Síntese, caracterização e fotoliberação de monóxido de carbono por meio de um novo composto de manganês(I)

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CENTRO DE CIÊNCIAS FÍSICAS E MATEMÁTICAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E FOTOLIBERAÇÃO DE

MONÓXIDO DE CARBONO POR MEIO DE UM NOVO

COMPOSTO DE MANGANÊS(I)

VINÍCIUS ACIR GLITZ

Florianópolis

Julho/2019

Vinícius Acir Glitz

SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E FOTOLIBERAÇÃO DE

MONÓXIDO DE CARBONO POR MEIO DE UM NOVO

COMPOSTO DE MANGANÊS(I)

Relatório apresentado ao Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Catarina, como requisito parcial da disciplina de Estágio II (QMC 5512)

_________________________________

Prof.ª Dr.ª Rosely Aparecida Peralta

Orientadora

_________________________________

MSc. André Luiz Amorim

Coorientador

Florianópolis

Julho/2019

Ficha de identificação da obra elaborada pelo autor. Glitz, Vinícius Acir

Síntese, caracterização e fotoliberação de monóxido de carbono por meio de um novo composto de manganês(I) /

Vinícius Acir Glitz ; orientadora, Rosely Aparecida Peralta, Coorientador, André Luiz Amorim, 2019.

80 p.

Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) – Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Graduação em Química, Florianópolis, 2019.

Inclui referências.

1. Química. 2. fotoCORMs. 3. manganês(I). 4. monóxido de carbono. I. Peralta, Rosely Aparecida. II. Amorim, André Luiz. III. Universidade Federal de Santa Catarina. Graduação em Química. IV. Título.

Vinícius Acir Glitz

SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E FOTOLIBERAÇÃO DE MONÓXIDO DE CARBONO POR MEIO DE UM NOVO COMPOSTO DE MANGANÊS(I)

Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para obtenção do Título de Bacharel em Química e aprovado em sua forma final pelo Curso de Graduação

em Química da Universidade Federal de Santa Catarina

Florianópolis, 05 de julho de 2019.

______________________________ Prof.ª Iolanda da Cruz Vieira, Dr.ª

Coordenadora do Curso

Banca Examinadora:

______________________________ Prof.ª Rosely Aparecida Peralta, Dr.ª

Orientadora

Universidade Federal de Santa Catarina

______________________________ André Luiz Amorim, MSc.

Coorientador

Universidade Federal de Santa Catarina

___________________________ Prof.ª Juliana Paula da Silva, Dr.ª Universidade Federal de Santa

Catarina

_______________________________ Prof.ª Christiane Fernandes Horn, Dr.ª

Universidade Federal de Santa Catarina

Não sei o que fazer da minha vida Só quero ser feliz

AGRADECIMENTOS

Enfim chegou o momento, mais um ciclo de vida terminado, de tantos outros que já terminaram e outros que ainda virão. Quero agradecer primeiro a mim mesmo, por ter acreditado que conseguiria, que conseguiria passar para começar esse ciclo, que conseguiria sobreviver durante e que conseguiria terminar esse ciclo, mesmo com as dúvidas e a minha solidão interna durante essa caminhada.

Agradeço aos meus pais, Milton e Irani, por todo apoio que me deram durante essa jornada, sem o esforço de vocês não conseguiria estar aqui. As minhas irmãs, Stella e Jéssica, aos meus sobrinhos Fernando e Nicolas e ao Anderlei. Agradeço a todos vocês profundamente, e me desculpem pela ausência durante esses cinco anos.

À Luisa, Renan e Roberto, por me acompanharem durante essa caminhada, pelas discussões, bares, praias, churrascos e tudo o mais que fizemos, cada um de um canto do país (ou quase isso) que me fizeram ter visões e ideias diferentes que não teria tido sozinho, vocês me ajudaram muito.

A todas as pessoas que conheci quando passei pelo REMA, GEPEEA e LABINC, vocês também tiveram uma boa parcela de ajuda durante a minha formação acadêmica, não citarei nomes, já que esse é um dos meus pontos fracos, sempre esqueço. As orientadoras, Marilda Fernandes, Cristiane Jost e Rosely Peralta, vocês foram ótimas referências de como ser um químico e pesquisador.

Ao André, por ter me aturado durante esses três semestres no LABINC, presencialmente e virtualmente, com várias perguntas idiotas, por repetir as coisas até eu conseguir entender, vale dizer que algumas até hoje não entendi. Aprendi muito contigo cara!

Ao professor Renné Araujo pela ajuda com a determinação da intensidade dos LED’s, ao professor Adailton Bortoluzzi pelo refinamento dos cristais e a todos os alunos e técnicos que manusearam os equipamentos para alguma análise que precisei durante esse projeto.

E por fim, a todos os professores, técnicos e terceirizados que participaram diretamente ou indiretamente da minha vida acadêmica, ao apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq – Brasil e CAPES.

RESUMO

O monóxido de carbono, que tem as suas propriedades tóxicas conhecidas, nas últimas décadas se descobriu que além de ser produzido endogenamente, apresenta propriedades benéficas em processos de sinalização celular. Administrá-lo sem prejudicar ainda mais o organismo é um problema inerente, sendo assim, o estudo de moléculas liberadoras de monóxido de carbono fotoativadas pode ser uma alternativa viável para este problema, já que essas moléculas são capazes de liberar em local e quantidade controlada monóxido de carbono utilizando a aplicação de luz. Com o objetivo então de aprofundar os estudos nessa área, neste trabalho foi sintetizado um composto organometálico de manganês inédito na literatura, o bromotricarbonil(f]quinoxalina) de manganês(I). O ligante

pirazina[2,3-f]quinoxalina foi sintetizado e caracterizado pelas técnicas espectroscopia de

infravermelho, difratometria de raios X, ponto de fusão, ressonância magnética nuclear de Hidrogênio e Carbono, sendo a sua estrutura cristalina inédita na literatura. O composto organometálico de manganês(I) foi caracterizado por espectroscopia de infravermelho, espectroscopia ultravioleta-visível, eletroquímica, análise elementar e difratometria de raios X. A liberação do monóxido de carbono foi acompanhada pelo decaimento da banda de transferência de carga ao aplicar luz em comprimento de onda na região do visível e pelo decaimento das bandas de estiramento CO na região do infravermelho. O resultado obtido foi expresso em rendimento quântico.

SUMÁRIO

1. JUSTIFICATIVA... 14

2. REVISÃO DA LITERATURA ... 15

2.1. MONÓXIDO DE CARBONO (CO) ... 15

2.2. MOLÉCULAS LIBERADORAS DE MONÓXIDO DE CARBONO ... 19

2.3. MOLÉCULAS LIBERADORAS DE MONÓXIDO DE CARBONO FOTOATIVADAS ... 21 3. OBJETIVOS ... 24 3.1. OBJETIVO GERAL ... 24 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 24 4. METODOLOGIA ... 25 4.1. MATERIAIS E REAGENTES ... 25 4.2. MÉTODOS E INSTRUMENTAÇÃO ... 25

4.2.1. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR)... 25

4.2.2. Espectroscopia na região do infravermelho (IR) ... 26

4.2.3. Espectroscopia na região do ultravioleta e visível (UV-Vis) ... 26

4.2.4. Eletroquímica ... 26

4.2.5. Ponto de fusão ... 27

4.2.6. Análise elementar C, H e N ... 27

4.2.7. Difratometria de Raios X ... 27

4.2.8. Estudo da estabilidade e cinética de liberação de CO... 27

4.3. RESÍDUOS E SEGURANÇA NO LABORATÓRIO ... 28

4.4. SÍNTESE DO LIGANTE PIRAZINA[2,3-f]QUINOXALINA ... 30

4.4.1. Síntese do precursor 6-nitroquinoxalina (NQX) ... 30

4.4.2. Síntese do precursor 6-nitroquinoxalin-5-amina (NQX-5-A) ... 31

4.4.3. Síntese do precursor quinoxalina-5,6-diamina (QX-5,6-A) ... 32

4.4.4. Síntese do ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina (PQX)... 33

4.5. SÍNTESE DO COMPOSTO ORGANOMETÁLICO DE MANGANÊS(I) ... 34

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 35

5.1. PIRAZINA[2,3-f]QUINOXALINA... 35

5.1.1. Espectroscopia na região do infravermelho ... 36

5.1.2. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear de hidrogênio 39 5.1.3. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear de carbono .... 44

5.2. [Mn(PQX)(CO)3Br] ... 49

5.2.1. Espectroscopia na região do infravermelho ... 49

5.2.2. Espectroscopia na região do ultravioleta e visível ... 53

5.2.3. Análise elementar de C, H e N ... 58

5.2.4. Difratometria de Raios X ... 59

5.2.5. Eletroquímica ... 61

5.2.6. Estudo da estabilidade e da liberação de CO ... 63

6. CONCLUSÕES ... 66

7. PERSPECTIVAS ... 67

8. REFERÊNCIAS ... 68

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Produção de monóxido de carbono no organismo. ... 16

Figura 2. Diagrama de orbital molecular para o monóxido de carbono. ... 17

Figura 3. Representação genérica da sobreposição dos orbitais de fronteira da ligação metal-CO ... 18

Figura 4. Primeiros compostos reconhecidos como CORMs. ... 20

Figura 5. Diferentes mecanismos para a liberação de CO pelas CORMs. ... 21

Figura 6. Proposta para a liberação de CO através da fotoativação. ... 22

Figura 7. Exemplo de uma pirazina (a) e uma quinoxalina (b), sendo R = qualquer átomo. ... 23

Figura 8. Esquema reacional para o precursor 6-nitroquinoxalina. ... 30

Figura 9. Esquema reacional para o precursor 6-nitroquinoxalin-5-amina. ... 31

Figura 10. Esquema reacional para o precursor quinoxalina-5,6-diamina. ... 32

Figura 11. Esquema reacional para o ligante bidentado pirazina[2,3-f]quinoxalina. 33 Figura 12. Síntese do composto organometálico de manganês. ... 34

Figura 13. Espectro de infravermelho para o composto 6-nitroquinoxalina (NQX). . 36

Figura 14. Espectro de infravermelho para o composto 6-nitroquinoxalin-5-amina (NQX-5-A). ... 37

Figura 15. Espectro de infravermelho para o composto 6-nitroquinoxalin-5,6-diamina (QX-5,6-A). ... 37

Figura 16. Espectro de infravermelho para o composto pirazina[2,3-f]quinoxalina (PQX). ... 38

Figura 17. Espectro de 1_{H NMR para o composto 6-nitroquinoxalina (NQX). ... 40}

Figura 18. Espectro de 1_{H NMR para o composto 6-nitroquinoxalin-5-amina} (NQX-5-A). ... 41

Figura 19. Espectro de 1_{H NMR para o composto quinoxalin-5,6-diamina (QX-5,6-A).} ... 41

Figura 20. Espectro de 1_{H NMR para o composto pirazina[2,3-f]quinoxalina (PQX).} ... 42

Figura 21. Estruturas dos compostos com a identificação dos hidrogênios. ... 42

Figura 22. Espectro de 13_{C NMR para o composto 6-nitroquinoxalina (NQX)... 45}

Figura 23. Espectro de 13_{C NMR para o composto 6-nitroquinoxalin-5-amina} (NQX-5-A). ... 45

Figura 24. Espectro de 13_{C NMR para o composto quinoxalin-5,6-diamina}

(QX-5,6-A). ... 46

Figura 25. Espectro de 13_{C NMR para o composto pirazina[2,3-f]quinoxalina (PQX).}

... 46

Figura 26. Estruturas dos compostos com a identificação dos carbonos. ... 47 Figura 27. Estrutura do ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina. ... 48 Figura 28. Espectro na região do infravermelho para o composto de manganês(I). 50 Figura 29. Espectros de infravermelho do ligante PQX e do composto de

[Mn(PQX)(CO)3Br]. ... 51

Figura 30. Expansão do espectro na região do infravermelho, com foco nas bandas

das carbonilas. ... 52

Figura 31. Estrutura dos compostos [Mn(CO)3(PQX)Br] e [Mn(CO)3(phen)Br]

comparadas. ... 53

Figura 32. Espectro de absorção para o composto [Mn(PQX)(CO)3Br] em

diclorometano, 3,79 x 10-5 _{mol L}-1_{. ... 55}

Figura 33. Espectro UV-Vis em diclorometano com foco na banda de absorção

máxima em 380 e 473nm. (a) 3,30 x 10-5_{; (b) 6,39 x 10}-5_{; (c) 9,29 x 10}-5_{; (d) 1,20 x}

10-4_{; (e) 1,46 x 10}-4_{; (f) 1,70 x 10}-4_{; (g) 1,93 x 10}-4_{; (h) 2,15 x 10}-4_{; (i) 2,36 x 10}-4_{; (j)}

2,56 x 10-4_{; (k) 2,74 x 10}-4 _{mol L}-1_{. ... 56}

Figura 34. Espectro UV-Vis em diclorometano com foco na banda de absorção

máxima em 282 nm. (a) 3,79 x 10-5_{; (b) 3,63 x 10}-5_{; (c) 3,48 x 10}-5_{; (d) 3,35 x 10}-5_{; (e)}

3,22 x 10-5_{; (f) 3,11 x 10}-5_{; (g) 3,00 x 10}-5_{; (h) 2,90 x 10}-5_{; (i) 2,80 x 10}-5_{; (j) 2,72 x 10}-5

mol L-1_{. ... 57}

Figura 35. Estrutura do composto bromotricarbonil(pirazina[2,3-f]quinoxalina de

manganês(I). ... 59

Figura 36. Voltamogramas cíclicos para [Mn(PQX)(CO)3Br] 0,1 mmol L-1 em

diclorometano com TBAPF6 0,1 mol L-1. Eletrodo de trabalho: carbono vítreo;

referência: Ag/AgCl e ferroceno/ferrocínio como referência interna; auxiliar: platina. Scan rate: (a) 175 mV s-1_{; (b) 150 mV s}-1_{; (c) 125 mV s}-1_{; (d) 100 mV s}-1_{. ... 62}

Figura 37. Estabilidade de composto com base no valor de absorção máxima em

473 nm, 2,08 x 10-4 _{mol L}-1 _{em diclorometano. ... 63}

Figura 38. Decaimento da banda em 473nm ao aplicar luz azul em diclorometano. 64 Figura 39. Cinética da liberação de CO acompanhada por infravermelho,

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Valores de estiramento de CO no infravermelho devido a diferentes

ligantes. ... 19

Tabela 2. Pontos de fusão obtidos para o ligante e seus precursores comparado com a literatura. ... 35

Tabela 3. Valores das principais bandas no infravermelho. ... 38

Tabela 4. Valores referentes ao deslocamento químico para o 1_{H NMR. ... 43}

Tabela 5. Valores referente dos deslocamentos químicos par ao 13_{C NMR. ... 47}

Tabela 6. Comprimento das ligações carbono-carbono e nitrogênio-carbono do ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina. ... 49

Tabela 7. Principais bandas no IR do composto de Mn(I) e do ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina. ... 50

Tabela 8. Efeito do ligante na estiramento do CO no complexo [Mn(CO)3(L)Br], onde (L) = fenantrolina, pirazina[2,3-f]quinoxalina. Feitos em pastilha KBr com solução de diclorometano e em ATR. ... 53

Tabela 9. Comparação entre os valores de comprimento de onda máximo e coeficiente de absortividade molar obtidos em diclorometano para [Mn(CO)3(L)Br], onde (L) = fenantrolina (phen), pirazina[2,3-f]quinoxalina (PQX). ... 58

Tabela 10. Porcentagem de C, H e N para o composto de manganês(I) via análise elementar. ... 58

Tabela 11. Principais comprimentos de ligação e o ângulos das ligações do composto Mn(I). ... 60

Tabela 12. Comparação entre os comprimentos de ligações dos compostos [Mn(PQX)(CO)3Br] e [Mn(phen)(CO)3Br]. ... 61

Tabela 13. Dados cristalográficos e refinamento do ligante PQX. ... 74

Tabela 14. Comprimentos (Å) e ângulos (°) de ligações para o ligante PQX. ... 75

Tabela 15. Ângulos de torsão para o ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina. ... 76

Tabela 16. Dados cristalográficos e refinamento do composto organometálico. ... 77

Tabela 17. Comprimentos (Å) e ângulos (°) de ligações para o composto organometálico bromotricarbonil(pirazina[2,3-f]quinoxalina) de manganês(I). ... 78

Tabela 18, Ângulo de torção para o composto bromotricarbonil(pirazina[2,3-f]quinoxalina) de manganês(I). ... 79

LISTA DE ABREVIATURAS

fotoCORMs Moléculas liberadoras de monóxido de carbono fotoativadas, do

inglês, photoinduced CO-releasing molecule

HOMO Orbital de maior nível de energia ocupado, do inglês, highest occupied molecular orbital

LUMO Orbital de menor nível de energia não ocupado, do inglês, lowest unoccupied molecular orbital

 Estiramento (IR)

CORMs Moléculas liberadoras de monóxido de carbono, do inglês, CO-releasing molecules

UV-Vis Ultravioleta-visível

NMR Espectroscopia de ressonância magnética nuclear, do inglês, nuclear magnetic resonance

IR Infravermelho, do inglês, infrared

 Deslocamento químico (NMR)

ATR Reflectância total atenuada, do inglês, attenued total reflectance LED Diodo emissor de luz, do inglês, light emitting diode

 Deformação angular fora do plano

NQX 6-Nitroquinoxalina NQX-5-A 6-Nitroquinoxalina-5-amina QX-5,6-A Quinoxalina-5,6-diamina PQX Pirazina[2,3-f]quinoxalina MeOH Metanol EtOH Etanol  Aquecimento

phen Fenantrolina, do inglês, phenantroline



1. JUSTIFICATIVA

Desde que, na década de 1950, foi provado experimentalmente que o corpo humano produz endogenamente o monóxido de carbono percebeu-se que esta molécula pode atuar como sinalizadora, trazendo efeitos benéficos para o organismo. Desde então se tem estudado a utilização terapêutica do mesmo.

Sabe-se também que o monóxido de carbono (CO) pode causar a morte, sendo então necessário encontrar formas para realizar a entrega de CO ao organismo sem prejudicá-lo, uma possível solução é através das moléculas liberadoras de monóxido de carbono fotoativadas (fotoCORMs), capazes de controlar a quantidade liberada bem como o local de liberação do monóxido de carbono através da fotoexcitação.

Compostos organometálicos que contêm pelo menos um ligante carbonila podem atuar como uma molécula liberadora de CO, no caso das fotoCORMs, a liberação irá ocorrer ao aplicar luz em comprimento de onda específico.

Para diminuir tanto a toxicidade quanto a baixa solubilidade dos compostos organometálicos carbonílicos é necessário substituir algumas carbonilas por ligantes orgânicos, alterando as características físico-químicas do composto, e então, sendo possível otimizar suas aplicações biológicas.

Considerando a facilidade sintética dos compostos de manganês e a sua alta estabilidade no estado sólido e baixa toxicidade, o presente trabalho tem por objetivo sintetizar e caracterizar composto organometálico de manganês(I) inédito na literatura e verificar a liberação de monóxido de carbono após a aplicação de luz visível.

2. REVISÃO DA LITERATURA

A química inorgânica biológica, conhecida também como química bioinorgânica, estuda a relação entre os íons metálicos e a sua interação com o sistema biológico, através das propriedades químicas que eles são capazes de transmitir ao organismo.1

Recentemente, dentro da química bioinorgânica têm se estudado o uso de íons metálicos como drogas terapêuticas, por exemplo, o ouro é utilizado como antibacteriano no tratamento da tuberculose, compostos de arsênio no tratamento de sífilis e antimônio no tratamento de leishmaniose.2

Nos últimos anos inúmeros candidatos a fármacos inorgânicos foram sintetizados e testados para sua atividade medicinal nos mais diversos tipos de doenças, mas somente uma pequena parcela chegou na fase de comercialização. Uma nova gama de compostos que vem sendo estudada são os compostos que contêm monóxido de carbono em sua estrutura.

2.1. MONÓXIDO DE CARBONO (CO)

O monóxido de carbono é um gás incolor e inodoro,3 _{e é conhecido}

como assassino silencioso, pois pode impedir o transporte de O2 que é feito pela

hemoglobina, consequentemente prejudicando a entrega do oxigênio para as células.4 _{De forma antagônica, no entanto, o CO participa de importantes}

processos biológicos.5

Em 1898, Saint-Martin e Nicloux6 _{levantaram a hipótese de que o CO é}

produzido endogenamente no corpo humano, mas somente na década de 1950, Sjöstrand7, 8, 9 _{utilizando seres humanos e cachorros, provou experimentalmente}

que ele é produzido pelo próprio organismo. Posteriormente, descobriu-se que o CO é um subproduto da reação catalisada pela enzima heme-oxigenase, como mostrado na Figura 1. A estimativa de produção de monóxido de carbono em seres humanos é de 6 mol kg-1 _{por dia.}5

Figura 1. Produção de monóxido de carbono no organismo.

Fonte: Adaptado de Romão et al.10

Como CO pode atuar como uma molécula sinalizadora, percebeu-se sua ação como neurotransmissor,11 _{como inibidor de agregação plaquetária,}12

como agente anti-inflamatório tanto in vitro quanto in vivo.13 _{Podendo também}

auxiliar no transplante de órgãos minimizando a chance de rejeição,14 _no

tratamento de hepatite,15 _{entre outros efeitos benéficos à saúde.}6, 16, 17, 18

Consequentemente, há um grande interesse no desenvolvimento de pesquisas relacionas ao CO como agente terapêutico.

Na química inorgânica, os compostos que apresentam ao menos uma ligação metal-carbono são classificados como compostos organometálicos (excetuando-se com o ligante CN-_{). O CO pode atuar como ligante nas reações}

com centros metálicos, os produtos obtidos são conhecidos como compostos organometálicos carbonílicos.19

A configuração eletrônica para o monóxido de carbono é 12 _22 _14

32 _2*0 _4*0 _{consequentemente, o seu orbital molecular ocupado de maior energia}

(HOMO, do inglês highest occupied molecular orbital) é o orbital 3formado majoritariamente pelos orbitais s e pz do carbono e o orbital molecular de menor energia não ocupado (LUMO, do inglês lowest unoccuped molecular orbital) é o 1*_{, duplamente degenerado, formado pelos orbitais p}

x e py do carbono.

Consequentemente, ambos orbitais de fronteira possuem uma maior densidade eletrônica no átomo de carbono, pois os orbitais atômicos dele possuem uma maior contribuição na formação dos orbitais moleculares de fronteira. O diagrama de orbital molecular do monóxido de carbono e as representações dos orbitais são mostrados na Figura 2.

Figura 2. Diagrama de orbital molecular para o monóxido de carbono.

Fonte: Autor; Miessler et al3_.

Pelo fato dos orbitais de fronteira de CO possuírem uma maior contribuição da densidade eletrônica no carbono, como mostrado na Figura 2 acima, e possuir um orbital disponível para interações frontais do tipo  e um orbital  duplamente degenerado desocupado, o CO é capaz de doar e aceitar elétrons nas reações através do carbono.

Este é o motivo do mesmo formar ligações com os metais de transição do bloco d, o HOMO que é um -doador que tem seu lóbulo projetado para fora irá formar uma ligação  com o metal e o LUMO que é um -receptor irá formar uma ligação , também chamada de retroligação pela sobreposição dos orbitais de mesma simetria,20 _{a representação genérica da ligação  frontal e da retroligação}

Figura 3. Representação genérica da sobreposição dos orbitais de fronteira da ligação metal-CO

Fonte: Adaptado de Miessler et al.3

Por isso é possível dizer que a ligação metal-CO é o resultado do efeito sinérgico, pois a estabilidade destes compostos vem da sua propriedade de -receptor, e de sua doação . A densidade eletrônica compartilhada pelo metal e o monóxido de carbono é aumentada pela retroligação  que irá fazer com que a ligação  seja fortalecida tornando o composto organometálico formado mais estável.1

A variação da densidade eletrônica compartilhada irá influenciar na força da ligação carbono-oxigênio que pode ser acompanhada utilizando a técnica de espectroscopia na região do infravermelho, pois a frequência de estiramento da ligação C-O irá mudar conforme a quantidade de energia recebida por retrodoação. Sendo assim, conforme a distância metal-carbono varia de comprimento devido a retrodoação, há um aumento na interação metal-carbono e consequentemente um enfraquecimento da interação carbono-oxigênio. Desta forma, a energia de radiação absorvida no infravermelho também irá variar. Quando o monóxido de carbono está na forma gasosa e livre, absorve em 2143 cm-1 21 _{e, quando ligado aos metais do bloco d, sua frequência de estiramento}

diminui para uma faixa de 2100 a 1500 cm-1_.19

A frequência de estiramento também irá variar de acordo com outros ligantes espectadores que também estão coordenados ao metal. Assim, se o ligante é um -doador ou um -doador ele irá aumentar a densidade eletrônica do metal, que por sua vez irá compartilhar indiretamente através da retrodoação para o monóxido de carbono, diminuindo, então, a frequência de estiramento.

Caso o ligante seja um -receptor, ele irá competir pelos elétrons presentes na camada d do metal, diminuindo, consequentemente, a energia

transferida por retrodoação para o monóxido de carbono e aumentado a frequência de estiramento da ligação carbono-oxigênio.1

Exemplos com o molibdênio são mostrados na Tabela 1, onde ligantes como PF3 que possuem um caráter  ácido maior, vão apresentar um maior valor

de número de onda, o inverso ocorre para ligantes como a piridina, que possui um caráter  ácido menor.

Tabela 1. Valores de estiramento de CO no infravermelho devido a diferentes ligantes.

Espécie Número de onda CO (cm-1₎

Mo(CO)3(PF3)3 2090, 2055 Mo(CO)3(PCl3)3 2040, 1991 Mo(CO)3[P(OMe)3]3 1977, 1888 Mo(CO)3(PPh3)3 1934, 1835 Mo(CO)3(NCCH3)3 1915, 1783 Mo(CO)3(Piridina)3 1888, 1746

Fonte: Manish Kaushik et al.22

A partir dessas características de absorção na região do infravermelho de monóxido de carbono é possível utilizar a espectroscopia na região do infravermelho para caracterizar e também acompanhar as variações estruturais do composto organometálico quando necessário.

2.2. MOLÉCULAS LIBERADORAS DE MONÓXIDO DE CARBONO

Uma vertente do estudo das aplicações do monóxido de carbono são as Moléculas Liberadoras de Monóxido de Carbono (CORMs, do inglês

CO-releasing molecules). Elas são capazes de transportar e liberar quantidades

controladas de CO evitando os problemas da utilização de CO livre,23 _{pois para se}

ter um efeito biológico in vivo satisfatório é necessário que o CO seja liberado no sítio específico e que o produto formado após a liberação não seja tóxico para o corpo.24

Segundo Motterlini et al25 _{os primeiros organometálicos contendo CO a} serem identificados com propriedades de liberá-lo foram [Mn2(CO)10], [Fe(CO)5] e

o [Ru(CO)3Cl2]2, sendo que os dois primeiros liberam o CO quando expostos a

luz.26 _{Com o avanço dos estudos, foi sintetizado o primeiro CORM solúvel em meio}

aquoso, sendo ele o [Ru(CO)3Cl(glicinato)].27 Segundo Johnson et al,28 em testes

para aplicação médica, a presença do organometálico de rutênio fez com que o tempo de vida de 40% dos ratos aumenta-se para cinquenta dias após o transplante cardíaco. Sem a presença do organometálico os ratos morriam em oito dias. Os CORMs citados são mostrados na Figura 4.

Figura 4. Primeiros compostos reconhecidos como CORMs.

Fonte: Motterlini et al. 26, 29

A liberação do monóxido de carbono pelas CORMs pode ser realizada de diferentes maneiras, como resposta a um estímulo desencadeador ou gatilho,10

alguns exemplos são mostrados na Figura 5, na forma de um organometálico genérico MLn(CO).

Figura 5. Diferentes mecanismos para a liberação de CO pelas CORMs.

Fonte: Traduzido de Romão et al.10

2.3. MOLÉCULAS LIBERADORAS DE MONÓXIDO DE CARBONO FOTOATIVADAS

Como citado anteriormente, um dos problemas com a entrega de fármacos no sistema biológico é como fazer isso sem acarretar efeitos maléficos ao organismo e, uma possível solução para este problema é pelo uso de compostos fotossensíveis30_{. Organometálicos carbonílicos que liberam o CO pela}

aplicação direta de luz são conhecidos como Moléculas Liberadoras de Monóxido de Carbono Fotoativadas (fotoCORMs), cujo termo foi estabelecido recentemente por Rimmer et al31 _{para caracterizar um grupo de moléculas que liberam CO pela} indução por luz.

A fotoliberação é capaz de proporcionar a liberação controlada de CO em local especifico pela incidência de luz de diferentes comprimentos de onda e de diferentes intensidades que também irá influenciar na quantidade de CO liberado.23

Para a liberação ocorrer é necessário fornecer energia suficiente para quebrar a ligação metal-carbonila, e isso acontece quando é fornecida uma energia equivalente, ou próxima, a diferença de energia entre o estado fundamental e o estado excitado dissociativo do composto organometálico. Esta energia pode ser visualizada no espectro de absorção de UV-Vis, pela presença de bandas das transições d←d, e as bandas de transferência de carga metal-ligante ou transferência de carga ligante-metal, que possuem maiores coeficientes de absorção do que as bandas de transições d←d.

Segundo Schatzchneider32 _{a fotoliberação de monóxido de carbono}

segue um mecanismo de reação dissociativo, onde o intermediário da reação tem um número de coordenação menor que o composto de partida e na sequência um novo ligante que está no meio se coordena ao sítio livre.20 _{A Figura 6 mostra o}

mecanismo proposto para as fotoCORMs, onde o complexo metal-carbonila inicial estável no escuro ao sofrer a incidência da luz libera uma molécula de CO, que deverá difundir-se para o seu alvo biológico sem causar danos prejudiciais ao sistema, forma um intermediário com um espaço de coordenação vazio onde uma molécula presente no meio irá se coordenar ao metal formando um novo complexo. Neste exemplo ocorre a liberação apenas de um CO, mas é possível que seja liberado mais CO em compostos organometálicos que tenham mais de um ligante carbonila.

Figura 6. Proposta para a liberação de CO através da fotoativação.

Fonte: Traduzido de Schatzchneider.32

Para metais de transição o mecanismo de liberação é facilitado para centros metálicos ricos em elétrons e em baixo estado de oxidação, pois ocorre uma transferência de carga metal-ligante, como o manganês(I), que apresenta uma configuração eletrônica [Ar] 3d6 _{e permite a liberação de CO pela} transferência de energia para os orbitais * _{do ligante.}33

Uma forma de estabilizar metais com baixo estado de oxidação é utilizando os compostos cíclicos que contém ao menos um nitrogênio em sua composição, conhecidos como heterocíclicos nitrogenados, que possuem propriedades físicas e químicas variadas, a estabilização ocorre devido aos orbitais p* vazios e um par de elétrons capaz de formar ligações  fortes.34 _Uma

interação duro-duro entre o nitrogênio e o centro metálico também representa uma estabilidade adicional ao composto organometálico.35 _{Além do fato de serem}

importantes para atividades biológicas36 _{e com aplicações nas mais variadas}

áreas37_.

A presença dos átomos de nitrogênios em um composto heterocíclico induz um maior caráter polar nas ligações químicas, deixando então as interações intermoleculares mais fortes que seus similares hidrocarbonetos, alguns exemplos de ligantes do tipo N-heterocíclicos são mostrados na Figura 7, as pirazinas (Figura 7a) e quinoxalinas (Figura 7b).

Figura 7. Exemplo de uma pirazina (a) e uma quinoxalina (b), sendo R = qualquer átomo.

Considerando o que foi apresentado sobre as moléculas liberadoras de monóxido de carbono, sendo esta uma área de pesquisa recente na química, neste trabalho é proposto a utilização de ligantes heterocíclicos nitrogenados para a síntese e caracterização de um composto de manganês fotossensível inédito na literatura, com a finalidade de ampliar o estudo sobre a liberação controlada de CO, visando futura aplicação terapêutica.

3. OBJETIVOS

3.1. OBJETIVO GERAL

O presente trabalho tem por objetivo sintetizar e caracterizar o ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina, bem como sintetizar, caracterizar e realizar estudos sobre a estabilidade e a cinética de liberação de monóxido de carbono do composto organometálico de manganês(I) obtido com o ligante sintetizado.

3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Sintetizar e purificar o ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina (PQX);

 Realizar a caracterização do ligante sintetizado utilizando as técnicas ressonância magnética nuclear de 1_{H e} 13_{C, espectroscopia na região do}

infravermelho, ponto de fusão e difratometria de raios X;

 Sintetizar e purificar o composto [Mn(PQX)(CO)3Br];

 Caracterizar o composto sintetizado utilizando as técnicas espectroscopia na região do infravermelho, espectroscopia na região do ultravioleta e visível, eletroquímica, difratometria de raios X e análise elementar de C, H e N;

 Realizar o estudo de estabilidade do composto organometálico;

 Realizar o estudo da cinética de liberação do monóxido de carbono utilizando as técnicas espectroscopia na região do infravermelho e espectroscopia na região do ultravioleta e visível.

4. METODOLOGIA

4.1. MATERIAIS E REAGENTES

Os solventes, reagentes, gases e materiais utilizados nas sínteses e análises foram adquiridos comercialmente das marcas: Neon, Aldrich, Acros Organics, Sigma-Aldrich, Quemis, Fluka, White Martins, Mallinckrodt Chemicals e Honeywell, sendo utilizados sem purificação prévia: 4-nitrobenzeno-1,2-diamina; água deionizada; glioxal 40%; sódio metálico; metanol PA; cloridrato de hidroxilamina, etanol PA; Pd/C 10%; hidrazina monohidratada; celite; diclorometano PA; nitrogênio líquido; Mn(CO)5Br, argônio 5.0, hexano PA,

clorofórmio deuterado, dimetilsulfóxido deuterado, ferroceno, sódio metálico, KBr e acetonitrila grau espectroscópico.

O solvente diclorometano utilizado na síntese de complexação e nas análises foi seco previamente com peneira molecular 3 Å38 _{e mantido em}

atmosfera de argônio.

4.2. MÉTODOS E INSTRUMENTAÇÃO

4.2.1. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR)

Os espectros de 1_{H e} 13_{C NMR foram obtidos em um espectrômetro da}

marca Bruker modelo AVANCE DRX 400, localizado na Central de Análises do Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Catarina, em 400 MHz (1_{H NMR) e 100 MHz (}13_{C NMR). Nas análises foram utilizado os solventes}

deuterados clorofórmio e dimetilsulfóxido, conforme a solubilidade de cada amostra, sendo que nos espectros de 1_{H o referencial utilizado foi o tetrametilsilano}

( = 0,00 ppm) e para o espectro de 13_{C o sinal central do CDCl3 ( = 77,16 ppm)}

ou o sinal central do DMSO-d6 ( = 39,52 ppm) foram utilizados como referência. Os deslocamentos químicos () foram expressos em ppm em relação ao referencial de cada espectro.

4.2.2. Espectroscopia na região do infravermelho (IR)

Os espectros na região do infravermelho foram obtidos com um espectrofotômetro PerkinElmer FT-IR Spectrophotometer Spectrum 100 localizado no Laboratório de Química Bioinorgânica e Cristalografia do Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Catarina, na região de 4000 a 600 cm -1_{. As amostras líquidas e sólidas foram analisadas por reflectância total atenuada}

(ATR), ou solubilizando em diclorometano e macerando com KBr para produzir pastilhas.

4.2.3. Espectroscopia na região do ultravioleta e visível (UV-Vis)

Os espectros eletrônicos na região do UV-Vis foram obtidos em um espectrofotômetro Varian Cary 50 BIO acoplado a um banho termostatizado da marca Varian PCB 1500 localizado no Laboratório de Química Bioinorgânica e Cristalografia do Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Catarina. As análises foram realizadas utilizando cubetas de quartzo com caminho óptico de 1,0 cm e 1,5 mL de capacidade. O composto estudado foi solubilizado em diclorometano de grau espectroscópico.

4.2.4. Eletroquímica

O comportamento redox do composto sintetizado foi investigado por voltametria cíclica em um potenciostato modelo Epsilon localizado no laboratório de Química Bioinorgânica e Cristalografia do Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Catarina. O experimento foi realizado utilizando diclorometano de grau espectroscópico com concentração de 1 x 10-3 _{mol L}-1 _do

analito sob atmosfera de argônio e hexafluorofosfato de tetrabutilamônio (0,1 mol L-1_{) como eletrólito suporte. Como eletrodo de referência foi utilizado Ag/Ag}+_,

eletrodo de platina como auxiliar e como eletrodo de trabalho o carbono vítreo. O par ferroceno/ferrocínio foi utilizado como referência interna para correção do eletrodo de referência.

4.2.5. Ponto de fusão

Os pontos de fusão dos compostos sólidos foram obtidos utilizando o equipamento Büchi Melting Point B 540 localizado no laboratório de Química Bioinorgânica e Cristalografia do Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Catarina.

4.2.6. Análise elementar C, H e N

A análise elementar de carbono, hidrogênio e nitrogênio foi realizada em um equipamento Analisador Elementar CHNOS modelo EA 1110 CHNS-O da marca CE Instruments localizado na Central de Análises do Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Catarina.

4.2.7. Difratometria de Raios X

As análises de difratometria de Raios X em monocristal foram realizadas em um difratômetro automático KAPPA APEX-II DUO equipado com um tubo de molibdênio (MoKα λ = 0,71073 A) e monocromador de grafite localizado na Central de Análises do Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Catarina, sendo a coleta, análise e tratamento realizados pelo professor Dr. Adailton João Bortoluzzi. Os dados foram corrigidos por absorção usando o método semi-empírico multiscan39_{. As estruturas cristalinas foram resolvidas pelos}

métodos diretos e refinadas pelo método dos mínimos quadrados com matriz completa utilizando os programas SHELXS e SHELXL40_{, respectivamente. As}

representações gráficas das estruturas moleculares foram geradas utilizando o programa PLATON41_.

4.2.8. Estudo da estabilidade e cinética de liberação de CO

Para determinar a estabilidade do composto organometálico, a banda de transferência de carga foi monitorada ao logo do tempo na ausência de luz. Os

espectros foram obtidos em um espectrofotômetro Varian Cary 50 BIO, acoplado a um banho termostatizado da marca Varian PCB 1500 localizado no Laboratório de Química Bioinorgânica e Cristalografia do Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Catarina. O composto foi solubilizado em diclorometano grau espectroscópico.

Após os estudos de estabilidade em solução, a velocidade de liberação do monóxido de carbono do composto foi analisada em diclorometano grau espectroscópico com aplicação de luz azul (1,73 mW cm-2_{, 445 – 462 nm) através}

de um conjunto de quatro LEDs, dispostos em série e controlados por meio da IDE Arduino 1.8.9 e uma placa Arduino UNO R3. A distância entre as lâmpadas foi fixada em 0,5 cm e a distância até a cubeta com a amostra é de 3,0 cm, onde o feixe de luz é incidido perpendicularmente a cubeta. A velocidade de liberação foi acompanhada pelo decaimento da banda de transferência de carga e o rendimento quântico foi obtido por actinometria do ferrioxilato42_.

A liberação de CO também foi acompanhada pelo decaimento das bandas de estiramento das ligações carbono-oxigênio na espectroscopia na região do infravermelho, sendo coletado alíquotas da amostra após a irradiação que foram gotejadas em 0,1400 g de KBr, macerando na sequência para produzir pastilhas.

4.3. RESÍDUOS E SEGURANÇA NO LABORATÓRIO

Durante todo o trabalho experimental deu-se preferências a realizações de sínteses que utilizem menos solventes, com menos etapas, que sejam eficientes e com a menor quantidade de resíduos possíveis. Além disso, buscou-se a minimização de chances de acidentes, incêndios ou até mesmo explosões. Estes procedimentos estão de acordo com os doze princípios da química verde estabelecidos por Paul Anastas e John Warner em 1998.49

Além disso, durante todo o trabalho foram utilizados equipamentos de proteção individual, como jaleco e luva. As sínteses foram realizadas em capela ligada quando utilizado refluxo e em pequenas quantidades para verificar a eficiência das rotas propostas, bem como reduzir os rejeitos gerados.

Os solventes e reagentes gerados após os tratamentos das reações foram separados em diferentes bombonas, sendo elas: orgânico, aquoso e halogenado. Os sólidos também foram separados em frascos para descartes específicos para cada um. As bombonas e frascos foram recolhidos e tratados pela empresa responsável pelos resíduos químicos do Departamento de Química da Universidade Federal de Santa Catarina.

4.4. SÍNTESE DO LIGANTE PIRAZINA[2,3-f]QUINOXALINA 4.4.1. Síntese do precursor 6-nitroquinoxalina (NQX)

Figura 8. Esquema reacional para o precursor 6-nitroquinoxalina.

O procedimento descrito para a reação mostrada na Figura 8 foi realizado de acordo com Douaron et al50_{. Em um balão de fundo redondo foi}

adicionado 4-nitrobenzeno-1,2-diamina (0,7665 g, 153,14 g mol-1_{, 5,00 mmol)}

dissolvido em 15,0 mL de H2O deionizada, na sequência é adicionado glioxal 40%

(1,80 mL, 58,04 g mol-1_{, 1,27 g mL}-1_{) e o meio reacional é mantido sob agitação e}

aquecido até o refluxo por cinco horas e trinta minutos. Após este período, o precipitado formado é separado por filtração usando um funil de placa porosa, lavado com H2O gelada e seco em bomba de vácuo. O produto foi obtido na forma

de sólido na cor marrom, com um rendimento de 84,25% em relação ao produto (0,7378 g, 175,14 g mol-1_). Ponto de fusão: 175,6 - 176,8 ºC IR (ATR) em cm-1_{:(C-H) 744, 812; (C-NO2) 871; (C-NAr) 1295; (C=C) 1445,} 1488, 1581, 1610; (C-NO2) 1345, 1522; (C-H) 3057 – 3094. 1_{H NMR (400 MHz, DMSO-d6)  ppm: 9,15 (s, 2H); 8,88 (d, J = 2,6 Hz, 1H); 8,55} (dd, J = 9,2 Hz, J = 2,7 Hz, 1H); 8,33 (d, J = 9,1 Hz, 1H). 13_{C NMR (100 MHz, DMSO-d6)  ppm: 148,82; 148,09; 147,56; 144,63; 140,96;} 131,23; 125,20; 123,49.

4.4.2. Síntese do precursor 6-nitroquinoxalin-5-amina (NQX-5-A) Figura 9. Esquema reacional para o precursor 6-nitroquinoxalin-5-amina.

Para a síntese do produto mostrado na Figura 9 foi seguido o procedimento experimental descrito por Elmes et al51_{. Em um balão de fundo}

redondo é adicionado sódio metálico (0,3196 g, 22,95 g mol-1_{, 13,9 mmol) em 17,40}

mL de metanol. O balão é colocado em um banho de gelo e então é adicionado lentamente cloridrato de hidroxilamina (0,4392 g, 69,49 g mol-1_{, 6,32 mmol)}

dissolvido em 7,00 mL de metanol. O sistema é mantido por trinta minutos com agitação magnética, após este período o NaCl que precipitou é deixado decantar e o sobrenadante é transferido para um balão de fundo redondo contendo 6-nitroquinoxalina (0,7378 g, 175,14 g mol-1_{, 4,21 mmol) dissolvido em 35,00 mL de}

metanol aquecido à 60 °C. O meio reacional foi mantido em refluxo por duas horas com agitação magnética. A solução foi resfriada à temperatura ambiente e mantida no freezer overnight para ocorrer a precipitação do produto. O sólido foi coletado em um funil de placa porosa, lavado com metanol gelado e seco em bomba de vácuo. O produto foi obtido na forma de sólido na cor marrom clara, com um rendimento de 41,15% em relação ao produto (0,3294 g, 190,16 g mol-1_).

Ponto de fusão: 234,3 - 235,1 ºC IR (ATR) em cm-1_{:(C-H) 740, 806; (C-NO2) 874; (C-NAr) 1291; (C-NH2) 1374;} (C=C) 1442, 1466, 1593, 1617;(C-NO2) 1346, 1510; (N-H) 1556; (C-H) 3051 – 3097; (NH2) 3293, 3422. 1_{H NMR (400 MHz, DMSO-d6)  ppm: 9,08 (d, J = 1,9 Hz, 1H); 8,92 (d, J = 1,9 Hz,} 1H); 8,51 (s); 8,28 (d, J = 9,7 Hz, 1H); 7,16 (d, J = 9,7 Hz 1H).

13_{C NMR (100 MHz, DMSO-d6)}  ppm: 148,81; 145,80; 145,04; 143,18; 134,12;

126,06; 114,33.

4.4.3. Síntese do precursor quinoxalina-5,6-diamina (QX-5,6-A) Figura 10. Esquema reacional para o precursor quinoxalina-5,6-diamina.

O produto mostrado na Figura 10 foi obtido conforme procedimento descrito por Elmes et al51_{. Em um balão de fundo redondo foi adicionado}

6-nitroquinoxalin-5-amina (0,9732 g, 190,16 g mol-1_{, 5,12 mmol) solubilizado em 55,0}

mL de etanol, e então foi adicionado 0,1500 g de Pd/C 10%. O sistema foi mantido com agitação magnética e em refluxo por três horas. Após este tempo, adiciona-se hidrazina monohidratada (5,00 mL, 50,06 g mol-1_{, 1,03 g mL}-1_{) e o sistema foi}

mantido em refluxo por mais quatro horas e trinta minutos. A mistura reacional foi então filtrada ainda quente em um funil de placa porosa com celite e lavado com diclorometano gelado. O solvente foi então removido à pressão reduzida, sendo obtido um produto sólido na cor marrom escuro, com um rendimento de 91% em relação ao produto (0,7463 g, 160,18 g mol-1_).

Ponto de fusão: decompôs antes de fundir.

IR (ATR) em cm-1_{:(C-H) 770, 819; (C-NAr) 1313; (C-NH2) 1364; (C=C) 1475,} 1501, 1597, 1619; (N-H) 1570; (C-H) 3062; (NH2) 3207 – 3348. 1_{H NMR (400 MHz, DMSO-d6)  ppm: 8,58 (d, J = 1,8 Hz, 1H); 8,50 (d, J = 1,8 Hz,} 1H); 7,28 (d, J = 8,8 Hz, 1H); 7,21 (d, J = 8,8 Hz, 1H); 5,26 (s); 3,43 (s). 13_{C NMR (100 MHz, CDCl3)}  ppm: 141,89; 140,12; 136,96; 133,04; 132,46; 126,08; 121,84; 116,38.

4.4.4. Síntese do ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina (PQX)

Figura 11. Esquema reacional para o ligante bidentado pirazina[2,3-f]quinoxalina.

O ligante bidentado apresentado na Figura 11 foi obtido conforme descrito a seguir, onde em um balão de fundo redondo dissolveu quinoxalina-5,6-diamina (0,5023 g, 160,18 g mol-1_{, 3,14 mmol) em 15,0 mL de etanol e então}

adicionou-se glioxal 40% (0,92 mL, 58,04 g mol-1_{, 1,27 g mL}-1_{), o meio reacional}

foi aquecido até o refluxo e mantido com agitação magnética por seis horas e quarenta minutos. Após, o solvente foi removido sob pressão reduzida, o produto bruto solubilizado em 40,0 mL de água e extraído com diclorometano (4 x 25,0 mL). O solvente orgânico foi removido sob pressão reduzida, sendo obtido um sólido na cor amarelo queimado, seco em bomba de vácuo, com um rendimento de 84,19% em relação ao produto (0,4816 g, 182,18 g mol-1_).

Ponto de fusão: 243,6 - 244,4 ºC IR(ATR) em cm-1_{: (C-H) 746, 848; (C-N) 1375; (C=C) 1450, 1491, 1571, 1608;} (C-H) 3016 – 3055. 1_{H NMR (400 MHz, CDCl3)} , ppm: 9,10 (d, J = 1,8 Hz, 2H); 9,04 (d, J = 1,8 Hz, 2H); 8,27 (s, 2H). 13_{C NMR (100 MHz, CDCl3)  ppm: 145,89; 144,61; 143,73; 140,32; 131,27.}

4.5. SÍNTESE DO COMPOSTO ORGANOMETÁLICO DE MANGANÊS(I) Figura 12. Síntese do composto organometálico de manganês.

O composto organometálico apresentado na Figura 12 foi obtido conforme procedimento experimental descrito a seguir, adaptado de Jimenez et

al52_{. Em um tubo Schlenk foi adicionado 12,0 mL de diclorometano seco e o ligante}

pirazina[2,3-f]quinoxalina (0,05554 g, 182,18 g mol-1_{, 0,30 mmol), realizou-se o}

procedimento de desgaseificação do meio reacional com três ciclos de congelamento e descongelamento em N2 líquido. Após, adicionou-se o composto

de partida Mn(CO)5Br (0,08404 g, 274,89 g mol-1, 0,30 mmol), feito vácuo no

sistema e deixado reagir com agitação magnética em refluxo suave por cinco horas e trinta minutos. O sistema reacional foi protegido de iluminação externa. Após este período, o meio reacional foi vertido para um béquer e adicionou-se 10,0 mL de tolueno para formar duas fases, e então, deixado evaporar à pressão e temperatura ambiente, sendo obtido um sólido de cor vermelha, com um rendimento de 88,93% em relação ao produto (0,1070 g, 401,0538 g mol-1_).

IR (ATR) em cm-1_{: (C-H) 736, 874; (C-N) 1385; (CO) 1926, 1946, 2039; (C-H)}

3041 – 3077.

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1. PIRAZINA[2,3-f]QUINOXALINA

O ligante bidentado pirazina[2,3-f]quinoxalina foi obtido após quatro etapas reacionais, sendo que na primeira etapa o produto foi obtido pela reação de condensação entre a diamina primária e o dialdeído para a formação do composto 6-nitroquinoxalina. Na segunda etapa ocorre uma reação de substituição eletrofílica onde é adicionado o grupo amina na posição cinco, formando o composto 6-nitroquinoxalin-5-amina. O grupo nitro foi então reduzido para amina utilizando hidrazina em uma reação catalisada com Pd/C 10% formando o produto quinoxalin-5,6-diamina,53 _{que por fim reage com o dialdeído glioxal em uma reação}

de condensação para formar o ligante bidentado desejado.

Na Tabela 2 é mostrado uma caracterização inicial dos ligantes utilizando o ponto de fusão dos mesmos, para o composto NQX-5-A não foi possível encontrar referência na literatura, já o composto QX-5,6-A decompôs antes de se obter o seu ponto de fusão, para os demais o valor obtido experimentalmente está de acordo com os valores encontrados na literatura. A seguir é mostrado as demais técnicas utilizadas para caracterizar o ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina.

Tabela 2. Pontos de fusão obtidos para o ligante e seus precursores comparado com a literatura.

Compostos Ponto de fusão (ºC) Experimental Literatura NQX 175,6 – 176,8 175 – 176A

NQX-5-A 234,3 – 235,1 -QX-5,6-A Decompôs 144 – 145B

PQX 243,6 – 244,4 244C

5.1.1. Espectroscopia na região do infravermelho

A espectroscopia na região do infravermelho é muito utilizada na identificação de compostos inorgânicos e orgânicos, pois cada espécie molecular possui um espectro de infravermelho de absorção que é único, pois a radiação infravermelha pode excitar transições vibracionais e rotacionais que irão gerar bandas de absorção estreitas e características de cada modo vibracional ativo no infravermelho que o composto possuir.57 _{Devido a isso é possível identificar as}

bandas específicas no espectro referente aos principais grupos presentes na molécula. Os espectros obtidos para o ligante e seus precursores são mostrados nas Figuras 13, 14, 15 e 16, na Tabela 3 os valores referentes as principais bandas e suas respectivas atribuições.

Figura 13. Espectro de infravermelho para o composto 6-nitroquinoxalina (NQX).

4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 3057 3094 1295 812 871 1345 T ra n smi tâ n ci a (% ) Número de onda (cm-1) 1522 1581 1610 812 871 744 1488

Figura 14. Espectro de infravermelho para o composto 6-nitroquinoxalin-5-amina (NQX-5-A). 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 3051 3097 3293 3422 T ra n smi tâ n ci a (% ) Número de onda (cm-1) 1617 3293 1593 1510 3293 1466 1374 1291 874 740 806 1556

Figura 15. Espectro de infravermelho para o composto 6-nitroquinoxalin-5,6-diamina (QX-5,6-A).

4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 T ra n smi tâ n ci a (% ) Número de onda (cm-1) 770 819 1313 770 1619 3062 3207 3348 1364 1475 1501

Figura 16. Espectro de infravermelho para o composto pirazina[2,3-f]quinoxalina (PQX). 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 T ra n smi tâ n ci a (% ) Número de onda (cm-1) 878 3016 3055 746 1375 1491 1571 1608

Tabela 3. Valores das principais bandas no infravermelho.

Atribuição Número de onda (cm

-1₎ NQX NQX-5-A QX-5,6-A PQX () C-H 744, 812 740, 806 770, 819 746, 878 () C-NO2 871 874 - - () C-NAr 1295 1291 1313 1375 () C-NH2 - 1374 1364 - () C=C 1445, 1488, 1581, 1610 1442, 1466, 1593, 1617 1475, 1501, 1597, 1619 1450, 1491, 1571, 1608 () NO2 1345, 1522 1346, 1510 - - () N-H - 1556 1570 - () C-H 3057 – 3094 3051 – 3097 3062 3016 – 3055 () C-NH2 - 3293, 3422 3207 - 3348 -

Mesmo que o espectro de infravermelho seja único para cada molécula, alguns grupos de átomos irão apresentar bandas que ocorrem na mesma frequência, ou próximo, permitindo assim obter informações a partir do espectro e correlacionar com valores tabelados para se obter as informações estruturais.58

A síntese das moléculas precursoras pode ser acompanhada pelo aparecimento das bandas () C-NH2 e () N-H no composto NQX-5-A e

desaparecimento das bandas () C-NO2 e () NO2 no composto QX-5,6-A.

Para o ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina é possível observar no espectro da Figura 16 o desaparecimento das bandas originadas pelos estiramentos () C-NH2 e () N-H, além de duas bandas em 746 e 878 cm-1

referente a deformação angular de dois hidrogênios adjacentes. Em 1375 cm-1 _{aparece a banda referente ao estiramento C-N e em 1450, 1491, 1571}

e 1608 cm-1 _{aparece os estiramentos de deformação angular referentes as}

ligações C=C.

Por fim, na região de 3016 – 3055 cm-1 _{aparece as deformações}

axiais das ligações C-H.

Os valores de frequência e as atribuições das bandas estão de acordo com os dados da literatura para as absorções características dos grupos funcionais presentes nos compostos sintetizados.51, 59

5.1.2. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear de hidrogênio

Quando um campo magnético externo intenso é aplicado em uma amostra o núcleo de cada átomo presente pode (dependendo das suas propriedades magnéticas) absorver energia em forma de radiação eletromagnética na região de rádio frequência devido ao desdobramento dos níveis de energia induzido pelo campo aplicado.60 _{Como a variação do deslocamento químico que o}

núcleo irá sofrer depende dos átomos que fazem parte da molécula, é possível utilizar a ressonância magnética nuclear para ajudar a elucidar as estruturas químicas de compostos orgânicos.

Os espectros obtidos experimentalmente são mostrados nas Figuras 17, 18, 19, 20 e na Tabela 4 é mostrado os valores de deslocamento químico,

número de átomos de hidrogênio e suas respectivas atribuições (Figura 21) para o ligante e seus precursores.

Figura 18. Espectro de 1_{H NMR para o composto 6-nitroquinoxalin-5-amina (NQX-5-A).}

Figura 20. Espectro de 1_{H NMR para o composto pirazina[2,3-f]quinoxalina (PQX).}

Tabela 4. Valores referentes ao deslocamento químico para o 1_{H NMR.}

Atribuição Deslocamento químico (ppm)

NQX NQX-5-A QX-5,6-A PQX Há 8,33 (d, J = 9,1 Hz, 1H) 7,16 (d, J = 9,7 Hz, 1H) 7,21 (d, J = 8,8 Hz, 1H) - Hb 8,55 (dd, J = 9,2 Hz, J = 2,7 Hz, 1H) 8,28 (d, J = 9,7 Hz, 1H) 7,28 (d, J = 8,8 Hz, 1H) - NH2 - 8,51 (s) 3,43 (s), 5,26 (s) - Hc 8,88 (d, J = 2,6 Hz, 1H) - - - Hd 9,15 (s, 2H) - - - He - 8,92 (d, J = 1,9 Hz, 1H) 8,50 (d, J = 1,8 Hz, 1H) - Hf - 9,08 (d, J = 1,9 Hz, 1H) 8,58 (d, J = 1,8 Hz, 1H) - Hg - - - 8,27 (s, 2H) Hh - - - 9,04 (d, J = 1,8 Hz, 2H) Hi - - - 9,10 (d, J = 1,8 Hz,2H)

Nos espectros apresentados é possível observar que os sinais dos átomos de hidrogênio apresentaram valores de deslocamento químico elevados, o que condiz com espectros para compostos aromáticos, já que os elétrons são menos protegidos devido ao sistema , necessitando de uma menor força do campo magnético aplicado.61

O ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina devido a sua simetria irá apresentar apenas três sinais no espectro, como mostrado na Figura 20, os hidrogênios identificados como Hg aparecem em 8,27 ppm como singleto e em um menor valor

Já os sinais identificados como Hh e Hi se apresentaram como dubletos

devido a simetria do composto, onde os hidrogênios Hi aparecem em um maior

valor de deslocamento químico (9,10 ppm) por estarem mais próximos dos átomos de nitrogênio do anel conjugado oposto, sendo quatro átomos para o Hi e seis

átomos para o Hh, que aparecem em 9,04 ppm, e por esse mesmo motivo, os

sinais aparecem como dubletos e não como singletos.

Ao comparar com dados na literatura51,62,56,63 _{os valores de}

deslocamentos químicos obtidos para o ligante e seus precursores estão condizentes com o encontrado experimentalmente. A integral de todos os sinais também foi condizente com o número de hidrogênios presente em cada molécula.

5.1.3. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear de carbono

Devido à baixa abundância natural do isótopo 13_{C (1,1%) a técnica}

espectroscopia de ressonância magnética nuclear de carbono precisou esperar o desenvolvimento de novos equipamentos mais sensíveis para se obter um espectro. Com o 13_{C NMR é possível verificar os diferentes átomos de carbono}

presente em uma molécula, pois diferente do 1_{H NMR que possui uma faixa de 10}

a 15 ppm onde ocorre sobreposição de picos com maior facilidade, no espectro de

13_{C NMR a faixa do deslocamento químico é de 220 ppm.}60 _{Na Tabela 5 são}

mostrados os valores de deslocamento químico e sua atribuição (Figura 26) para o ligante sintetizado e seus precursores, os espectros obtidos são mostrados nas Figuras 22, 23, 24 e 25.

Figura 22. Espectro de 13_{C NMR para o composto 6-nitroquinoxalina (NQX).}

Figura 24. Espectro de 13_{C NMR para o composto quinoxalin-5,6-diamina (QX-5,6-A).}

Figura 26. Estruturas dos compostos com a identificação dos carbonos.

Tabela 5. Valores referente dos deslocamentos químicos par ao 13_{C NMR.}

Atribuição Deslocamento químico (ppm)

NQX NQX-5-A QX-5,6-A PQX Ca 123,49 114,33 116,38 131,27 Cb 125,20 126,06 121,84 140,32 Cc 131,23 134,12 126,08 143,73 Cd 140,96 143,18 132,46 144,61 Ce 144,63 145,04 133,04 145,89 Cf 147,56 145,80 136,96 - Cg 148,09 148,81 140,12 - Ch 148,82 - 141,89 -

De forma similar aos espectros de 1_{H NMR, existem diferentes fatores}

que influenciam no deslocamento químico nos espectros de 13_{C NMR, como a}

eletronegatividade dos átomos vizinhos, por exemplo, se o carbono está ligado a alguém mais eletronegativo, esse átomo irá atrair mais os elétrons do carbono fazendo com o que o mesmo seja desblindado e necessite de um campo com força magnética menor e consequentemente o sinal referente a esse carbono irá aparecer em altos valores de deslocamento químico. Também é possível dizer que carbonos híbridos sp3 _{irão aparecer na faixa de 0 – 65 ppm, carbonos sp na faixa}

de 65 – 90 ppm e carbonos sp2 _{na faixa de 90 – 150 ppm.}64

Como é possível ver pelos espectros os compostos apresentaram deslocamentos químicos acima de 114,00 ppm indicando que são constituídos por carbonos sp2_.

O ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina apresentou cinco sinais no espectro, onde é possível atribuir os dois sinais de menor intensidade desiguais (140,32 e 143,73 ppm) aos carbonos quaternários58_{. O sinal que apresentou o menor}

deslocamento químico, 131,27 ppm, pode ser caracterizado como os dois carbonos secundários presentes no anel central e em 144,61 e 145,89 ppm aparecem os sinais referentes aos carbonos secundários dos anéis externos vizinhos aos nitrogênios.

Os sinais para o ligante e seus precursores obtidos estão de acordos com os dados disponíveis na literatura.51, 65

5.1.4. Difratometria de Raios X

Também foi possível obter cristais do ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina e resolver a sua estrutura, inédita na literatura, pela recristalização do mesmo em diclorometano com a adição lenta de água para formar duas fases e deixado evaporar lentamente em temperatura ambiente, resultando em monocristais incolores, a estrutura obtida é mostrada na Figura 27.

Figura 27. Estrutura do ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina.

Os cristais obtidos pertencem ao sistema ortorrômbico, grupo espacial P 21 21 21 com quatro unidades na célula unitária. O comprimento médio das ligações carbono-nitrogênio é de 1,3425 Å, sendo as ligações N(1)-C(15), N(2)-C(14), N(6)-C(7) e N(11)-C(10) mais longas que as suas ligações opostas, as ligações carbono-carbono possuem um comprimento médio de 1,4156 Å, sendo a ligação C(14)-C(15) mais longa (1,4503 Å) e a ligação C(9)-C(8) mais curta (1,3575 Å), na Tabela 6 é mostrado os comprimentos de ligações carbono-carbono e

carbono-nitrogênio para a pirazina[2,3-f]quinoxalina. Informações adicionais sobre os dados obtidos são mostrados no Apêndice A.

Tabela 6. Comprimento das ligações carbono-carbono e nitrogênio-carbono do ligante

pirazina[2,3-f]quinoxalina.

Ligação Comprimento (Å) Ligação Comprimento (Å) C(12)-C(13) 1,4130(2) N(1)-C(4) 1,3231(16) C(5)-C(4) 1,4123(19) N(1)-C(15) 1,3591(15) C(10)-C(14) 1,4126(16) N(2)-C(13) 1,3252(17) C(7)-C(15) 1,4144(15) N(2)-C(14) 1,3616(14) C(10)-C(9) 1,4345(17) N(6)-C(5) 1,3212(18) C(7)-C(8) 1,4302(16) N(6)-C(7) 1,3619(15) C(14)-C(15) 1,4503(15) N(11)-C(10) 1,3655(15) C(9)-C(8) 1,3575(17) N(11)-C(12) 1,3222(18) 5.2. [Mn(PQX)(CO)3Br]

O composto organometálico bromotricarbonil(pirazina[2,3-f]quinoxalina) de manganês(I) foi sintetizado pela dissolução do ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina em diclorometano, seguida da adição do composto de partida Mn(CO)5Br, sendo

realizado o processo de desgaseificação da solução para evitar a oxidação aeróbica do manganês e o meio reacional protegido de iluminação externa, para evitar a fotoliberação de CO. O produto foi obtido na forma de sólido na cor vermelha que foi coletado para as análises descritas a seguir.

5.2.1. Espectroscopia na região do infravermelho

A espectroscopia na região do infravermelho pode ser utilizada como técnica preliminar para a caracterização de compostos organometálicos contendo CO, apresentando os sinais característicos do ligante coordenado ao metal e as bandas de alta intensidade referente aos grupos carbonilas. Na Figura 28 é apresentado o espectro obtido para o composto de manganês e na Tabela 7 estão

relacionadas as principais bandas e suas atribuições, bem como a comparação com o ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina.

Figura 28. Espectro na região do infravermelho para o composto de manganês(I).

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 T ra n smi tâ n ci a (% ) Número de onda (cm-1) 736 874 1385 3041 2039 1926 1946 620 670

Tabela 7. Principais bandas no IR do composto de Mn(I) e do ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina.

Atribuições Número de onda (cm

-1₎ Ligante (PQX) [Mn(PQX)(CO)3Br] () C-H 746, 878 620, 670, 736, 874 () C-N 1375 1385 () CO - 1926, 1946, 2039 () C-H 3016-3055 3041 – 3077

Na tabela é possível observar que além das bandas referentes as carbonilas aparecem os sinais característicos do ligante pirazina[2,3-f]quinoxalina com as suas bandas deslocadas, além do aparecimento de duas novas bandas em 620 e 670 cm-1_{, isso ocorre devido a densidade eletrônica compartilhada entre}

o centro metálico e o ligante, que irá influenciar nos comprimentos de ligação e consequentemente na energia necessária para ocorrer os estiramentos. Na Figura 29 é mostrado um comparativo entre o espectro obtido para o ligante bidentado e para o composto de manganês(I), onde é possível visualizar as similaridades entre os dois espectros.

Figura 29. Espectros de infravermelho do ligante PQX e do composto de [Mn(PQX)(CO)3Br].

4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 T ra n smi tâ n ci a (% ) Número de onda (cm-1) PQX [Mn(PQX)(CO) 3Br]

O grupo carbonila origina bandas de absorção vibracionais de alta intensidade, já que devido a diferença de eletronegatividade entre o carbono e o oxigênio, a absorção molecular provoca uma grande distorção na nuvem eletrônica, consequentemente a variação do momento de dipolo do grupo carbonila é muito maior do que uma ligação C-C ou C-H23_{, como é possível ver}

pela intensidade das bandas do ligante e do composto organometálico. A alta intensidade permite então a identificação da quantidade e dos grupos carbonílicos presente em uma estrutura devido a simetria.

A posição das bandas de CO na região do infravermelho são decorrentes da densidade eletrônica transferida para o orbital LUMO pela

retrodoação do metal, que irá alterar o número de onda do estiramento carbono-oxigênio,1 _{como consequência do fortalecimento da ligação M-C e}

enfraquecimento da ligação C-O.

Na Figura 30 é mostrado um destaque da região em que aparecem as três bandas referentes às carbonilas, em 1926, 1946 e 2039 cm-1 _{do composto}

[Mn(PQX)(CO)3Br], sendo consistente com um arranjo facial das três carbonilas na

esfera de coordenação primária do metal. Para o composto estudado é possível utilizar o grupo de ponto local M-CO como C3v, onde a banda em 2039 cm-1 possui

simetria A e as bandas em 1926 e 1946 cm-1 _{possuem simetria duplamente}

degenerada, E. Na Figura 30 também é mostrado um comparativo entre o espectro obtido por pastilha de KBr e em ATR.

Figura 30. Expansão do espectro na região do infravermelho, com foco nas bandas das carbonilas.

2200 2150 2100 2050 2000 1950 1900 1850 1800 T ra nsmi tâ nci a (% ) Número de onda (cm-1) ATR KBr

Segundo Wagner e Hendricker,66 _{para um complexo de}

[Mn(CO)3(phen)Br] as bandas de estiramento CO aparecem em 2032, 1942 e 1918

cm-1_{. Para Pereira et al}36 _{as bandas de estiramento para o CO aparecem em 2019,} 1944 e 1919 cm-1_{, ambos os casos feitos em pastilha de KBr, ao comparar os}