UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
FRANCISCO FERNANDO SILVEIRA
SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E REATIVIDADE DO COMPLEXO trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)](PF6)3 , SENDO BPA = (1,2-BIS(4-PIRIDIL)ETANO
FORTALEZA 2018
FRANCISCO FERNANDO SILVEIRA
SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E REATIVIDADE DO COMPLEXO trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)](PF6)3 , SENDO BPA = (1,2-BIS(4-PIRIDIL)ETANO
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Química da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Química. Área de concentração: Química Inorgânica.
Orientador: Prof. Dr. Luiz Gonzaga de França Lopes.
Coorientador: Prof. Dr. Eduardo Henrique Silva de Sousa.
FORTALEZA 2018
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará
Biblioteca Universitária
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S1s Silveira, Francisco Fernando.
Síntese, caracterização e reatividade do complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)](PF6)3 , sendo
BPA = (1,2-bis(4-piridil)etano) / Francisco Fernando Silveira. – 2018. 79 f. : il. color.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências, Programa de Pós- Graduação em Química, Fortaleza, 2018.
Orientação: Prof. Dr. Luiz Gonzaga de Franca Lopes. Coorientação: Prof. Dr. Eduardo Henrique Silva de Sousa.
1. Hipertensão. 2. Óxido Nítrico. 3. Vasodilatação. 4. Rutênio. I. Título.
FRANCISCO FERNANDO SILVEIRA
SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E REATIVIDADE DO COMPLEXO trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)](PF6)3 , SENDO BPA = (1,2-BIS(4-PIRIDIL)ETANO)
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Química, da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do Título de Mestre em Química. Área de Concentração: Química Inorgânica.
Aprovado em ___/___/2018.
BANCA EXAMINADORA
___________________________________________________ Prof. Dr. Luiz Gonzaga de França Lopes (Orientador)
Universidade Federal do Ceará (UFC)
___________________________________________________ Prof. Dr. Adonay Rodrigues Loiola
Universidade Federal do Ceará (UFC)
__________________________________________________ Prof. Dr. Luiz Constantino Grombone Vasconcellos
À Deus, por ter me dado o dom da vida, força e iluminado durante o trajeto até aqui.
Aos meus pais Rita de Cássia Silveira e Francisco José da Silveira; pelo cuidado, carinho, esforço e dedicação em todos os momentos da minha jornada.
AGRADECIMENTOS
À minha mãe, Rita e meu pai, Francisco, por terem me gerado e mesmo sem muitas condições financeiras ou instrução, souberam me passar os valores de vida que são importantes ao ser humano e sempre me apoiaram e incentivaram a prosseguir com meus estudos. Aos meus irmãos que sempre suportaram meus momentos de estresse, mas que sempre dedicaram a mim o seu carinho. Ao meu avô Raimundo (in memorian) e à minha vó Rita (in memorian) que apesar de ser uma simples agricultora, me levou para a sua casa, para que eu pudesse iniciar meus estudos, tendo sido minha primeira professora e sempre sonhou em me ver formado, sendo responsável em grande parte por eu ter chegado até essa etapa. A minha vó Creuza, meu avô José Albano (in memorian), meus tios, tias e primos que acompanharam minha trajetória até aqui e sempre me apoiaram.
Ao Instituto Imaculada Conceição, e as diretoras Ir. Nazaré e Ir. Adriana, que acreditaram em mim e que me concederam uma bolsa de estudos para que tivesse a oportunidade de ter uma educação sólida e baseada em valores cristãos. À todos meus professores que passaram por minha vida estudantil, em especial ao professor Fabiano, que foi meu primeiro professor de química e foi uma inspiração na escolha do meu curso de graduação, por todo o amor demonstrado por essa tão sublime ciência. À todos meus colegas de classe que também acreditaram e me incentivaram, Marcela, Jeniffer, Liana, Bruna, Lucas, dentre outros. Á Universidade Estadual Vale do Acaraú-UVA, que me proporcionou a oportunidade de cursar a graduação de Licenciatura em Química. Aos meus professores que com excelência me instruíram, em especial ao professor Dr. Draulio Sales, que além de orientador e professor, sempre foi um amigo, e que continua presente; ao professor Dr. Helder Almeida, que tão bem conduziu a disciplina de química de compostos de coordenação, quando decidi que linha de pesquisa queria prosseguir no mestrado; Ao professor Dr. Leandro Medonça, que orientou meus estudos em cinética e eletroquímica, sendo decisivo em minha aprovação na seleção de mestrado. Aos meus amigos de graduação que acompanharam essa trajetória e que tantas vezes nos reunimos para estudar para as avaliações, em especial ao Me. Alex Aragão, Me. Fábio Ávila, Me. Wallace Martins, Me. Renam Camurça, Paulo Sérgio (in memorian), a Séfora que é uma pessoa iluminada e muito especial, e que tanto me apoia; Vanessa, Linhares, Diego, Vera e Kelly, meus companheiros de PIBID na escola Carmosinda e que dividimos muitas histórias juntos, entre outros.
Aos meus companheiros de apartamento no período em que morei em Sobral, Kécia, que me adotou como seu irmãozinho, Samuel, que sempre era entusiasta em nossas
discussões científicas, a Edvanda que cuidou de todos nós como uma mãe, e que ainda hoje me acolhe quando vou à Sobral.
Agradeço aos meus orientadores Prof. Dr. Luiz Gonzaga de França Lopes e Prof. Dr. Eduardo Henrique Silva de Sousa pela contribuição na minha formação acadêmica, por terem me aceitado no grupo de Bioinorgânica, são grandes exemplos de profissionalismo, capacidade e dedicação à ciência.
A todos os professores do Grupo de Bioinorgânica e do Curso de Pós-graduação em Química da UFC, por todo o conhecimento transmitido.
A aluna Licia Luz por ter cedido o composto para estudos. Aos amigos e colegas do Grupo de Bioinorgânica, em especial ao Me. Walysson Gomes, que muitas vezes me auxiliou em experimentos que eu não tinha conhecimento, ao Me. Ricardo, pela amizade e apoio nos momentos difíceis, ao Me. Edinilton, pelos conselhos e auxílio rotineiro, ao Tallisson, pela ajuda nas sínteses, a Me. Gilmara, por sua amizade e ajuda sempre que necessário, ao Dr. Dieric Abreu, por todas as dúvidas que tive e que ele prontamente sanava, a Edinaira, Giamwemberg e Josy pelo companheirismo e amizade, e os horários de estudo na disciplina de Inorgânica Avançada. Ao Dr. Marcos Carvalho, Me. Amanda Lopes, Dra. Ana Cláudia, Dra. Aparecida, Me. Aurideia Possidônio, Me. Wellinsson Gadêlha, Me. Felipe Diógenes, Me. Florêncio Jr, Ramon Araruna, Yuri, Carol, Mayara, os quais tenho apreço.
Aos amigos que fiz em Fortaleza, em especial a família Novo Tempo e GEA, que me deram forças pra continuar em frente apesar das adversidades, a Diana, sempre disposta a ouvir e aconselhar, a Elisângela, sempre tão sábia, Ao Humberto, fonte inequívoca de conhecimento, Ao Daniel e a Sheila, um casal maravilhoso sempre disposto a todos ajudar, a Gaby, meiga, e fera em química, a Fernanda, uma amiga incrível, a Annyelle, uma entusiasta e incentivadora, a Dra. Débora, um exemplo de paixão pela ciência a ser seguido. Ao Thiago, Suelen, Paula, Dyegor, Raquel, Yan, Wariston, Mayara, Larissa, Jonathan e Sara, tenho grande carinho por todos.
À Universidade Federal do Ceará (UFC) pela oportunidade e toda a estrutura disponibilizada para a realização deste trabalho.
Ao Centro Nacional de Processamento de Alto Desempenho, instalado na Universidade Federal do Ceará e ao Me. Florêncio Sousa Gouveia Jr. pelos dados computacionais e pelas discussões a respeito dos mesmos, foram de fundamental importância. Ao CNPQ pelo apoio financeiro e fomento da bolsa de pesquisa.
“Pois o Senhor é quem dá sabedoria, de sua boca procedem o conhecimento e o discernimento”
RESUMO
A pressão arterial é regulada por diversos fatores, como a vasocontratilidade e a resistência periférica, e quando prevalecem condições que contraem as artérias, tem-se o quadro de
hipertensão arterial, em que se atingem valores acima de 140/90mmHg. Quando se analisa o número crescente de óbitos decorrentes de doenças cardiovasculares,
deve-se lembrar que a hipertensão está associada ao envelhecimento, hábitos alimentares e sedentarismo. O óxido nítrico (NO), molécula produzida endogenamente a partir da conversão da L-arginina em L-citrulina, é o principal regulador da pressão sanguínea. Nitrosilocomplexos de rutênio estáveis, tem sido pesquisados a fim de liberar NO, agindo assim no relaxamento do musculo liso vascular. Diante do exposto, este trabalho tem por objetivo sintetizar, caracterizar e realizar estudos de reatividade frente a espécies oxidantes, de um novo composto, o trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)](PF6)3. A caracterização do nitrosilocomplexo foi realizada por meios
de técnicas espectroscópicas (espectroscopia vibracional na região do infravermelho, espectroscopia eletrônica na região do ultravioleta e do visível), ressonância magnética nuclear de 1H e voltametria cíclica. O complexo sintetizado foi então estudado quanto a sua capacidade
de liberar NO° e a aplicação de potencial elétrico sugere a formação do aquo-complexo. O espectro de RMN de 1H do composto indica a coordenação do ligante BPA ao metal por meio do nitrogênio piridínico, evidenciado pelo deslocamento dos sinais referentes a quebra de simetria e alteração do ambiente químico do mesmo. A redução por GSH aponta que há a possibilidade de ocorrer a liberação de NO° visto que o monitoramento da banda característica indicou uma diminuição da mesma na forma coordenada. A titulação espectrofotométrica mostrou que o pH de conversão das espécies NO+/NO2- para o complexo
trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)](PF6)3 é de 11,59 . Testou-se também a reatividade do nitrosilo
complexo frente ao radical superóxido, obtendo o IC50 para o composto de 215,22 μmol L-1, e
a constante de velocidade para a reação determinada foi de 1,76 x 105 L mol-1 s-1, sugerindo que o composto apresenta atividade antioxidante frente a esta espécie radicalar. Os resultados indicam a obtenção de um novo composto com potencialidade de agir como liberador de NO° no organismo. Estudos de citotoxicidade, bem como ensaios de vasodilatação deverão ser realizados para avaliar a sua eficácia como potencial vasodilatador.
ABSTRACT
Blood pressure is regulated by several factors, such as vasoconstriction and peripheral resistance, and when conditions prevail that contract the arteries, has been the hypertension, in which values above 140/90mmHg. When analyzing the increasing number of deaths due to cardiovascular diseases it should be remembered that hypertension is associated with aging, eating habits and sedentary lifestyle. Nitric Oxide (NO), molecule produced endogenously from the conversion of L-arginine in L-citrulline, is the main regulator of blood pressure. Stable ruthenium nitrosyl complexes have been searched in order to release NO thus acting on vascular smooth muscle relaxation. In view of the foregoing, this paper aims to synthesize, characterize and perform reactivity studies of a new compound, the trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)](PF6)3. The characterization of nitrosilocomplex was performed by means of spectroscopic techniques (Infrared region vibrational spectroscopy, electron spectroscopy in the ultraviolet and visible regions), 1H-nuclear magnetic resonance, and cyclic voltammetry. The synthesized complex was then studied as to its ability to release NO° and the application of electric potential suggests the formation of aquo-complex. The reduction by GSH indicates that there is the possibility of NO° release occurring. The spectrophotometric titration showed that the conversion pH of the NO+/NO2- species to the trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)](PF6)3 complex is 11.59. In addition,
reactivity of nitrosyl complex facing superoxide radical was studied. The results suggested that compound presented antioxidant activity against free radical.The results indicate the obtaining of a new compound with the potential to act as a NO-releasing agent in the body. Cytotoxicity studies, as well as vasodilation assay should be performed to assess its efficacy as a vasodilator potential.
.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – a) Diagrama do Orbital Molecular para a molécula óxido nítrico. b) Diagrama do
do Orbital Molecular para o íon nitrosônio...20
Figura 2 – Funções desempenhadas pelo óxido nítrico no organismo... 22
Figura 3 – Conversão da L-arginina em L-citrulina, com a produção de NO...23
Figura 4 – Produção endógena de NO e sua atuação no relaxamento do músculo liso... 24
Figura 5 – Liberadores de NO em uso clínico. a) Nitroglicerina. b) Nitroprussiato... .. 25
Figura 6 – Quimioterápicos a base de platina... . 26
Figura 7 – Exemplos de complexos de rutênio sintetizados para diversos fins... .. 28
Figura 8 – Estruturas propostas paras os complexos sintetizados nesse trabalho a) - a) trans-[Ru(NH3)4(BPA)SO4]+ b) trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)]3+ ... 31
Figura 9 – Espectro Vibracional na região do infravermelho do ligante aaa 1,2-bis(4-piridil)etano (BPA) disperso em pastilha de KBr... .. 39
Figura 10 – Espectro Vibracional na região do infravermelho do complexo t trans-[Ru(NH3)4(BPA)(SO4)]Cl disperso em pastilha de KBr... .. 39
Figura 11 – Espectro vibracional da espécie trans-[Ru(NH3)4(BPA)(SO4)]+ simulado no no vácuo... ... 40
Figura 12 – Geometrias otimizadas do complexos trans-[Ru(NH3)4(BPA)SO4]+ simulado no no vácuo... . 40
Figura 13 – Espectro eletrônico do íon complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)SO4]+ em água... . 42
Figura 14 – Voltamograma cíclico para o íon complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)SO4]+ em em NaTFA 0,1 mol L-1 pH=3,4. v= 100 mV s-1... .. 43
Figura 15 – Espectro vibracional de infravermelho do complexo... trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)](PF6)3 disperso em pastilha de KBr... . 44
Figura 16 – Espectro vibracional da espécie trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)]3+ simulado no no vácuo... .. 45
Figura 17 – Geometrias da coordenação do ligante NO ao átomo de rutênio... 46
Figura 18 – Voltamograma cíclico para o íon complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)]3+ em em NaTFA 0,1 mol L-1 pH=3,4. v= 100 mV s-1... .. 48
Figura 19 – Correlação entre valores de E1/2 vs ν(N≡O) para complexos de deffórmula geral trans-[Ru(NH3)4(L)NO]n+ ... .. 50
Figura 20 – Espectro eletrônico do íon complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)NO]3+ em água. O
O inset mostra a transição em 333 nm... . 51 Figura 21 – Espectro eletrônico do ligante 1,2-bis(4-piridil)etano (BPA) em acetonitrila. 51
Figura 22 – Espectro eletrônico do íon complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)NO]3+ em água... e em acetonitrila...52
Figura 23 – Espectros eletrônicos teóricos da espécie trans-[Ru(NH3)4(BPA)NO]3+...
simulado em água... . 53 Figura 24 – Geometria otimizada do íon complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)NO]3+ simulado em
emfágua... 53 Figura 25 – Contribuições dos orbitais moleculares da espécie trans-[Ru(NH3)4(BPA)NO]3+ ...
em função de seus fragmentos... .. 54 Figura 26 – Espectro eletrônico dos complexos: trans-[Ru(NH3)4(BPA)NO]3+ e
eetrans-[Ru(NH3)4(BPA)SO4](PF6) em água... . 55 Figura 27 – Espectro de RMN 1H do íon complexo trans-[Ru(NH
3)4(BPA)NO]3+... .. 56
Figura 28 – Gráfico de absorbância versus pH para o íon complexo...
trans-[Ru(NH3)4(NO)(BPA)]3+... .. 58
Figura 29 – Espectros vibracionais na região do infravermelho, monitorando a reação...
entre o íon complexo trans-[Ru(NH3)4(NO)(BPA)]3+ e GSH com o decorrer do
dogtempo... . 60 Figura 30 – Reação entre o íon complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)]3+ e GSH...
acompanhada por espectroscopia de absorção na região do UV-Vis... . 62
Figura 31 – Efeitos dos íons complexos trans-[Ru(NH3)4(NO)(BPA)]3+ (a) e
eetrans-[Ru(NH3)4(SO4)(BPA)]+ (b) como possíveis sequestradores de O2-•.... . 64
Figura 32 – Curva de atividade sequestradora de O2-• para o íon complexo...
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Lista de reagentes com suas respectivas procedências e grau de pureza... .. 32 Tabela 2 – Dados de Análise Elementar do composto trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)](PF6)3. 44
Tabela 3 – Tentativa de atribuição dos modos vibracionais dos complexo... trans- [Ru(NH3)4(BPA)(NO)](PF6)3... . 45
Tabela 4 – Valores para o estiramento da ligação NO em alguns complexos... 46
Tabela 5 – Atribuições do espectro de RMN 1H (a) do íon complexo... trans-[Ru(NH3)4(BPA)NO]3+e (b) ligante livre... . 57
Tabela 6 – Valores de constante de equilíbrio (K) para reação de interconversão... NO+/NO2−, frequência de estiramento da ligação N≡O+, e E1/2 vs Ag/AgCl...
para o processo NO+/NO0, para sistemas trans-[Ru(NH
LISTA DE ESQUEMAS
Esquema 1 – Esquema reacional dos processos eletroquímicos e químico envolvidos,...
quando uma solução aquosa NaTFA 0,1 mol L-1 pH=3,4... v= 100 mV s-1,contendo o íon complexo trans-[Ru(NH3)4SO4(BPA)]3+,.. é
éesubmetida a varredura de 600 mV a -500 mV vs Ag/AgCl... Temperatura ambiente de 25C... 43
Esquema 2 – Esquema reacional dos processos eletroquímicos e químico envolvidos,... quando uma solução aquosa NaTFA 0,1 Mol L-1 pH=3,4. v= 100 mV s-1,...
contendo o íon complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)]3+, é submetida a...
varredura de 500 mV a -500 mV vs Ag/AgCl... 49
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
BPA 1,2-bis(4-piridil)etano
cGMP Guanosina-3’,5’- monofosfato cíclica DFT Teoria do Funcional de Densidade E1/2 Potencial de Meia Onda
ECE Mecanismo eletroquímico-químico-eletroquímico EDRF Fator Relaxante Derivado do Endotélio
GSH Redutor Biológico Glutationa GTP Guanosina trifosfato
HAS Hipertensão Arterial Sistêmica
HOMO Orbital Molecular Ocupado de Maior Energia HPLC Cromatografia Líquida de Alta Eficiência HTFA Ácido trifluoroacético
IL Intraligante
LMCT Transferência de Carga Ligante-Metal
LUMO Orbital Molecular Desocupado de Menor Energia MLCT Transferência de Carga Metal-Ligante
NaOH Hidróxido de Sódio NaTFA Trifluoroacetato de Sódio NOS Óxido Nítrico Sintetase
PKG Proteína Quinase Dependente de cGMP py Piridina
pz Pirazina
sGC Guanilato Ciclase Solúvel SNP Nitroprussiato de sódio UV-Vis Ultravioleta e Visível v Velocidade de Varredura υas Estiramento Antissimétrico
υs Estiramento Simétrico
δ Deformação Angular no Plano γ Deformação Angular Fora do Plano ε Coeficientes de Absortividade Molar λ Comprimento de Onda
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 18
1.1 Hipertensão Arterial... 18
1.2 Endotélio ... 19
1.3 Óxido Nítrico ... 20
1.4 Compostos de coordenação com aplicação biológica ... 25
2 JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS ... 30 3 METODOLOGIA ... 32 3.1 Atmosfera inerte ... 32 3.2 Reagentes ... 32 3.3 Soluções ... 33 3.4 Solventes ... 33
3.5 Síntese dos complexos ... 33
3.5.1 Síntese do complexo [Ru(NH3)5Cl]Cl2 ... 33
3.5.2 Síntese do complexo trans-[Ru(NH3)4SO2Cl]Cl ... 34
3.5.3 Síntese do complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)SO4]Cl ... 34
3.5.4 Síntese do complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)NO](PF6)3 ... 34
4 TÉCNICAS EXPERIMENTAIS E EQUIPAMENTOS ... 35
4.1 Medidas Eletroquímicas... 35
4.2 Espectroscopia Eletrônica de Absorção na Região do Ultravioleta e Visível ... 35
4.3 Espectroscopia Vibracional na Região do Infravermelho ... 35
4.4 Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear ... 35
4.5 Análise Elementar... 36
4.6 Cálculos Teóricos ... 36
4.7 ENSAIOS DE REATIVIDADE ... 37
4.7.1 Determinação da constante de equilíbrio de conversão NO+/NO 2- ... 37
4.7.2 Estudo Reacional do Íon Complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA(NO)](PF6)3...
com Redutor Biológico Glutationa (GSH) ... 37
4.7.3 Reatividade com radical superóxido ... 37
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO... ... 38
5.1 Caracterização do complexo trans-[Ru(NH3)4(SO4)(BPA)]Cl ... 38
5.1.1 Espectroscopia vibracional na região do infravermelho ... 38
5.1.2 Espectroscopia eletrônica na região do ultravioleta e do visível ... 40
5.1.3 Eletroquímica ... 42
5.2 Caracterização do complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)](PF6)3 ... 44
5.2.1 Caracterização do sólido trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)](PF6)3 ... 44
5.2.2 Espectroscopia vibracional na região do infravermelho ... 44
5.2.3 Eletroquímica ... 47
5.2.4 Espectroscopia eletrônica na região do ultravioleta e do visível ... 50
5.2.5 Ressonância magnética nuclear ... 55
5.2.6 Ensaios de reatividade ... 58
5.2.6.1 Determinação da constante de equilíbrio de conversão NO+/NO 2-. ... 58
5.2.6.2 Estudo Reacional do Íon Complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA(NO)](PF6)3... com Redutor Biológico Glutationa (GSH) ... 60
5.2.6.3 Reatividade com radical superóxido... 63
6 CONCLUSÕES ... 66
REFERÊNCIAS...68
APÊN..APÊNDICE A - ATRIBUIÇÕES E VALORES DE COEFICIENTE... DE ABSORTIVIDADE MOLAR PARA O ÍON COMPLEXO... trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)]3+ EM ÁGUA. ... 78
APÊN..APÊNDICE B – ESPECTRO DE RMN 1H DO LIGANTE1,2 1,2-BIS(4-PIRIDIL)ETANO (BPA) em CDCl3.... 79
APÊN..APÊNDICE C - CONTORNOS DE ORBITAIS MOLECULARES... SELECIONADOS DO ÍON COMPLEXO trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)]3+.... 80
1 INTRODUÇÃO
1.1 Hipertensão Arterial
A pressão arterial no sistema vascular é regulado por fatores que contraem ou relaxam as artérias de forma equilibrada, quando há a predominância de fatores que contraem as artérias, ocorre a chamada hipertensão arterial primária. O aumento da pressão arterial é um fator de risco para o surgimento de doenças cardiovasculares e cerebrovascular(KANNEL et al., 1981; LEWINGTON et al., 2002).
A hipertensão arterial é definida atualmente como o aumento da pressão arterial acima de 140/90mmHg. Algumas pesquisas mostram que 45 a 55% dos homens e 45 a 65% das mulheres na faixa etária de 45 a 70 anos apresentam alguma predisposição em desenvolver hipertensão(EGAN; ZHAO; AXON, 2010). A hipertensão atinge um terço dos adultos nos EUA(ASSOCIATION, 2017). No Brasil estima-se que 30% da população adulta apresente problemas de hipertensão, quando se analisa para a faixa etária acima de 60 anos esse valor sobe para mais de 60%(HIPERTENSÃO ARTERIAL, 2008). No Brasil doenças cardiovasculares têm sido a principal causa de morte, e estima-se que entre 2013-2014 ocorreram 346.896 óbitos por doenças do aparelho circulatório.
A hipertensão arterial sistêmica (HAS) é atualmente uma das maiores causas de procura de atendimento em unidades ou postos de saúdes. Mundialmente está relacionada com doenças cardiovasculares e como consequência para AVCs, insuficiência renal crônica, vasculopatias e trombo-embólicas. Segundo revelam alguns estudos um aumento de 20mmHg na pressão sistólica e 10 mmHg na pressão diastólica elevam em 50% a mortalidade tanto em casos de isquemia cardíaca, quanto por acidente vascular cerebral(CHOBANIAN et al., 2003). A patogênese da HAS está relacionada com diversos mecanismos, do que decorre um desequilíbrio na regulação autônoma dos vasos pelo tônus simpático e parassimpático com um aumento nos níveis de adrenalina, ativação de sistemas secundários, hipersensibilidade ao sódio, resistência insulínica, dentre outros fatores(SIERRA-GALÁN LM, SAUZA-SOSA JC, SHVEID-GERSON D, LÓPEZ-GUZMÁN JA, BAÑOS-ARAUJO JA, 2015).
Ao se observar o crescente número de óbitos decorrentes de doenças cardiovasculares, tem-se que lembrar que a hipertensão e suas consequências estão relacionadas com a arteriosclerose, e esta tende a aumentar com o envelhecimento da população,
desenvolvimento econômico e a urbanização, com a consequente mudança de hábitos na alimentação, como o consumo de “fastfoods” e refrigerantes, ricos em gorduras saturadas e uma queda drástica na realização de atividades físicas(PALOMBO; KOZAKOVA, 2016).
A arteriosclerose pode se originar a partir de duas vias: Espontânea, que tem relação com a disfunção endotelial, na qual ocorrem lesões crônicas no endotélio, que podem ser causadas pela turbulência no fluxo sanguíneo, alguns eventos inflamatórios com a substituição das células endoteliais por uma placa arteriosclerótica com acúmulo de lipídeos e fibrose, com a crescente perda de elastina e agregação plaquetária, culminando com o enrijecimento da parede vascular. A arteriosclerose acelerada ocorre principalmente após transplantes cardíacos, cirurgias de revascularização do miocárdio, entre outras.
1.2 Endotélio
O endotélio é formado por uma única camada de células achatadas e que possui uma área superficial de 350m2. Essas células são responsáveis por regular inúmeras respostas
como: angiogênese, resposta inflamatória, homeostase, tônus e permeabilidade vascular(FÉLÉTOU; VANHOUTTE, 2006), respondendo à estímulos químicos, citocinas, estresse mecânico, mudança de pH e variação de pressão.
A importância do endotélio com a finalidade de regular o tônus dos vasos sanguíneos, foi proposta inicialmente em 1978 pela existência de um fator de relaxamento e que era atribuído a acetilcolina. Posteriormente foi postulado a existência de um fator de relaxamento dependente do endotélio, tal substância endógena deveria ser altamente difusível e dependente dos íons cálcio, que na presença de agentes como acetilcolina, brandicinina, substância P, ATP e serotonina causam o relaxamento da vasculatura independente da hiperpolarização do músculo liso, seguida pelo aumento nos níveis de monofosfato de guanosina cíclico (GMPc) que era inativada pela hemoglobina (liga-se ao óxido nítrico), podendo ser destruído por ânions superóxido e outros radicais livres(FURCHGOTT, 1987, 1989). Ferid Murad e colaboradores já tinham demonstrado que compostos nitrovasodilatadores, doadores de NO, eram capazes de ativar a guanilato ciclase solúvel (GCs), promovendo o relaxamento muscular. Então eles propuseram que o fator de relaxamento dependente do endotélio, sintetizado na presença de um endotélio íntegro a partir de experimentos com acetilcolina, era o próprio NO(MURAD, F.; MITTAL, C.K.; ARNOLD, W.P.; KATSUKI, S.; KIMURA, 1978).
O óxido nítrico (NO), uma vez sintetizado a partir do seu precursor, o aminoácido L-arginina(PALMER et al., 1988) liga-se ao grupo heme ferroso da enzima guanilato ciclase solúvel, conduzindo a conversão do trifosfatato de guanosina( GTP) em GMPc provocando o relaxamento da musculatura lisa vascular(SU, 2015). As drogas doadoras de NO já são conhecidas na literatura como ativadores da guanilato ciclase solúvel, podendo citar-se como exemplo a nitroglicerina, o nitroprussiato de sódio, dentre outros(BRIONI et al., 2002).
1.3 Óxido Nítrico
O óxido nítrico é uma molécula inorgânica paramagnética e que na natureza, apresenta-se como um gás incolor (P.E. = -151,7°C) termodinamicamente instável (ΔHf° = 90,2
kJ.mol-1, ΔGº = 86,57 kJ mol-1) sendo decomposto nos gases nitrogênio e oxigênio a altas temperaturas. Nas condições ambientes (25°C, 1atm) apresenta baixa solubilidades em solventes polares devido ao seu caráter lipofílico apresenta uma solubilidade cerca de 7 a 8 vezes maior em solventes apolares do que em água(BUTLER, A.R.; NICHOLSON, 2003). A análise do diagrama de orbitais moleculares do NO (Figura 1.a), mostra que este apresenta um número ímpar de elétrons, o que lhe confere um caráter paramagnético, e que este elétron
desemparelhado encontra-se em um orbital π*. Ainda de acordo com a Figura 1.a observa-se que a ordem de ligação dessa espécie é 2,5(HUGHES, 1999). Por possuir elevada
reatividade, pode ser oxidado dando origem ao íon nitrosônio (NO+) pela perda do elétron desemparelhado no orbital π*, o que lhe confere uma ordem de ligação 3 (Figura 1.b), sendo esta espécie isoeletrônica das moléculas N2 e CO.
Figura 1 – a) Diagrama do Orbital Molecular para a molécula do óxido nítrico. b) Diagrama do Orbital Molecular para o íon nitrosônio.
Até o início dos anos 1980, o NO era um composto atribuído apenas algumas aplicações em catálise(KRISHNA, 1983) e relacionado com problemas de poluição ambiental(RICHTER-ADDO; LEGZDINS; BURSTYN, 2002), entretanto a partir das descobertas de Ignarro, Furchgott e Murad, esse panorama mudou, uma vez que seus trabalhos levaram a conclusão que o Fator Relaxante Derivado do Endotélio (EDRF) era o próprio óxido nítrico. Apesar das dúvidas e críticas, o óxido nítrico foi eleito a molécula do ano em 1992 pela revista Science e os três pesquisadores foram agraciados com o Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia em 1998 pela contribuição na compreensão dos mecanismos de sinalização endógena(TOLEDO; AUGUSTO, 2012).
A partir da descoberta da produção endógena do NO pelas células endoteliais, inúmeros grupos de pesquisa se voltaram para investigar sua atividade biológica, bem como, na produção de fármacos que pudessem atuar na liberação ou captura de NO em meio fisiológico. Dessa forma, foram identificadas diversas funções para o NO conforme esquematizado na Figura 2, entre as quais, pode-se citar a regulação do tônus vascular(LIBBY, 2002; VANE, J.R.; ANGGARD, E.E.; BOTTING, 1990), efeitos inibitórios na adesão plaquetária(RADOMSKI; PALMER; BR, 1987); o NO executa funções complexas atuando como uma molécula mensageira intra ou extracelular. Além de seu papel no sistema cardiovascular, o NO exibe um amplo espectro de ações fisiológicas como neurotransmissão(XUE et al., 2000) e formação de memória(BON; GARTHWAITE, 2003), regulação da pressão sanguinea(ATOCHIN; HUANG, 2010), e participação no mecanismo de defesa contra microorganismos e células tumorais(WILLIAMS; DJAMGOZ, 2005) pelos macrófagos e regeneração do figado(CARNOVALE; RONCO, 2012). Contudo, o NO também está relacionado a processos patológicos(HOBBS; HIGGS; MONCADA, 1999) incluindo choque séptico associado a hipotensão, neurotoxicidade(DAWSON et al., 1991) e neurodegeneração, processos inflamatórios(IALENTI et al., 1992), hipóxia, diabete tipo I(CORBETT et al., 1994) e citotoxicidade mediada por macrofagos(KRÖNCKE, K.-D.; FUNDA, J.; BERSCHICK, B.; KOLB, H.; KOLB BACHOFEN, 1991).
Figura 2 – Funções desempenhadas pelo óxido nítrico no organismo.
Fonte: elaborado pelo autor
A despeito do NO estar envolvido em inúmeras funções biológicas, o comprometimento da função vascular é o foco principal em estudos de novas substâncias vasoativas, principalmente as anti-hipertensivas, com o intuito de repor a quantidade de NO necessária ao funcionamento normal do organismo(BARRETO; CORREIA; MUSCARÁ, 2005).
As células endoteliais respondem a diversos estímulos externos, produzindo e secretando inúmeras substâncias biologicamente ativas, como agentes vasoconstritores e vasodilatadores. O NO é a principal substância vasodilatadora produzida pelo endotélio e um importante modulador em muitos fenômenos fisiológicos(KOJDA; HARRISON, 1999; SCHIFFRIN et al., 2000; THIJSSEN et al., 2008; VERMA; ANDERSON, 2002).
A síntese de NO (Figura 3) envolve duas etapas. inicialmente, ocorre a hidroxilação de um dos nitrogênios guanidinos da L-arginina para gerar a NG-hidroxi-L-arginina (NHA), envolvendo provavelmente o complexo heme da enzima óxido nítrico sintase (NOS). Em seguida, ocorre a conversão da NHA em NO e L-citrulina(CERQUEIRA; YOSHIDA, 2002; PALMER; ASHTON; MONCADA, 1988; SANT’ANA DUSSE; VIEIRA; CARVALHO, 2003; SCHMIDT et al., 1988). A enzima óxido nítrico sintase endotelial pertence a uma família de enzimas denominadas NO sintases (NOS), diferindo não só no propósito para o qual o óxido nítrico é produzido, mas também na localização e condições onde o mesmo é sintetizado(LEI et al., 2013). Existem diferentes isoformas de NO sintases: a neuronal (nNOS ou NOS-1, porque foi a primeira isoforma descrita(BUTLER, A.R.; NICHOLSON, 2003; IGNARRO, 2009)) e a endotelial (eNOS, NOS-3). Ambas as enzimas são reguladas por cálcio-calmodulina. A terceira isoforma é denomindada induzível (iNOS, NOS-2) sendo esta regulada por estimulação de
citocinas, produzindo grandes quantidades de NO, extrapolando as quantidades produzidas pelas outras duas isoformas(WALFORD; LOSCALZO, 2003).
Figura 3 – Conversão da L-arginina em L-citrulina, com a produção de NO
Fonte: adaptado de (BUTLER, A.R.; NICHOLSON, 2003)
A fim de se investigar a ação de fármacos sobre a produção de NO pelas células bem como avaliar se o efeito vascular dessas substâncias é devido à ação do NO, diferentes metodologias são utilizadas. Dessa forma, para investigar-se a produção do NO por esses compostos, utiliza-se inibidores da enzima responsável por sua síntese, por exemplo, inibidores da e-NOS. Entre estes inibidores encontramos a N-monometil-L-arginina (L-NMMA), N-nitro-L-arginina (L-NA), N-nitro-N-nitro-L-arginina metil éster (L-NAME). O L-NAME promove um efeito competidor com a L-arginina, ocasionando a redução da síntese de NO nas camadas das células endoteliais pelo bloqueio da ação eNOS(PALMER; ASHTON; MONCADA, 1988; ROSSI et al., 2009). Estes análogos competem com a L-arginina e agem como inibidores estereoespecíficos da NOS. Vários desses inibidores têm sido utilizados também em estudos da função do NO, tanto em células isoladas como in vivo(REES et al., 1990).
Devido ao seu pequeno tamanho e sua característica lipofílica o NO produzido, difunde-se rapidamente para a musculatura lisa interagindo diretamente com o ferro do grupo heme da enzima guanilato ciclase (sGC) tornando-a ativa, a qual catalisa a saída de dois grupamentos fosfato da molécula de guanosina trifosfato cíclica (GTP) resultando na formação de guanosina monofosfato cíclica (cGMP). A elevação da concentração de cGMP na célula muscular lisa, resulta no relaxamento vascular(SANT’ANA DUSSE; VIEIRA; CARVALHO, 2003) (Figura 4). O relaxamento da musculatura lisa vascular ocorre devido a diminuição da
Figura 4 – Produção endógena de NO e sua atuação no relaxamento do músculo liso.
concentração de Ca2+ intracelular, esta diminuição é decorrente da redução direta do transporte de Ca2+ para o interior da célula, sequestrando, Ca2+ excedente do líquido intracelular para o interior do retículo sarcoplasmático, pela inibição da liberação de Ca2+ do retículo sarcoplasmático entre outras formas(FORD; LORKOVIC, 2002; RADOMSKI; PALMER; BR, 1987).
Fonte: elaborado pelo autor
A enzima sGC se desliga do NO, após a vasodilatação de uma forma ainda desconhecida. É sabido que a produção de cGMP é interrompida segundos após a remoção do NO da enzima guanilato ciclase(BUTLER, A.R.; NICHOLSON, 2003). O sistema sGC/cGMP desempenha papel central na ação fisiológica do NO(SNYDER; BREDT, 1992). Quando este deixa a célula endotelial em direção a corrente sanguínea pode penetrar nas plaquetas, no interior das plaquetas, de modo semelhante ao que ocorre nas células musculares, o NO promove um aumento nas concentrações de cGMP e a consequente diminuição nas concentrações de Ca2+ livre. Como o Ca2+ é peça fundamenta no processo de ativação plaquetária, esse processo estará inibido. As plaquetas humanas possuem e-NOS e são também produtoras de NO. Tanto o NO oriundo das células endoteliais quanto o produzido endogenamente desempenham papel no controle da função plaquetária(VASTA, V.; MEACCI E, FARNARARO M, 1995; WOLIN, 2000)
Se o NO penetra nas hemácias, ele é eliminado na forma de nitrato, através de sua reação com o ferro da hemoglobina (Hb), tanto oxigenada (Hb-O2) quanto
O papel do NO em diversas circunstâncias, é causa de diversos estudos. Já se sabe que o desequilíbrio na biodisponibilidade de NO está relacionado com diversas patologias, evidenciando a necessidade da sua disponibilidade em concentrações adequadas, pois uma elevada concentração do mesmo pode ocasionar a morte das células através de processos como o stress oxidativo, danos no DNA e desequilíbrio de cálcio citosólico. Em contrapartida, em concentrações reduzidas, pode-se relacionar à hipertensão e à disfunção endotelial. Esta insuficiência de NO pode ser suprida, através da administração de substâncias doadoras de NO(CHUNG et al., 2001; DUSTING; MACDONALD, [s.d.]). Doadores de NO como o nitroprussiato de sódio e a nitroglicerina (Figura 5), são utilizados há décadas como agentes vasodilatadores. Embora continuem sendo utilizados clinicamente, ambos apresentam efeitos colaterais significativos: nitroprussiato de sódio pode liberar cianeto; nitratos orgânicos, incluindo nitroglicerina, podem causar enxaqueca e desenvolvimento de tolerância(MILLER; MEGSON, 2007). Novos compostos tem sido estudados com o objetivo de liberarem NO no ambiente vascular de maneira controlada sendo úteis para o tratamento de doenças vasculares. Por esse motivo, diversos grupos de pesquisa hoje estudam a interação do NO com complexos de metais de transição a fim de criar compostos com potencialidade de tornarem-se fármacos liberadores de NO(TFOUNI et al., 2003). Um dos obstáculos no desenvolvimento de novos fármacos doadores de NO é a modulação da cinética de liberação dos mesmos.
Figura 5 – Liberadores de NO em uso clínico. a) Nitroglicerina. b) Nitroprussiato de sódio.
Fonte: elaborado pelo autor
1.4 Compostos de coordenação com aplicação biológica
Metais preciosos vêm sendo utilizado no tratamento de certas doenças, desde os primórdios da humanidade. O ouro, por exemplo, era empregado para ações terapêuticas na China. Ferro, Zinco, cobre, mercúrio entre outros foram usados em práticas médicas desde a
Antiguidade até a Idade Média(FERREIRA, 2009). Apesar de saber que alguns elementos metálicos e/ou seus compostos sejam benéficos para o organismo, ainda há muita resistência pela comunidade cientifica em aceitar a sua utilização, seja porque o seu mecanismo de ação ainda não foi completamente esclarecido, ou o que ocorre na maioria dos casos é uma certa resistência em se utilizar compostos metálicos como agentes farmacológicos.
Compostos de coordenação tem sido extensivamente pesquisados nos últimos anos, a fim de se verificar sua eficácia como novos metalofármacos, como estratégia para o tratamento de diversas patologia(BASTOS et al., 2014; PEREIRA et al., 2015). Complexos de platina, tais como a cisplatina, carboplatina e oxaplatina (Figura 6), fazem parte das drogas utilizadas na quimioterapia(ZHAO, J.; GOU, S.; SUN, Y.; YIN, R.; WANG, 2012)
,
contudo apesar de terem obtido êxito no tratamento de alguns tipos de câncer, esses compostos apresentaram diversas reações adversas provenientes dos derivados da platina, como neurotoxicidade, danos renais e resistência a essas drogas(HARTMANN; LIPP, 2003; MARKMAN, 2003) levando os cientistas a buscarem novas drogas baseadas em outros metais como ferro, ouro, ósmio, titânio, cobre, entre outros(KEPPLER, B.K.; HENN, M.; JUHL, U.M.; BERGER, M.R.; NIEBL, R.; WAGNER, 1989; KOSTOVA, 2006, 2009). Outro metal de interesse é o rutênio, compostos de coordenação desse elemento vem sendo bastante estudados para diversas aplicações, como em terapia fotodinâmica, devido as propriedades ópticas de alguns compostos(ABREU et al., 2017; DE SOUSA et al., 2017), tendo sido obtidos resultados bastante promissores.Figura 6 – Quimioterápicos a base de platina.
Fonte: elaborado pelo autor.
Compostos de rutênio(II) e derivados têm sido exaustivamente estudados(LITKE; ERSHOV; MEYER, 2014; POYNTON et al., 2017; RUFFRAY et al., 2016; RUMINSKI et al., 2016), para aplicação em diversas áreas, especialmente para fins terapêuticos, como no tratamento de neoplasias(CLARKE, 2002; CRAVER et al., 2010; DYSON; SAVA, 2006;
SERLI et al., 2005). Esse interesse se deve dentre outros motivos: apresentar-se na forma hexacoordenada (geometria de um octaedro distorcido), apresentar dois estados de oxidação estáveis ( II e III) em meio fisiológico, potencial redox acessível às condições biológicas, reatividade e tempo de meia vida do estado excitado, emissão luminescente, suas propriedades fotoquímicas e similaridade com o ferro em relação ao seu metabolismo em sistemas bilógicos. Alguns desses complexos tem demonstrado potencialidades como vasodilatadores, moduladores de neurotransmissão, anticarcinogênicos, liberadores de pequenas moléculas, dispositivos moleculares, em eletrodo modificados, sensores, oleds e interações com biomoléculas(COLASSON; CREDI; RAGAZZON, 2016; VÁZQUEZ; MARTÍNEZ, 2016). Estudos com alguns desses complexos de rutênio(II) têm demonstrado que os mesmos podem ser uma promissora alternativa aos complexos de platina, os quais já tem seus modos de ação no tratamento de câncer definidos(DASARI; BERNARD TCHOUNWOU, 2014). Os complexos de Ru(II) têm apresentado resultados animadores em estudos clínicos e menores efeitos indesejados(MULAS et al., 2015).Entre os diversos compostos sintetizados e largamente estudados destacam-se complexos do tipo trans-[Ru(NH3)4(L)(NO)]3+ formalmente
descritas na literatura na forma [RuII-NO+], sendo L = isocotinamida(isn), picolina(pic),
nicotinamida(nic), piridina(py), pirazina(pz), L-Histidina(L-Hist), imidazol(imN), 4-picolina(4-pic), trietilfosfito (P(OEt)3) entre outros(BORDINI; FORD; TFOUNI, 2005;
TFOUNI et al., 2003), esses compostos são potenciais doadores de NO em meio fisiológico(TOLEDO et al., 2004; TOLEDO; DOS SANTOS LIMA NETO; FRANCO, 2005) após a redução ,química ou eletroquímica, monoeletrônica do íon nitrosônio coordenado(TFOUNI et al., 2003) O estudo da reatividade de tetraminas de rutênio com ligante nitrosil indicam que ocorre uma reação foto-redox, onde há a oxidação do centro metálico e a redução do ligante nitrosil, seguido pela formação do aquocomplexo, ou através da irradiação no comprimento de onda referente a transferência de carga do tipo metal-ligante((NO+)π*←dπ(Ru)).
Devido as propriedades supracitadas, inúmeros complexos de rutênio tem sido sintetizados para diversas aplicações, a fim de estudar suas potencialidades como doador de óxido nítrico, Silva e colaboradores(SILVA et al., 2006) realizaram a síntese do complexo cis-[Ru(bpy)2(SO3)(NO)]+ o qual após estudos, conclui-se que tem efeito vasodilatador , podendo
ser liberado por via fotoquímica ou eletroquímica. Complexos de rutênio contendo ligantes bidentado, com anéis conjugados e assimétricos podem ligar-se ao DNA de forma intercalada(DENG et al., 2005)causando danos ao mesmo, podendo ser aplicado no combate a células neoplásicas; alguns desses complexos são apresentados na Figura 7.
Figura 7 – Exemplos de complexos de rutênio sintetizados para diversos fins.
Fonte: elaborado pelo autor.
Complexos de rutênio, também exibem potencial como agentes antiparasíticos e tripanocidas(GAMBINO; OTERO, 2012), nitrosilo complexos de rutênio exercem atividade contra Trypanosoma cruzi e Leishmania major, complexos de rutênio contendo o ligante nitrosônio formam ligações Ru–NO com elevada estabilidade térmica, podendo haver a liberação do NO por via fotoquímica ou redução monoeletrônica(TFOUNI et al., 2012). Estudos com tetraaminas de rutênio (II) levaram à descoberta que a modificação do ligante trans ao NO permite amplo controle da cinética de liberação do NO. Por exemplo, o composto trans-[RuII(NH
3)4(P(OEt)3) (NO+)](PF6)3 é capaz de liberar NO rapidamente (k-NO = 0,98 s-1,
25 °C). Dentre os compostos apresentados por Tfouni (TFOUNI et al., 2012) apenas trans-[Ru (NH3)4(imC)(NO)]Cl3, em que ImC= imidazol coordenado como carbeno, apresenta k-NO
superior (k-NO =. 5,10 s-1) apresentando constantes de liberação de NO variando de 0,02 s-1 (L = 4-pic) a 4 s-1 (L = imC), em 25 0C, aumentando na seguinte ordem(TFOUNI et al., 2003): isn ~ pic ~ nic ~ H2O ~ py ~ pz < L-His ~ imN < P(OEt)3 < imC. Contudo, o composto contendo
o ligante imC não apresenta atividade tripanocida significativa, tendo sido atribuído ao fato de apresentar baixo potencial de redução (ENO+/NO0 = -0,32 V vs. NHE) situado no limite da janela
derivados, possuem a capacidade de liberar NO mediante irradiação com luz na faixa de 330-440 nm(HOLANDA et al., 2008).
Níveis elevados de NO podem estar associados a diversos processos patológicos, tais como choque séptico, doenças inflamatórias autoimunes e artrite(KARPUZOGLU; AHMED, 2006; MONCADA; HIGGS, 2006; TFOUNI et al., 2012). Inibidores de iNOS tem sido incessantemente pesquisados porém, não apresentaram ainda a seletividade desejável. Capturadores de NO apresentam cinética que, assumindo-se um processo de segunda ordem, dependem da concentração do composto e de NO(HARBRECHT, 2006). A elevada afinidade do NO por rutênio e a estabilidade térmica da ligação Ru–NO viabilizam a atuação de complexos de rutênio também como capturadores de NO(LEI et al., 2013; SU, 2015). Complexos de rutênio com ligantes quelantes, tais como o EDTA, estão entre os mais promissores capturadores de NO(HUTCHINGS et al., 2005), mas havendo também outros complexos que exibem esse potencial(GHOSH et al., 2014; GHOSH; KUMAR; KUMAR, 2013).
Tendo em vista tudo que foi aqui abordado, é de extrema relevância, a busca constante e o desenvolvimento de novas moléculas com potencialidades terapêuticas e farmacológicas, em especial compostos de coordenação, visto que a química inorgânica sempre subestimada na área de aplicações biológicas, e que nas últimas décadas, deu um enorme salto no número de estudos relacionados. Dessa forma, o presente trabalho se propõe a síntese de um novo nitrosil complexo, e realizar estudos de reatividade frente a espécies de interesse biológico.
2 JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS
Atualmente a busca pelo desenvolvimento de novos metalofármacos capazes de atuar satisfatoriamente em sistemas biológicos, visa principalmente uma maior eficiência quando comparado a outros fármacos já existentes, bem como minimizar seus efeitos colaterais em sistemas biológicos.
Compostos do tipo Ru-NO são potenciais doadores de NO, dessa forma podem atuar como ativadores da enzima guanilato ciclase solúvel, aumentando o nível de cGMP promovendo relaxamento do músculo liso vascular, podendo ser utilizados no tratamento da hipertensão. Atualmente busca-se desenvolver novos metalofármacos que apresentem maior estabilidade às condições fisiológicas e liberem mais eficazmente NO, exibindo maior efeito relaxante.
Aminonitrosilo complexos de rutênio apresentam baixa toxicidade quando comparados ao nitroprussiato de sódio (um clássico vasodilatador). Além disso, pode-se modular a reatividade deste tipo de compostos a partir de uma escolha minuciosa do ligante na posição trans ao NO.
Esse trabalho está consoante com diversos outros trabalhos em química inorgânica no Brasil e no mundo, que buscam sintetizar compostos de coordenação à base de rutênio com o ligante nitrosil coordenado ao centro metálico, e que possuam potenciais aplicações em sistemas biológicos atuando principalmente como vasodilatadores; dado a crescente gama de aplicações, novas fontes exógenas doadoras de NO são requeridas, sendo desejável apresentar como características baixa toxicidade e fácil liberação in vivo. Devido à grande afinidade do NO por rutênio, complexos à base desse metal, se mostram como fortes candidatos como agentes liberadores de NO, dessa forma, como aminas não tendem a apresentar interação do tipo pi, sistemas de tetraaminas se mostram favoráveis, para a realização de estudos sobre o efeito do ligante auxiliar na posição trans ao NO e forma como este pode afetar afinidade e a consequente saída do mesmo da esfera de coordenação in vtro e em meio fisiológico.
Os objetivos específicos desse trabalho são:
a. Sintetizar o complexo do tipo trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO+)](PF6)3 , sendo BPA =
1,2-bis(4-piridil)etano
b. Realizar a caracterização estrutural do complexo através das técnicas de espectroscopia eletrônica na região do ultravioleta e visível, espectroscopia vibracional na região do infravermelho, voltametria cíclica, ressonância magnética nuclear de 1H e microanálise;
c. Estudar a reatividade do complexo frente à redução química e eletroquímica;
d. Avaliar a atividade antioxidante dos complexos frente a radicais de interesse biológico;
Figura 8 – Estruturas propostas paras os complexos sintetizados nesse trabalho a) trans-[Ru(NH3)4(BPA)SO4]+ b) trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)]3+.
a) b)
3 METODOLOGIA 3.1 Atmosfera inerte
Argônio, de procedência WHITE MARTINS, foi utilizado na execução de experimentos que necessitavam de atmosfera isenta de oxigênio. O mesmo foi tratado por um sistema de colunas contendo sílica gel, cloreto de cálcio e o catalisador BTS-R-11.9
3.2 Reagentes
Todos os reagentes utilizados possuem grau de pureza analítica e não sofreram qualquer purificação prévia, estando listados na tabela 1 com sua respectiva procedência e grau de pureza.
Tabela 1 – Lista de reagentes com suas respectivas procedências e grau de pureza.
Reagente Procedência Pureza
Tricloreto de rutênio (RuCl3xH2O) Precious Metals Online 99%
Hexafluorofosfato de Amônio (NH4PF6) Aldrich 95%
Ácido Trifluoroacético (HTFA) Sigma-Aldrich 99%
Brometo de Potássio (KBr) Vetec ≥99%
Nitrito de Sódio (NaNO2) Merck 99%
Sulfito de Sódio (NaSO3) Vetec 98%
Metabissulfito de Sódio (Na2S2O5) Vetec 98%
1,2-bis(4-piridil)etano (BPA) Sigma-Aldrich 99%
Glutationa (GSH) Sigma-Aldrich 99%
Citocromo-c Fluka Analytical ≥90 %
Xantina Oxidase Serva -
Hipoxantina Sigma -
Catalase Sigma (Life Science) -
Fosfato de Potássio Monobásico (KH2PO4) Sigma-Aldrich ≥99%
Fosfato de Potássio dibásico (K2HPO4) Sigma-Aldrich ≥98%
Hidróxido de Sódio (NaOH) Sigma-Aldrich -
3.3 Soluções
A água utilizada em todos os procedimentos foi tratada em um equipamento de ultrapurificação de água, apresentando resistividade aproximada de 18,2 MΩ.cm à 25°C (Direct Q® 3UV com bomba da MILLIPORE). As soluções 0,1 e 0,5 molL-1 do tampão fosfato de sódio foram preparadas havendo posterior ajuste do pH de cada uma para 7,4, tendo sido preparadas no dia anterior as medidas, e estocadas sob refrigeração. A solução de ácido trifluoroacético 0,1 molL-1 foi preparada e o pH ajustado uma solução de hidróxido de sódio em 3,2, sendo estocada a temperatura ambiente, para posteriormente ser utilizada como eletrólito suporte nas medidas eletroquímicas.
3.4 Solventes
Os solventes utilizados, etanol e acetona, de procedência Synth foram utilizados nas sínteses sem nenhum tratamento prévio. Quando necessário também foram utilizados solventes com grau de pureza padrão HPLC da marca Tédia.
3.5 Síntese dos complexos
3.5.1 Síntese do complexo [Ru(NH3)5Cl]Cl2(ALLEN, A.D.; BOTTOMLEY, F.; HARRIS, R.D.; REISALU, V.P.; SENOFF, 1970)
2,0g (8,86 mmol) de tricloreto de rutênio RuCl3.2H2O, foram dissolvidos em 27 mL
de água destilada. A seguir adicionou-se cuidadosamente 26,0 mL de hidrato de hidrazina (NH2.NH2 xH2O) sob agitação constante e banho de gelo. A mistura permaneceu reagindo por
6 horas e, em seguida, adicionou-se 50,0 mL de HCl concentrado, sob banho de gelo e agitação. A solução foi submetida a refluxo por 2 horas, ocorrendo à formação de um precipitado amarelo. A mistura foi resfriada, o sólido filtrado e lavado por diversas vezes com HCl 1,5 mol.L-1 gelado.
Recristalização: O sólido foi dissolvido em 200,0 mL de HCl 0,1 mol.L-1 a quente
(50-60ºC), e a solução resultante foi filtrada a quente após completa dissolução. O sólido foi reprecipitado pela adição de HCl concentrado à solução sob banho de gelo. O sólido amarelo foi filtrado, seco à vácuo e estocado ao abrigo da luz.
3.5.2 Síntese do complexo trans-[Ru(NH3)4SO2Cl]Cl(VOGT; KATZ; WIBERLEY, 1965)
2,77g (0,001 mol) de trans-[Ru(NH3)4(HSO3)2]Cl foram dissolvidos em 325,0 mL
de uma solução 1:1 de H2O/HCl pelo aquecimento e deixada em refluxo por 15 min, o
tornou-se de uma coloração cor de ferrugem, quando tratado com ácido, e foi resfriado lentamente, produzindo uma solução vermelho-escura. A solução foi filtrada a quente, e reaquecida para redissolver alguns cristais formados, e foi resfriada lentamente durante a noite. Cristais em forma de agulha laranja avermelhado de trans-[Ru(NH3)4SO2Cl]Cl foram formados e a solução
filtrado, e lavada primeiro com H2O/HCl 1:1, seguido por etanol e secado sob vácuo à
temperatura ambiente.
3.5.3 Síntese do complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)SO4]Cl
100,00 mg do complexo trans-[Ru(NH3)4SO2Cl]Cl (0,328 mmol) foram
dissolvidos em 3 mL de solução de bicarbonato de sódio (NaHCO3) 0,1 mol.L-1, previamente
dearedo durante 10 minutos com borbulhamento de Argônio. Foi adicionado 181,00 mg (1,31 mmol) do ligante L (BPA) e após decorridos 20 minutos de reação foi acrescentado 2 mL de HCl 6 mol.L-1 e 2,50 mL de H2O2. Após 30 minutos de reação, a solução foi rotoevaporada para
redução do volume e adicionou-se etanol gelado, após 24h na geladeira, obteve-se um precipitado amarelo que foi lavado e posteriormente filtrado e seco sob vácuo.
3.5.4 Síntese do complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)NO](PF6)3
50 mg do complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)SO4]Cl (0,228 mmol) foram dissolvidos
em 3mL de HPF6 0,1 mol L-1 contendo algumas pastilhas de Hg/Zn sob agitação constante e
em atmosfera de Argônio durante aproximadamente 1,5h. Em seguida, a solução foi transferida para um balão contendo 1 mL de água contendo 150 mg ( 2,28 mmol) de NaNO2 deixando-se
reagir por 1 hora. Após 24 horas na geladeira, a solução foi filtrada e ao sobrenadante foi adicionado etanol gelado, até se observar uma turbidez na mesma, e levado novamente à geladeira. Obteve-se um precipitado branco que foi filtrado à vácuo.
4 TÉCNICAS EXPERIMENTAIS E EQUIPAMENTOS
4.1 Medidas Eletroquímicas
As medidas eletroquímicas foram realizadas em um em um sistema eletroquímico da BASi Epsilon-EC-Ver.2.00.71-USB, à temperatura ambiente, usando-se uma solução de ácido trifluoroacético 0,1molL-1 ajustada para o pH 3,2 como eletrólito suporte, e uma célula convencional de três eletrodos: platina, carbono vítreo e prata-cloreto de prata, como eletrodos auxiliar, trabalho e referência, respectivamente.
4.2 Espectroscopia Eletrônica de Absorção na Região do Ultravioleta e Visível
Os espectros eletrônicos, nas regiões do visível e do ultravioleta, foram obtidos em um espectrofotômetro Hewlett-Packard, modelo 8453 Diode-Array. As amostras foram analisadas em solução utilizando célula de quartzo retangular de caminho óptico de 1,0 cm. As medidas de absorbância foram efetuadas pela leitura direta dos espectros, usando-se como branco o respectivo solvente.
4.3 Espectroscopia Vibracional na Região do Infravermelho
Os espectros dos compostos foram obtidos a partir de amostras dispersas em pastilhas de KBr (Brometo de potássio) e utilizando-se um Espectrofotômetro de Infravermelho com transformada de Fourier – FTIR, marca ABB – Bommen, modelo FTLA2000-102, apresentando uma janela espectral de 400 a 4000 cm-1. Os valores das frequências foram obtidos através da leitura direta nos espectros vibracionais, fazendo-se as devidas correções das linhas de base.
4.4 Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear
Os espectros de ressonância magnética nuclear de hidrogênio (1H) foram obtidos em um espectrômetro AVANCE DPX 500 Bruker, a 500 MHz. As medidas foram realizadas em água deuterada.
4.5 Análise Elementar
A análise elementar do complexo sintetizado foi realizada por procedimento microanalítico, obtidas em um analisador elementar Perkin Elmer 2400 Series II, do Programa de Pós Graduação em Química da Universidade Federal do Ceará, atestando a composição do complexo sintetizado.
4.6 Cálculos Teóricos
Cálculos computacionais foram realizados por meio do Centro Nacional de Processamento de Alto Desempenho, instalado na UFC, utilizando-se os softwares GaussView 5,0(DENNINGTON, R.; KEITH, T.; MILLAM, 2009), para o desenho das geometrias, e Gaussian 9,0(FRISCH, M. J.; TRUCKS, G. W.; SCHLEGEL, H. B.; SCUSERIA, G. E.; ROBB, M. A.; CHEESEMAN, J. R.; SCALMANI, G.; BARONE, V.; MENNUCCI, B.; PETERSSON, G. A.; NAKATSUJI, H.; CARICATO, M.; LI, X.; HRATCHIAN, H. P.; IZMAYLOV, A. F.; BLOINO, J.; ZHENG, G.; SONNENB, 2009) para execução dos cálculos. A Otimização da geometria do íon complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)NO]3+ foi efetuada
utilizando a Teoria do Funcional de Densidade(JENSEN, 2007) através do método B3LYP(JENSEN, 2007). O conjunto de bases utilizadas foram LANL2DZ(HAY; WADT, 1985; WADT; HAY, 1985) para descrever o átomo de rutênio, e para os demais átomos foi a base 6-31G(d)(FRENKING; KOCH, 1986; JENSEN, 2007).
Os cálculos simulando o efeito do solvente foram efetuados utilizando o modelo de solvatação contínua polarizada(JENSEN, 2007; MENNUCCI; CANCÈS; TOMASI, 1997) sendo água utilizada como solvente. Os espectros eletrônicos teóricos foram calculados utilizando a Teoria do Funcional da Densidade Dependente do Tempo(JENSEN, 2007; MARQUES, M. A. L.; MAITRA, N. T.; NOGUEIRA, F. M. S.; GROSS, E. K. U.; RUBIO, 2012). Os valores de energia e as contribuições percentuais dos orbitais envolvidos nas transições eletrônicas foram obtidos por meio da utilização do software GaussSum 3.0(O’BOYLE, N. M.; TENDERHOLT, A. L.; LANGNER, 2008). As ordens de ligação e composição atômica dos orbitais foram obtidos por meio da utilização do software Chemissian 4.23.
4.7 ENSAIOS DE REATIVIDADE
4.7.1 Determinação da constante de equilíbrio de conversão NO+/NO2
-Para a determinação da constante de equilíbrio da reação apresentada pela equação 1, utilizou-se da metodologia descrita na literatura(LOPES et al., 2001). O complexo foi dissolvido em solução de HTFA 0,1 M e titulado com solução saturada de NaOH. Acompanhou-se a mudança espectral conforme houve variação do pH da solução. A constante de equilíbrio foi determinada pela equação 2.
trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO)]3+ + 2OH- → trans-[Ru(NH3)4(BPA)(NO2)]+ + H2O (1)
2pOH= −pKeq + log(A−Ab) ⁄ (Aa−A) (2)
Onde: Aa = absorbância da espécie A; Ab = absorbância da espécie B; A = absorbância da mistura.
4.7.2 Estudo Reacional do Íon Complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA(NO)](PF6)3 com Redutor Biológico Glutationa (GSH)
O estudo cinético foi realizado empregando espectroscopia de absorção na região do UV-vis. Para isso utilizou-se um espectrofotômetro Hewlett-Packard, modelo 8453 Diode-Array, acoplado a um banho termostatizado. No caso do espectrofotômetro foi utilizado uma cubeta de quartzo com caminho ótico de 1,0 cm. Todas as amostras foram preparadas em solução tampão fosfato 0,5 molL-1 pH 7,4.
4.7.3 Reatividade com radical superóxido
A atividade antioxidante do complexo foi investigada frente ao radical superóxido utilizando metodologia descrita na literatura(METZKER; CARDOSO; FRANCO, 2013). O ânion superóxido foi gerado enzimaticamente pela reação entre hipoxantina e a proteína xantina oxidase. Foi utilizada como tampão uma solução de fosfato de sódio (pH=7,4; μ=0,1 mol L-1). A temperatura foi mantida constante à 25 °C e a produção de ácido úrico (λmax=290 nm, ε =
realizada utilizando-se citocromo c (λmax=550 nm, ε = 21.000 L mol-1 cm-1) como sonda. O
cálculo de constante de velocidade aparente para a reação entre os complexos e o superóxido foi realizado através da equação 3, exposta a seguir(METZKER; CARDOSO; FRANCO, 2013)
(𝟏−%𝑪𝒂𝒑%𝑪𝒂𝒑
. ) x k1 x Ccit − c = k2 x CRuNO (3)
Onde: %Cap: porcentagem de captação do radical ((Abscontrole – Absreação)/Abscontrole); Ccit-c:
concentração de citocromo c; CRuNO: concentração de complexo; k1: constante aparente de
velocidade da reação entre citocromo c e superóxido; k2: constante aparente de velocidade da
reação entre o composto testado e superóxido.
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Caracterização do complexo trans-[Ru(NH3)4(SO4)(BPA)]Cl 5.1.1 Espectroscopia vibracional na região do infravermelho
Espectros vibracionais de aminas de rutênio tem sido bastante estudados(SCHIMIDT, K.H.; MÜLLER, 1976), é comum que as frequências vibracionais do grupo NH3quando coordenadas a centros metálicos apresentem-se deslocadas em relação à
espécie livre, isso evidencia que ocorre uma alteração na ordem de ligação(OLIVEIRA, 2002), pode-se observar na Figura 10 que os estiramentos ocorrem nas seguintes regiões: υas(NH3)e
υs(NH3) entre 3000 e 3400 cm-1; deformação angular no plano δ (HNH) entre 1650 e 1550 cm -1, e 1370 e 1000 cm-1; deformação simétrica fora do plano γ (HNH) entre 950 e 590 cm-1. A
interação entre o íon sulfato e o metal resulta em um abaixamento de simetria desse ligante de Td na forma livre para um grupo de ponto C3v quando coordenado, o que é consistente com as
bandas apresentadas no referido espectro(SILVA, H.A.S.; MCGARVEY; SANTOS, R, H, A,; BERTOTTI, M.; MORI; FRANCO, 2001) e atribuídas da seguinte maneira: υs(SO4-2) em 930
cm-1, υas(SO4-2) em 1024 cm-1, δ(OSO) em 488 cm-1 e γ(OSO) em 613 cm-1. Pode-se ainda
constatar a presença do ligante por meio da observação de bandas características como υs(CH)
em 980 cm-1, υas(CH) em 1128 cm-1, υs(CC) em 1450 cm-1, presentes no espectro do ligante
livre (Figura 9) os dados obtidos levam a conclusão que o composto foi obtido, sendo corroborado pelos dados teóricos do espectro vibracional (Figura 11) obtido a partir da geometria optimizada (Figura 12).
Figura 9 – Espectro Vibracional na região do infravermelho do ligante 1,2-bis(4-piridil)etano (BPA) disperso em pastilha de KBr.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 10 20 30 40 50 60 70 Tr an sm itâ nc ia (% ) numero de onda (cm-1)
Fonte: elaborado pelo autor.
Figura 10 – Espectro Vibracional na região do infravermelho do complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)(SO4)]Cl, disperso em pastilha de KBr.
Figura 11 – Espectro vibracional da espécie trans-[Ru(NH3)4(BPA)(SO4)]+ simulado no vácuo.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
Numero de Onda (cm-1) Fonte: elaborado pelo autor.
Figura 12 – Geometrias otimizadas do complexos trans-[Ru(NH3)4(BPA)SO4]+ simulado no
vácuo.
Fonte: elaborado pelo autor.
Espectros eletrônicos de absorção na região do ultravioleta e do visível de compostos de coordenação com ligantes insaturados normalmente apresentam bandas de absorção na região do visível(FORD, P.C.; RUDD, D.F.P.; GAUNDER, R.; TAUBE, 1968; LANG et al., 2000) atribuídas a transições de campo ligante e transferência de carga do tipo metal-ligante ou ligante-metal, e bandas na região do ultravioleta atribuídas a transições internas provenientes do ligante insaturado. As bandas originadas pelas transições de campo ligante ocorrem devido à quebra da degenerescência dos orbitais d (transições d-d) que em compostos octaédricos dão origem a dois novos grupos de orbitais denominados t2g e eg.
Compostos de rutênio contendo ligantes insaturados do tipo π-aceptor apresentam em seus espectros de absorção bandas atribuídas à transferência de carga do metal para o ligante (MLCT). Estas transições por serem permitidas por simetria e por spin apresentam valor máximo para coeficientes de absortividade molar (ε) da ordem de 104 L mol-1 cm-1, localizando-se geralmente na região do visível. A ocorrência dessas bandas depende da existência de orbitais de simetria e energia apropriada no metal e no ligante.
As transições do tipo intraligantes são semelhantes às transições observadas nos ligantes insaturados não coordenados. Ligantes aromáticos N-heterocíclicos normalmente possuem na região do ultravioleta bandas atribuídas a transições como π*n e π*π, apresentando-se geralmente de forma bem intensa, característica de transições envolvendo os elétrons de orbitais π.
O espectro eletrônico do íon complexo trans-[Ru(NH3)4(BPA)SO4]+, encontra-se
na Figura 13. A banda de maior energia, λmáx 255 nm, ocorre em uma região em que podem
existir transições do tipo intraligantes (IL), e de transferência de carga ligante-metal (LMCT). Ao analisarmos o espectro eletrônico do ligante livre BPA, observa-se uma banda com absorção máxima em torno de 250 nm, atribuída como transição intraligante, dessa forma a banda supracitada observada no íon complexo nessa região foi atribuída(SILVA, H.A.S.; MCGARVEY; SANTOS, R, H, A,; BERTOTTI, M.; MORI; FRANCO, 2001) como transição intraligante do tipo π*π proveniente do ligante BPA.
