Desvendando a natureza física das ligações Ru?NX (X = O, S, Se e Te) em calcogenonitrosilo complexos de rutênio(II)

Abstract

O câncer continua sendo um desafio para a medicina contemporânea. As projeções mais recentes apontam que até 2030 surgirão aproximadamente 25 milhões de novos casos. Diante de tantas pesquisas que tem sido feitas na área quimioterápica, o nitrosilo (NO) é uma alternativa promissora na apoptose de células cancerosas da região do útero e ovários. Nesse sentido, nitrosilo complexos de rutênio são uma alternativa para direcionar esta substância à região necessária de combate ao câncer, com uma liberação na quantidade que possibilite sua eficácia. A alternativa mais viável é a liberação pela interação com a luz. A fotolabilidade desses complexos, contudo, ainda é um desafio, uma vez que é necessária a incidência de radiação UV para a quebra dessa ligação. Por essa razão, é necessário estudar a natureza física da ligação Ru?N e como esta é afetada por mudanças no ambiente eletrônico, sendo nos ligantes adjacentes, ou, como é o caso deste trabalho, variando-se o calcogênio ligado ao nitrogênio. A energia dessa ligação e sua natureza foram estudadas por meio da Teoria do Funcional de Densidade (DFT), por meio dos softwares Orca e GAMESS, em duas diferentes classes de complexos, [Ru(NX)LOEtCl2] e [Ru(NX){N(CH3)2PS)2}2Cl], sendo X um calcogênio, O, S, Se ou Te, tanto para estruturas neutras quanto reduzidas, resultando em dezesseis diferentes estruturas. As análises de decomposição de energia demonstraram que as estruturas neutras mostram um caráter de dupla ligação entre o rutênio e o nitrogênio, que pode ser explicada por uma interação ligante-metal e outra metal-ligante, denominada retroligação. A ligação, porém apresenta um menor caráter de retroligação após a redução, uma vez que a repulsão aumenta, quando um elétron é adicionado, facilitando a liberação da grupo NO. Os resultados apontam que a substituição do oxigênio do grupo nitrosilo por calcogênios de maior massa dificultam a liberação do grupo NX. Isso porque, apesar de a energia de ligação se tornar mais instável para as estruturas oxidadas, as estruturas reduzidas apresentam uma ligação mais estável para os calcogênios com massas maiores. Igualmente, a redução é dificultada, uma vez que o potencial de redução diminui, bem como fotoexcitação é dificultada, evidenciada pelo aumento da diferença entre a energia do HOMO e LUMO das estruturas.

Abstract: Cancer remains a challenge for contemporary medicine. The most recent projections indicate that approximately 25 million new cases will appear by 2030. As evidenced by several studies reported in the chemotherapy area, nitrosyl (NO) is a promising alternative in the apoptosis of cancer cells in the uterus and ovaries region. Nitrosyl ruthenium complexes are an alternative to delivering this substance to the desired area to combat cancer, releasing it in the amount that allows their effectiveness. In this sense, ruthenium-nitrosyl complexes stand out as an important NO carrier on carcinogenic aims. Photodynamic therapy is the most viable path to the liberation of such molecules. However, the photolability of these complexes is still a challenge since the incidence of UV radiation is necessary to break this bond. For this reason, it is essential to study the physical nature of the Ru?N bond in these complexes, varying the electronic environment from adjacent ligands modification or, as is the case in this study, replacing the chalcogen bonded to nitrogen. The energy of this bond and its nature were studied using Density Functional Theory (DFT) calculations employing the Orca and GAMESS quantum codes, being two different classes of complexes investigated, [Ru(NX)LOEtCl2] and [Ru( NX){N(CH3)2PS)2}2Cl], in which the X refers to a chalcogen (O, S, Se or Te). The proposed coordination compounds were investigated in neutral and reduced structures, resulting in sixteen different structures. Energy decomposition analyses demonstrated that the oxidized structures show a double bond character between ruthenium and nitrogen raised by a ligand-metal interaction and another metal-ligand interaction called back-bonding. The bond, however, presents a reduced back-bonding behavior after coordination compound reduction since the repulsion increases when an electron is added, facilitating the NO group release. In summary, the binding energy decreases for neutral structures with S, Se, and Te atoms, leading to minor stability compounds; however, the reduced structures present a more stable Ru-NX bond for chalcogens with larger masses. Furthermore, the reduction is difficult after O replacement, as evidenced by decreased reduction potential. Similarly, photoexcitation is made difficult, as suggested by the increased difference between the energy of the HOMO and LUMO of the investigated coordination compounds. Therefore, replacing oxygen in the nitrosyl group with a chalcogen with increased mass hampers the release of the NX group.