxido e o radical hidroxila, e o complexo [Cu(phen)2]+ é oxidado para [Cu(phen)2]2+. Estes radicais vão gerar um ataque oxidativo clivando o DNA principalmente nas unidades C-1’, C-4’ ou C-5’ do 2-desoxirribose (TISATO, et al., 2010).
O complexo [Cu(phen)2]+, cuja estrutura é representada na Figura 17, gera um certo aumento na produção de espécies reativas de oxigênios (ROS) no organismo. No entanto, estudos mostram que o complexo cobre-phen favorece a indução da apoptose de células cancerígenas no fígado. Este mesmo complexo possui alta citotoxicidade com relação às células leucêmicas humanas, podendo inibir até 90% do crescimento destas células (TISATO, et al., 2010).
Figura 17 – Estrutura do complexo [Cu(phen)2]+ N N N Cu N + Fonte: Autora (2014).
Nas últimas décadas, vários estudos têm sido realizados (AWAD, et al., 2010) a partir do complexo cis-[Cu(phen)Cl2], visando tanto a identificação de novas aplicações para esta espécie quanto no desenvolvimento de novos complexos derivados apresentando este composto como precursor. O complexo cis-[Cu(phen)Cl2] possui funções relevantes, como por exemplo, condutividade de materiais ópticos e, devido sua coloração intensa é também utilizado como corante, além de que, complexos como este possuem eficientes atividades antitumoral e de clivagem do DNA (AWAD, et al., 2010).
O complexo cis-[Cu(phen)Cl2] possui geometria quadrado planar, tornando favorável a substituição dos cloretos por novos ligantes em sua esfera de coordenação, sendo tal propriedade bastante útil para a atuação deste composto em catálise. (AWAD, et al., 2010). Na Figura 18 é representada a estrutura do complexo em questão.
Figura 18 – Estrutura do complexo cis-[Cu(phen)Cl2]
Fonte: Autora (2014).