Compostos derivados de benzilcobaloximas: estudo por espectrometria de massas, análise térmica e eletroquímica

(1)

“JULIO DE MESQUITA FILHO”

INSTITUTO DE QUÍMICA DE ARARAQUARA

Programa de Pós-Graduação em Química

Compostos Derivados de Benzilcobaloximas: Estudo por

Espectrometria de Massas, Análise Térmica e Eletroquímica

Neurivaldo José de Guzzi Filho

Tese apresentada ao Instituto de

Química de Araraquara-UNESP,

para obtenção do título de

Doutor em Química, Área de

Concentração: Química Inorgânica

Prof. Dr. Edward Ralph Dockal

orientador

(2)

Prof. Dr. Edward Ralph Dockal (Orientador)

Instituto de Química de Araraquara – UNESP

Prof. Dr. Assis Vicente Benedetti

Prof. Dr. Stanlei Ivair Klein

Prof. Dr. Osvaldo Antônio Serra

FFCLRP, Departamento de Química – USP

Prof. Dr. Éder Tadeu Gomes Cavalheiro

(3)

NEURIVALDO JOSÉ DE GUZZI FILHO

1. DADOS PESSOAIS

Nascimento: 03/11/1967 Nacionalidade: Brasileira Naturalidade: São Carlos - SP Estado civil: Casado

Filiação: Neurivaldo José de Guzzi

Therezinha App. Pedrino de Guzzi Profissão: Professor

Documento de Identidade: 18489288

Cadastro de Pessoa Física (CIC): 138884538-52 Endereço: Rua Rui Barbosa, 1030, apto. 22

Centro

CEP: 13560 – 330 – São Carlos - SP

Endereço Profissional: Universidade Federal de São Carlos Departamento de Química

Rod. Washington Luís, km 235 – Caixa Postal 676 CEP: 13565 – 905 – São Carlos - SP

2. FORMAÇÃO ACADÊMICA

Licenciado em Química

Curso de Química – Licenciatura Plena, concluído em 29/02/1992, na Universidade Federal de São Carlos

Mestre em Química

Curso de Pós-Graduação em Química

Área de Concentração: Química Inorgânica, concluído em 16/03/1996 na Universidade Federal de São Carlos

Doutorado em Química

(4)

À Mara,

(5)

Aos meus pais

Que sempre me incentivaram, oferecendo condições e oportunidades para que eu chegasse até aqui.

Aos meus irmãos

(6)

Agradeço a todos que de uma maneira ou de outra colaboraram com este trabalho. Em especial:

Ao Prof. Dr. Edward R. Dockal pela orientação e oportunidade de realizar esta tese.

Ao Prof. Dr. Assis Vicente Benedetti, que sem sua valiosa contribuição no desenvolvimento da parte eletroquímica do trabalho, seja cedendo espaço físico e materiais, ou auxiliando na interpretação dos voltamogramas, não teria sido possível realizar esta etapa.

Ao Prof. Dr. Cecílio Sadao Fugivara pela confecção da célula e eletrodos experimentais e também pela ajuda na instrumentação, estando sempre disposto a isto.

Ao Prof. Dr. Éder T. G. Cavalheiro, pelas discussões dos resultados de análise térmica.

Ao Prof. Dr. Edson Rodrigues Filho, pela obtenção e auxílio na interpretação dos espectros de massa.

Aos colegas do Laboratório de Cinética e Luminescência da Universidade Federal de São Carlos: Betinho, Renê, Valéria, Ana Paula, Fabiana, Francisco, Ana Valéria e Márcia.

Aos colegas do Laboratório de Eletroquímica do Instituto de Química de Araraquara: Gilmar, Márcia, Borba, Zazá, Maria Lurdes, Suzana e Penha.

Ao Paulo Lambertucci e Luciana Vizotto pelas obtenção das análises elementares

À Maria Helena, técnica do Laboratório de Eletroquímica do Instituto de Química, pelo auxílio no preparo de soluções e cuidado com o material.

Ao Instituto de Química de Araraquara pela oportunidade oferecida.

Às secretárias da pós-graduação do Instituto de Química: Izolina, Sandra e Vilma.

(7)

(Ferreira Gullar)

Uma parte de mim É todo mundo

Outra parte é ninguém: Fundo sem fundo.

Uma parte de mim É multidão:

Outra parte estranheza E solidão.

Uma parte de mim Pesa, pondera: Outra parte Delira.(...)

Uma parte de mim É permanente: Outra parte

Se sabe de repente.

(8)

Índice de figuras... i

Índice de tabelas... iv

Resumo... vi

Abstract... vii

Estruturas, Fórmulas e Formas abreviadas... viii

1. Introdução... 1

1.1. A Vitamina B12... 1

1.2. Derivados e Compostos Modelo de Vitamina B12... 5

1.3. As Organocobaloximas... 7

1.4. Aplicações das Cobaloximas... 9

1.4.1. Em Reações Orgânicas... 9

1.4.2. Em Catálises... 16

2. Objetivos...20

3. Procedimento Experimental...21

3.1. Síntese dos Complexos...21

3.1.1. Procedimento Experimental...21

3.2. Caracterização dos complexos...22

3.2.1. Espectros na região do infravermelho... ...22

3.2.2. Espectros na região UV-visível...22

3.2.3. Espectros de RMN de 1_{H e de}13_C...22

3.2.4. Análise elementar...23

3.3. Análise Térmica...23

3.3.1. Análise dos resíduos...24

3.3.2. Caracterização dos intermediários...24

3.4. Espectrometria de Massas...24

(9)

4.1. Síntese dos Complexos...26

4.1.1. Caracterização do complexo...26

4.4. Estudo Eletroquímico...46

5. Conclusões...70

5.1. Sínteses dos complexos...70

5.4. Comportamento Eletroquímico...71

6. Sugestões para trabalhos futuros...72

(10)

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Vitamina B12 ou cianocobalamina... 1

Figura 2: Coenzima B12... 2

Figura 3: Cianopiridinacobaloxima... 7

Figura 4: Esquema da formação de radicais trifenilestanho e cobaloxima(II) através de irradiação. O radical Ph3Sn• abstrai com facilidade um halogênio (X) ... 9

Figura 5: Reação entre (trifenilestanho)cobaloxima e 2-(2-propiniloxi)-2,2-difenil-1-bromo-etano, produzindo uma cicloolefina como produto principal. O rendimento desta depende da capacidade ácida do solvente... 10

Figura 6: Mecanismo de abstração do hidrogênio-β pelo radical cobaloxima... 10

Figura 7: Organocobaloxima... 10

Figura 8: Produção de Benzil-TEMPO a partir de cobaloximas... 11

Figura 9: Formação de éteres cíclicos através de cobaloximas (n = 1, 2 e 3)... 12

Figura 10: Mecanismos de inserção de O2 em cobaloximas... 13

Figura 11: Mecanismo de decomposição de cobaloximas... 14

Figura 12: Mecanismo de “trapping” em organocobaloximas: homólise de R-CoIII para dar um par de radicais inertes contendo Rx e (CoII), seguido pela transferência do átomo ou grupo de XY para R em um processo bimolecular e posterior ligação de (CoII) com o radical (X ou Y ) gerado anteriormente... 15

Figura 13: Reação de dienil-cobaloxima e aldeídos, produzindo dihidropiranos e metilcobaloxima que pode ser utilizada na síntese da cobaloxima de partida... 15

Figura 14: Reação de formação de octalona a partir de complexo dienil cobaloxima... 16

Figura 15: Mecanismo “cross-coupling” alquil-estiril... 17

Figura 16: Equilíbrio redox intramolecular de [Co(Hdmg)2(Ph3P)(3,5-DBCatH)]... 18

Figura 17: Dissociação homolítica da ligação Co-O... 18

Figura 18: Reação entre alquilcobaloxima e NO, onde R = CH(Et)COOEt; CH(Me)COOCH2Ph; CH2Ph; CH(Me)Ph; naftil; CH2CH2Ph; CH2CH2CH2Ph; CH2(CH2)4CH3... 19

(11)

ii

Figura 20: Benzilcobaloxima com substituinte Y na posição 4 do anel aromático... 27

Figura 21: Espectro na região do ultravioleta do complexo [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py]... 29

Figura 22 Espectro de UV desconvoluído de [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py]... 30

Figura 23 Espectro de UV desconvoluído de [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py]... 30

Figura 24 Espectro na região do infravermelho do [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py]... 31

Figura 25: Espectro de RMN 1_{H do complexo [3-CNC} 6H4CH2Co(DMG)2py]... 32

Figura 26: Posições do carbono no anel aromático. X = [Co(DMG)2py]... 33

Figura 27: Espectro de RMN 13_{C do complexo [3-CNC} 6H4CH2Co(DMG)2py]... 33

Figura 28: Possível rota das fragmentações... 35

Figura 29: Espectro de massas do composto [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py]. Picos filhos de m/z 485... 35

Figura 30: Espectro de massas do composto [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py]. Picos filhos de m/z 360 e 406, respectivamente... 36

Figura 31: Espectro de massas do complexo [3-FC6H4CH2Co(DMG)2py]. Picos filhos de m/z 478... 36

Figura 32: Mecanismo de decomposição de benzilcobaloxima... 39

Figura 33: Curvas DSC, TG e DTA, respectivamente para o complexo [3,4-F,FC6H3CH2Co(DMG)2py]... 40

Figura 34: Curvas DSC, TG e DTA, respectivamente para o complexo [3CH3OC6H4CH2Co(DMG)2py]... 41

Figura 35: Curvas DSC, TG e DTA, respectivamente para o complexo [C6F5CH2Co(DMG)2py]... 42

Figura 36: Curvas DSC, TG e DTA, respectivamente para o complexo [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py]... 43

Figura 37: Espectros na região do infravermelho referente à análise do resíduo da decomposição térmica do complexo [3,4-F,F∅CH2Co(DMG)2py]... 45

(12)

Figura 39: Voltamograma cíclico completo para o complexo [3-CN∅CH2Co(DMG)2py]

no sistema Pt/acetonitrila e PTBA a 0,5 M, a 50 mV s-1_E

1 = -2,0 V,

E2 =1,5 V, A = 0,02 cm2 e eletrodo de referência Ag/Ag+... 50

Figura 40: Voltamogramas cíclicos para o complexo [3-CN∅CH2Co(DMG)2py] no

sistema Pt/acetonitrila e PTBA a 0,5 M, E1 = -2,0 V, E2 = 1,5 V,

A = 0,02 cm2_{e eletrodo de referência Ag/Ag}+_{, sendo as Seguintes}

velocidades: a = 10 mV s-1_{, b = 25 mV s}-1_{, c = 50 mV s}-1_{,d = 150 mV s}-1_,

e = 500 mV s-1... 51 Figura 41: Gráfico de Ipc vs v1/2_{obtido para o complexo [4-Cl}_∅_CH

2Co(DMG)2py]... 52

Figura 42: Gráfico de Ipc vs v1/2_{obtido para o complexo [3-CN}_∅_CH

2Co(DMG)2py]... 53

Figura 43: Gráfico de Ipc vs v1/2_{obtido para o complexo [3-Cl}_∅_CH

2Co(DMG)2py]... 54

Figura 44: Gráfico de Ipc vs v1/2 obtido para o complexo [C6F5CH2Co(DMG)2py]... 55

Figura 45: Voltamogramas cíclicos para o complexo [3-CN∅CH2Co(DMG)2py] no

intervalo de 0,3 a 0,8 V no sistema Pt/acetonitrila e PTBA a 0,5 M, sendo as Seguintes velocidades: a = 15 mV s-1, b = 30 mV s-1, c = 100 mV-1 e d = 500 mV s-1... 64 Figura 46: Curva de trabalho: razão das correntes de pico catódica/anódica em

função de log (kτ)... 65 Figura 47: Gráfico de Ipa vs v1/2_{obtido para o complexo [3-CN}_∅_CH

2Co(DMG)2py]... 67

Figura 48: Voltamograma cíclico completo para o complexo [C6F5CH2Co(DMG)2py]

no sistema Pt/acetonitrila e PTBA a 0,5 M, E1 = -2,0 V, E2 = 1,5 V,

a 50 mV s-1_{, A = 0,02 cm}2_{e eletrodo de referência AgAg}+_{... 68}

Figura 49: Voltamograma cíclico para o complexo [C6F5CH2Co(DMG)2py] no intervalo

de potencial 0,0 a -1,0 V, no sistema Pt/acetonitrila e PTBA a 0,5 M a 100 mV s-1_{, A = 0,02 cm}2_{e eletrodo de referência Ag/Ag}+_{... 68}

Figura 50: Voltamograma cíclico repetitivo para o complexo [C6F5CH2Co(DMG)2py]

no intervalo de potencial 0,0 a -2,0 V, no sistema Pt/acetonitrila e PTBA a

0,5 M a 100 mV s-1, A = 0,02 cm2 e eletrodo de referência

(13)

iv

Tabela 01: Nomenclatura de derivados da vitamina B12... 6

Tabela 02: Rendimento e reagente utilizado na síntese... 26

Tabela 03 : Resultados das análises elementares de C, H, N e Co... 26

Tabela 04 : Bandas características nas regiões do visível e do ultravioleta... 29

Tabela 05 : Atribuições tentativas na região de 1800 a 200 cm-1_... ₃₁

Tabela 06 : Dados de RMN 1_{H de compostos do tipo [RCH} 2Co(DMG)2py]... 32

Tabela 07 : Dados de RMN 13_{C de compostos [RCH} 2Co(DMG)2py]... 33

Tabela 08 : Dados de RMN 13_{C de compostos [RCH} 2Co(DMG)2py] referentes ao anel aromático... ... 33

Tabela 09 : Principais fragmentos obtidos nos espectros de massa (m/z)... 34

Tabela 10 : Perda de massa TG, faixa de temperatura e picos DSC relacionados aos processos de decomposição térmica das benzilcobaloximas sob ar... 44

Tabela 11: Parâmetros eletroquímicos obtidos dos voltamogramas cíclicos para o complexo [4-Cl∅CH2Co(DMG)2py], 5,1 x 10-3M em acetonitrila 0,5 M PTBA na região de -1,7 a –1,0 V vs Ag/AgCl, eletrodo de platina... 52

Tabela 12: Parâmetros eletroquímicos obtidos dos voltamogramas cíclicos para o complexo [3-CN∅CH2Co(DMG)2py], 5,3 x 10-3 M em acetonitrila 0,5 M PTBA na região de -1,7 a –1,0 V vs Ag/AgCl, eletrodo de platina... 53

Tabela 13: Parâmetros eletroquímicos obtidos dos voltamogramas cíclicos para o complexo [3-Cl∅CH2Co(DMG)2py], 5,3 x 10-3M em acetonitrila 0,5 M PTBA na região de -1,7 a –1,0 V vs Ag/AgCl, eletrodo de platina... 54

Tabela 14: Parâmetros eletroquímicos obtidos dos voltamogramas cíclicos para o complexo [C6F5CH2Co(DMG)2py], 4,9 x 10-3 M em acetonitrila 0,5 M PTBA na região de -1,7 a –1,0 V vs Ag/AgCl, eletrodo de platina... 55

Tabela 15: Parâmetros eletroquímicos obtidos dos voltamogramas cíclicos para o complexo [C6F5CH2Co(DMG)2py], 4,9 x 10-3 M em acetonitrila 0,5 M PTBA na região de 0,3 a 1,1 V vs Ag/AgCl, eletrodo de platina... 56

(14)

complexo [3-CN∅CH2Co(DMG)2py], 5,3 x 10-3 M em acetonitrila 0,5 M

PTBA na região de 0,3 a 1,1 V vs Ag/AgCl, eletrodo de platina... 58 Tabela 18: Parâmetros eletroquímicos obtidos dos voltamogramas cíclicos para o

complexo [4-Cl∅CH2Co(DMG)2py], 5,3 x 10-3 M em acetonitrila 0,5 M

complexo [3,5-CF3CF3∅CH2Co(DMG)2py], 5,0 x 10-3 M em acetonitrila

0,5 M PTBA na região de 0,3 a 1,1 V vs Ag/AgCl, eletrodo de platina... 60 Tabela 20: Parâmetros eletroquímicos obtidos dos voltamogramas cíclicos para o

complexo [3-CH3O∅CH2Co(DMG)2py], 2py], 5,6 x 10-3 M em acetonitrila

0,5 M PTBA na região de 0,3 a 1,1 V vs Ag/AgCl, eletrodo de platina... 61 Tabela 21: Parâmetros eletroquímicos obtidos dos voltamogramas cíclicos para o

complexo [3-F∅CH2Co(DMG)2py], 2py], 5,5 x 10-3 M em acetonitrila 0,5 M

complexo [3,4-Cl,Cl∅CH2Co(DMG)2py], 2py], 5,0 x 10-3 M em acetonitrila

(15)

vi Nesta tese estudou-se complexos organocobaloximas, com o grupo orgânico sendo derivado de benzilas substituídas do tipo [RCo(DMG)2py] onde R é 3-F∅CH2,

3-CH3O∅CH2, 4-Cl∅CH2, 3,5-CF3CF3∅CH2, 3-CN∅CH2, 3-Cl∅CH2, 3,4-Cl,Cl∅CH2

e C6F5CH2, por meio das técnicas de espectrometria de massas, análise térmica e

voltametria cíclica.

Os complexos foram sintetizados através de reação entre dimetilglioxima (DMGH), piridina, cloreto de hexaaquocobalto(II) em meio alcalino e atmosfera inerte, para gerar um composto Co(I) e posterior reação deste último com o respectivo reagente.

Todos os compostos foram caracterizados por meio de técnicas espectroscópicas de ressonância magnética nuclear de 1H e de 13C, infravermelho e visível-ultravioleta, além de análises elementares de carbono, hidrogênio, nitrogênio e cobalto.

Foram realizados espectros de massas de alguns complexos por meio da

“ionização por spray de elétrons seguida de decomposição do íon formado por

colisão com um gás” (ESI-MS-CID-MS), para se obter informações de massa

molecular e estruturais. Os espectros dos compostos estudados apresentaram características comuns, mostrando que as fragmentações dos ligantes axiais R e py ocorrem quase que simultaneamente.

Também foram realizadas análises térmicas por TG e DSC e os complexos investigados apresentaram comportamento semelhante, com a decomposição ocorrendo em três etapas, onde os dois primeiros estágios são atribuídos às perdas dos ligantes axiais, seguido da eliminação parcial do ligante equatorial dimetilglioxima. O resíduo final foi identificado como sendo Co3O4, no qual parte dos

(16)

vii

In this thesis organocobaloxime complexes, with the organic group being

derived from a substituted benzyl, of the type [RCo(DMG)2py] where R is 3-F∅CH2,

3-CH3O∅CH2, 4-Cl∅CH2, 3,5-CF3,CF3∅CH2, 3-CN∅CH2, 3-Cl∅CH2, 3,4-Cl,Cl∅CH2

and C6F5CH2, were studied by the techniques of spectrometry of mass, thermal

analysis and cyclic voltammetry.

The complexes were synthesized by the reaction between dimethylglioxime (DMGH) pyridine, hexaaquocobalt(II) chloride in a medium alkaline and inert atmosphere, to generate a compound Co(I) and the posterior reaction of the latter with the respective reagent.

All the compounds were characterized by the spectroscopic techniques of nuclear magnetic ressonance of 1H and of 13C, infrared and visible-ultraviolet, and elementary analyses of carbon, hydrogen, nitrogen and cobalt.

Mass spectra were obtained for some complex by the “ionization for eletrons spray followed by decomposition of the ion formed by collision with a gas” (ESI-MS-CID-MS), to obtain molecular mass and structural information. The spectra of the studied compounds presented common characteristics, showing that the fragmentations of the axial ligands R and py almost happen simultaneously.

Thermal analyses were also performed by TG and DSC and the investigated complexes presented similar behavior, with the decomposition ocurring in three stages. The first two stages are attributed to the loss of the axial ligands, followed by the partial elimination of the equatorial ligand dimethylilglioxime. The final residue

was identified as Co3O4, in which part of the oxigen present came from

dimethylglioxime and not from of the atmosphere.

(17)

Ph; ∅: fenil Me: Metil i-Pr: isopropil i-Bu: isobutil

PTBA: perclorato de tetrabutilamônio CDCl3: clorofórmio deuterado

N N CH₃ CH₃ O H O H N N O H O H N N O CH₃ CH₃ C H₃ C H₃ . O N H Co O N H O N CH₃ Co O N C H₃ C

H₃ CH₃

N C

H₂ CH₂ N C H₂

COOH

C

H₂ COOH C H₂ HOOC C H₂ HOOC N N C H C H O H O H

dmg; dmgH = dimetilglioxima dpg; dpgH = difenilglioxima

py = piridina _{TEMPO = 2,2,6,6-tetrametilpiperidiniloxi}

SALEN = bis(salicilaldeído)etilenodiimina BAE = bis(acetilacetona)etilenodiimina

(18)

n-Bu3P: n-tributilfosfina

Ph3P: trifenilfosfina

Ipa: corrente de pico anódica Ipc: corrente de pico catódica

Ipaº: corrente de pico anódica referente ao eixo de corrente zero. Ipcº: corrente de pico catódica referente ao eixo de corrente zero.

(19)

1. INTRODUÇÃO

1.1. A Vitamina B12

A vitamina B12, ou cianocobalamina (Figura 1), assim como outras vitaminas, é

requerida pelos homens e outros animais, em pequenas quantidades, para realizar algumas funções catalíticas. Esta vitamina não é sintetizada pelo organismo e deve, portanto, ser obtida da dieta. É, porém, a única vitamina que contém um metal, sendo, então, um composto de coordenação. Está presente nos tecidos animais quase que exclusivamente na forma de coenzima, a 5´-deoxiadenosilcobalamina (Figura 2).

Tanto a vitamina como a coenzima B12 são compostos organometálicos de

ocorrência natural, também conhecidos como corrinóides. Conforme citado por Pratt(1), a vitamina foi isolada simultaneamente por Folkers e Smith em 1948 e é um complexo hexacoordenado de cobalto(III) com a fórmula empírica C63H88O14N14Pco e a coenzima

foi isolada por Barker e colaboradores em 1958. As estruturas, tanto da vitamina como da coenzima, foram reveladas por Dorothy Hodgkin e colaboradores(2), através de trabalhos cristalográficos de raios-X.

N N CH3 CONH2 CH3 H CONH2 N

N CH3

CH₃ CONH2 H CONH2 H CH3 CH3

H₂NOC

Co H

H2NOC

CH₃ H

NH O

H O H3C

P

O O

HOH₂C H N

N CH3

CH₃ O HO H O -CN CH3

(20)

No homem, a vitamina B12 é armazenada principalmente no fígado e a falha de

absorção pelo intestino proporciona uma doença séria conhecida como anemia perniciosa.

Além da 5´-deoxiadenosilcobalamina, outras duas formas enzimáticas principais

são a hidroxo(aquo)cobalamina e metilcobalamina, presentes nos eritrócitos e no soro.

Essas são requeridas na catálise de algumas reações enzimáticas no corpo humano,

como por exemplo a metilação de homocisteína para produzir metionina e a

isomerização de L-metilmalonil-CoA para succinil-CoA(3).

H2NOC

CH3 O -H HO O CH3 CH3 N N H HOH2C

O O

P H3C

O H O NH H CH3 H2NOC

H Co

H2NOC CH3 CH3 H H CONH₂ CH3 CH3 N N CONH2 H CH3 CONH2 CH3 N _N CH2 O HO OH N N N N NH2

Figura 2: Coenzima B12(1)

A vitamina B12, em suas várias formas, e em cooperação com suas coenzimas e

(21)

1. Algumas mutases em que um hidrogênio e algum grupo sobre um carbono adjacente trocam de posição,

• Glutamato mutase;

• Metilmalonil CoA mutase;

• Ornitina mutase; • L-β-lisina mutase;

• α-metilenoglutarato mutase: esta pode ser seguida por uma eliminação de água ou amônia;

• Dioldehidrase; HOOC C

H H

CH₂ CH

NH2 COOH CH NH₂ COOH HOOC C H CH₃ Glutamato mutase HOOC C H H

CH2 C

O SCoA C O SCoA HOOC C H CH₃ Metilmalonil-CoA mutase C CH2 H

CH2CH(NH2)CH2COOH

H NH₂

C CH3

H

CH2CH(NH2)CH2COOH

NH2

L-β-Lisina mutase

C

H OH H3C CH

OH H

C

H OH H3C CH2

OH

C H H3C CH

OH O

(22)

• Glicerol dehidrase;

• Etanolamina amônia liase.

2. Ribonucleotídeo redutase: uma redutase pela qual a ribose é reduzida a desoxiribose. C H OH CH₂ NH2 H C NH₂ OH CH₃ H CH CH3 O

Etanolamina amônia liase

-_{O P P}

O O -O O -P O O -OCH2 O OH OH Base + SH SH

-_{O P P}

O O -O O -P O O -OCH2 O OH H Base + S S

+ H₂O

Ribonucleotídeo Redutase Ribose

(23)

3. Transferências de grupo metil, • Metionina sintetase; • Metano sintetase; • Acetato sintetase.

Os primeiros dois tipos de reações envolvem o estado de oxidação Co(II), a terceira provavelmente envolve Co(I) e, em todas, o estado final é Co(III). A ligação relativamente fraca Co-C, com uma energia de dissociação de aproximadamente 120 kJ mol-1_{, é fundamental para a função catalítica da vitamina.}

A vitamina B12 é utilizada na nutrição animal, principalmente para os ruminantes.

Isto ocorre porque o rumem contém alta concentração de ácido propiônico e esses animais são, portanto, mais dependentes que outros desse ácido como uma fonte de energia. O ácido propiônico é metabolizado dentro do animal por carboxilação para ácido metilmalônico, seguido por isomerização para ácido succínico, o qual entra no ciclo do ácido tricarboxilíco (Ciclo de Krebs). A isomerização é dependente da B12, sob

a forma da coenzima 5-deoxiadenosilcobalamina. Uma deficiência de cobalto na dieta de ovelhas e gado leva a uma debilitação progressiva e causa o interrompimento do fluxo de leite e aborto.

Atualmente pesquisas têm sido feitas para utilizar a vitamina B12 em uma nova

técnica que permite diagnosticar câncer. Esta técnica consiste em injetar no organismo

porções de B12 marcadas com elementos radioativos, mais precisamente

dietilenotriaminapentaacetato adenosilcobalamina marcado com índio 111 (In-111 DAC). Como as células doentes necessitam, entre outras substâncias, de uma quantidade de vitamina B12 muito maior que as células sadias, faz-se o rastreamento

(24)

1.2. Derivados e Compostos Modelo de Vitamina B12

A molécula de vitamina B12 apresenta o íon cobalto(III) ligado a quatro átomos

de nitrogênio de grupos pirrol, em posição equatorial. Esses átomos de nitrogênio compõem o chamado anel corrina. Este pode ser visto como um anel porfirínico modificado, sendo mais flexível por não ser totalmente conjugado. Esta flexibilidade resultante é uma condição potencial para a atividade biológica de enzimas dependentes da coenzima B12, tais como homocisteína metiltransferase,

metilmalonil-CoA mutase, dioldehidratase e glicerol dehidratase. Geralmente, as moléculas que

possuem este anel chamam-se corrinóides. A esfera de coordenação é completada por um íon cianeto (CN-) como ligante axial superior e um átomo de nitrogênio, do grupo axial inferior 5,6-dimetilbenzimidazol. Este último é ligado a um ribonucleotídeo que está conectado, através de uma ligação éster entre o grupo 3’-fosfato do nucleotídeo e uma cadeia lateral do anel corrina. Os complexos constituídos desta maneira são denominados cobalaminas.

Os vários derivados da vitamina B12 são resultantes principalmente de

mudanças nos ligantes axiais. Por exemplo, um derivado aquo, apresenta H2O no

lugar do íon cianeto e é denominado aquocobalamina.

As chamadas cobamidas não apresentam o ligante inferior

5,6-dimetilbenzimidazol, mas o grupo ribofuranosil-fosfato, ainda está presente. Este grupo pode ser removido por hidrólise ácida, originando as cobinamidas.

Tabela 1 – Nomenclatura de derivados da vitamina B12(5)

Nome Cobalaminas Cobamidas Cobinamidas Cobaloximas

Constituintes Cobalto(III) Cobalto(III) Cobalto(III) Cobalto(III)

+ + + +

Corrina Substituída

Bis-(dimetilglioxima) substituída

+ + +

Ribofuranosil- Fosfato

Ribofuranosil- Fosfato +

(25)

zimidazol Base

+ +

R R

1.3. As Organocobaloximas

Em 1964, Schrauzer e Kohnle(6) relataram que reações do átomo de cobalto na vitamina B12 poderiam ser simuladas por complexos mais simples, tão semelhantes à

B12 em suas propriedades químicas que foram introduzidos como modelos da vitamina.

Assim, a elucidação da natureza da vitamina B12 foi muito facilitada pelo estudo

desses compostos denominados cobaloximas.

As cobaloximas possuem o átomo de cobalto central ligado a dois grupos dimetilglioximato em equatorial, simulando o anel corrina. O ligante axial inferior pode ser uma base como água ou piridina. Completando a esfera de coordenação, inúmeros ligantes, como por exemplo, grupos alquil e cianeto podem estar ligados na posição axial superior. Como exemplo, a estrutura da “cianopiridinacobaloxima” é ilustrada na Figura 3.

N N

CH3

CH₃

N N

Co H₃C

H₃C

CN

Py O

O H

O O

H

Figura 3: Cianopiridinacobaloxima(7)

Recentemente os estudos das organocobaloximas superaram sua relevância inicial de compostos modelo de Vitamina B12 e têm adquirido um campo de pesquisa

(26)

estruturais na molécula têm um intenso efeito sobre sua reatividade, a síntese de novas organocobaloximas continua a atrair a atenção de vários autores e esses compostos estão sendo utilizados em reações orgânicas e em catálise.

López e colaboradores(8)_{sintetizaram e caracterizaram compostos do tipo}

trans-[Co(dpgH)2(R)(L)], onde dpgH representa difenilglioxima, R = Cl; CH3; CH2CH3;

CH2Cl ou i-Bu; e L é uma base – piridina; 3,5-dimetilpiridina; γ-picolina ou trimetilfosfito.

Os autores estudaram as propriedades espectroscópicas e estruturais e compararam com compostos contendo dimetilglioxima, glioxima ou N2,N2’

-propanodiilbis(2,3-butanodiona, 2-imina-3-oxima), como ligantes equatoriais. Além disso, reportaram a primeira estrutura cristalográfica por raio-X de um organometálico bis(difenilglioxima)cobalto(III), [Co(dpgH)2(CH3)(py)].

Domingo e colaboradores(9) prepararam e caracterizaram por métodos

espectroscópicos, além da cobaloxima mononuclear o-[{(py)(DH)2CoCH2}C6H4(CH2Br)],

os compostos binucleares [Co(DH)2(py)]2[µ-(m- e p-CH2C6H4CH2)];

[{(η6_-C

6H5CH2Co(DH)2(py)}Cr(CO)3] e [Co(DH)2(py)]2[µ-{(η6-p-CH2C6H4CH2)Cr(CO)3}].

Segundo os autores, esses complexos binucleares têm sido utilizados como precursores de catalisadores heterogêneos para hidrogenação de CO.

A reação entre metilcobaloxima [CH3Co(DH)2L] e anidrido difenilborínico, que

fornece derivados contendo uma ou duas pontes difenilboro foi estudada por Dreos e colaboradores(10). Os autores relataram a síntese e caracterização dos primeiros complexos organobis(dimetilglioximato)CoIII_{contendo um ou dois grupos difenilboro}

substituindo o hidrogênio na ponte da glioxima equatorial. Esses complexos foram sintetizados pela reação de organocobaloximas com anidrido difenilborínico e o número de grupos difenilboro como ponte depende da razão complexo:anidrido.

Gupta e Dixit(11)_{sintetizaram benzilcobaloximas com substituinte na posição 5,}

através de uma simples reação de cloreto de sulfenil areno, ArSCl (Ar = Ph, C6Cl5 e

2,4-(NO2)2C6H3) com cobaloximas, RCoIII(dmgH)2py [R = 2- e 3-tienilmetil, furfuril] no

escuro a 0ºC. Posteriormente, essas cobaloximas foram utilizadas, juntamente com alquil e benzil cobaloximas, para o estudo da clivagem da ligação Co-C em reações destas com cloreto de sulfenil areno, sob condições térmicas e fotoquímicas(12). Em outro recente trabalho, Gupta e colaboradores(13) sintetizaram e caracterizaram um total de 27 organocobaloximas do tipo [RCoIII(L2)B, onde L = dmgH, chgH e dpgH; B =

(27)

(1-naftil); heteroaromáticometil (2-tienil; 3-tienil; furfuril) e benzil (Ph; 4-Cl-C6H4;

4-CN-C6H4; 4-OMe-C6H4; 3-OMe-C6H4). Foi estudada a inserção de oxigênio molecular

nessas cobaloximas, sob condições térmicas e fotoquímicas. Estudos cinéticos à temperatura ambiente sob irradiação mostram que a velocidade de inserção depende da natureza de R, L, B e solvente. Obteve-se as ordens dpgH > chgH > dmgH; naftil >

heteroaromáticometil > benzil; piperidina > morfolina > γ-picolina > piridina > 2-bromopiridina > 2-acetilpiridina. As velocidades foram maiores em acetonitrila do que

em acetona e clorofórmio.

1.4. Aplicações das Cobaloximas

1.4.1. Em Reações Orgânicas

As cobaloximas estão sendo aplicadas em síntese orgânica, como precursoras de grupos orgânicos ou intermediários em reações.

A importância da ciclização radicalar intramolecular tem aumentado durante a última década e é amplamente usada como uma estratégia sintética em Química Orgânica. Radicais são muitas vezes gerados a partir de haletos pelo uso de hidreto de tributilestanho. Este processo, porém, requer alta diluição ou adição lenta do hidreto de estanho para evitar a transferência de hidrogênio do hidreto para o organoradical, que resulta na redução do haleto de partida. Os haletos de tributil produzidos são apolares

e difíceis de separar dos produtos orgânicos em muitos casos. Tada e Kaneko(14)

descreveram um novo método para produzir radicais a partir de (trifenilestanho)cobaloxima - Ph3SnCo(dmg)2(t-Bu-py) - e brometos, os quais evitam

essas limitações. O método baseia-se na formação dos radicais trifenilestanho e cobaloxima através de irradiação. O radical trifenilestanho abstrai um halogênio com maior eficiência que o radical tributilestanho (Figura 4). Este organoradical formado coexiste com o complexo cobaloxima(II) que possui um elétron desemparelhado mas não é um agente redutor, como no caso do hidreto de tributilestanho.

Ph₃Sn[Co] hν Ph₃Sn + [CoII] R-X Ph₃SnX + R + [CoII_]

(28)

Através da fotólise de uma mistura 1:1 de (trifenilestanho)cobaloxima e 2-(2-propiniloxi)-2,2-difenil-1-bromo-etano, em vários solventes, obtiveram uma

ciclo-olefina como produto principal. O rendimento da reação depende da capacidade doadora de hidrogênio do solvente.

Figura 5: Reação entre (trifenilestanho)cobaloxima e 2-(2-propiniloxi)-2,2-difenil-1-bromo-etano, produzindo uma cicloolefina como produto principal. O rendimento desta depende da capacidade ácida do solvente. (14)

A reação pode ocorrer através de uma abstração do hidrogênio-β pelo radical cobaloxima (Figura 6) do radical ciclizado ou pela formação inicial da organocobaloxima A (Figura 7), e sua posterior fotólise.

O

Ph Ph Br

Ph₃Sn[Co] + hν

Ph₃SnBr O

Ph Ph CH2

+ [CoII]

O

CH

Ph Ph

solv-H

O

CH₂

(29)

Figura 6: Mecanismo de abstração do hidrogênio-β pelo radical cobaloxima(14)

Figura 7: Organocobaloxima(14)

A reação de 2,2-difenil-2-etóxi-1-bromoetano em benzeno, nas mesmas condições, produziu 1,2-difeniletoxieteno, que por tratamento ácido transforma-se em 1,2-difeniletanona.

Brown e colaboradores(15)_{utilizaram cobaloximas como intermediários na}

geração de radical benzil, pela abstração de iodo de iodeto de benzila. Segundo os autores, esta técnica apresenta vantagens sobre a que utiliza hidretos de estanho. Como principais, pode-se citar o menor custo e a facilidade de remoção de produtos de Co(II) por simples cromatografia em sílica-gel, além de uma significante vantagem para o meio ambiente. A obtenção de baixos rendimentos torna a adoção deste método pouco difundida. Os autores trabalharam com benzilcobaloximas do tipo

PhCH2Co(dmgH)2B, onde B = Ph3P; nBu3P; benzimidazol; 2-metilbenzimidazol;

metronidazol e piridina. Optaram em trocar a base com o intuito de aumentar a fragilidade fotolítica da alquilcobaloxima e assim gerar maiores fluxos de radicais, já que a piridina apresenta uma influência estabilizante, por apresentar um menor efeito estérico. A substituição por uma base ligante mais volumosa pode causar, segundo os autores, uma considerável distorção do ligante equatorial, tendo como conseqüência

O CH₂ Br Ph Ph O CH₂ CH₂ Ph Ph O H CH₂ Ph Ph O CH₂ Ph Ph

Ph₃Sn[Co] +

.

_Ph

3SnBr

hν

.

+ [CoII]

(30)

inevitável o enfraquecimento da ligação carbono-cobalto, que por sua vez deve levar a um maior fluxo de radicais alquil sob irradiação. As cobaloximas foram irradiadas sob lâmpada de tungstênio em etanol usando 2,2,6,6-tetrametilpiperidiniloxil comercial (TEMPO) como um radical, segundo o esquema ilustrado na Figura8.

PhCH₂ Co(dmgH)2B

N O CH3 CH3 CH3 CH3

+ hν

N O CH3 CH3 CH3 CH3

CH2Ph

+ Co(dmgH)2B

Figura 8: Produção de Benzil-TEMPO a partir de cobaloximas(15)

Grubb e colaboradores(16) relataram a formação de éteres cíclicos com anéis de

5, 6 e 7 membros, por ciclizações ácido-catalisadas de (ω-hidróxi-β

-hidroxialquil)cobaloximas como ilustrado no esquema da Figura 9. Concluíram que a ciclização dessa cobaloxima pode ser um novo método útil para a formação regio- e estereoespecífica de tetrahidrofuranos e tetrahidropiranos, mas não para a formação de oxepanos.

(CH2)nOH OH

py(dmgH)2Co

- H2O H+_,

(CH2)nOH py(dmgH)2Co

-H+ ciclo,

(CH2)n O py(dmgH)2Co

cobaloxima π-cátion hiperconjugada (CH2)nOH

Figura 9: Formação de éteres cíclicos através de cobaloximas (n = 1, 2 e 3)(16)

Kijima e colaboradores(17) observaram a formação de um composto carbonílico, um álcool, uma olefina e uma clorocobaloxima como produtos da irradiação de alquilcobaloximas sob atmosfera de oxigênio em clorofórmio. Utilizaram cobaloximas do tipo XCo(dmgH)2Y, onde X = PhCH2; PhCH(CH3); PhCH2CH2; PhCH2CH2CH2;

PhCH=CHCH2; CH3(CH2)4CH2; PhCH2OCOCH(CH3); PhCH2OCOCH2CH2; PhCH2;

PhCH2OO; PhCH(CH3)OO; PhCH2CH2CH2OO e Y = piridina; 1-metilimidazol;

trifenilfosfina e 4 cianopiridina. Os ligantes PhCH2, PhCH(CH3), PhCH=CHCH2 e

PhCH2OCOCH(CH3) são predominantemente convertidos em compostos carbonílicos.

Por outro lado, os ligantes CH3(CH2)4CH2 e PhCH2OCOCH2CH2 são seletivamente

convertidos em álcoois. O grupo alquil PhCH2CH2 é convertido especificamente a

(31)

desses grupos procede via uma (alquildioxi)cobaloxima. A irradiação não é apenas necessária para a inserção de O2 na ligação C-Co da alquilcobaloxima mas também é

efetiva para a decomposição da (alquildioxi)cobaloxima. A inserção de O2 nas

alquilcobaloximas é influenciada pela estabilidade da ligação Co-C, enquanto que a decomposição da (alquildioxi)cobaloxima quase não é dependente da porção alquil.

Muitos autores demonstram interesse em estudar as reações que envolvem

inserção de O2 em cobaloximas. Mais recentemente, Gupta e colaboradores(18)

estudaram a inserção de oxigênio molecular na ligação Co-C em organocobaloximas sob condições térmicas e fotoquímicas, propondo um mecanismo para a decomposição nessas circunstâncias. As organocobaloximas utilizadas foram do tipo RCH2CoL2B,

onde RCH2 = tienilmetil; 3-tienilmeil, furfuril; 3-furilmetil; benzofurilmetil;

2-tianaftilmeil; 3-tianaftilmetil, L = dmgH ou chgH (ciclohexano dionadioximato), B =

piridina; γ-picolina; morfolina ou piperidina. Diversos mecanismos podem ser

considerados para as reações de inserção, como representado no esquema da Figura 10. Segundo os autores, alguns desses mecanismos podem ser eliminados com base em observações experimentais. Por exemplo, nenhum mecanismo envolvendo ativação térmica e nenhum processo fotoquímico envolvendo perda de piridina são considerados. Portanto apenas os mecanismos A, B e I permanecem como possibilidades.

Figura 10: Mecanismos de inserção de O2 em cobaloximas(18).

ROO(Co)Py

O2

[R (Co)Py]

(I) hν

R(Co)Py

∆ (A')

hν (A)

R + (Co )Py

O2

ROO + (CoII)Py _ROO(CoIII_)Py

(C)

∆

hν

[R(Co)Py] _{R + [(Co)Py]}νn

(B)

R(Co) + Py (E) [R(Co)]νn_{+ Py}

[R(Co)] + Py R + (Co) + Py

∆ (F) (D)

(H)

O2

(32)

A diferença essencial entre os mecanismos A, B e I é que em A, os radicais livres Rz_{e (Co}z_{)py estão envolvidos. R}z_{se liga a O}

2 e o aduto combina-se com

(Coz_{)py para dar o produto da inserção. A estabilidade do radical orgânico livre R}z

possui uma importante função e deve afetar a velocidade de inserção nesse mecanismo. Por outro lado, o mecanismo I não envolve uma ruptura completa da ligação Co-C, resultando o radical (RxxxCo) dentro da cavidade solvente sobre reação com O2 para dar o produto final de inserção. Com relação à decomposição, os autores

sugeriram o mecanismo ilustrado na Figura 11.

Figura 11: Mecanismo de decomposição de cobaloximas(18)

Ainda considerando as organocobaloximas excelentes precursoras para a transformação de vários radicais livres, Das e Roy(19) se interessaram em estudar o mecanismo em que o radical orgânico R deve ser melhor “capturado” por um agente

I. RCH₂(CoIII) (CoII) + RCH2 RCH2

-(CoII_{) (Co}III₎

RCH₃

S

SH SH

S

-II. i) RCH₂OO(CoIII) (CoII) + RCH₂OO

RCH2OO

-RCH₂OOH

RCH₂O

1/2 O₂ (CoII₎

(CoIII₎

S

-SH

(CoII₎

OH(CoIII₎

A

ii ) RCH₂O A

RCH₂O

-(CoIII₎

(CoII₎

RCH₂OH

SH

S

SH

S

-iii) R C O H H A C R H O

(33)

adequado. Tal agente pode tornar disponível uma rota mais simples para funcionalizar derivados orgânicos originários das organocobaloximas. Os autores descreveram a eficiente “trapping” do radical 5-fenil-4-pentinil para vários heteroátomos radicalares na reação de 5-fenil-4-pentinilcobaloxima [PhCCCH2CH2CH2Co(dmg)2py] com vários

reagentes XY (CCl4, BrCCl3, CCl3CN, PhSSPh, PhSeSePh, PhTeTePh, ArSCl,

PhSeBr). De acordo com os resultados obtidos pelos autores, o mecanismo provável é a homólise de R-CoIII_{para dar um par de radicais inertes contendo R}_x_{e (Co}II_{), seguido}

pela transferência do átomo ou grupo de XY para R em um processo bimolecular e

posterior ligação de (CoII_{) com o radical (X ou Y) gerado anteriormente. Este}

mecanismo é melhor compreendido através do esquema ilustrado na Figura 12.

R CoIII [R + (CoII)]

R + XY

R-X + Y ou R-Y + X

(CoII) + X/Y X-(CoIII)/Y-(CoIII)

Figura 12: Mecanismo de “trapping” em organocobaloximas: homólise de R-CoIII

para dar um par de radicais inertes contendo Rx e (CoII), seguido pela transferência do átomo ou grupo de XY para R em um processo bimolecular e posterior ligação de (CoII) com o radical (X ou Y) gerado anteriormente. (19)

Alguns autores demonstraram que é possível efetuar reações de Diels-Alder de cobaloximas, contendo complexos dienil, com alta diasteroseletividade (anti) e razoável

enantioseletividade(20,21,22). Adams e colaboradores(20) sintetizaram dihidropiranos, utilizando reações de Diels-Alder exo seletivas entre dienil-cobaloximas e aldeídos. A

(34)

(py)(dmg)2Co O R H + O R (py)(dmg)2Co

O

R (py)(dmg)2Co

Ac. Lewis

R = H; Me; i-Pr; n-Bu; n-heptil; Ph; p-NO2Ph

AlMe3 O R

+ py(dmg)2CoMe

Figura 13: Reação de dienil-cobaloxima e aldeídos, produzindo dihidropiranos e metilcobaloxima que pode ser utilizada na síntese da cobaloxima de partida. (20)

Richardson e colaboradores(21), utilizando complexos 2-cobaloxima-E

-1,3-pentadienil, sendo a cobaloxima = piridina(dimetil ou difenilglioxima)2Cobalto(III),

também realizaram reações de cicloadição enantioseletiva com ciclohexanona. Essas reações produziram octalonas com junção de anel cis através de estados de transição

exo. A reação de desmetalação também foi utilizada por esses autores para a remoção

das octalonas do complexo e produção de metilcobaloxima para ser utilizada na síntese da cobaloxima de partida.

(py)(Rglioxima)2Co

O

(py)(Rglioxima)2Co

MeH H

O MeH

H

O + AlR´3

ac. de Lewis optic. ativo

R = Me; Ph

Figura 14: Reação de formação de octalona a partir de complexo dienil cobaloxima(21)

Wright e Welker(22) prepararam o ligante 2,3-dibenzociclo[2.2.2]octanodiona dioxima, que foi utilizado na preparação do complexo cloropiridinaglioximacobalto(III). Esse complexo foi reduzido para um ânion cobaloxima que reagiu com eletrófilos alênicos para produzir 1,3-dienil(piridina)cobalto(glioxima)2, sendo glioxima =

(35)

1.4.2. Em Catálises

Branchaud e Detlefsen(23)_{realizaram “cross-coupling” alquil-estiril utilizando}

radical catalisador-cobaloxima, propondo o mecanismo ilustrado na Figura 15. Os autores concentraram-se no estudo de •CoII(dmgH)2py, pois pode ser preparada sobre

condições levemente redutivas, neutras, com α-bromoesteres, como o etil

2-bromopropionato e revelaram que três fatores são importantes para a obtenção de elevados rendimentos: (1) alta concentração de estireno, (2) baixa concentração de catalisador e (3) baixa concentração de α-bromoester.

Br H

CH3

COOEt

py(dmgH)2CoII py(dmgH)2CoIIIBr

1/2 Zn++_{+ Br}- Zn0

CH₃ COOEt H Ph Ph COOEt CH3 H

py(dmgH)₂CoIIIH py(dmgH)₂CoII

Ph

COOEt CH3

H

1/2 H₂

Figura 15: Mecanismo “cross-coupling” alquil-estiril(23)

A hidroperfluoroalquilação de alcenos elétron deficientes com haletos de perfluoroalquila, na presença de cobaloxima(III) e zinco, foi descrita por Hu e Qiu(24). Esta reação fornece uma síntese conveniente de ésteres β-(perfluoroalquil)carboxílicos, nitrilas e cetonas. Vários parâmetros foram examinados pelos autores, que constataram que a cobaloxima é indispensável, por exemplo, para as reações de iodeto e brometo de perfluoroalquil com alcenos. A reação do iodeto pode ser iniciada utilizando-se somente Zn, o que resulta em rendimentos bastante reduzidos. Melhores resultados são obtidos na presença da cobaloxima. Já a reação do brometo ocorre apenas na presença da cobaloxima com Zn. A reação procede lentamente a 20ºC em etanol. A temperaturas superiores ou inferiores obtém-se um rendimento reduzido.

(36)

transporte como um complexo solúvel. Complexos bioestáveis de Co(III) contendo ligantes 3,5-di-terc-butilcatecolato(2-) e 3,5-di-terc-butilsemiquinonato(1-) com

coligantes 2,2’-bipiridina e 9,10-fenantrolina podem ser de uso potencial em sensores e interruptores em dispositivos eletrônicos moleculares. Simándi e colaboradores(25)

estudaram a oxidação catalítica de 3,5-di-terc-butilcatecol (3,5-DBCatH2) na presença

de (trifenilfosfina)bis(dimetilglioximato)cobalto(II) [Co(Hdmg)2(Ph3P)2]. Esses autores

isolaram e caracterizaram uma nova cobaloxima(III), [Co(Hdmg)2(Ph3P)(3,5-DBCatH)],

contendo o ligante unidentado 3,5-DBCatH-_{na posição axial. Os autores observaram}

que esse complexo, dissolvido em benzeno sob atmosfera de N2, exibe uma banda

forte em 630 nm (ε = 7700 M-1cm-1), indicando transferência de elétron entre o ligante e o metal (Figura 16).

[CoIII(Hdmg)₂(Ph₃P)(3,5-DBCatH)] [CoII(Hdmg)₂(Ph₃P)(3,5-DBSQH )] Figura 16: Equilíbrio redox intramolecular de [Co(Hdmg)2(Ph3P)(3,5-DBCatH)](25)

Sob aquecimento a 330 K, o ânion radical livre 3,5-di-terc-butilsemiquinonato,

3,5-DBSQ•-, e cobaloxima(II) foram detectados por seus sinais de ESR,

correspondendo à dissociação homolítica da ligação Co-O de acordo com a equação da Figura 17. Esta reação demonstrou que a transferência de elétron do catecol para o cobalto(III) pode ser termicamente intensificada até a clivagem homolítica da ligação Co-O, quando o catecol está ligado via apenas um de seus dois átomos de oxigênio e coligantes adequados estão presentes. Assim, os autores descreveram experimentos que mostram como a reação da Figura 17 está relacionada à oxidação catalítica de

3,5-DBCatH2 pelo sistema cobaloxima(II)/O2, modelando a atividade catecolase de

tirosinase.

[CoIII(Hdmg)₂(Ph₃P)(3,5-DBCatH)] [CoII(Hdmg)2(Ph3P)] + 3,5-DBSQH- + H+

Figura 17: Dissociação homolítica da ligação Co-O(25)

Simándi e Simándi(26) também estudaram a cinética e o mecanismo da

desidrogenação oxidativa catalisada por cobaloxima(II) e a clivagem da ligação dupla de 3,3’,5,5’-tetra-terc-butil-4,4’-dihidroxiestilbeno. De acordo com os autores, na

presença do catalisador cobaloxima(II) [Co(Hdmg)2(Ph3P)2], à temperatura ambiente e

(37)

para o correspondente estilbenoquinona (StQ), e paralela clivagem oxidativa da ligação dupla C=C para formar 2,6-di-terc-butil-4-hidroxibenzaldeído. Os dois produtos foram

formados via um intermediário ânion radical estável. O comportamento cinético observado foi consistente com a formação de um intermediário superoxocobaloxima(III), que gerou o radical livre intermediário para H2StQ. No estado

estável, o catalisador estava presente em um precursor hidroxo-cobaloxima(III), do qual é liberado via redução para cobaloxima(II) pelo ânion radical.

A reação homolítica seletiva de alquilcobaloxima com monóxido de nitrogênio foi estudada por Kijima e colaboradores(27)_{. Os autores isolaram quatro produtos orgânicos}

derivados do ligante alquil e uma nitrocobaloxima a partir da reação de alquilcobaloxima com NO sob irradiação (Figura 18).

Figura 18: Reação entre alquilcobaloxima e NO, onde R = CH(Et)COOEt;

CH(Me)COOCH2Ph; CH2Ph; CH(Me)Ph; naftil; CH2CH2Ph; CH2CH2CH2Ph;

CH2(CH2)4CH3(27).

Segundo os autores, quando R = CH(Et)COOEt e CH(Me)COOCH2Ph, o ligante

alquil é especificamente convertido em RCH=NOH com alto rendimento. O complexo de cobalto é convertido em nitrocobaloxima, isolado em 77% de rendimento. Por outro lado, os alquil ligantes CH2CH2Ph; CH2CH2CH2Ph e CH2(CH2)4CH3 são convertidos em

alquil nitrato, RCH2ONO2, e álcool, RCH2OH, respectivamente, sem a formação de

oxima RCH=NOH. Nas reações com NO de cobaloximas tendo ligante benzílico, consideráveis quantidades de oxima, nitrato e álcool, e uma pequena quantidade de aldeído foram obtidos. A irradiação de luz visível influenciou apenas levemente a

reação da benzilcobaloxima PhCH2Co(DMG)2py com NO, enquanto que o efeito da

irradiação foi observado no caso da 2-feniletilcobaloxima. Quando a reação foi realizada em alta temperatura, a seletividade para a formação de oxima aumentou. Reciprocamente, o alquil nitrato foi produzido seletivamente com bom rendimento sob essas condições mas em temperatura menor.

(38)

2. OBJETIVOS

Este projeto tem como objetivo estender nossos estudos à série dos complexos organocobaloximas, com o grupo orgânico sendo derivado de benzilas substituídas do tipo [RCo(DMG)2py] onde R pode ser 3-F∅CH2, 3-CH3O∅CH2, 4-Cl∅CH2,

3,5-CF3CF3∅CH2, 3-CN∅CH2, 3-Cl∅CH2, 3,4-Cl,Cl∅CH2 e C6F5CH2.

Para isso pretende-se obter informações sobre o mecanismo de fragmentação dessa benzilcobaloximas, principalmente com relação à ligação Co-C, através de espectrometria de massas, utilizando-se a técnica de “ionização por spray de elétrons

seguida de decomposição do íon formado por colisão com um gás” (ESI – MS – CID – MS).

A Análise Térmica (TG e DSC) será usada, dentro desta mesma proposta de se investigar a fragmentação e para se obter informações sobre a estabilidade desses complexos organocobalto.

(39)

3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

3.1. Síntese dos Complexos

Todos os complexos foram sintetizados utilizando-se método semelhante, escolhido através da comparação de alguns processos existentes na literatura(28, 29, 30)_.

A metodologia aplicada na síntese dos complexos baseia-se na redução de um complexo de Co(II) em atmosfera inerte e meio alcalino e posterior reação do composto de Co(I) com o respectivo reagente obtendo-se a cobaloxima desejada. A Figura 19 representa o método utilizado na síntese dos complexos.

2DMGH + Co(II) + 2NaOH +py N2 _[Co(II)(DMG)

2py] + H2O

[Co(II)(DMG)₂py] + BH4- _OHN2_- [Co(I)(DMG)2]

-[Co(I)(DMG)₂]-_{+ RX + py} _{[RCo(III)(DMG)}

2py]

Figura 19: Rota sintética das benzilcobaloximas, onde Co(II) é [Co(H2O)6]Cl2; py é

piridina; RX é o reagente com o grupo substituinte benzil.

3.1.1. Procedimento Experimental(29)

Em um balão de fundo redondo de três bocas, dissolveu-se dimetilglioxima (20 mmols) em metanol (37 mL) sob atmosfera de nitrogênio. Após aproximadamente 15 minutos, adicionou-se cloreto de hexaaquocobalto(II) (10 mmols). Aguardou-se aproximadamente 15 minutos e, então, adicionou-se, lentamente, hidróxido de sódio (10 mmols), dissolvido em água destilada (5 mL), seguido de adição de piridina (10 mmols). A solução mudou de cor rapidamente de violeta para marrom. Após agitação por aproximadamente 20 minutos, a mistura foi resfriada em banho de gelo e, então,

adicionou-se borohidreto de sódio 12% em peso em solução aquosa de NaOH 14 mol L-1 (Aldrich). A mistura permaneceu sob agitação até que a cor azul escuro

(40)

foi transferida para um béquer contendo 200 mL de água destilada e piridina. O precipitado foi filtrado, lavado com água destilada e secado sobre sílica gel em dessecador sob vácuo.

Os compostos foram purificados através de recristalização em extrator de Soxhlet utilizando-se diclorometano como solvente.

3.2. Caracterização dos complexos

3.2.1. Espectros na região do infravermelho

As amostras foram preparadas na forma de pastilhas, utilizando-se iodeto de césio, CsI, como suporte e respeitando-se a proporção de 1 mg de complexo para 100 mg de iodeto de césio.

Os registros foram obtidos nas regiões de 4000 a 200 cm-1 em um

espectrofotômetro Bomem Michelson 102.

3.2.2. Espectros na região UV-visível

Os espectros eletrônicos foram registrados na faixa de 250 a 850 nm no espectrofotômetro Hewlett Packard 8452 A Diode Array, utilizando-se amostras preparadas na forma de soluções em 1,2-dicloroetano com concentrações de aproximadamente 8 x 10-4 M. Para que as atribuições fossem feitas, foi necessária a resolução dos espectros, isto é, uma análise “Gaussiana/Cauchy” dos espectros dos complexos. Esta análise foi realizada em um computador Pentium, utilizando o programa Peak Fit 4 for Windows, de Jandel Scientific Software. A desconvolução foi realizada através da função Voigt (Amplitude, largura Gaussiana/Lorentziana).

3.2.3. Espectros de RMN de 1H e de 13C

Os espectros de RMN de 1_{H e de}13_{C foram obtidos em CDCl}

3 em um

(41)

3.2.4. Análise elementar

As análises elementares de carbono, nitrogênio e hidrogênio foram realizadas em um equipamento Fisons EA 1108 CHNS-O. A análise de cobalto foi realizada através de absorção atômica em um espectrômetro de absorção atômica Intralab-Varian AA/1475com cela de absorção Varian VGA 76 cilíndrica com janelas de quartzo de 15 mm de diâmetro externo e 175 mm de comprimento e respectivo suporte e mais queimador laminar com mistura de ar/acetileno ou óxido nitroso/acetileno e caminho óptico de 10 cm. Realizou-se essa análise de cobalto também por titulação complexométrica com EDTA, conforme descrito a seguir.

Para a titulação complexométrica, fez-se a abertura da amostra (~ 8 mg) com ácido sulfúrico e peróxido de hidrogênio em frasco de Kjedhal, em um digestor Quimis. Depois de resfriada, a amostra foi diluída em água destilada de forma a se obter uma

solução de composto da ordem de 10-3 M. A uma alíquota de 10 mL dessa solução

adicionou-se solução 6 M de hidróxido de sódio até atingir pH de aproximadamente 2,0 e, então, adicionou-se quantidade suficiente do tampão hexamina (Aldrich - 98%) para ajustaro pH na faixa de 5,0 - 6,0. Finalmente a solução foi titulada com solução padrão de ácido etilenodiaminotetraacético (EDTA), com temperatura entre 40 - 60ºC, utilizando alaranjado de xilenol como indicador(31, 32). As titulações foram realizadas em triplicata e tanto o pH como a temperatura foram medidos com o auxílio de um peagômetro Micronal.

3.3. Análise Térmica

As curvas termogravimétricas foram obtidas usando-se amostras de aproximadamente 7 mg em cadinho de alumina, em um módulo TGA 2050 da TA Instruments, aquecendo a amostra entre 25ºC e uma temperatura máxima de 600ºC, com razão de aquecimento de 5ºC min-1_{e atmosfera dinâmica de ar sintético com uma}

vazão de 90 mL min-1_.

(42)

Em ambos os casos os módulos foram controlados por um termoanalisador TA-2000 (TA Instruments), o qual também foi utilizado na aquisição e tratamento de dados.

3.3.1. Análise dos resíduos

Os resíduos provenientes das decomposições térmicas foram analisados através de espectroscopia na região do infravermelho, utilizando equipamento citado anteriormente, e análise elementar de cobalto por titulação complexométrica com EDTA, de acordo com método descrito na caracterização dos complexos (item 2.2.4).

3.3.2. Caracterização dos intermediários

A fim de caracterizar os intermediários formados na primeira etapa da decomposição dos complexos, foram realizadas análises dos resíduos obtidos durante o aquecimento da amostra em cadinho de porcelana, em um forno tipo mufla da

EDGCON 3P. Estas análises também foram feitas através de espectroscopia de

infravermelho, em pastilhas de CsI.

3.4. Espectrometria de Massas

Os espectros de massa foram obtidos de amostras dos complexos em solução de metanol (50 ng µL-1_{), em um aparelho triplo quadrupolo}_{Micromass Quattro LC}

equipado com uma fonte de íon “Z-spray”. A técnica utilizada foi a de “ionização por

spray de elétrons seguida de decomposição do íon formado por colisão com um gás

(ESI-MS-CID-MS)”. O primeiro quadrupolo foi usado para monitorar o íon pseudomolecular (MH+_{). Este íon foi fragmentado com diferentes energias de colisão e}

os fragmentos foram analisados no segundo quadrupolo.

3.5. Voltametria Cíclica

(43)

As soluções a serem investigadas foram preparadas em acetonitrila (Mallinckrodt, Chromar HPLC). O eletrólito suporte escolhido para o estudo foi o perclorato de tetrabutilamonio (PTBA) (Fluka, p.a.).

O eletrodo de trabalho era um disco de platina de área geométrica 0,020 cm2_.

O eletrodo auxiliar era constituído de uma espiral de platina com área de cerca de dez vezes a do eletrodo de trabalho, colocada em um compartimento de vidro. O eletrodo assim confeccionado era disposto em um tubo de vidro, tendo na sua extremidade inferior uma placa porosa com o objetivo de proporcionar o contato iônico e minimizar a mistura das soluções dos compartimentos dos eletrodos de trabalho e auxiliar.

O eletrodo de referência era constituído de um tubo de vidro pirex tendo um fio de platina soldado na extremidade inferior do tubo, proporcionando o contato iônico. O vidro foi preenchido com solução de AgNO3 10-2 M (33) mais o solvente com 0,5 M de

eletrólito suporte; um fio de prata foi imerso nesta solução constituindo assim um eletrodo Ag/Ag+ (10-2 M), eletrólito suporte 0,5 M. O eletrodo de referência era então colocado em um compartimento de vidro terminado em capilar de Luggin-Habber.

Com o objetivo de reduzir a queda ôhmica e minimizar ruído(34) foi empregado um quarto eletrodo constituído de um fio de Pt-Ir e mergulhado na solução da célula. A extremidade deste fio era conectada a um capacitor não eletrolítico de 100 nF e este ao eletrodo de referência(35).

Para a manutenção da atmosfera inerte no interior da célula borbulhou-se argônio por um tubo de vidro em forma de capilar muito estreito em uma das extremidades, com borbulhamento de gás opcional no interior da solução ou na superfície.

(44)

RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1. Síntese dos Complexos

Dos complexos estudados neste trabalho, apenas [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py]

foi sintetizado mais recentemente através do mesmo método utilizado para a síntese dos demais complexos obtidos anteriormente(36)_.

A Tabela 02 mostra o reagente utilizado e o rendimento obtido na síntese do composto.

Tabela 02: Rendimento e reagente utilizado na síntese

Reagente Complexo Rendimento %

3-CNC6H4CH2Br [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py] 79,9

4.1.1. Caracterização do Complexo

É apresentada somente a caracterização do complexo

[3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py], pois os demais foram caracterizados em trabalho

anterior(36).

• Análise Elementar

Foram realizadas as análises elementares de C, H, N e Co do composto e os resultados são apresentados na Tabela 03. Os resultados da anállise de Co por absorção atômica e por titulação complexométrica foram muito semelhantes, apresentando diferenças desprezíveis.

Tabela 03: Resultados das análises elementares de C, H, N e Co

Complexo % C % H % N % Co

[3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py] Experimental

(Calculado)

51,64 (52,02)

5,18 (5,16)

17,02 (17,34)

(45)

• Caracterização Espectroscópica do Complexo

O complexo foi caracterizado através de espectroscopia nas regiões do visível ultravioleta e do infravermelho, além de RMN de 1_{H e de}13_{C. Para uma melhor}

compreensão das atribuições dos espectros, a Figura 20 ilustra a estrutura das benzilcobaloximas estudadas, com substituição na posição 4 do anel aromático.

Co

CH3

CH₃

N N

H3C

H₃C

O HO

OH O

N CH₂

N

Y

Figura 20: Benzilcobaloxima com substituinte Y na posição 4 do anel aromático

O espectro eletrônico foi registrado na região de aproximadamente 270 a

770 nm, utilizando-se solução em 1,2-dicloroetano de concentração 8 x 10-4 M

aproximadamente. Segundo Yamano(37), o espectro eletrônico de complexos trans

-bis(dimetilglioximato)cobalto(III), [Co(dmgH)2B2], onde B são derivados de piridina,

(46)

Schrauzer e colaboradores(38), estudando alquilcobaloximas observaram várias

bandas mal resolvidas na região de 250 a 400 nm com ε entre 103 e 104 e uma

importante absorção de baixa energia entre 400 e 500 nm, típica da presença de ligação covalente axial, atribuída como uma banda de transferência de carga devido

ao valor de ε de aproximadamante 103, designada Co-C TC. Pode-se notar que as atribuições de Yamano(37) e de Schrauzer(38), quanto a banda em aproximadamente 454 nm, são distintas.

A Tabela 04 apresenta bandas características e as respectivas absortividades molares (ε) obtidas após a desconvolução dos espectros para as benzilcobaloximas em estudo. Baseando-se na literatura(36, 37) e nos valores de ε pode-se atribuir tentativamente as bandas:

1) na região de aproximadamente 245 a 270 nmestá a banda referente à transição π → π* intraligante referente ao ligante equatorial dimetilglioxima, que após desconvolução resultou em λ1 e λ2;

2) na região de aproximadamente 286 a 312,5 nm está a banda β, que após

desconvolução resultou em λ3 e λ4;

3) na região próxima de 332 a 385 nm a banda α resultando em λ5 a λ7;

4) banda Co-C TC na região de 400 a 500 nm (λ8 a λ11);

5) bandas de transição d-d na região de 550 a 625 nm (λ12 a λ14).

Cabe ressaltar que as bandas α e β são de transferência de carga do ligante axial piridina para o cobalto e do cobalto para o ligante equatorial dimetilglioxima, respectivamente.

(47)

Figura 21: Espectro na região do ultravioleta do complexo [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py

Tabela 04: Bandas características nas regiões do visível e do ultravioleta

Banda [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py]

λ1/nm (ε) 260 (14987)

λ2/nm (ε) 270 (9070)

λ3/nm (ε) 287 (9247)

λ4/nm (ε) 304 (7456)

λ5/nm (ε) 326 (6107)

λ6/nm (ε) 350 (5441)

λ7/nm (ε) 372 (2919)

λ8/nm (ε) 391 (1538)

λ9/nm (ε) 416 (706)

λ10/nm (ε) 445 (359)

λ11/nm (ε) 482 (171)

λ12/nm (ε) 532 (77,8)

λ13/nm (ε) 592 (27,7)

λ14/nm (ε) 688 (18,1)

ε - L.mol-1_.cm-1

200 400 600 800

λ (nm) 0

0.25 0.5 0.75 1

A

bs

orbânc

ia

(48)

Figura 22: Espectro de UV desconvoluído de [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py]

Figura 23: Espectro de UV desconvoluído de [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py]

10000 15000 20000 25000

λ (cm-1₎

-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Absorbância

-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

10000 20000 30000 40000

λ (cm-1₎

-0.5 0 0.5 1 1.5

Absorbância

(49)

O espectro na região do infravermelho foi obtido na região de 4000 a 200 cm-1 (Figura 24), a partir de amostra preparada na forma de pastilha, utilizando-se iodeto de césio (CsI) como suporte e respeitando-se a proporção de 1 mg de complexo para 100 mg de CsI.

Na Tabela 05 estão as atribuições tentativas das bandas do complexo na região de interesse de 2000 a 200 cm-1_{, realizadas a partir da literatura}(39)_.

Tabela 05: Atribuições tentativas na região de 1800 a 200 cm-1

Complexo[YC6H4CH2Co(DM

G)2py]Y:

νOH-O (cm-1)

νC=N (cm-1)

νN-O (cm-1)

ν Co-N(DMG)

(cm-1)

νCo-C (cm-1)

ν Co-N(py) (cm-1)

3-CN 1752, 2 1559, 1 1238, 1 1093, 4

516,1 327,2 254,1

Além dessas observou-se uma banda, em aproximadamente 2225 cm-1,

referente a νCN(40, 41).

4000 3000 2000 1000

20 30 40 50 60 70 80 90 T rans m itânc ia %

Número de Onda (cm-1₎

(50)

Importantes evidências estruturais de cobaloximas podem ser obtidas da

espectroscopia de RMN 1_{H (Figura 25). Cada espécie de próton é claramente}

identificável pelo deslocamento químico, multiplicidade e área de pico. Para o complexo em questão os prótons do anel piridínico foram atribuídos, de modo geral, em aproximadamente 8,5 ppm e 7,0 ppm. O anel aromático do ligante axial superior apresentou ressonância na região de aproximadamente 7,0 ppm também e o grupo CH2 em 2,7 ppm. O ligante equatorial dimetilglioxima foi reconhecido através de um

singlete próximo a 2,0 ppm proveniente de 12 prótons das metilas equivalentes, sendo portanto o maior pico no espectro. A Tabela 06 apresenta as atribuições para o espectro obtido.

Tabela 06: Dados de RMN 1H de compostos do tipo RCH2Co(DMG)2py

R: _δ_a/CH3

(DMG)

δ_/CH2 δ/arom. δ/py

α β

3-CN∅ 1,99s 2,68s 7,71; 7,30; 7,21 8,49d 7,11d

a_:_δ_{expresso em ppm; s: singlete; d: dublete;}

(51)

A espectroscopia de RMN 13C tem sido utilizada no estudo de cobaloximas(42, 43). Os sinais do espectro do composto [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py], Figura 27, foram

atribuídos baseando-se em dados da literatura(29, 42)_{e nos espectros calculados no}

programa 13_{C ACD CNMR: Molecular Editor. As atribuições dos deslocamentos são}

mostradas nas Tabelas 07 e 08.

Tabela 07: Dados de RMN 13C de compostos [RCH2Co(DMG)2py]

R: _δ_{a/CH3 (DMG)} _δ_a/C=N _δ_a/py

Cαb _C_β _C_γ

3-CN∅ 11,96 149,60 150,17 125,32 137,70

a_:_δ_{expresso em ppm.}

b_{: Carbonos}_α_{vizinhos ao nitrogênio.}

6 1

2 3 4 5

CH2X

Figura 26: Posições dos carbonos no anel aromático. X = [Co(DMG)2py]

Tabela 08: Dados de RMN de compostos [RCH2Co(DMG)2py] referentes ao anel aromático

R: _δ_a/arom.

C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6

3-CN∅ 137,70 133,10 111,12 128,12 127,33 131,16

a_:_δ_{expresso em ppm.}b_{: Carbono simétrico ao C3.}c_{: Carbono simétrico ao C2.}

(52)

Figura 27: Espectro de RMN 13C do complexo [3-CNC6H4CH2Co(DMG)2py]

4.2. Espectrometria de Massas

A espectrometria de massas sempre foi uma técnica muito explorada no universo dos compostos inorgânicos e organometálicos. Métodos mais suaves de ionização como o “bombardeamento com átomos acelerados” (FAB) e a “ionização por

spray de elétrons seguida de decomposição do íon formado por colisão com um gás”

(ESI – MS – CID – MS) permitem a análise de complexos inorgânicos, fornecendo informações de massa molecular, estruturais e de energias de ligações.

Com o objetivo de obter informações sobre o mecanismo de fragmentação das benzilcobaloximas, principalmente com relação à ligação Co-C, realizou-se a análise

dos complexos [3-F∅CH2Co(DMG)2py], [3-CN∅CH2Co(DMG)2py] e

[C6F5CH2Co(DMG)2py], utilizando-se a técnica ESI – MS – CID – MS.

Os espectros de massas dos compostos estudados apresentaram características comuns. O íon pseudomolecular gerado por ES, de alta intensidade, definiu de forma inequívoca a massa molecular. As perdas dos ligantes axiais R e py em primeiro lugar precedida da fragmentação da cobaloxima [Co(DMG)2] foram obtidas