Novas moléculas alvo para imageamento celular: Ativação in situ utilizando um sal de paládio

Abstract

A química bio-ortogonal ganhou notoriedade neste ano devido a 3 pesquisadores (Carolyn Bertozzi, Morten Meldal e K. Barry Sharpless) terem sido laureados com o Prêmio Nobel de química. Bertozzi definiu as reações bioortogonais como sendo reações rápidas e com reagentes que não devem afetar as funções celulares nativas. Neste contexto, a química bio-ortogonal é dividida em duas classes de reações, reações associativas e dissociativas, sendo que esta última tem se destacado na ativação de fármacos, biomoléculas ou fluoróforos. Esta ativação pode ocorrer utilizando-se um gatilho químico, normalmente um metal de transição, sendo o paládio o mais utilizado. Neste trabalho objetivou-se a síntese de um novo fluoróforo (7-hidroxicumarina-3-carboxilato de etila) e dois pró-fluoróforos (7-propargiloxicumarina-3-carboxilato de etila [7PropC] e 7-propargiloxi-4- metilcumarina [7PropM]), estudos fotofísicos e a ativação bio-ortogonal destes últimos com um sal de paládio (Na2PdCl4). A síntese alcançou rendimentos que variaram entre 37 e 91%. Como esperado, os dados fotofísicos indicaram que o grupo propargílico diminui a fluorescência e a absorção dos fluoróforos, além de ocasionar a diminuição do deslocamento de Stokes. Percebeu-se também que grupos retiradores de elétrons influenciam diretamente no rendimento quântico de fluorescência. Já os valores de conversão máxima de fluorescência (determinado pelas curvas cinéticas), mostram que há a recuperação da fluorescência após a reação, sendo possível então utilizar espécies de paládio na desproteção dos prófluoróforos estudados. Determinou-se por estudos cinéticos, constantes de velocidade de segunda ordem na ordem de 3 L mol-1 s-1 para ambos pró-fluoróforos, indicado compatibilidade dos seus usos em catálise bio-ortogonal, contudo o maior rendimento de formação de produto foi com o 7PropC, 83 % contra 49% com o 7PropM. Os resultados dos estudos termodinâmicos da reação de desproteção indicam que a entropia do estado de transição é negativa, demonstrando que a etapa lenta da reação deve ser o ataque nucleofílico da água no complexo intermediário paládio-tripla ligação propargílica. Para além, os resultados sugerem que as moléculas sintetizadas podem ser utilizadas no imageamento de celular e como moléculas modelo para estudo de desproteção bio-ortogonal utilizando paládio como catalisador metálico.

Bio-orthogonal chemistry gained notoriety this year due to 3 researchers (Carolyn Bertozzi, Morten Meldal and K. Barry Sharpless) being awarded the Nobel Prize in Chemistry. Bertozzi defined bio-orthogonal reactions as fast reactions with reagents that should not affect native cellular functions. In this context, bioorthogonal chemistry is divided into two classes of reactions, associative and dissociative reactions, the latter being highlighted in the activation of drugs, biomolecules or fluorophores. This activation can occur using a chemical trigger, usually a transition metal, with palladium being the most used one. The objective of this work was the synthesis of a new fluorophore (ethyl 7-hydroxycoumarin-3- carboxylate) and two pro-fluorophores (ethyl 7-propargyloxycoumarin-3-carboxylate [7PropC] and 7-propargyloxy-4-methylcoumarin [7PropM]), photophysical studies and the bio-orthogonal activation of the latter with a palladium salt (Na2PdCl4). The synthesis reached yields that varied between 37 and 91% As expected, the photophysical data indicated that the propargyl group decreases the fluorescence and absorption of fluorophores, in addition to causing a decrease in the Stokes shift. It was also noticed that electron withdrawing groups directly influence the quantum yield of fluorescence. The maximum fluorescence conversion values (determined by the kinetic curves) show that there is a recovery of fluorescence after the reaction, making it possible to use palladium species in the deprotection of the studied profluorophores. It was determined by kinetic studies, second order rate constants in the order of 3 L mol-1 s-1 for both pro-fluorophores, indicating compatibility of their uses in bio-orthogonal catalysis. However, the highest yield of product formation was with 7PropC, 83% against 49% with 7PropM. The results of thermodynamic studies of the deprotection reaction indicate that the entropy of the transition state is negative, demonstrating that the slow step of the reaction should be the nucleophilic attack of water on the palladium-propargyl triple bond intermediate complex. In addition, the results suggest that the synthesized molecules can be used in cell imaging and as model molecules to study bio-orthogonal deprotection using palladium as a metallic catalyst.