Estudos eletroquímico e de teoria do funcional da ...1.Compostos de coordenação 2. Cronoamperometria 3. Química teórica ... maiores valores de carga no grupo NO e na banda de

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÂNICA E INORGÂNICA

PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA INORGÂNICA

Estudos eletroquímico e de teoria do funcional da densidade(DFT) de nitrosilocomplexos de rutênio

Sérgio Xavier Barbosa Araújo

Orientador: Luiz Gonzaga de França Lopes

Dissertação submetida à Coordenação do Curso de Pós-Graduação em Química Inorgânica como requisito parcial para a obtenção do grau de mestre.

Fortaleza, 2007

Ficha catalográfica elaborada pela Bibliotecária Ana Cristina Azevedo U. Melo CRB-3/572

A691e Araújo, Sérgio Barbosa Estudos eletroquímico e de teoria do funcional da densidade (DFT) de nitrosilo complexos de rutênio / Sérgio Xavier Barbosa Araújo. 88f., il. color. enc.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2007. Área de Concentração : Química Inorgânica

Orientador: Prof. Dr. Luiz Gonzaga de França Lopes

1.Compostos de coordenação 2. Cronoamperometria 3. Química teórica I.Lopes, Luiz Gonzaga de França (orient.) II.Universidade Federal do Ceará – Pós-Graduação em Química Inorgânica III. Título

CDD 546

A meus pais e irmãos por tudo...

Agradecimentos

Ao professor Luiz Gonzaga de França Lopes pela orientação desde a iniciação

científica até agora.

A todos os professores que de algum modo contribuíram para minha formação.

Ao Ordelei por tudo que aprendi no laboratório desde o início.

A Régia, Elisane e Pedro pela companhia, amizade, paciência, etc, não

necessariamente nesta ordem.

(Ok, agora sem citar nomes porque se o fizer vou esquecer alguém)

A todos que fizeram ou fazem parte do grupo de bioinorgânica, pela amizade,

convivência diária e conversas, sérias ou não.

A CAPES pela bolsa concedida.

Resumo

Neste trabalho foi realizado o estudo de liberação de NO por meio de

processos eletroquímicos e cálculos de DFT de nitrosilocomplexos de rutênio

do tipo cis,trans-[Ru(bpy)2LNO]3+, onde L= isonicotinamida, imidazol e sulfito, e

do tipo trans-[Ru(NH3)4LNO]3+, onde L= imidazol, cafeína e teofileno

coordenados via carbono, com o objetivo de relacionar propriedades

experimentais a resultados de cálculos teóricos para identificar tendências e

contribuir para a modulação de novos compostos.

O estudo eletroquímico das espécies mostrou que os compostos podem

liberar o NO após redução do NO no complexo e que a constante de liberação

é dependente do ligante L coordenado ao centro metálico. As constantes foram

calculadas pela cronoamperometria de dupla varredura e variaram de 0,183 s-1

para o complexo cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ a 3 s-1 para o complexo trans-

[Ru(NH3)4(teofileno)NO]3+.

O estudo por DFT foi realizado com dois funcionais, LDA – PWC e GGA

– BLYP, de modo a verificar a relação entre as condições de cálculo e

proximidade dos dados obtidos com os resultados experimentais.

O funcional LDA – PWC mostrou menores comprimentos de ligação e

maiores valores de carga no grupo NO e na banda de estiramento NO no

espectro calculado de infravermelho que o funcional GGA- BLYP.

Os cálculos de DFT para os complexos mostraram boa correlação

quando seus resultados foram comparados a propriedades experimentais dos

complexos, em correlações lineares com r ≈ 0,9. O funcional LDA – PWC

forneceu as melhores correlações.

Abstract

In this work was performed the study of electrochemical NO release and

DFT calculations of nitrosylcomplexes of ruthenium like cis,trans-

[Ru(bpy)2LNO]3+, where L= isonicotinamide, imidazole e sulfite, and trans-

[Ru(NH3)4LNO]3+, where L= caffeine e theophylline bound by the carbon atom,

with the purpose of identify trends and contribute to modulation of new

compounds.

The electrochemical study of the species has shown that the compounds

can release NO after reduction and the rate constant is dependent of the L

ligand coordinated to the metallic center. The rates were calculated by double

step chronoamperometry and range from 0,183 s-1 for cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ to

3 s-1 for trans-[Ru(NH3)4(theophylline)NO]3+.

The DFT study was performed with two functionals, LDA – PWC and

GGA – BLYP, to verify the relationship between the theorical calculation

conditions and the proximity to the experimental data.

The LDA – PWC functional has shown shorter bond lengths and larger

charges in NO group and larges NO stretching frequency in FT-IR calculated

spectra as well, than the GGA – BLYP functional.

The relation between the DFT results and experimental data was good,

with linear behavior and r ≈ 0,9. The LDA – PWC gave best fits in the relations.

Sumário

Introdução 01

O óxido nítrico 01

Funções biológicas do óxido nítrico 03

O óxido nítrico e o sistema circulatório 04

O óxido nítrico e o sistema nervoso central 05

O óxido nítrico e o sistema imunológico 05

Doadores de óxido nítrico 05

Complexos metálicos como possíveis doadores de óxido nítrico

07

Justificativa e objetivos 08

Metodologia 09

Reagentes 09

Síntese dos complexos 09

Equipamentos e técnicas experimentais 12

Voltametria Cíclica e Voltametria de Onda Quadrada 12

Medidas de cronoamperometria 13

Cálculos teóricos 13

Espectroscopia Vibracional 14

Resultados e Discussão 15

1.0 - Estudo eletroquímico dos complexos. 15

1.1 – Complexos cis-[Ru(bpy)2LNO] e trans-[Ru(bpy)2SO3NO], onde L= ImN, isn e SO3

2-

16

1.2 Complexos trans-[Ru(NH3)4LNO]Cl3 , onde L = cafeína ou

teofileno

26

2.0 – Correlação dos cálculos de DFT e resultados experimentais

30

2.1 – Complexos [Ru(bpy)2LNO]3+ e funcional LDA - PWC 30

2.2 – Complexos [Ru(bpy)2LNO]3+ e funcional GGA – BLYP 42

2.3 – Complexos [Ru(NH3)4LNO]3+, onde L=imdidazol, cafeína e

teofileno coordenados via carbono

52

Considerações Finais 65

Referências Bibliográficas 66

Índice de Figuras Figura 1 – Diagrama simplificado de orbitais Moleculares para o radical

NO.

01

Figura 2 – Geometrias de coordenação do NO a um centro metálico. 02

Figura 3 - Biossíntese do NO. 04

Figura 4 – Liberação de NO no nitroprussiato de sódio. 06

Figura 5 – Voltamograma cíclico do íon complexo cis-

[Ru(bpy)2IsnNO]3+ em solução aquosa de NaCF3COO 1 Mol

L-1 pH=1. Potencial aplicado usando eletrodo de carbono

vítreo como trabalho e Ag/AgCl como referência.

17


[Ru(bpy)2ImNNO]3+ em solução aquosa de NaCF3COO 1

Mol L-1, pH 3,4. Potencial aplicado usando eletrodo de

carbono vítreo como trabalho e Ag/AgCl como referência.

17


[Ru(bpy)2SO3NO]+ em solução aquosa de NaCF3COO 1 Mol

L-1, pH 3,4. Potencial aplicado usando eletrodo de carbono

vítreo como trabalho e Ag/AgCl como referência

18

Figura 8 – Voltamograma cíclico do íon complexo trans-


L-1, pH3,4. Potencial aplicado usando eletrodo de carbono

vítreo como trabalho e Ag/AgCl como referência

18

Figura 9 – Voltamograma de onda quadrada do íon complexo cis-

[Ru(bpy)2isnNO]3+ em solução aquosa de NaCF3COO 1 Mol

L-1. Potencial aplicado usando eletrodo de carbono vítreo

como trabalho e Ag/AgCl como referência.

20


[Ru(bpy)2ImNNO]3+ em solução aquosa de NaCF3COO 1

Mol L-1, pH 3,4. Potencial aplicado usando eletrodo de


20





21

Figura 12 – Voltamograma de onda quadrada do íon complexo trans-




21

Figura 13 – Cronoamperograma do íon complexo cis-



vítreo como trabalho e Ag/AgCl como referência. Tempo de

troca 1250ms, potencial de redução -290mV, potencial de

oxidação 10mV.

23

Figura 14 – Correlação entre a constante k-NO e o potencial

eletroquímico do NO coordenado.

24

Figura 15 – Correlação entre a constante k-NO e o potencial

eletroquímico do aquacomplexo formado.

24

Figura 16 – Correlação entre a constante k-NO e a banda de

estiramento NO no infravermelho.

25

Figura 17 – Correlação entre a constante k-NO e o somátorio dos

parâmetros de Lever.

26


[Ru(NH3)4cafeínaNO]3+ em solução aquosa de NaCF3COO 1

Mol L-1 pH=3,4. Potencial aplicado usando eletrodo de


26


[Ru(NH3)4teofilenoNO]3+ em solução aquosa de NaCF3COO

1 Mol L-1, pH 3,4. Potencial aplicado usando eletrodo de


27

Figura 20 – Correlação entre a constante k-NO e o potencial do NO

coordenado.

28

Figura 21 – Correlação entre a constante k-NO e o potencial do NO

coordenado.

28

Figura 22 – Estrutura otimizada com o funcional LDA - PWC do íon

complexo cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+.

31


complexo cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+.

31


complexo cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+.

32


complexo trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+.

32

Figura 26 – Correlação entre o potencial do NO coordenado e a

distância Ru-N.

33


distância N-O.

34

Figura 28 – Correlação entre o potencial do NO coordenado e o ângulo

Ru-N-O.

34

Figura 29 – Orbital LUMO do íon complexo cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+. 35

Figura 30 – Orbital LUMO do íon complexo cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+. 36

Figura 31 – Orbital LUMO do íon complexo cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+. 36

Figura 32 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+. 36

Figura 33 – Correlação entre a energia do orbital LUMO e o potencial

redox do NO coordenado.

37

Figura 34 – Espectro vibracional do íon complexo cis-

[Ru(bpy)2isnNO]3+ em pastilha de KBr (sal de PF6) (-) e o

calculado por DFT (-) entre 3750 e 400cm-1.

39


[Ru(bpy)2ImNNO]3+ em pastilha de KBr (sal de PF6) (-) e o


39


[Ru(bpy)2SO3NO]+ em pastilha de KBr (sal de PF6) (-) e o


39

Figura 37 – Espectro vibracional do íon complexo trans-



40

Figura 38 – Correlação entre os valores experimentais e teóricos das

bandas de estiramento NO para os complexos trabalhados.

41

Figura 39 – Correlação entre o valor teórico das bandas de estiramento

NO e a constante k-NO para os complexos trabalhados.

41

Figura 40 – Estrutura otimizada com o funcional GGA - BLYP do íon

complexo cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+.

42


complexo cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+.

42


complexo cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+.

43


complexo trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+.

43


distância Ru-N.

44


distância N-O.

45

Figura 46 – Orbital LUMO do íon complexo cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+. 45

Figura 47 – Orbital LUMO do íon complexo cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+. 46

Figura 48 – Orbital LUMO do íon complexo cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+. 46

Figura 49 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+. 46

Figura 50 – Correlação entre a energia do orbital LUMO e o potencial


47

Figura 51 – Correlação entre a carga do grupo NO e o potencial redox

do NO coordenado.

48

Figura 52 – Correlação entre a carga do grupo NO e o pKNO. 48


[Ru(bpy)2isnNO]3+ em pastilha de KBr (sal de PF6) (-) e o


49


[Ru(bpy)2ImNNO]3+ em pastilha de KBr (sal de PF6) (-) e o


49




50


[Ru(bpy)2SO3NO]+ e o calculado por DFT e em pastilha de

KBr(-)(sal de PF6) (-) entre 3500 e 400cm-1.

50

Figura 57 – Correlação entre os valores experimentais e teóricos das

bandas de estiramento NO para os complexos trabalhados.

51

Figura 58 – Correlação entre o valor teórico das bandas de estiramento

NO e a constante k-NO para os complexos trabalhados.

51


complexo trans-[Ru(NH3)4cafNO]3+.

52


complexo trans-[Ru(NH3)4teoNO]3+.

53


complexo trans-[Ru(NH3)4Imk2NO]3+.

53


complexo trans-[Ru(NH3)4cafNO]3+.

53


complexo trans-[Ru(NH3)4teoNO]3+.

54


complexo trans-[Ru(NH3)4Imk2NO]3+.

54

Figura 65 – Correlação entre o potencial do NO e a distância N-O nos

complexos.

55

Figura 66 – Correlação entre o potencial do NO e a distância Ru-N nos

complexos.

56

Figura 67 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(NH3)4cafNO]3+,

funcional LDA - PWC.

57

Figura 68 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(NH3)4teoNO]3+,


57

Figura 69 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(NH3)4Imk2NO]3+,


57

Figura 70 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(NH3)4cafNO]3+,

funcional GGA - BLYP.

58

Figura 71 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(NH3)4teoNO]3+,


58

Figura 72 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(NH3)4Imk2NO]3+,


58

Figura 73 – Correlação entre o potencial do NO e a energia do orbital

LUMO.

59


[Ru(NH3)4cafNO]3+, em pastilha de KBr (sal de Cl-) (-) e o

calculado com o funcional LDA - PWC (-) entre 3500 e

400cm-1.

61


[Ru(NH3)4teoNO]3+, em pastilha de KBr (sal de Cl-) (-) e o

calculado com o funcional LDA - PWC (-) entre 3500 e

400cm-1.

61


[Ru(NH3)4Imk2NO]3+ calculado com o funcional LDA - PWC

(-) e em pastilha de KBr (sal de Cl-) (-) entre 3500 e 400cm-1.

61


[Ru(NH3)4cafNO]3+, em pastilha de KBr (sal de Cl-) (-) e o

calculado com o funcional GGA - BLYP (-) entre 3500 e

400cm-1.

62


[Ru(NH3)4teoNO]3+ calculado com o funcional GGA – BLYP


62


[Ru(NH3)4Imk2NO]3+ calculado com o funcional GGA - BLYP


62

Figura 80 – Correlação entre a posição da banda de estiramento NO

no infravermelho experimental e teórica para os complexos.

63

Figura 81 – Correlação entre o potencial do NO e a posição da banda

de estiramento NO no infravermelho para os complexos.

64

Índice de Tabelas Tabela 1 – Valores de potencial de meia onda para o processo

NO+/NO0 para os complexos.

16

Tabela 2 – Valores de potencial de meia onda para o processo

Ru2+/Ru3+ para os complexos.

22

Tabela 3 – Valores de k-NO para os complexos. 23

Tabela 4 – Valores teóricos para as distâncias de ligação N-O e o

ângulo Ru-N-O para os complexos.

32

Tabela 5 - Energia do orbital LUMO para os complexos. 35

Tabela 6 - Carga teórica no grupo NO pela análise de Mulliken e pKNO

experimental para os complexos.

38

Tabela 7 - Posição da banda de estiramento da ligação N-O

experimental e teórica para os complexos.

40

Tabela 8 – Valores teóricos para as distâncias de ligação Ru-N, N-O e

o ângulo Ru-N-O para os complexos.

44


Tabela 10 - Carga teórica no grupo NO pela análise de Mulliken e pKNO

experimental para os complexos.

48

Tabela 11 - Posição da banda de estiramento da ligação N-O


50

Tabela 12 – Valores teóricos para as distâncias de ligação Ru-N e N-O

para os complexos.

55


Tabela 14 - Carga teórica no grupo NO pela análise de Mulliken para

os complexos.

60

Tabela 15- Posição da banda de estiramento da ligação N-O


63

Lista de abreviaturas BLYP Funcional de Becke-Lee-Yang-Parr

bpy 2,2’-bipiridina

caf Cafeína

cGMP Guanosilmonofosfato cíclico

DFT Density Functional Theory – Teoria do Funcional da Densidade

E1/2 Potencial de meia-onda

ECE electrochemical-chemical-electrochemical / eletroquímico-químico-

eletroquímico

EDRF Endothelium Derived Relaxing Factor – Fator Relaxante Derivado

do Endotélio

FT-IR Espectroscopia vibracional na região do infravermelho com

transformada de Fourier

GGA Generalized Gradient Approximation – Aproximação por gradiente

generalizado

ImN Imidazol coordenado via Nitrogênio

Imk2 Imidazol coordenado via carbono 2

isn Isonicotinamida

LDA Local Density Approximation – Aproximação por densida local

LUMO lowest unoccupied molecular orbital – orbital molecular desocupado

de energia mais baixa

NANC Non-Adrenergic, Non-Cholinergic – Não Adrenérgica, Não

Colinérgica

NaTFA Trifluoracetato de Sódio

NO Óxido Nítrico

NOS Nitric Oxide Synthase

pKNO pH de interconversão das formas NO+ e NO2-

PWC Funcional de

SNAP S-nitroso-N-acetil-D-penicilamina

SNP Sodium Nitroprusside – Nitroprussiato de Sódio

teo teofileno

UV-VIS Espectroscopia eletrônica na região do ultravioleta de do visível

1

Introdução

O óxido nítrico

O óxido nítrico(NO) é um gás incolor[1] que possui em sua estrutura apenas

um átomo de nitrogênio e um de oxigênio, o que acarreta um número impar de

elétrons e o torna um radical.[2, 3] Tal fato faz com que possua elevada reatividade.

Observando o diagrama simplificado de orbital molecular do NO (Figura 1) verifica-

se que o elétron desemparelhado ocupa um orbital π*, o que leva a ligação N-O a

possuir um caráter intermediário entre uma ligação dupla e uma tripla.[2] A

distância de ligação da espécie neutra é de 1,15 Å, e a banda de estiramento para

a ligação N-O no infravermelho é observada em 1840 cm-1.[2]

Figura 1 – Diagrama simplificado de orbitais Moleculares para o radical NO.[3]

É possível tanto haver a oxidação do NO a NO+ (nitrosônio) quanto sua

redução a NO- (nitroxila), assim como a reação com o oxigênio pode levar à

formação de NO2.[3] A distância de ligação para o NO+ é de 1,06 Å e sua banda de

estiramento quando livre de coordenação ocorre entre 2150 e 2400 cm-1, a

depender do contra-íon.[2] Tal fato é importante para o entendimento da química

de coordenação do óxido nítrico, uma vez que a mudança no estado de oxidação

2

do mesmo afeta suas características, podendo vir a desestabilizar ou estabilizar a

ligação metal-NO.

A coordenação do NO a um centro metálico pode se dar em duas

geometrias (Figura 2), angular e linear, sendo a coordenação linear associada à

forma NO+ e a forma angular às formas reduzidas NO0 e NO-.[4]

M

N

O

M

N

O

M

N

O

Linear Angular

Figura 2 – Geometrias de coordenação do NO a um centro metálico.

A geometria linear é na verdade um híbrido das estruturas mostradas, onde

a ligação π entre o metal e o NO enfraquece a tripla ligação do N≡O. Isso se deve

ao orbital envolvido na ligação π M-NO ser um orbital π* da molécula de NO. Uma

vez que existe uma diminuição da ordem de ligação N-O, a banda do estiramento

desta ligação é observada em valores de número de onda inferiores a 2000 cm-1.

A caracterização do estado de oxidação do NO coordenado apenas em função da

sua banda de estiramento é difícil, devido à grande superposição entre as regiões

do estiramento da ligação do NO coordenado em seus diferentes estados de

oxidação, embora freqüências acima de 1900 cm-1 sejam indicadoras da forma

NO+.[5]

O NO+ é isoeletrônico ao cianeto e monóxido de carbono, ligantes fortes

com grande poder π-receptor, e assim pode formar complexos estáveis com

centros metálicos no estado reduzido. Isso torna possível uma transferência

eletrônica intramolecular, conforme mostrada pelas equações I e II.[4]

Mn+ + NO0 → Mn+-NO0 (Equação I)

Mn+-NO0 → M(n-1)+-NO+ (Equação II)

3

Como as espécies possuem mesma carga e ocorre grande sobreposição da

banda de estiramento do NO no infravermelho, em alguns casos é difícil a

identificação da formulação correta do composto. Para que mesmo nos casos

duvidosos fosse possível haver uma idéia do tipo de composto obtido, Enemark e

Feltham propuseram uma notação[3] onde a espécie seria representada por

{M(NO)x}n, onde x designa a quantidade de moléculas de NO coordenadas ao

metal e n é a soma do número de elétrons d do metal e o número de elétrons nos

orbitais π* do NO.

Funções biológicas do óxido nítrico

Até a década de 1980 acreditava-se que o NO+, tal qual cianeto e monóxido

de carbono, ligava-se irreversivelmente a centros metálicos, sendo ele então visto

unicamente como veneno, uma vez poderia levar a uma paralisação do transporte

de oxigênio e da cadeia respiratória.[3] Tal visão mudou a partir do momento que

as funções biológicas do NO foram descobertas onde em concentrações

adequadas ele possui ações benéficas, embora em grandes quantidades seus

malefícios sejam predominantes.

A descoberta das diferentes funções do NO no organismo foi resultado de

quatro estudos independentes:[6]

• nitratos endógenos e toxidade dos macrófagos;

• atividade da azida de sódio no metabolismo ativo dos nitratos;

• descoberta e caracterização do fator relaxante derivado do endotélio

(EDRF – endothelium derived relaxing factor);

• identificação da natureza da transmissão Não-Adrenérgica, Não-

Colinérgica (NANC).

O resultado destas pesquisas foi a identificação do NO como responsável

pelos efeitos biológicos observados. A biossíntese do NO é realizada a partir da L-

arginina, em um ciclo que não só regenera a L-arginina como consome o excesso

de nitrogênio proveniente do metabolismo celular.[6, 7] Esta síntese, mostrada na

Figura 3, requer a participação de uma das isoformas da enzima NOS (nitric oxide

synthase).

4

Figura 3 - Biossíntese do NO.

Uma vez produzido, o NO por possuir polaridade moderada pode se difundir

através da membrana celular,[1, 2, 6] o que leva a um não armazenamento do NO

pela célula, sendo sua síntese iniciada quando é preciso e sua ação rápida e in

situ. Ainda assim, quando a produção de NO é realizada em excesso, tióis

existentes in vivo, por exemplo, cisteína, podem atuar como carreadores do

mesmo, capturando-o, podendo líberá-lo depois, deste modo prolongando a ação

do mesmo,[2, 6] como apresentado de forma genérica e não-balanceada na

equação III.

RSH + NO → RSNO (Equação III)

O óxido nítrico e o sistema circulatório

A principal atuação do NO dentro do sistema circulatório é sua participação

na relaxação dos vasos, causando assim uma diminuição da pressão arterial. Tal

ação é realizada indiretamente com o NO estimulando a síntese de cGMP, que

regula a abertura dos canais de cálcio e assim promove a relaxação da

5

musculatura que envolve os vasos sangüíneos. Esta relaxação leva a uma

diminuição da pressão arterial.[2, 6]

Além da regulação da pressão, o NO inibe a agregação plaquetária[6, 8] e o

depósito de lipídios como o colesterol na parede das artérias. Deste modo uma

diminuição na produção de NO pode levar a aterosclerose. [8] A presença de um

ateroma reduz a capacidade de relaxação da artéria, assim como reduz o espaço

onde se dá o fluxo sangüíneo, levando então a um quadro hipertensivo. [6, 8]

O óxido nítrico e o sistema nervoso central

O NO satisfaz a maior parte dos critérios associados a

neurotransmissores[2, 6]. Sua ação como tal está associada a respostas sinápticas

de longa duração e como modulador no hipocampo, na memória e no

aprendizado[1, 2, 6].

O óxido nítrico e o sistema imunológico

Óxido nítrico é produzido em larga escala nos macrófagos como gerador de

espécies radicalares como peróxido ou peróxinitrito, para o combate a fungos,

bactérias, tumores, entre outros[2, 6, 9].

Devido ao NO poder gerar tais espécies danosas quando em alta

concentração, sua síntese necessita de grande controle pelo organismo.

Doadores de óxido nítrico

Existem diversas classes de compostos que podem atuar como doadores

de NO.[10] Historicamente, as primeiras classes de compostos utilizados com tal

função, ainda que seu mecanismo de ação fosse desconhecido à época foram

nitratos orgânicos, como por exemplo, a nitroglicerina,[9, 10] ou complexos

metálicos, tendo como principal composto o nitroprussiato de sódio (SNP).[2, 10-15]

6

O nitroprussiato de sódio é o principal agente vasodilatador utilizado

clinicamente, porém como desvantagem possui liberação de cianeto concomitante

à liberação de NO,[12] mostrada na Figura 4, que torna seu uso limitado a uma

dose máxima de 10mg/kg/min, sendo que após 10 minutos a esta dose o uso deve

ser suspenso devido a risco de toxicidade.[13] Simultaneamente ao uso do

nitroprussiato é utilizado tiossulfato de sódio como capturador de cianeto, gerando

tiocianato.[14]

Figura 4 – Liberação de NO no nitroprussiato de sódio.[12]

Atualmente outras importantes classes de doadores de NO são constituídas

por S-nitroso-tióis, tendo como um de seus principais compostos o S-nitroso-N-

acetil-D-penicilamina (SNAP) e seus derivados,[10] N-nitrosaminas, normalmente

associadas a terapias anti-câncer,[10] entre outros.

7

Complexos metálicos como possíveis doadores de óxido nítrico

O sucesso do nitroprussiato de sódio como composto vasodilatador, mesmo

com sua toxidez, motivou o estudo de outros complexos metálicos que poderiam

atuar como doadores de NO in vivo ainda havendo a possibilidade de modular

esta liberação, de modo a obter maior controle na vasodilatação ou um efeito mais

duradouro.

Em complexos do tipo trans-[Ru(NH3)4LNO]n+ é reportado que o NO

coordenado possui o ligante NO na forma NO+, o que possibilita a liberação de NO

via redução, química ou eletroquímica, ou fotoquimicamente.[16-21] É reportado que

se este ligante L possui um forte efeito trans labilizante, a liberação de NO se dá

de forma mais rápida.[21, 22] Dentre estes complexos, o que possui L=trietilfosfito

(P(OCH2CH3)3) mostrou um ligante fortemente trans labilizante aliado a um

potencial acessível biologicamente.[22]

8

Justificativa e objetivos

No desenvolvimento de compostos que possam atuar como doadores de

NO in vivo faz-se necessário um estudo das diversas propriedades dos compostos

existentes e relacioná-las às propriedades do NO coordenado. Assim sendo, este

trabalho tem por objetivo estudar propriedades de nitrosilo-complexos, sejam elas

determinadas teoricamente por DFT ou experimentalmente como a cinética de

liberação do NO, por exemplo, e correlacioná-las de modo a identificar tendências

na reatividade do NO.

9

Metodologia

Reagentes Os reagentes RuCl3.XH2O (Aldrich), imidazol (Aldrich), isonicotinamida

(Aldrich), 2,2’-bipiridina (bpy) (Aldrich), hexafluorfosfato de amônio (Aldrich), iodeto

de sódio (Vetec), ácido clorídrico (Synth), cafeína (Aldrich), teofileno (ICN

biomedicals), nitrito de sódio (Fluka) sulfito de sódio (Vetec) foram utilizados sem

qualquer tratamento prévio.

Os solventes etanol (Merck), metanol (Merck), acetona (Merck) e ácido

trifluoracético (Aldrich) foram utilizados nas sínteses dos compostos e também não

passaram por nenhum tratamento prévio.

Todos os procedimentos foram realizados sob atmosfera de argônio,

quando necessário.

Síntese dos complexos

Os compostos [Ru(NH3)5Cl]Cl2[23], trans-[Ru(NH3)4SO2Cl]Cl[23] e cis-

[Ru(bpy)2Cl2].2H2O[24, 25], trans-[Ru(NH3)4LCl]Cl2, onde L=cafeína e teofileno

coordenados via carbono[26] foram sintetizados conforme descrito na literatura.

A caracterização dos complexos sintetizados foi condizente com os dados

encontrados na literatura.

• cis-[Ru(bpy)2LNO2]PF6, (L=isonicotinamida e imidazol)[27]

150 mg (0,20 mmol) do complexo cis-[Ru(bpy)2Cl2].2H2O são dissolvidos

em 20mL de uma solução água/etanol 50%, sendo adicionado o ligante L

em proporção de 1:1,4 (0,28 mmol do ligante) e a reação é mantida em

refluxo por 1 hora, ao abrigo da luz. É adicionado, então, nitrito de sódio na

proporção molar de 1:1,4 (0,28mmol do ligante) e o refluxo mantido por

mais 2 horas, ainda ao abrigo da luz. A solução tem seu volume reduzido à

metade por emprego de um rotaevaporador e é adicionado 1 g de NH4PF6,

10

ocorrendo a precipitação do composto. Rendimento >75%. cis-

[Ru(bpy)2ImNNO2]PF6 : UV-VIS, H2O 243 nm (ε = 2,19 x 104), 286 nm (ε =

4,45 x 104), 412 nm (ε = 7,3 x 103); E1/2 = 745 mV, Ag/AgCl; cis-

[Ru(bpy)2isnNO2]PF6 : UV-VIS, H2O 243 nm (ε = 1,80 x 104), 285 nm (ε =

3,75 x 104), 408 nm (ε = 9,04 x 103); E1/2 = 965 mV, Ag/AgCl;

• cis-Na[Ru(bpy)2SO3NO2][28]

150mg (0,20mmol) do complexo cis-[Ru(bpy)2Cl2].2H2O são dissolvidos em

20mL de uma solução água/etanol 50%, sendo adicionado sulfito de sódio

em proporção de 1:1,4 (0,28 mmol) e a reação é mantida em refluxo por 1

hora, ao abrigo da luz. É adicionado, então, 0,28 mmol de nitrito de sódio e

o refluxo mantido por mais 2 horas, ainda ao abrigo da luz. A solução tem

seu volume reduzido à metade por meio de um rotaevaporador e é

adicionado 1 g de iodeto de sódio, ocorrendo a precipitação do composto.

Rendimento >75%. UV-VIS, H2O 242 nm (ε = 1,25 x 104), 286 nm (ε = 6,20

x 104), 405 nm (ε = 1,02 x 103); E1/2 = 450 mV, Ag/AgCl;

• cis-[Ru(bpy)2LNO](PF6)3, (L=isonicotinamida, imidazol)[27]

0,20 mmol (192 mg para L=imidazol e 203 mg para L=isonicotinamida) do

complexo cis-[Ru(bpy)2LNO2]PF6 são dissolvidos em 7mL de metanol e 1mL

de ácido trifluoracético 70% e a reação prossegue sob agitação e atmosfera

inerte por 1hora. Para a precipitação é adicionado 1 g de NH4PF6.

Rendimento >80%. cis-[Ru(bpy)2ImNNO](PF6)3 : UV-VIS, H2O 296 nm (ε =

2,45 x 104), 325 nm (ε = 8,92 x 103); E1/2 = 208 mV, Ag/AgCl; FT-IR νNO

1944 cm-1 cis-[Ru(bpy)2isnNO](PF6)3 : UV-VIS, H2O 298 nm (ε = 1,45 x 104),

326 nm (ε = 8,27 x 103); E1/2 = 340 mV, Ag/AgCl; FT-IR νNO 1948 cm-1

• cis-[Ru(bpy)2SO3NO]PF6[28]

150mg (0,27mmol) do complexo cis-Na[Ru(bpy)2SO3NO2] são dissolvidos

em 7mL de metanol e 1mL de ácido trifluoracético 70% e a reação

11

prossegue sob agitação e atmosfera inerte por 1hora. Para a precipitação é

adicionado 1 g de NH4PF6. Rendimento >80%. UV-VIS, H2O 294 nm (ε =

1,37 x 104), 321 nm (ε = 1,11 x 104); E1/2 = -140 mV, Ag/AgCl; FT-IR νNO

1911 cm-1

• cis-[Ru(bpy)2SO3H2O][28]

80mg (0,26mmol) de trans-[Ru(NH3)4SO2Cl]Cl são dissolvidos em 5,0mL de

água, sob fluxo de argônio. Em seguida, adicionam-se 82,25mg (0,52mmol)

de bipiridina (bpy), deixando reagir por 2 horas. Após este tempo evapora-

se com auxílio de um rotaevaporador o solvente até a secura e adiciona-se

para a precipitação etanol. Rendimento >80%. UV-VIS, H2O 243 nm (ε =

1,67 x 104), 294 nm (ε = 4,18 x 104), 345 nm (ε = 5,32 x 103), 474 nm (ε =

3,78 x 103); E1/2 = 380 mV, Ag/AgCl;

• trans-[Ru(bpy)2SO3NO]PF6[28]

60mg (0,12mmol) de cis-[Ru(bipy)2SO3H2O] são dissolvidos em 5,0mL de

ácido trifluoracético 2mol.L-1, sob fluxo de argônio. Em seguida adicionam-

se 40mg (0,58mmol) de NaNO2, deixando reagir por 2 horas. Após este

tempo evapora-se o solvente até a secura com um rotaevaporador e

adiciona-se, para a precipitação, 1mL de uma solução aquosa saturada

com NH4PF6. Rendimento >80%. UV-VIS, H2O 284 nm (ε = 4,7 x 104), 310

nm (ε = 3,08 x 104); E1/2 = -340 mV, Ag/AgCl; FT-IR νNO 1887 cm-1

• trans-[Ru(NH3)4LNO]Cl3, onde L=cafeína e teofileno coordenados via

carbono.[29]

100mg (0,23mmol) do complexo trans-[Ru(NH3)4LCl]Cl2 são dissolvidos em

5mL de água pH≈5,0 em um borbulhador e adiciona-se amálgama de zinco

e mercúrio. Após 1 hora, transfere-se para um balão contendo 2mL de

ácido clorídrico 2mol.L-1. A este adiciona-se 200mg (2,89mmol) de nitrito de

sódio, com o tempo de reação igual a 30 minutos. Evapora-se até próximo à

secura com um rotaevaporador e adiciona-se acetona como precipitante.

12

trans-[Ru(NH3)4(teofileno)NO]Cl3: UV-VIS, H2O pH 1,0: 214 nm (ε = 4,58 x

104), 265 nm (ε = 2,07 x 104), 326 nm (ε = 7,61 x 103), 362 nm (ε = 5,56 x

103); E1/2 = -440 mV, Ag/AgCl; FT-IR ν NO 1916 cm-1 trans-

[Ru(NH3)4(cafeína)NO]Cl3 : UV-VIS, H2O 235 nm (ε = 8,9 x 103), 270 nm (ε

= 5,06 x 103), 334 nm (ε = 4,97 x 102), 374 nm (ε = 1,53 x 103); E1/2 = -345

mV, Ag/AgCl; FT-IR ν NO 1916 cm-1

Equipamentos e técnicas experimentais

Voltametria Cíclica e Voltametria de Onda Quadrada

A voltametria cíclica foi utilizada para avaliar o comportamento

eletroquímico dos complexos. A análise consiste na aplicação de um potencial que

varia a uma velocidade constante em função do tempo, nos sentidos de oxidação

e redução em um mesmo experimento e mede-se a resposta de corrente a esta

variação de potencial. A existência de processos redox causa um incremento de

corrente. A partir da análise dos seguimentos anódicos e catódicos pode-se

avaliar a reversibilidade do processo eletroquímico.

A voltametria de onda quadrada foi utilizada para investigar a existência de

reações paralelas às reações redox na superfície do eletrodo. Ela difere da

voltametria cíclica por 1) a varredura de dá apenas no sentido de oxidação ou

redução, não em ambos; 2) a variação do potencial não se dá de forma linear,

havendo a aplicação de pulsos e a medida de corrente é feita no início e no final

do pulso, sendo a resposta a diferença da corrente em um pulso; 3) A

sensibilidade é superior, ao utilizar como resultado esta variação de corrente,

elimina-se a corrente residual não envolvida no processo redox.

Para a obtenção dos voltamogramas foi utilizado um sistema eletroquímico

da Bioanalytical System Inc., modelo BAS100B. Utilizou-se uma cela três

eletrodos sendo o eletrodo de trabalho de carbono vítreo, o auxiliar de platina e o

13

de referência de Ag/AgCl. Como eletrólito suporte foi utilizada uma solução de

trifluoracetato de sódio (NaTFA) 1 mol.L-1 pH 3,4.

Medidas de cronoamperometria

Foi utilizada para determinar as constantes de velocidade das reações

acopladas vistas pela voltametria de onda quadrada. A cronoamperometria se

baseia na aplicação de um pulso de potencial constante durante certo período de

tempo e acompanha-se a corrente em função do tempo. Ao se realizar uma

medida de dupla varredura aplica-se durante certo tempo um primeiro pulso de

potencial obtendo-se uma resposta de corrente e a seguir aplica-se um segundo

pulso de potencial, no sentido contrário, obtendo-se uma segunda resposta. Na

ausência de reações acopladas a carga transportada nos sentidos de ida e volta é

a mesma, sendo que na presença de reações acopladas a resposta de corrente

na volta é menor e a partir deste decréscimo é possível de terminar a constante de

velocidade da reação acoplada.

Para obtenção do cronoamperogramas foi utilizado um potenciostato

Microquimica MQPG-1, uma cela de três eletrodos sendo o de trabalho de

carbono vítreo, o auxiliar de platina e o de referência Ag/AgCl. Foi utilizada como

eletrólito suporte uma solução aquosa de trifluoracetato de sódio (NaTFA)

1 mol.L-1, pH 3,4 e concentração do complexo de 10-3 mol.L-1. A temperatura

utilizada foi de 25ºC, controlada por um banho termostático e para desoxigenar a

solução utilizou-se argônio como gás inerte. Os potenciais de redução e oxidação

aplicados foram 150 mV a mais e a menos que o potencial de meia onda do

processo de redox do NO, quando possível, de modo a evitar a aquisição de

quaisquer correntes que interferissem com a do processo redox em questão.

Cálculos teóricos

Para obtenção das propriedades teóricas dos compostos foi utilizado o

programa Material Studio Modeling, versão 3.2, no modo DMol3 (baseado na

teoria do funcional da densidade – density functional theory - DFT) utilizando-se os

14

funcionais LDA – PWC e GGA-BLYP, com um sistema de bases numéricas para

otimização de estrutura e cálculo de propriedades dos complexos.[30]

O cálculo foi realizado com spin irrestritos, devido à possibilidade do arranjo

emparelhado (Ru2+ e NO+) um birradicalar (Ru3+ e NO0). As bases utilizadas foram

bases numéricas DND e DNP, com um critério de convergência da densidade

eletrônica de 10-6.

Espectroscopia Vibracional

A espectroscopia vibracional é utilizada para obter informações a respeito

das ligações encontradas no composto em estudo ao avaliar a absorção de

energia na região do infravermelho, onde estão os níveis vibracionais das

ligações. Ela foi utilizada de modo a correlacionar de modo direto os resultados

teóricos a resultados experimentais.

Para a obtenção dos espectros vibracionais na região do infravermelho

foram utilizadas pastilhas de KBr na região de 400 a 4000 cm-1. Foi utilizado o

espectrofotômetro FT-IR Shimadzu modelo IRPrestige-21.

15

Resultados e Discussão

1.0 - Estudo eletroquímico dos complexos.

O estudo de nitrosilocomplexos de rutênio utilizando técnicas voltamétricas

exibe, de modo geral, um processo reversível, referente ao processo redox

NO+/NO0 do óxido nítrico coordenado ao centro metálico e caso a varredura se

estenda a valores mais negativos de potencial é observado um processo

irreversível referente a reduções multieletrônicas do NO, podendo gerar uma série

de espécies até amônia(a redução de NO+ a amônia envolve 6 elétrons).[31]

O processo do metal Ru3+/Ru2+ normalmente não é observado em meio

aquoso devido à estabilização dos elétrons do metal em seu estado reduzido

causada pela ligação com o NO+.

Além dos processos eletroquímicos gerados pelo composto em análise,

citados anteriormente, é possível a ocorrência de outros processos, que

evidenciam espécies geradas a partir da liberação do NO e sua substituição por

água, de acordo com o mecanismo EQE (eletroquímico-químico-eletroquímico /

electrochemical-chemical-electrochemical) mostrado abaixo.[19, 21, 22, 28, 32, 33]

cis-[RuII(bpy)2L(NO+)]3+ + e– rápida cis-[RuII(bpy)2LNO0]2+ (Equação IV)

cis-[Ru(bpy)2LNO]2+ + H2O k-NO (lenta) cis-[Ru(bpy)2(H2O)L]2+ + NO0 (Equação V)

cis-[Ru(bpy)2(H2O)L]2+ rápida cis-[Ru(bpy)2(H2O)L]3+ + e– (Equação VI)

A aquação do composto reduzido gerado na superfície do eletrodo,

representada pela equação V, causa uma diminuição da resposta de corrente do

processo referente à oxidação do composto com NO0 a NO+ coordenado, em

relação à corrente no processo de redução, e ao aparecimento de um processo

referente ao par Ru2+/Ru3+ do aquacomplexo.

16

O potencial do processo NO+/NO0 é influenciado pela densidade eletrônica

existente no grupo NO coordenado e esta é função da intensidade da retrodoação

do metal para o NO via ligação π. A presença de ligantes que possuam uma forte

acidez π causa uma diminuição de densidade eletrônica no metal e, por

conseguinte diminuem a capacidade do metal em realizar a retrodoação para o

NO. Com a retrodoação deficiente, o grupo NO possui menor densidade eletrônica

e assim, maior tendência de este se apresentar em seu estado oxidado frente ao

reduzido e apresentando o par redox NO+/NO0 em maiores valores de E1/2.[33-35]

1.1 – Complexos cis-[Ru(bpy)2LNO] e trans-[Ru(bpy)2SO3NO], onde L= ImN, isn e SO3

2-

Os voltamogramas cíclicos dos complexos cis-[Ru(bpy)2LNO](PF6)n e trans-

[Ru(bpy)2SO3NO]PF6 (Figuras 5 - 8) exibem um processo reversível atribuído ao

processo redox NO+/NO0 do óxido nítrico coordenado ao centro metálico, sendo

os valores listados na Tabela 1. Os complexos estudados são do tipo [RuNO]6,

com o centro metálico no estado reduzido o e ligante NO na forma NO+.

Tabela 1 – Valores de potencial de meia onda para o processo NO+/NO0 para os complexos.

Complexo E1/2 (mV, vs Ag/AgCl)

cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+ 340

cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ 208

cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ -140

trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ -340

17

800 600 400 200 0

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10C

orre

nte

(μΑ

)

Potencial (mV) Figura 5 – Voltamograma cíclico do íon complexo cis-[Ru(bpy)2IsnNO]3+ em solução aquosa de

NaCF3COO 1 Mol L-1 pH=1. Potencial aplicado usando eletrodo de carbono vítreo como trabalho e Ag/AgCl como referência.

1000 800 600 400 200 0-10

-5

0

5

10

Cor

rent

e (μ

A)

Potencial (mV)

Figura 6 – Voltamograma cíclico do íon complexo cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ em solução aquosa de NaCF3COO 1 Mol L-1, pH 3,4. Potencial aplicado usando eletrodo de carbono vítreo como trabalho

e Ag/AgCl como referência.

18

1000 800 600 400 200 0 -200 -400-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

Corr

ente

(μA)

Potencial (mV)

Figura 7 – Voltamograma cíclico do íon complexo cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ em solução aquosa de NaCF3COO 1 Mol L-1, pH 3,4. Potencial aplicado usando eletrodo de carbono vítreo como trabalho


600 400 200 0 -200 -400

-5

0

5

10

15

20

25

30

Cor

rent

e (μΑ

)

Potencial (mV) Figura 8 – Voltamograma cíclico do íon complexo trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ em solução aquosa de NaCF3COO 1 Mol L-1, pH3,4. Potencial aplicado usando eletrodo de carbono vítreo como trabalho


19

A partir dos potenciais apresentados pelos complexos de geometria cis

verifica-se que quando o ligante L é a isonicotinamida o complexo possui um

maior potencial de oxidação do NO coordenado, seguido de L = imidazol

coordenado via nitrogênio e por fim observa-se que o menor potencial é do ligante

sulfito. Pode-se então sugerir que a isonicotinamida liga-se mais fortemente ao

metal, diminuindo a retrodoação para o NO, sendo seguido pelo imidazol, sendo

ambos os N-heterociclos com características de π−retiradores.[33]

O ligante sulfito por possuir característica apenas de σ-doador, devido a

não haver orbitais de simetria apropriada para uma ligação π, não compete com o

NO em termos de retrodoação, o que leva a uma ligação mais forte entre o centro

metálico e o NO, o que deste modo amplia a densidade eletrônica sobre o NO e

facilitaria sua oxidação, o que causa o menor potencial observado para o par

redox NO+/0.

O complexo trans tem um menor potencial para o processo redox no NO

em relação aos complexos cis, sendo seu valor consistente com a diferença entre

os complexos cis e trans consistente com a observada na literatura para bis-

bipiridinas de rutênio.[36, 37]

Para estudar o comportamento da viabilidade de liberação eletroquímica do

NO, foram realizadas medidas de voltametria de onda quadrada, variando-se o

tempo de repouso onde é aplicado o potencial inicial é aplicado. Os

voltamogramas de onda quadrada a diferentes tempos de repouso do eletrodo são

mostrados nas Figuras 9 a 12 para os complexos.

20

Figura 9 – Voltamograma de onda quadrada do íon complexo cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+ em solução

aquosa de NaCF3COO 1 Mol L-1. Potencial aplicado usando eletrodo de carbono vítreo como trabalho e Ag/AgCl como referência.

Figura 10 – Voltamograma de onda quadrada do íon complexo cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ em solução

aquosa de NaCF3COO 1 Mol L-1, pH 3,4. Potencial aplicado usando eletrodo de carbono vítreo como trabalho e Ag/AgCl como referência.

1000 800 600 400 200 0-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

Cor

rent

e (μΑ

)

Potencial (mV)

0 s 60 s 240 s 600 s

1000 800 600 400 200

-25

-20

-15

-10

-5C

orre

nte

(μΑ

)

Potencial (mV)

0 s 300 s 900 s

21

Figura 11 – Voltamograma de onda quadrada do íon complexo cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ em solução


Figura 12 – Voltamograma de onda quadrada do íon complexo trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ em

solução aquosa de NaCF3COO 1 Mol L-1, pH 3,4. Potencial aplicado usando eletrodo de carbono vítreo como trabalho e Ag/AgCl como referência.

Nos voltamogramas observa-se que um aumento no tempo de repouso leva

a uma diminuição da corrente do processo a direita nos gráficos e um aumento da

corrente relativa aos processos à esquerda. Com base no mecanismo EQE

representado pelas equações IV a VI(página 15),a diferença nos voltamogramas

pode ser explicada por o processo em menores valores de potencial ser referente

à equação IV e o processo em maiores valores de potencial(na Figura 9 o

600 400 200 0 -200 -400

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

Cor

rent

e (μΑ

)

Potencial (mV)

0 s 15 s 30 s 60 s 90 s 120 s

800 600 400 200 0 -200

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 s 60 s 120 s 300 s 600 s

Cor

rent

e (μ

A)

Potencial (mV)

22

processo em ~700mV) ser referente à equação VI. O tempo de repouso reflete o

tempo que a reação representada pela equação V ocorre. Quanto maior o tempo

de repouso, maior a ocorrência da reação de aquação, menor a resposta do

nitrosilocomplexo, pois sua concentração na superfície do eletrodo diminuiu e

maior a resposta do aquacomplexo, pois sua concentração na superfície do

eletrodo é aumentada. Os potenciais dos aquacomplexos são mostrados na

Tabela 2. Tabela 2 – Valores de potencial de meia onda para o processo Ru2+/Ru3+ para os complexos.

Complexo E1/2 (mV, vs Ag/AgCl)

cis-[Ru(bpy)2isnH2O]2+ 710

cis-[Ru(bpy)2ImNH2O]2+ 690

cis-[Ru(bpy)2SO3H2O]0 616

Trans-[Ru(bpy)2SO3H2O]0 376

Observa-se que o complexo cis com isonicotinamida possui o maior valor

de E1/2, seguido por imidazol, sulfito em cis e sulfito em trans, sendo esta a mesma

ordem de potenciais para os nitrosilocomplexos, conforme discutido anteriormente,

uma interação π mais forte leva a uma maior estabilização dos orbitais π ligante,

requerendo assim uma maior energia para oxidá-lo e por fim aumentando o

potencial de oxidação.

Verificam-se ainda nos voltamogramas que ao variar-se o complexo é

necessário um tempo diferenciado para alcançar determinada diminuição da

corrente do nitrosilocomplexo. Isto se deve à diferença da constante de velocidade

k-NO da equação V. Para a determinação da constante de velocidade de liberação

do NO, utilizou-se a cronoamperometria de dupla varredura,[32, 33, 38, 39] onde a

razão entre as correntes catódicas e anódicas em certos valores de tempo no

cronoamperograma é relacionada à constante de velocidade da reação, a partir de

curvas trabalho encontradas na literatura[39]. Um cronoamperograma típico é

mostrado na Figura 13. Os valores determinados de k-NO observados para os

complexos são mostrados na Tabela 3., e estão dentro dos limites de

confiabilidade da técnica, que pode medir constantes de 0,002 a 4 s-1[32].A

23

constante de velocidade para o complexo com isonicotinamida não foi calculada

devido ao fato de no pH do eletrólito utilizado para as medidas(3,4) o complexo

encontrar-se majoritariamente na forma nitro[27].

0 500 1000 1500 2000 2500

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

Cor

rent

e (μ

A)

Tempo (ms)

Figura 13 – Cronoamperograma do íon complexo cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ em solução aquosa de

NaCF3COO 1 Mol L-1, pH 3,4. Potencial aplicado usando eletrodo de carbono vítreo como trabalho e Ag/AgCl como referência. Tempo de troca 1250ms, potencial de redução -290mV, potencial de

oxidação 10mV.

Tabela 3 – Valores de k-NO para os complexos. Complexo k-NO(s-1)

cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ 0,183

cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ 0,347

trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ 1,015

Observa-se que a constante de velocidade de aquação cresce em ordem

inversa ao potencial redox tanto do aquacomplexo quanto do nitrosilocomplexo.

A labilização do NO se dá por dois fatores: 1) o orbital que recebe o elétron

no processo eletroquímico é um orbital com características de orbital π* da ligação

metal-NO, o que leva a um enfraquecimento da ligação; 2) troca do caráter

fortemente π-retirador do ligante NO+ por um caráter predominantemente σ-doador

o ligante NO0.

24

Se o centro metálico está ligado a outro ligante com característica de ácido

π, este está mais apto a acomodar os elétrons que agora passa a receber do NO,

que outro centro metálico ligado apenas a ligantes de características doadoras,

onde a acomodação da densidade eletrônica será “pior” e, portanto desestabiliza a

ligação M-NO em relação ao primeiro caso. As Figuras 14 e 15 ilustram o

comportamento da constante de aquação em função dos potenciais de meia onda

dos nitrosilo-complexos e dos aqua complexos formados após a liberação do NO.

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

E1/

2 NO

0/+ (m

V, v

s Ag

/AgC

l)

k-NO

(s-1)

y = 195 -554xr2 = 0,77

ImN

SO32-(cis)

SO32-(trans)

Figura 14 – Correlação entre a constante k-NO e o potencial eletroquímico do NO coordenado.

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

E H2O

(mV

, vs

Ag/A

gCl)

k-NO (s-1)

Y = 752 -372*Xr2= 0,99

ImN

SO32-(cis)

SO32-(trans)

Figura 15 – Correlação entre a constante k-NO e o potencial eletroquímico do aquacomplexo

formado.

25

É notável ainda a grande diferença entre as constantes de velocidade dos

complexos cis e o complexo trans, que pode ser atribuída em parte ao forte efeito

trans-labilizante do ligante sulfito em relação aos complexos cis que possuem a

bipiridina em trans ao NO. [21, 40, 41]

Além do potencial redox do NO, uma outra característica facilmente obtida

experimentalmente, a freqüência de estiramento da ligação NO também pode ser

usada para buscar uma tendência em relação à liberação do NO

eletroquimicamente. O resultado é mostrado na Figura 16 e verifica-se que o

coeficiente de correlação é melhor que o obtido na relação do potencial

eletroquímico do NO versus k-NO.

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

1870

1880

1890

1900

1910

1920

1930

1940

1950

SO32-(cis)

ν NO (c

m-1)

k-NO

(s-1)

Y = 1946 -65,5*Xr2 = 0.86

ImN

SO32-(trans)

Figura 16 – Correlação entre a constante k-NO e a banda de estiramento NO no infravermelho.

Para modulação de complexos de rutênio, Lever introduziu uma série de

parâmetros[33, 42] dependentes dos ligantes coordenados aos centro meálicoa partir

dos quais era possível estimar o potencial redox do centro metálico no complexo

formado. Utilizando este tipo de parâmetro(ΣEL), uma vez que o potencial redox do

NO é dependente dos outros ligantes, e sua relação com a constante k-NO verifica-

se uma relação semelhante à do potencial do NO, sendo ela mostrada na figura

17.

26

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

SO32-(trans)

SO32-(cis)

Σ E L

k (s-1)

Y = 0,624 -0,588*Xr2 = 0.77

ImN

Figura 17 – Correlação entre a constante k-NO e o somátorio dos parâmetros de Lever.

1.2 Complexos trans-[Ru(NH3)4LNO]Cl3 , onde L = cafeína ou teofileno O comportamento eletroquímico dos complexos trans-[Ru(NH3)4LNO]3+, onde

L = cafeína e teofileno é semelhante aos complexos anteriores, com a ocorrência

de um processo reversível referente ao NO+ coordenado, sendo o potencial de

pico catódico em -345 mV para o complexo com cafeína e -440 mV para o

complexo com teofileno, potenciais em relação a Ag/AgCl. Os voltamogramas

cíclicos são mostrados nas Figuras 18 e 19.

1000 500 0 -500 -100020

10

0

-10

-20

-30

i (μA

)

E (mV, vs Ag/AgCl) Figura 18 – Voltamograma cíclico do íon complexo trans-[Ru(NH3)4cafeínaNO]3+ em solução

aquosa de NaCF3COO 1 Mol L-1 pH=3,4. Potencial aplicado usando eletrodo de carbono vítreo como trabalho e Ag/AgCl como referência.

27

600 400 200 0 -200 -400 -600 -800

-10

0

10

20

30

40

i (μA

)

E (mV, vs Ag/AgCl) Figura 19 – Voltamograma cíclico do íon complexo trans-[Ru(NH3)4teofilenoNO]3+ em solução


Era de se esperar que os potenciais de redução dos complexos com os

ligantes cafeína e teofileno fossem próximos, com o valor de potencial do ligante

cafeína ligeiramente menor. Agrega-se a isso a informação retirada do espectro

vibracional na região do infravermelho, onde as bandas de estiramento da ligação

N-O ocorrem em regiões próximas. A discrepância entre os potenciais pode ser

creditada à existência de uma ionização no ligante teofileno (pKa = 3,2) no meio

utilizado para a caracterização eletroquímica (pH = 3,4), enquanto na cafeína esta

ionização possui um pka de 6,6.[29] A perda do próton leva uma melhor capacidade

de doação de elétrons do ligante, causando assim uma melhora na retrodoação

para o NO e por conseguinte levando seu potencial de redução para valores mais

negativos.

A constante de velocidade k-NO calculada para os complexos foi de 0,543 s-1

para o complexo de cafeína e em torno de 3 s-1 para o complexo com teofileno. Se

adicionarmos a estes o complexo trans-[Ru(NH3)4Imk2NO]3+ que possui um

potencial de meia onda de –503 mV e constante de aquação de 4 s-1 [29, 32, 33]

obteremos um gráfico de correlação, mostrado na Figura 20, onde a tendência de

k-NO decrescer com aumento do potencial redox do NO coordenado também é

observada.

28

-600 -550 -500 -450 -400 -350

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

Y = -4,39 -0,035*Xr2 =0,90

k -NO (s

-1)

ENO (mV, vs Ag/AgCl)

Imk2

teo

caf

Figura 20 – Correlação entre a constante k-NO e o potencial do NO coordenado.

Ao comparar-se os dados obtidos de valores de potencial de meia onda do

NO em relação à constante k-NO para os complexos de tetraaminas de rutênio com

ligantes imidazólicos coordenados via carbono, bipiridinas de rutênio mostrados

anteriormente com complexos de tetraaminas de rutênio com ligantes N-

heterocíclicos[33] são obtidas retas, mostradas na figura 21.

-0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,20,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0 N-heterocíclos

k -NO ,

s-1

ENO

, V vs Ag/AgCl

bipiridinas Imidazólicos via carbono

Figura 21 – Correlação entre a constante k-NO e o potencial do NO coordenado.

29

Observa-se que as inclinações das retas são diferentes, o que reflete a

diferente densidade eletrônica no metal criada pela retrodoação nas bipiridinas,

inexistente nas tetraaminas, e pelo caráter π retirador dos N-heterocíclos em

relação ao caráter π doador dos imidazóis via carbono. A boa linearidade

encontrada para os complexos de imidazóis via carbono é algo a ser destacado

uma vez que o composto [Ru(NH3)4Imk2NO]3+ era agrupado na literatura

juntamente com as tetraaminas com N-heterocíclos e consistia em um ponto fora

da correlação, o que leva-se a concluir que as comparações devem ser realizadas

apenas entre sistemas semelhantes, em todas as características, mesmo que

apenas um ligante seja variado.

30

2.0 – Correlação dos cálculos de DFT e resultados experimentais

O estudo de DFT (density functional theory – teoria do funcional da

densidade) foi dividido em três partes. Inicialmente realizou-se uma otimização da

geometria do complexo até a ausência de freqüências imaginárias. O base

utilizada para os complexos com bipiridinas foi a DND e para os complexos de

tetraaminas foi a DNP. A partir desta geometria otimizada retirou-se informações

de comprimento e ângulos de ligações, energia e forma de orbitais, para veirificar

alguma tendência entre estas propriedades calculadas e os resultados

experimentais.

Em um segundo momento realizou-se uma análise populacional de

Mulliken, de onde a partir da carga nuclear e da densidade eletrônica sobre ele e

sua participação em ligações químicas obtém-se um valor de carga no qual quanto

mais positiva, maior a deficiência de elétrons.

Por fim obteve-se o espectro vibracional na região do infravermelho e

realizou-se a comparação do espectro experimental, obtido em pastilha de KBr e o

teórico de modo a comparar os resultados e assim ter uma noção da proximidade

entre os resultados teóricos e experimentais por comparação direta de uma

mesma propriedade.

2.1 – Complexos [Ru(bpy)2LNO]3+ e funcional LDA - PWC

As estruturas resultantes das otimizações de geometria para os complexos

são mostradas nas Figuras 22 a 25. Observou-se para as estruturas que os anéis

das bipiridinas encontram-se não se encontram no mesmo plano, o que contribui

para sua não equivalência química, observada no espectro de ressonância

magnética nuclear obtido experimentalmente. [27, 43] Experimentalmente é sabido

que todos os complexos estão na forma NO+ e, portanto seria esperada uma

geometria linear para o fragmento MNO. Todos os complexos de geometria cis

mostraram-se de acordo com o esperado, mas o complexo trans-

31

[Ru(bpy)2SO3NO]+ possui o NO coordenado em sua forma angular, o que é o

oposto do esperado pelos dados experimentais.[28]

Figura 22 – Estrutura otimizada com o funcional LDA - PWC do íon complexo cis-

[Ru(bpy)2isnNO]3+.


[Ru(bpy)2ImNNO]3+.

32


[Ru(bpy)2SO3NO]+.

Figura 25 – Estrutura otimizada com o funcional LDA - PWC do íon complexo trans-

[Ru(bpy)2SO3NO]+.

A partir das estruturas otimizadas foram obtidos o ângulo Ru-N-O e os

valores das distâncias das ligações Ru-N e N-O sendo seus valores mostrados na

Tabela 4.

Tabela 4 – Valores teóricos para as distâncias de ligação N-O e o ângulo Ru-N-O para os

complexos. Complexo Distância da

ligação Ru-N

Distância da

ligação N-O

Ângulo Ru-N-O

cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+ 1,807 1,14 179,3º

Cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ 1,79 1,136 175,8º

Cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ 1,782 1,148 174,1º

trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ 1,867 1,167 136,5º

33

As distâncias de ligação Ru-N e N-O para os complexos cis são coerentes

com as encontradas em estruturas de raios X de complexos semelhantes, que

possuem em sua formulação o ligante em sua forma NO+.[44-47] O complexo trans

apresentou ligações mais longas, portanto mais fracas em relação os demais

complexos.

Para os complexos cis ao observar-se a distância da ligação Ru-N(do NO)

obtém-se uma ordem de força da ligação semelhante à deduzida pelos dados

eletroquímicos, de onde se havia sugerido que a ligação entre o NO e o centro

metálico seria mais forte para o complexo com sulfito e mais fraca para o

complexo com isonicotinamida. Ao realizar-se a mesma comparação com a

ligação N-O, porém verifica-se que o complexo com isonicotinamida que deveria

possuir o menor valor possui uma distância de ligação intermediária, deste modo

comprometendo a linearidade da correlação(a explicação para este

comportamento pode estar nas considerações realizadas para o cálculo não

serem adequadas para o complexo com isonicotinamida). (Figuras 26 e 27)

-200 -100 0 100 200 300 4001,770

1,775

1,780

1,785

1,790

1,795

1,800

1,805

1,810dRu-n = 1,78 + 4,6*10-5E1/2

r2 = 0,80

Dis

tânc

ia R

u-N

(do

NO

) (A

ngst

ron)


SO32-

ImN

isn

Figura 26 – Correlação entre o potencial do NO coordenado e a distância Ru-N.

34

-200 -100 0 100 200 300 400

1,136

1,138

1,140

1,142

1,144

1,146

1,148

y = 1,441 - 2,030*10-4*Xr2 = 0,67

D

istâ

ncia

N-O

(Ang

stro

n)

ENO

(mV, vs Ag/AgCl)

SO32-

ImN

isn

Figura 27 – Correlação entre o potencial do NO coordenado e a distância N-O.

Ao comparar-se o ângulo Ru-N-O com a ordem de caráter da forma NO+

retirada dos potenciais redox do NO, verifica-se que quanto maior o caráter de

NO+ (tendo assim um maior valor de potencial) mais próximo de 180º é o ângulo.

Na Figura 28 é mostrada a correlações entre o potencial do NO experimental e o

ângulo Ru-N-O para os complexos cis.

-200 -100 0 100 200 300 400171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

Âng

ulo

Ru-

N-O

(gra

us)

ENO

(mV, vs Ag/AgCl)

Y = 175,1 + 9,68*10-3*Xr2 = 0,82

SO32-

ImN

isn

Figura 28 – Correlação entre o potencial do NO coordenado e o ângulo Ru-N-O.

35

A análise dos orbitais dos complexos mostrou primeiramente que os orbitais

LUMO (lowest unoccupied molecular orbital – orbital molecular desocupado de

energia mais baixa) estão distribuídos como correspondentes ao orbital

antiligantes da ligação π entre os orbitais π* do NO e d do metal, embora outros

orbitais dos outros ligantes também possam fazer parte da combinação que deu

origem ao LUMO.O caráter π* deste orbital faz com que sua ocupação diminua a

ligação π entre o metal e o NO.[48] As Figuras 29 a 32 mostram os orbitais LUMO

dos complexos e a Tabela 5 as energias relativas destes orbitais.

Tabela 5 - Energia do orbital LUMO para os complexos.

Complexo Energia do LUMO

cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+ -0,4909

cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ -0,5043

cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ -0,2527

trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ -0,2442

Figura 29 – Orbital LUMO do íon complexo cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+

.

36

Figura 30 – Orbital LUMO do íon complexo cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+

.

Figura 31 – Orbital LUMO do íon complexo cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+.

Figura 32 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+.

37

Ao analisar-se as energias dos orbitais LUMO e relaciona-las ao potencial

de redução do NO (uma vez que o elétron da redução é colocado neste orbital)

verifica-se um comportamento semelhante ao obtido com a comparação da

distância da ligação N-O. O complexo com isonicotinamida apresentou um valor

intermediário, conforme mostrado na Figura 33, quando o esperado seria um

menor valor, devido ao maior potencial de redução do complexo.

-200 -100 0 100 200 300 400

-0,60

-0,55

-0,50

-0,45

-0,40

-0,35

-0,30

-0,25

-0,20

-0,15

-0,10

Y = -0,34 -5,4*10-4*X r2 =0,90

Ene

rgia

do

LUM

O


SO32-

ImN

isn

Figura 33 – Correlação entre a energia do orbital LUMO e o potencial redox do NO coordenado.

A análise de população de Mulliken foi utilizada para verificar a carga

relativa do grupo NO. É importante lembrar que um valor positivo para a carga de

um átomo não necessariamente diz que a carga deste átomo está carregado

positivamente uma vez que a mudança do funcional ou da base pode levar a uma

troca de sinal da carga(comparar por exemplo os resultados com o funcional GGA

– BLYP mostrado adiante). Além disso, para o presente estudo as cargas

individuais doa átomos de N e O do NO foram somadas para avaliar-se o grupo

NO como um todo. Quanto maior o valor da carga de Mulliken, maior será a

deficiência de elétrons do grupo NO. Essa análise é necessária por o grupo NO+

ser susceptível a ataques nucleofílicos,[49, 50] havendo a possibilidade, por

exemplo, de ele reagir com íons hidróxidos presentes na água formando o

respectivo nitrocomplexo de acordo com a reação química mostrada na equação

VII.[28, 31, 48]

38

[Ru(bpy)2LNO]n+ + 2OH- →[Ru(bpy)2LNO2](n-2)+ + H2O (Equação VII)

A constante de equilíbrio da reação acima limita o pH onde o

nitrosilocomplexo é encontrado em solução. O valor de pKNO é o valor de pH onde

o nitrosilocomplexo e nitrocomplexo encontram-se em iguais quantidades em

solução, sendo o nitrosilocomplexo majoritário em valores de pH inferiores a pKNO.

Os valores de carga estão listados na Tabela 6.

Tabela 6 - Carga teórica no grupo NO pela análise de Mulliken e pKNO experimental para os

complexos. Complexo Carga no grupo NO pela

análise de Mulliken

pKNO[27]

cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+ 0,153 1,4

Cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ 0,176 5,5

Cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ 0,028 10,3

trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ -0,028 Não observado

Pelos potenciais de redução do NO nos complexos e pelos valores de pKNO

apresentados esperava-se que o complexo com isonicotinamida possuísse um

maior valor de carga no NO, o que não foi observado. Porém essa inversão entre

isonicotinamida e imidazol é concordante com os resultados calculados de

comprimento de ligação N-O e energia do orbital LUMO, o que reforça a idéia que

as condições de cálculo utilizadas neste método não são adequadas para exprimir

o comportamento do NO no complexo com isonicotinamida. O complexo trans

mostrou possuir uma maior densidade eletrônica em torno do NO, mostrado por

sua baixa carga e tal resultado era esperado por seu baixo potencial de redução

eletroquímica e sua não reação com OH- mesmo a altas concentrações do

mesmo, o que indica uma baixa carga positiva em relação aos demais.

Os espectros vibracionais na região do infravermelho calculados e

experimentais são mostrados nas Figuras 34 a 37. De modo geral é observada

boa correlação entre os espectros, embora as bandas sejam deslocadas para

valores de maior número de onda no espectro teórico devido ao tipo de funcional

39

utilizado(não foi utilizado nenhum fator de escalonamento). [51] Não são

observadas nos espectros teóricos as bandas referentes ao contra-íon PF6- (em

840 e 559cm-1) [5] por este não haver sido incluído nos cálculos. A Tabela 7 mostra

as posições das bandas de estiramento da ligação N-O experimental e teórico.

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

20

40

60

80

100

%T

/ Int

ensi

dade

Número de Onda (cm-1)

Figura 34 – Espectro vibracional do íon complexo cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+ em pastilha de KBr (sal de

PF6) (-) e o calculado por DFT (-) entre 3750 e 400cm-1.

3000 2000 10000

20

40

60

80

100

%T

/ Int

ensi

dade


Figura 35 – Espectro vibracional do íon complexo cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ em pastilha de KBr (sal

de PF6) (-) e o calculado por DFT (-) entre 3500 e 400cm-1.

3000 2000 1000

20

40

60

80

100

%T

/ Int

ensi

dade


3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

Figura 36 – Espectro vibracional do íon complexo cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ em pastilha de KBr (sal de


40

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

20

40

60

80

100

%T

/ Int

ensi

dade


Figura 37 – Espectro vibracional do íon complexo trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ em pastilha de KBr (sal


Tabela 7 - Posição da banda de estiramento da ligação N-O experimental e teórica para os complexos.

Complexo νNO experimental (cm-1) νNO teórico (cm-1)

cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+ 1948 1989

Cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ 1944 2007

Cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ 1911 1944

trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ 1882 1787

Ao relacionar-se a posição da banda de estiramento da ligação N-O

experimental com a teórica obtém-se uma reta com coeficiente de correlação(r) de

0,94 e ao relacionar-se banda de estiramento teórica com a constante k-NO

encontra-se uma reta com coeficiente de correlação(r) -0,995, superior à

correlação entre o resultado experimental e a k-NO(apresentado na figura 16).

Estas relações encontram-se nas Figuras 38 e 39.

41

1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960

1800

1900

2000

2100

Y = -3940 + 3*Xr2 =0,89

ν NO te

óric

o (c

m-1)

νNO

experimental (cm-1)

SO32- (trans)

SO32- (cis)

ImN

isn

Figura 38 – Correlação entre os valores experimentais e teóricos das bandas de estiramento NO

para os complexos trabalhados.

0,2 0,4 0,6 0,8 1,01700

1800

1900

2000

SO2-3(cis)

Y = 2044 -255.9*Xr2 = 0.99

ν NO te

óric

o (c

m-1)

k-NO

(s-1)

SO2-3 (trans)

ImN

Figura 39 – Correlação entre o valor teórico das bandas de estiramento NO e a constante k-NO para

os complexos trabalhados.

42

2.2 – Complexos [Ru(bpy)2LNO]3+ e funcional GGA – BLYP

As estruturas otimizadas com o funcional GGA – BLYP foram semelhantes

às obtidas com o funcional LDA –PWC e são mostradas nas Figuras 40 a 43.

Observa-se o mesmo comportamento, onde os complexos de geometria cis

possuem um NO em geometria praticamente linear enquanto o complexo trans

possui o NO com características angulares.

Figura 40 – Estrutura otimizada com o funcional GGA - BLYP do íon complexo cis-

[Ru(bpy)2isnNO]3+.


[Ru(bpy)2ImNNO]3+.

43


[Ru(bpy)2SO3NO]+.

Figura 43 – Estrutura otimizada com o funcional GGA - BLYP do íon complexo trans-

[Ru(bpy)2SO3NO]+.

A diferenciação entre os funcionais LDA e GGA é que o primeiro tende a

superestimar as constantes de força das ligações, tornado-as mais fortes,

enquanto o segundo foi criado para corrigir este erro, mas podendo levar a um

erro para menos devido a uma correção exagerada destas constantes de força.[51]

Os dados de ligação Ru-N, N-O e ângulos Ru-N-O são mostrados na Tabela 8.

44

Tabela 8 – Valores teóricos para as distâncias de ligação Ru-N, N-O e o ângulo Ru-N-O para os complexos.

Complexo Distância da

ligação Ru-N

Distância da

ligação N-O

Ângulo Ru-N-O

cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+ 1,859 1,154 175,2

cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ 1,837 1,148 174,8

cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ 1,817 1,166 175,6

trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ 1,929 1,184 136,0

Observa-se que os valores das ligações foram todos aumentados em

relação ao cálculo com o funcional LDA – PWC embora as tendências de ordem

de ligação continuem as mesmas, inclusive no comportamento do complexo com

isonicotinamida. No caso específico do ângulo Ru-N-O a partir dos valores obtidos

com este funcional não se pode assumir nenhum tipo de relação. As Figuras 44 e

45 mostram as correlações das ligações Ru-N e N-O em relação ao potencial


-200 -100 0 100 200 300 400

1,81

1,82

1,83

1,84

1,85

1,86 Y = 1,866 + 8,1*10-5*Xr2 =0,92

Dis

tânc

ia R

u-N

(Ang

stro

n)

ENO

(mV, vs Ag/AgCl)

SO32-

ImN

isn

Figura 44 – Correlação entre o potencial do NO coordenado e a distância Ru-N.

45

-200 -100 0 100 200 300 4001,145

1,150

1,155

1,160

1,165Y = 1,16 -3,04*10-5*Xr2 =0,68

Dis

tânc

ia N

-O (A

ngst

ron)

ENO

(mV, vs Ag/AgCl)

SO32-

ImN

isn

Figura 45 – Correlação entre o potencial do NO coordenado e a distância N-O.

Os orbitais LUMO também mostraram semelhantes aos obtidos com o

outro funcional utilizado, sendo suas representações gráficas mostradas nas

Figuras 46 a 49 e suas energias listadas na Tabela 9.

Figura 46 – Orbital LUMO do íon complexo cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+

.

46

Figura 47 – Orbital LUMO do íon complexo cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+

.

Figura 48 – Orbital LUMO do íon complexo cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+.

Figura 49 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+.

47

Tabela 9 - Energia do orbital LUMO para os complexos. Complexo Energia do LUMO

cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+ -0,4833

cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ -0,4989

cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ -0,2399

trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ -0,2328

As energias do orbital LUMO mostraram neste funcional a mesma

tendência em relação ao funcional anterior, sendo a sua relação mostrada na

Figura 50.

-200 -100 0 100 200 300 400

-0,55

-0,50

-0,45

-0,40

-0,35

-0,30

-0,25

-0,20

Y = -0,33 -5,54*10-4*Xr2 = 0,90

Ene

rgia

do

LUM

O


SO32-

ImN

isn

Figura 50 – Correlação entre a energia do orbital LUMO e o potencial redox do NO coordenado.

A análise de população de Mulliken foi realizada novamente somando as

cargas dos átomos de nitrogênio e oxigênio do grupo NO, e apresentou valores

inferiores para este funcional em relação ao funcional LDA – PWC, sendo estes

obtidos mostrados na Tabela 10, e a correlação entre as cargas, pkNO e potencial

redox do NO coordenado mostrado nas Figuras 51 e 52.

48

Tabela 10 - Carga teórica no grupo NO pela análise de Mulliken e pKNO experimental para os complexos.

Complexo Carga no grupo NO pela

análise de Mulliken

pKNO[27]

cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+ 0,110 1,4

cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ 0,142 5,5

cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ -0,033 10,3

trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ -0,079 Não observado

-200 -100 0 100 200 300 400-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

Y = 0,027 + 3,39*10-4*Xr2 = 0,82

q NO


SO32-

ImNisn

Figura 51 – Correlação entre a carga do grupo NO e o potencial redox do NO coordenado.

2 4 6 8 10-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15 Y = 0,170 -1,67*10-2*Xr2 = 0,63

q NO

pKNO

isn

ImN

SO32-

Figura 52 – Correlação entre a carga do grupo NO e o pKNO

.

49

Os espectros vibracionais na região do infravermelho obtidos Com o

funcional GGA – BLYP possuíram boa correlação com os respectivos espectros

experimentais, em pastilhas de KBr. Observa-se que de modo geral as bandas

estão deslocadas para menores valores de número de onda, algo que já era

esperado devido ao funcional GGA – BLYP ter tendência a considerar as ligações

mais fracas do que realmente são, diminuindo assim a energia para a vibração. Os

espectros vibracionais são mostrados nas Figuras 53 a 56 e os valores da banda

de estiramento da ligação N-O são mostrados na Tabela 11.

3000 2000 1000

20

40

60

80

100

%T/

Inte

nsid

ade

Número de onda (cm-1)

Figura 53 – Espectro vibracional do íon complexo cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+ em pastilha de KBr (sal de


3500 3000 2500 2000 1500 1000 5000

20

40

60

80

100

%T/

Inte

nsid

ade


Figura 54 – Espectro vibracional do íon complexo cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ em pastilha de KBr (sal


50

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

20

40

60

80

100%

T/In

tens

idad

e


Figura 55 – Espectro vibracional do íon complexo cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ em pastilha de KBr (sal de


3500 3000 2500 2000 1500 1000 5000

20

40

60

80

100

%T/

Inte

nsid

ade


Figura 56 – Espectro vibracional do íon complexo trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ e o calculado por DFT e

em pastilha de KBr(-)(sal de PF6) (-) entre 3500 e 400cm-1.

Tabela 11 - Posição da banda de estiramento da ligação N-O experimental e teórica para os complexos.

Complexo νNO experimental (cm-1) νNO teórico (cm-1)

cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+ 1948 1861

cis-[Ru(bpy)2ImNNO]3+ 1944 1892

cis-[Ru(bpy)2SO3NO]+ 1911 1811

trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ 1882 1667

Ao relacionar-se a posição da banda de estiramento da ligação N-O

experimental com a teórica obtém-se uma reta com coeficiente de correlação(r) de

0,91 e ao relacionar-se banda de estiramento teórica com a constante k-NO

51

encontra-se uma reta com coeficiente de correlação(r) 0,97. Estas relações

encontram-se nas Figuras 57 e 58.

1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950

1650

1700

1750

1800

1850

1900

1950

Y = -4087 + 3,07*X r2 =0,91

SO32-(cis)

SO32-(trans)

ν NO te

óric

o (c

m-1)

νNO

experimental (cm-1)

ImN

isn

Figura 57 – Correlação entre os valores experimentais e teóricos das bandas de estiramento NO

para os complexos trabalhados.

0,2 0,4 0,6 0,8 1,01600

1650

1700

1750

1800

1850

1900

SO32-(trans)

Y = 1921 - 254*X r2 = 0,97

ν NO te

óric

o (c

m-1)

k-NO

(s-1)

ImN

SO32-(cis)

Figura 58 – Correlação entre o valor teórico das bandas de estiramento NO e a constante k-NO para

os complexos trabalhados.

52

2.3 – Complexos [Ru(NH3)4LNO]3+, onde L=imdidazol, cafeína e teofileno coordenados via carbono

Os cálculos com dos complexos [Ru(NH3)4LNO]3+, onde L = imidazol,

cafeína e teofileno, foram realizados com os ligantes em suas formas protonadas.

Diferentemente dos complexos com bipiridina, a base DND não foi suficiente para

que a otimização de geometria dos complexos atingisse um mínimo de energia.

Deste modo foi empregada a base DNP, com as outras características de cálculo

mantidas em relação aos complexos com bipiridina. Para que ainda assim se

possa realizar a correlação entre o comportamento eletroquímico, a literatura

reporta os potenciais dos complexos com ambos os ligantes em suas formas

protonadas como sendo de -317 mV para o complexo com cafeína e -297 mV para

o complexo com teofileno, potenciais tendo Ag/AgCl como referência.[34]

As estruturas otimizadas com ambos os funcionais apresentam o ligante

NO coordenado com geometria praticamente linear, indicativo da forma NO+. As

estruturas são mostradas nas Figuras 59 a 64.


[Ru(NH3)4cafNO]3+.

53


[Ru(NH3)4teoNO]3+.


[Ru(NH3)4Imk2NO]3+.


[Ru(NH3)4cafNO]3+.

54


[Ru(NH3)4teoNO]3+.


[Ru(NH3)4Imk2NO]3+.

As distâncias das ligações Ru-N e N-O apresentaram valores muito

próximos entre si, principalmente para os ligantes cafeína e teofileno(que diferem

apenas por uma metila presente na cafeína), embora as pequenas diferenças

apresentadas sejam condizentes com as observações experimentais que

mostravam o complexo um maior caráter de NO+ do complexo com imidazol , e,

portanto, uma menor distância de ligação N-O e uma maior distância de ligação

Ru-N, em face da diminuição da ligação π Ru-N acarretar em uma maior ordem de

ligação N-O. O complexo com teofileno possui um caráter intermediário e o menor

caráter de NO+ é observado no complexo com cafeína. Novamente observou-se

que os valores de comprimento de ligação para o funcional LDA – PWC são

menores que os obtidos para o funcional GGA – BLYP. Os valores de

55

comprimento de ligação são mostrados na Tabela 12 e os gráficos de correlação

das distâncias N-O e Ru-N nas figuras 65 e 66.

Tabela 12 – Valores teóricos para as distâncias de ligação Ru-N e N-O para os complexos.

Complexo

Distância da ligação

Ru-N

Distância da ligação

N-O

LDA-PWC GGA-BLYP LDA-PWC GGA-BLYP

trans-[Ru(NH3)4Imk2NO]3+ 1,131 1,142 1,834 1,891

trans-[Ru(NH3)4teoNO]3+ 1,140 1,153 1,859 1,931

trans-[Ru(NH3)4cafNO]3+ 1,141 1,555 1,859 1,931

-520 -480 -440 -400 -360 -320

1,132

1,136

1,140

1,144

1,148

1,152

1,156

1,132

1,136

1,140

1,144

1,148

1,152

1,156

Funcional GGA/BLYP Y = 1,18 + 7,37*10-5 * X

r2 = 0,77

Dis

tânc

ia N

-O(A

ngst

ron)


Imk2

teo caf

Funcional LDA/PWC Y = 1,16 + 5,91*10-5 * X

r2 = 0,73

Imk2

teo

caf

Figura 65 – Correlação entre o potencial do NO e a distância N-O nos complexos.

56

-520 -500 -480 -460 -440 -420 -400 -380 -360 -3401,83

1,84

1,85

1,86

1,87

1,88

1,89

1,90

1,91

1,92

1,93

1,83

1,84

1,85

1,86

1,87

1,88

1,89

1,90

1,91

1,92

1,93

GGA/BLYP Y = 2,01 + 2,33*10-4*X

r2 = 0,64

Dis

tânc

ia R

u-N

(Ang

stro

n)

ENO

(mV, vs Ag/AgCl)

caf

teo

Imk2

LDA/PWC Y = 1,91 + 1,46*10-4*X

r2 = 0,64

Imk2

teocaf

Figura 66 – Correlação entre o potencial do NO e a distância Ru-N nos complexos.

Pelos gráficos de correlação entre as distâncias de ligação e o potencial de

meia onda do NO coordenado, observa-se que embora os valores sejam

diferentes por conta dos funcionais utilizados a correlação entre os mesmos foi

semelhante(avaliando-se o valor de r) em ambos os funcionais, com o funcional

GGA/BLYP obtendo um coeficiente de correlação ligeiramente melhor.

A representação gráfica dos orbitais LUMO é mostrada nas Figuras 67 a 72.

Observa-se que o orbital LUMO é o orbital antiligante da ligação π Ru-N(do NO),

fazendo com que seu preenchimento com elétron tenda a enfraquecer a ligação e

ajuda a labilizar o NO. Ao analisarem-se as energias relativas dos orbitais LUMO,

mostradas na Tabela 13, verifica-se que o complexo com teofileno que possui um

maior valor de potencial redox do NO possui menor energia do orbital LUMO, o

que condiz com o esperado uma vez que uma maior potencial redox está

diretamente relacionado a uma maior diferença de energia entre o LUMO e o

exterior da espécie(E=0).

57

Figura 67 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(NH3)4cafNO]3+, funcional LDA - PWC.

Figura 68 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(NH3)4teoNO]3+, funcional LDA - PWC.

Figura 69 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(NH3)4Imk2NO]3+, funcional LDA - PWC.

58

Figura 70 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(NH3)4cafNO]3+, funcional GGA - BLYP.

Figura 71 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(NH3)4teoNO]3+, funcional GGA - BLYP.

Figura 72 – Orbital LUMO do íon complexo trans-[Ru(NH3)4Imk2NO]3+, funcional GGA - BLYP.

59

Tabela 13 - Energia do orbital LUMO para os complexos. Complexo Energia do LUMO(Ha)

LDA-PWC GGA-BLYP

trans-[Ru(NH3)4Imk2NO]3+ -0,57739 -0,57437

trans-[Ru(NH3)4teoNO]3+ -0,53956 -0,53061

trans-[Ru(NH3)4cafNO]3+ -0,53540 -0,52739

A figura 73 mostra a correlação entre a energia dos orbitais LUMO e o

potencial de meia onda do NO nos complexos. Observou-se que os coeficientes

de correlação ficaram próximos, com o do funcional LDA/PWC com um melhor

valor.

-520 -500 -480 -460 -440 -420 -400 -380 -360 -340-0,58

-0,57

-0,56

-0,55

-0,54

-0,53

-0,52

-0,58

-0,57

-0,56

-0,55

-0,54

-0,53

-0,52

cafteo

Imk2

GGA/BLYP Y = -0,43 + 2,76*10-4*X

r2 = 0,70

Ene

rgia

do

LUM

O (H

a)


Imk2

teocaf

LDA/PWC Y = -0,44 + 1,52*10-4*X

r2 = 0,73

Figura 73 – Correlação entre o potencial do NO e a energia do orbital LUMO.

A análise de população de Mulliken também mostrou pouca diferença nas

cargas apresentadas no grupo NO (soma das cargas individuais dos átomos de

nitrogênio e oxigênio). É importante salientar que embora as cargas do grupo NO

pela análise de Mulliken seja próxima àquelas observadas para os complexos de

bipiridinas, não é verificada a reação dos complexos trans-

[Ru(NH3)4(cafeína)NO]3+ e trans-[Ru(NH3)4(teofileno)NO]3+ com hidróxido na faixa

60

de pH onde esta reação ocorre para os complexos de bipiridina, de onde se

conclui que apenas o valor de carga não é suficiente para determinar a

nucleofilicidade do NO, ele deve ser correlacionado a uma tendência observada

para complexos semelhantes. Os valores de carga são apresentados na Tabela

14. Tabela 14 - Carga teórica no grupo NO pela análise de Mulliken para os complexos.

Complexo Energia do LUMO

LDA-PWC GGA-BLYP

trans-[Ru(NH3)4Imk2NO]3+ 0,245 0,241

trans-[Ru(NH3)4teoNO]3+ 0,187 0,154

trans-[Ru(NH3)4cafNO]3+ 0,180 0,143

Observa-se novamente variação muito pequena dos valores de carga entre

os complexos de teofileno e cafeína, embora o complexo com teofileno ainda

assim possua maiores valores de carga, independentemente do funcional

utilizado, de acordo com o esperado por este possuir um maior caráter de NO+ em

relação à forma NO0 do NO coordenado. O complexo com imidazol em ambos os

funcionais possuiu um maior valor de carga, como o esperado.

Os espectros de infravermelho obtidos teoricamente mostraram boa

correlação com seus análogos experimentais, embora como o esperado após os

resultados de comprimentos de ligação, os valores dos modos vibracionais

encontrem-se geralmente deslocados para valores maiores que o experimental no

espectro obtido para o funcional LDA – PWC e valores menores que o

experimental para o funcional GGA – BLYP. Os espectros são apresentados na

Figuras 74 a 79 e os valores das bandas de estiramento da ligação N-O são

mostrados na Tabela 15.

61

3500 3000 2500 2000 1500 1000 50040

60

80%

T/In

tens

idad

e

Número de onda (cm-1) Figura 74 – Espectro vibracional do íon complexo trans-[Ru(NH3)4cafNO]3+, em pastilha de KBr (sal

de Cl-) (-) e o calculado com o funcional LDA - PWC (-) entre 3500 e 400cm-1.

3500 3000 2500 2000 1500 1000 50050

55

60

65

70

75

%T/

Inte

nsid

ade


Figura 75 – Espectro vibracional do íon complexo trans-[Ru(NH3)4teoNO]3+, em pastilha de KBr (sal

de Cl-) (-) e o calculado com o funcional LDA - PWC (-) entre 3500 e 400cm-1.

3500 3000 2500 2000 1500 1000 50040

60

80

%T/

Inte

nsid

ade


Figura 76 – Espectro vibracional do íon complexo trans-[Ru(NH3)4Imk2NO]3+ calculado com o

funcional LDA - PWC (-)e em pastilha de KBr(-)(sal de Cl-) (-) entre 3750 e 400cm-1.

62

3000 2000 100040

50

60

70

80%

T/In

tens

idad

e


Figura 77 – Espectro vibracional do íon complexo trans-[Ru(NH3)4cafNO]3+, em pastilha de KBr (sal

de Cl-) (-) e o calculado com o funcional GGA - BLYP (-) entre 3500 e 400cm-1.

3500 3000 2500 2000 1500 1000 50040

60

%T/

Inte

nsid

ade


Figura 78 – Espectro vibracional do íon complexo trans-[Ru(NH3)4teoNO]3+ calculado com o

funcional GGA - BLYP (-)e em pastilha de KBr(-)(sal de Cl-) (-) entre 3500 e 400cm-1.

3500 3000 2500 2000 1500 1000 50040

60

%T/

Inte

nsid

ade


Figura 79 – Espectro vibracional do íon complexo trans-[Ru(NH3)4Imk2NO]3+ calculado com o

funcional GGA - BLYP (-)e em pastilha de KBr(-)(sal de Cl-) (-) entre 3750 e 400cm-1.

63

Tabela 15- Posição da banda de estiramento da ligação N-O experimental e teórica para os complexos.

Complexo νNO experimental

(cm-1)

νNO teórico (cm-1)

LDA-PWC GGA-BLYP

trans-[Ru(NH3)4Imk2NO]3+ 1929 2024 1913

trans-[Ru(NH3)4teoNO]3+ 1917 1967 1852

trans-[Ru(NH3)4cafNO]3+ 1916 1964 1845

As correlações entre o valor teórico da banda de estiramento NO e seu

valor experimental e com a constante k-NO são mostrados nas figuras 80 e 81.

Observa-se que a correlação com os valores experimentais foi quase perfeita

porém a com k-NO ficou bem aquém do coeficiente de correlação encontrado para

as bipiridinas para todos os funcionais

1914 1916 1918 1920 1922 1924 1926 1928 1930

1840

1860

1880

1900

1920

1940

1960

1980

2000

2020

2040

1840

1860

1880

1900

1920

1940

1960

1980

2000

2020

2040

GGA/BLYP Y = -8057 + 5,16*X

r2 = 0,99

ν NO te

óric

o (c

m-1)

νNO

experimental (cm-1)

Imk2

LDA/PWC Y = -6988 + 4,67*X

r2 = 0,99

caf

caf

teo

teo

Imk2

Figura 80 – Correlação entre a posição da banda de estiramento NO no infravermelho


64

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

1840

1860

1880

1900

1920

1940

1960

1980

2000

2020

2040

1840

1860

1880

1900

1920

1940

1960

1980

2000

2020

2040

imk2

teo

caf

ν te

óric

o (c

m-1)

GGA/BLYP 1828 + 16,5*X

r2 = 0,61

k-NO

(s-1)

caf

teo

imk2

LDA/PWC Y = 1949 + 14,3*X

r2 = 0,56

Figura 81 – Correlação entre o potencial do NO e a posição da banda de estiramento NO no

infravermelho para os complexos.

65

Considerações Finais

Os resultados acerca da liberação eletroquímica do NO nos complexos

estudados mostraram que a velocidade de liberação do NO é dependente do

potencial redox do par NO0/NO+, sendo que quando este apresenta menores

valores de potencial, maior é a velocidade de saída do NO.

Os complexos do tipo cis-[Ru(bpy)2LNO]3+ , L= sulfito e ImN, apresentaram

uma constantes k-NO menores que os complexos trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ e os

complexos trans-[Ru(NH3)4LNO]3+, onde L= cafeína e teofileno coordenados via

carbono.

Tendo-se em vista que além da velocidade de liberação é importante a

acessibilidade da reação ocorrer in vivo para um possível composto doador de

NO, os complexos do tipo cis-[Ru(bpy)2LNO]3+ mostraram-se mais promissores

devido ao potencial redox do NO ser mais facilmente atingido biologicamente e a

liberação não ser muito lenta.

Os resultados de DFT mostraram-se satisfatórios, dentro das propriedades

analisadas, em relação aos dados experimentais dos compostos, embora o

complexo com cis-[Ru(bpy)2isnNO]3+ tenha-se desviado-se negativamente em

suas propriedades, quando realizado para ele o mesmo tratamento para os

demais complexos e o complexo trans-[Ru(bpy)2SO3NO]+ haver desviado

consideravelmente da geometria sugerida por sua propriedades experimentais.

Observou-se que o funcional LDA - PWC obteve correlações melhores em

relação aos resultados experimentais, como o demonstrado pelos coeficientes de

correlação(r) dos gráficos.

Também através dos dados obtidos podem-se realizar previsões de

tendências de complexos com base em correlações das propriedades aqui

trabalhadas, embora para obter-se maior confiabilidade deva-se ampliar a

amostragem de complexos.

66

Referências Bibliográficas

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