Estudo de estruturas de melaninas sintéticas através da interação com íons metálicos paramagnéticos

Abstract

Resumo: A espectroscopia de RPE juntamente com os íons sonda VO², Mn2+, Fe3+ e Cu²+, as espectroscopias de IVTF e UV-Vis, a análise elementar e a determinação da acidez carboxílica e fenólica foram utilizadas para obter-se informações a respeito da estrutura de melaninas sintéticas, produzidas a partir da oxidação da LDOPA (L-3,4-di-hidroxifenilalanina), através de quatro métodos diferentes: oxidação pelo oxigênio do ar; pelo pirofosfato de manganês (III); pelo H2O2; e pelo Ka[Fe(CN)6]. Foram preparados complexos, reagindo-se cada uma das melaninas sintetizadas, com soluções de cada um dos diferentes íons sonda citados acima. Cada melanina e seus complexos foram então submetidos à análise. Os espectros de RPE apresentaram apenas uma única linha, característica de radicais livres com g~2, para as quatro melaninas analisadas. Os espectros de RPE das melaninas obtidas pelo pirofosfato de manganês (III) e pelo K3[Fe(CN)6] apresentaram também uma linha em g~4.3 indicando a presença de ferro (III) spin alto na estrutura da melanina, em sítios com distorções rômbicas, ferro esse oriundo dos reagentes utilizados no processo de síntese. Os espectros de RPE dos complexos, com cada um dos íons metálicos, foram similares para todas as melaninas. Os complexos com V02+ indicaram simetria axial, com oxigênios como átomos ligantes. Para os complexos com o Cu2+, os espectros de RPE também sugeriram simetria axial, e evidências da existência de sítios contendo dois nitrogênios próximos entre si. Os espectros de RPE para os compostos com o Fe3+ indicaram complexos de esfera interna com g~4,3 característico de ferro (III) spin alto em ambiente com distorção rômbica enquanto que para os complexos com Mn2+ sugeriram formação de complexo de esfera externa com alto caráter iônico (92%). Os dados de IVTF indicaram coordenação entre grupos fenólicos, carboxílicos e grupos nitrogenados das melaninas sintéticas com os íons sonda, bem como uma freqüência relativamente baixa para o estiramento V-0 (oxigênio apical) dos complexos com V02+. A espectroscopia eletrônica resultou em baixos valores para a razão EJEq , principalmente para a melanina obtida por meio do pirofosfato de manganês (III), quando comparadas com os valores para substâncias húmicas, sugerindo maior grau de conjugação nas melaninas. Os resultados da análise elementar e da acidez total (metodologia modificada) sugerem a existência de um teor relativamente alto de unidades indólicas degradadas, principalmente para a MS04, e como conseqüência, razões O/C também elevadas, sendo em média, cerca de duas vezes maior que as dos modelos propostos pela literatura. Modificou-se o procedimento utilizado na determinação da acidez segundo o método proposto por SCHINITZER E GUPTA, diminuindo-se a quantidade de amostra necessária, reduzindo-se o número de transferências das soluções, de um frasco para outro. Substituiu-se o processo de filtragem por centrifugação, ao separar-se a amostra da solução a ser titulada, trabalhando-se sempre em atmosfera inerte. Os estudos também demonstraram que a determinação da acidez pelo método da função de formação ácida e a determinação do poder redutor, não são indicadas para serem aplicadas às melaninas.

Abstract: Paramagnetic metal-ions probes V02+, Mn2+, Fe3+ and Cu2+ with the electronic paramagnetic resonance spectroscopy (EPR), FT-IR, and others chemical analyses have been used to get information about synthetic melanins structure obtained by oxidation of the L-dopa (3,4-dihydroxifenilalanin) through four different ways: by air-oxidation in alkali solution; by using manganese (III) pyrophosphate as oxidant; by using H2O2 as oxidant; and by using l K3[Fe(CN)6] as oxidant. It was made complexes with the paramagnetic probes reacting each one of the melanins with each one of the metal-ions described above. Then, the melanins and their complexes were analyzed. For the four melanins, the EPR spectra showed only one line characteristic from free radical at g~2. The EPR spectra for the melanins obtained by mean of manganese (III) pyrophosphate and K3[Fe(CN)6] also showed a line at g~4.3 due iron (III) in rhombic environment, that came from the reactants in the syntheses processes. The EPR spectra of the complexes, for each kind of metal-ion, for all melanins were similar. The complexes with V02+ indicated axial symmetry, and oxygen atoms as ligands. The EPR spectra of the complexes with Cu2+ also suggest axial symmetry with oxygen atoms as ligands and evidences of sites with two nitrogen atoms next each other. The EPR spectra of the complexes with Fe3+ indicated a inner-sphere complex with g~4.3, characteristic from iron (III) in rhombic environment while the EPR parameters for the compounds with Mn2+ suggest a outer-sphere complex with high ionic character (92%). The FT-IR data indicated coordination between phenolic, carboxylic and nitrogenated-groups of the synthetic melanin with the metal-ions and a low frequency for the apical V-0 stretching for those complexes. The electronic spectroscopy showed low E4/E6 ratios, mainly for melanins obtained by mean of manganese (III) pyrophosphate, when compared with the humic substances value, suggesting higher conjugation. The results of CHN analysis and total acidity determination (modified methodology), suggest that there are several degraded indole units in the melanins structure, mainly for MS04, and high O/C ratios, around twice higher than the ones for the proposed models. It was modified the procedure used in the acidity determinations applied to the humic substances, based on SCHINITZER and GUPTA method. It was reduced the amount of sample necessary, as well as the number of transferences of the solution from a flask to other; It was replaced the filtration process for centrifugation, during the separation of the sample from the solution to be titrated, working always in inert atmosphere. The studies also showed that the acidity determination by the acid formation function methodology and the reduction power determination are not indicated for the melanins.