Avaliação da influência de diferentes ligantes calcogenados nas propriedades físico-químicas, atividades catalíticas e biológicas de novos complexos de cobre(II) e ferro(III)

Abstract

Metaloenzimas são estruturas proteicas que desempenham diversas funções catalíticas no meio biológico, sua atividade é dependente da presença de átomos metálicos em sua estrutura. Estas macromoléculas vêm servindo de ponto de partida para o desenvolvimento de novos complexos conhecidos como miméticos, que podem expressar características estruturais e/ou funcionais das metaloenzimas. Estes miméticos podem apresentar singulares atividades tanto catalíticas quanto biológicas. A química bioinorgânica destina esforços para o entendimento destes sistemas metálicos, bem como na otimização destes miméticos. Ao longo das últimas décadas muitos compostos de coordenação contendo a unidade fenoxo central vêm sendo estudados como modelos ativos para uma diversidade de atividades catalíticas e biológicas. No entanto, não se tem relato de um estudo dedicado a avaliar quais os efeitos que grupamentos tioéteres e selenoéteres causam nesses sistemas. Tendo isto em vista, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência da inserção de diferentes braços calcogenados em complexos metálicos, contendo a unidade fenoxo central, tanto em suas propriedades físico-químicas, cinéticas e biológicas, buscando um efeito comparativo com ligantes mais duros, por exemplo, nitrogenados e oxigenados já reportados na literatura. Com este intuito, foram sintetizados onze diferentes ligantes, obtendo nove complexos dinucleares de cobre(II) não simétricos: [(L)(Cu2)(µ-X)] onde X = OAc- para C1-C3 ou SO42 para C4-C9, além de dois complexos trinucleares de ferro(III): [(L)2(Fe3)(OH)2(OAc)2]+, C10 e C11. Estas estruturas foram devidamente caracterizadas por técnicas espectroscópicas, espectrométricas, magnéticas e eletroquímicas. Notou-se que a inserção dos calcogênios influenciou fortemente nas propriedades físico-químicas destes, mas principalmente nas propriedades eletroquímicas. Os complexos C1-C9 demonstraram-se ativos para a oxidação dos substratos 3,5-di-terc-butilcatecol e o-aminofenol, podendo ser considerados miméticos das enzimas Catecol Oxidase e Fenoxazinona Sintase. Estes compostos apresentaram eficiências catalíticas superiores, quando comparados aos similares contendo apenas átomos de N,O-doadores. Os compostos contendo substituintes retiradores de densidade eletrônica (Br e CF3) exibiram melhor atividade catalítica frente a ambos os substratos. Os compostos C1-C3 também foram avaliados frente à oxidação de diferentes substratos orgânicos através da catálise peroxidativa, mostrando-se eficientes em oxidar ligações C-H alifáticas e álcoois. A atividade hidrolítica, clivagem de diésteres de fosfato, foi avaliada através de ensaios cinéticos utilizando o substrato modelo ativado 2,4-BDNPP, onde os complexos de ferro(III) C10 e C11 mostraram-se ativos frente esta reação. Estes mesmos compostos também possuem atividade antioxidante, sendo capazes de sequestrar radicais livres, quando testados com o substrato DPPH. Também foram realizados testes biológicos in vitro dos complexos C1-C3, os mesmos se demonstraram promissores, contendo boa atividade antimicrobiana (antifúngica e antibacteriana), citotóxicos contra células tumorais e compatíveis com células saudáveis.

Abstract: Metalloenzymes are protein structures that perform several catalytic functions in the biological environment, their activity is dependent on the presence of metallic atoms in their structure. These macromolecules have been serving as a starting point for the development of new complexes known as mimetics, which can express structural and/or functional properties of metalloenzymes. These mimetics can exhibit unique catalytic and biological activities. Bioinorganic chemistry makes efforts to understand these metallic systems, as well as to optimize these mimetics. Over the past few decades, many coordination compounds containing the phenoxo-central unit have been studied as active models for a variety of catalytic and biological activities. However, there is no report of a study dedicated to evaluating the effects that thioethers and selenoethers cause in these systems. In view of this, the present work aims to evaluate the influence of the insertion of different chalcogenated arms in metallic complexes, containing the phenoxo-central unit, in their physic-chemical, kinetic and biological properties, seeking a comparative effect with harder ligands, for example, nitrogenous and oxygenated already reported in the literature. For this purpose, eleven different ligands were synthesized, obtaining nine non-symmetric copper(II) dinuclear complexes: [(L)(Cu2)(µ-X)] where X = OAc- for C1-C3 or SO42- for C4-C9, in addition to two trinuclear iron(III) complexes: [(L)2(Fe3)(OH)2(OAc)2]+, C10 and C11. These structures were properly characterized by spectroscopic, spectrometric, magnetic and electrochemical techniques. It was noted that the insertion of chalcogens strongly influenced their physicochemical properties, but mainly the electrochemical ones. The C1-C9 complexes were shown to be active for the oxidation of 3,5-di-tert-butylcatechol and o-aminophenol substrates, and may be considered mimetics of Catechol Oxidase and Fenoxazinone Synthase enzymes. These compounds showed superior catalytic efficiencies when compared to similar compounds containing only N,O-donor ligands. Compounds containing electron density withdrawing substituents (Br and CF3) exhibited better catalytic activity against both substrates. Compounds C1-C3 were also evaluated against the oxidation of different organic substrates through peroxidative catalysis, showing to be efficient in oxidizing aliphatic C-H bonds and alcohols. The hydrolytic activity, cleavage of phosphate diesters, was evaluated through kinetic assays using the activated model substrate 2,4-BDNPP, where the iron(III) complexes C10 and C11 were active in this reaction. These same compounds also have antioxidant activity, being able to scavenge free radicals, when tested with the DPPH substrate. In vitro biological tests of the C1-C3 complexes were also performed, which proved to be promising, containing good antimicrobial activity (antifungal and antibacterial), cytotoxic against tumor cells and compatible with healthy cells.