Síntese de Complexo Fe(III)/Zn(II)

A síntese do complexo binuclear de Fe(III)/Zn(II) iniciou-se com a preparação dos pró-ligantes, seguindo rotas sintéticas já estabelecidas pelo grupo de pesquisa. O documento menciona a síntese e caracterização satisfatória de pró-ligantes, com rendimentos adequados para prosseguir com as etapas subsequentes. A caracterização desses compostos intermediários foi realizada por espectroscopia de infravermelho e RMN 1H, garantindo sua pureza e a viabilidade da continuação do processo sintético para obter o ligante final. Embora o texto cite alguns pró-ligantes (Bpma, bpmamff e HPy3), o foco principal recai sobre a obtenção do ligante DAB-Fer, sintetizado através de uma aminação redutiva, envolvendo a formação de uma imina C=N seguida por redução com borohidreto de sódio. O uso de ácido acético glacial como catalisador e a posterior neutralização com ácido clorídrico são descritos como cruciais para a obtenção de alta pureza do produto. A síntese detalhada, incluindo reagentes e condições de reação, é fornecida no documento, permitindo a replicação do processo.

A partir dos pró-ligantes, o ligante LABF, contendo a unidade 1,4-diamino-ferroceno, foi sintetizado. O método descrito envolve uma aminação redutiva do pró-ligante DAB-Fer com H2py3mff, utilizando uma quantidade catalítica de ácido acético glacial para facilitar a formação da imina. Um aspecto crucial da síntese foi a utilização de hidrogenação catalítica sobre Pd/C 5% para a redução, escolhida por proporcionar uma redução mais limpa, evitando a formação de sais interferentes que seriam gerados pelo uso de um sal redutor. O rendimento do ligante LABF foi inferior ao dos pró-ligantes, fato atribuído a um possível impedimento estérico durante a reação, devido à interação entre o DAB-Fer e o H2py3mff, estruturas relativamente grandes e complexas. A baixa solubilidade do ligante LABF em acetato de etila foi explorada para a purificação, removendo pró-ligantes não reagidos. Detalhes das quantidades de reagentes, temperaturas de reação e tempo de reação são fornecidos no documento.

A síntese do complexo binuclear de Fe(III)/Zn(II) foi realizada através da adição sequencial de sais metálicos ao ligante LABF. A ordem de adição – primeiro o sal de zinco (II) e depois o sal de ferro (III) – foi justificada pela maior labilidade do Zn(II) em comparação ao Fe(III), favorecendo a formação desejada. A adição lenta do sal de ferro(III) permitiu a coordenação seletiva nos sítios apropriados, resultando no complexo heterobinuclear. O documento descreve uma mudança na coloração da solução como indicativo das reações de coordenação. Após a adição dos sais metálicos, a precipitação do complexo com éter etílico resultou em um pó cristalino, embora monocristais adequados para difração de raios X não tenham sido obtidos. Mesmo sem monocristais, o complexo foi caracterizado por diferentes técnicas espectroscópicas e eletroquímicas.

A caracterização do complexo Fe(III)/Zn(II) sintetizado utilizou várias técnicas. A espectroscopia UV-Vis foi empregada para monitorar a oxidação do ferroceno presente no ligante LABF, com a formação do íon ferrocínio (Fc+) evidenciada por um aumento da absorbância em determinado comprimento de onda. A voltametria cíclica permitiu investigar os comportamentos redox tanto do ligante LABF quanto do complexo final, revelando processos quasi-reversíveis para o ferroceno, com mudanças no potencial redox atribuídas à influência da parte orgânica do ligante. Por fim, a condutimetria, realizada em solução de acetonitrila, indicou a presença de uma carga +2 no complexo, consistente com a estrutura proposta e a presença de dois contra-íons perclorato. Os espectros obtidos e os valores de potencial redox são reportados no documento, fornecendo dados quantitativos para corroborar a estrutura e as propriedades do complexo.

A atividade catalítica do complexo Fe(III)/Zn(II) foi avaliada utilizando o substrato modelo bis-(2,4-dinitrofenil)fosfato (2,4-BDNPP), um éster de fosfato que mimetiza as ligações do DNA. Os experimentos cinéticos foram conduzidos em condições de excesso de substrato, monitorando-se espectrofotometricamente a variação de absorbância em 400 nm, correspondente à liberação do ânion 2,4-dinitrofenolato, produto da reação de hidrólise. A metodologia empregou cubetas de vidro com tampões biológicos (MES, HEPES e CHES) para controlar o pH, com força iônica constante (LiClO4). As concentrações finais do complexo e do substrato foram precisamente controladas. Experimentos adicionais foram realizados para determinar os parâmetros de ativação, variando-se as concentrações de substrato e acetonitrila, mantendo a proporção CH3CN/H2O (50:50, %v/v) constante. Esta abordagem permitiu a análise quantitativa da eficiência catalítica do complexo na hidrólise do 2,4-BDNPP.

Estudos cinéticos foram realizados para determinar a influência do pH na atividade catalítica do complexo. Uma faixa de pH entre 4,0 e 9,0 foi investigada, com medidas em triplicata para cada ponto. O perfil da atividade catalítica em função do pH apresentou uma curva sigmoidal, indicando a existência de um pH ótimo para a reação de hidrólise. Este pH ótimo foi encontrado em 6,5. A variação na atividade catalítica em diferentes valores de pH foi atribuída à presença de diferentes espécies do complexo em solução, influenciadas pela protonação/desprotonação de moléculas de água coordenadas ao íon férrico (FeIII). A espécie ativa cataliticamente, com um ligante hidroxo coordenado ao ferro, foi identificada, enquanto outras espécies foram consideradas menos ativas devido à menor labilidade dos ligantes. A análise detalhada do comportamento do complexo em diferentes pHs ajudou a elucidar o mecanismo de reação.

Os resultados obtidos para a atividade catalítica do complexo foram comparados com dados da literatura para compostos semelhantes, sem a unidade ferroceno. A comparação permitiu avaliar o efeito da segunda esfera de coordenação, representado pela presença do ferroceno no ligante LABF. Os resultados mostraram que o complexo contendo ferroceno apresentou atividade catalítica próxima ao complexo semelhante com apenas a cadeia lateral 1,6-diaminohexano, sugerindo interações adicionais, possivelmente eletrostáticas, das aminas protonadas, e/ou interações hidrofóbicas ou forças de van der Waals do ferroceno com o sítio ativo. Comparando-se com um complexo com uma unidade pireno, o pKa mais elevado indicou a relevância das interações das unidades laterais hidrofóbicas na atividade catalítica. A diferença na atividade catalítica ressalta o impacto significativo da segunda esfera de coordenação no desempenho do complexo como um catalisador na reação de hidrólise de ésteres de fosfato.

O estudo se insere no campo da química bioinorgânica, uma área em constante desenvolvimento que investiga a interação de íons metálicos em sistemas biológicos. O foco principal é a compreensão do papel dos metais em processos biológicos, incluindo a influência da segunda esfera de coordenação na eficiência catalítica de sistemas enzimáticos. A síntese de compostos biomiméticos, como o complexo de Fe(III)/Zn(II) deste trabalho, é crucial para mimetizar a função de enzimas e explorar potenciais aplicações catalíticas em processos biológicos. A escolha de ferro e zinco, metais abundantes e essenciais na biologia, reforça a relevância biológica desta pesquisa. O objetivo é desenvolver novos compostos com atividade catalítica frente a sistemas biológicos, particularmente em reações de hidrólise, como as envolvendo o DNA. A interdisciplinaridade da área, envolvendo médicos, toxicologistas e bioquímicos, destaca sua importância para diversas áreas da ciência.

Os íons Fe(III) e Zn(II) desempenham um papel fundamental na catálise de reações de hidrólise em metalohidrolases binucleares, como as fosfatases ácidas púrpuras (PAPs). O Zn(II), com sua natureza bivalente, é essencial para a ligação do substrato ao sítio ativo, enquanto o Fe(III) contribui para a geração in situ do nucleófilo que efetivamente realiza a hidrólise. Este mecanismo, descrito por Klabunde et al., destaca a sinergia entre os dois metais para a catálise eficaz. A pesquisa se concentra na síntese de um complexo biomimético que replica essa atividade, utilizando esses mesmos metais como uma forma de mimetizar a atividade enzimática e auxiliar no desenvolvimento de novos catalisadores para reações de hidrólise, como um modelo para possíveis aplicações em sistemas biológicos mais complexos.

O estudo de complexos inorgânicos biomiméticos, como o sintetizado neste trabalho, tem aplicações potenciais em diversas áreas, incluindo a medicina, bioquímica e toxicologia. O complexo Fe(III)/Zn(II), em particular, foi projetado para atuar como um mimético de enzimas como as PAPs, com a capacidade de catalisar reações de hidrólise de ésteres de fosfato, um substrato modelo para reações de hidrólise que envolvem o DNA. A incorporação do ferroceno no ligante objetiva investigar os efeitos da segunda esfera de coordenação, que podem afetar a afinidade pelo substrato e a estabilização do estado de transição através de interações intermoleculares, tais como ligações de hidrogênio, interações eletrostáticas, efeitos hidrofóbicos e forças de van der Waals. Resultados promissores do estudo cinético demonstram que o complexo é um sítio ativo para a hidrólise de ésteres de fosfato, e que o ferroceno potencializa cataliticamente essa reação. Os resultados sugerem aplicações em áreas como degradação de pesticidas e organofosforados, além do uso potencial no tratamento de doenças como osteoporose, câncer e depressão.