Estudos cinéticos de hidrólise de ésteres de fosfato acompanhados por UV-vis e 31P-NMR catalisados por complexo binuclear de manganês e por complexo heteronuclear de ferro e manganês

Abstract

A hidrólise catalisada de ésteres fosfato vem atraindo cada vez mais atenção em diversas áreas da química. Biologicamente, a hidrólise de mono- e diésteres de fosfato, como DNA (Ácido Desoxirribonucléico) e RNA (Ácido Ribonucléico), é uma forma de inibir a metástase de células cancerígenas através da destruição do material genético. Já a clivagem das ligações fosforo-oxigênio em derivados de defensivos agrícolas e armas químicas são relevantes ao retornar a natureza compostos menos tóxicos que os triésteres que lhe deram origem. Para tal, complexos binucleares e bivalentes, miméticos a fosfatase ácida purpura (PAPs) (enzima qual o objetivo é clivar ligações fosfodiéster) vem demonstrando bons resultados, ao longo dos anos. Desta forma, o objetivo deste trabalho é sintetizar, caracterizar e avaliar a atividade hidrolítica de complexos heterovalentes de MnIIIMnII e FeIIIMnII frente a diferentes substratos. Para tal, foram utilizados métodos de caracterização do ligante e dos complexos desenvolvidos neste trabalho. As estruturas de precursores e ligante, já publicadas, foram corroboradas por meio de ressonância magnética nuclear de hidrogênio e carbono (1H e 13C NMR), espectrofotometria de infravermelho (IR) e espectrometria de massas (ESI-MS). Os complexos inéditos foram caracterizados via espectrofotometria de infravermelho e ultravioleta-visível (UV-Vis), espectrometria de massas, análise elementar de C, H e N, condutometria, voltametria cíclica (CV) e difração de Raio X para o complexo MnIIIMnII. A atividade catalítica destes complexos foi testada frente ao diéster e triéster de fosfato, bis(2,4-dinitrofenil)fosfato (2,4-BDNPP) e dietil(2,4-dinitrofenil)fosfato (2,4-DEDNPP), respectivamente. As reações de hidrólise, foram acompanhadas espectrofotometricamente através de UV-vis, pelo aumento da banda em 400 nm referente a liberação do 2,4-dinitrofenolato (2,4-DNP). Os ensaios cinéticos acompanhados por UV-vis mostraram que os complexos podem ser utilizados como catalisadores destas reações, acelerando o processo de hidrólise do 2,4-BDNPP de 570 a 1680 vezes, sendo o complexo MnIIIMnII mais ativo frente a este substrato. Para o triéster, além de ensaios espectrofotométricos, as reações foram acompanhadas por ressonância magnética nuclear de fosforo (31P NMR). Onde ambos os resultados acordam em que o complexo FeIIIMnII possui maior atividade frente o triéster que o complexo binuclear de manganês (aproximadamente 40 vezes mais ativo). Demais testes cinéticos de efeito isotópico forneceram indícios sobre a hidrólise do 2,4-BDNPP catalisado por ambos os complexos, onde mecanismos via hidrólise básica foram propostos. Além disso, foi possível comprovar que os complexos não apresentam atividade catalítica frente ao monoéster 2,4-dinitrofenilfosfato (2,4-DNPP). Testes de turnover mostraram, que estes são capazes de hidrolisar de 3 a 4 equivalentes dos substratos, com exceção do complexo FeIIIMnII, que hidrolisa 10 equivalentes do triéster 2,4-DEDNPP.

Abstract: The catalyzed hydrolysis of phosphate esters is attracting much interest in various fields of chemistry. Biologically, the hydrolysis of phosphate mono- and diesters, such as DNA and RNA, is a way to inhibit metastasis of cancerous cells by destroying the genetic material. In the other hand, the cleavage of phosphorus-oxygen bonds in pesticide derivatives and chemical weapons are relevant in returning to nature less toxic compounds than the triesters that gave rise to it. To this end, binuclear and bivalent complexes developed as purple acid phosphatase (PAP) mimetics (an enzyme which is the goal cleave phosphodiester bonds) has shown good results over the years. Thus, the objective of this work is to synthesize, characterize and evaluate the hydrolytic activity of heterovalent MnIIIMnII FeIIIMnII complexes against different substrates. For this, methods of characterization of the ligand and the complexes developed in this work were used. The precursor and ligand structures already described were corroborated by nuclear magnetic resonance, infrared spectrophotometry and mass spectrometry. The novel complexes were characterized by infrared and UV-visible spectrophotometry, mass spectrometry, elemental analysis, conductivity, cyclic voltammetry and X-ray diffraction for the MnIIIMnII complex. The catalytic activity of these complexes was tested against phosphate diester and triester, 2,4-BDNPP and 2,4-DEDNPP, respectively. The hydrolysis reactions were followed spectrophotometrically by UV-vis, by increasing the band at 400 nm related to the release of 2,4-dinitrophenolate. Kinetic assays accompanied by UV-vis showed that the complexes can be used as catalysts for these reactions, accelerating the process of hydrolysis of 2,4-BDNPP from 570 to 1680 times, being the most active MnIIIMnII complex against this substrate. For the triester, besides spectrophotometric assays, the reactions were accompanied by 31P NMR. Where both results agree that FeIIIMnII complex has higher activity against triester than binuclear manganese complex (approximately 40 times more active). Other isotopic kinetic tests provided evidence about the hydrolysis of the 2,4-BDNPP catalysed by both complexes, where mechanisms via basic hydrolysis were proposed. In addition, it was possible to prove that the complexes do not have catalytic activity against 2,4-DNPP monoester. Turnover tests have shown that they are capable of hydrolyzing 3 to 4 equivalents of substrates, except for the FeIIIMnII complex, which hydrolyzes 10 equivalents of the 2,4-DEDNPP triester.