Síntese, caracterização e aplicações de descavanatos com cátions orgânicos de interesse biológico

Abstract

Resumo: O decavanadato, [HxV10O28](6-x)- ou V10, pertence aos óxidos aniônicos discretos de vanádio conhecidos como polioxovanadatos (POVs). O V10 tem uma ampla gama de aplicações em catálise, baterias de alto desempenho, cristalografia de macromoléculas, mineralogia e, principalmente, aplicações medicinais como um agente anticâncer, antidiabético e antimicrobiano. Neste trabalho, dez sais de V10 foram preparados, visando a explorar os modos de interação do ânion com cátions orgânicos de relevância biológica. Os contraíons englobaram uma variedade de (poli)aminas, tampões biológicos e corantes fluorescentes usados em estudos citológicos. Adicionalmente, sais de V10 contendo complexos de sódio ou cobre(II) foram preparados. Primeiramente, uma nova rota sintética foi desenvolvida para preparar sais de V10 usando uma dispersão de V2O5 em uma solução aquosa do tampão tris(hidroximetil)aminometano (tris). A reação resultou em cristais puros de (trisH)6[V10O28] (TrisV10-b), cuja estrutura de raios X de monocristal foi comparada àquela de (trisH)4[H2V10O28]·10H2O (TrisV10-a), selecionado dentre uma mistura de cristais obtida a partir da reação com NaVO3. Dois novos sais com complexos de CuII como contraíons, [Cu(OH2)5(trisH)]2[V10O28]·6H2O (CuTrisV10) e [Cu(OH2)3(2- amp)]2(trisH)2 [V10O28]·2H2O (CuAmpV10) foram preparados através de uma extensão dessa metodologia. Em seguida, a influência do material de partida de vanádio também foi investigada na síntese do V10 com poliaminas protonadas. A reação com espermina (esp) rendeu os produtos [{H4esp}n{(Na(OH2)4)2V10O28·6H2O}n] (NaEspV10) ou (H4esp)3[V10O28]2·14H2O (EspV10), quando as reações foram feitas com NaVO3 ou NH4VO3, respectivamente. As reações com N,N'-dimetiletilenodiamina (dmeda), por sua vez, produziram somente o sal (H2dmeda)3[V10O28]·4H2O (DmedaV10) puro. DmedaV10 foi testado juntamente com TrisV10-b e (3-Hpca)4[H2V10O28]·2H2O·2(3-pca) (NicoV10), em que pca = piridinacarboxamida, em sua capacidade de inibir o transportador de membrana celular glicoproteína-P (P-gp), uma proteína de membrana envolvida na resistência de células cancerosas à quimioterapia. Todos os compostos inibiram 45-50% da atividade da P-gp, sendo menos potentes do que o NaV10. Os resultados dos ensaios de inibição e especiação, acompanhada por RMN de 51V, foram discutidos em comparação com outros sais de V10 e POVs maiores de valência mista. Os dados apresentados aqui reforçam que o efeito inibitório parece estar relacionado aos agregados polinucleares, e não aos contraíons ou aos produtos da quebra dos POVs em solução. Finalmente, a associação do V10 com os corantes catiônicos rodamina B (RB) e azul de metileno (AM) gerou os sais (RBH)4[H2V10O28]·2(RB)2·14H2O (RBV10) e (AM)4[H2V10O28]·16H2O (AMV10). As interações entre o V10 e os corantes se dão por forças intermoleculares distintas, gerando diferentes padrões em cada sal. A interação entre o V10 e os corantes em um ambiente heterogêneo foi estudada usando os sais CuAmpV10 e (2,3- ampH)6[V10O28]·4H2O (2,3-AmpV10), insolúveis em água. Ambos foram capazes de descolorir o AM em até 85%, sendo ineficazes para a RB, com 2,3-AmpV10 como o mais efetivo. Análises espectroscópicas dos sólidos isolados das reações permitiram avaliar os processos envolvidos para cada sal e sugeriram a existência de ao menos duas vias distintas: troca de cátions e degradação ou adsorção do corante. O presente trabalho abordou muitos aspectos relacionados à química dos POVs, principalmente acerca de estudos sintéticos, estruturais, biológicos e ambientais.

Abstract: Decavanadate, [HxV10O28](6-x)- or V10, belongs to the class of discrete vanadium anionic oxides known as polyoxovanadates (POVs). V10 has a wide range of applications in catalysis, development of high-performance energy materials, macromolecular crystallography, mineralogy, and, mainly, medicinal applications as an anticancer, antidiabetic and antimicrobial agent. In this work, 10 V10 salts were prepared, aiming to explore the modes of interaction of this anion with organic cations of known biological relevance. The organic counterparts addressed a range of (poly)amines, buffers commonly used in biological media and fluorescent dyes used in cytology studies. Additionally, V10 salts containing sodium or copper(II) complexes were prepared. Firstly, a novel synthetic approach was developed to prepare V10 salts using a V2O5 dispersion in an aqueous solution of tris(hydroxymethyl)aminomethane (tris). The reaction gave pure crystals of (trisH)6[V10O28] (TrisV10-b), whose singlecrystal X-ray diffraction structure was compared to (trisH)4[H2V10O28]·10H2O (TrisV10- a), picked out from a mixture of crystals obtained from the reaction with NaVO3. Two new salts with CuII complexes as counterions, [Cu(OH2)5(trisH)]2[V10O28]·6H2O (CuTrisV10) and [Cu(OH2)3(2-amp)]2(trisH)2 [V10O28]·2H2O (CuAmpV10) were prepared using an extension of this methodology. In a second system, the influence of the vanadium starting material was also investigated in the synthesis of V10 with protonated polyamines. The reaction with spermine (esp) gave [{H4esp}n{(Na(OH2)4)2V10O28·6H2O}n] (NaEspV10) or (H4esp)3[V10O28]2·14H2O (EspV10), when the reactions were carried out with NaVO3 or NH4VO3, respectively. The reactions with N,N'-dimethylethylenediamine (dmeda), in turn, produced only pure (H2dmeda)3[V10O28]·4H2O (DmedaV10). DmedaV10 was tested along with TrisV10-b and (3-Hpca)4[H2V10O28]·2H2O·2(3-pca) (NicoV10), wherein pca = pyridinecarboxamide, in their capacity to inhibit the cell membrane transporter P-glicoprotein (P-gp), which is a membrane protein involved in cancer-cell resistance to chemotherapy. All compounds inhibited ca. 45-50% of the P-gp activity and proved to be less potent than the sodium decavanadate salt NaV10. The results of the inhibition and speciation assays, followed by 51V NMR spectroscopy, were discussed in depth by comparison with other V10 salts and larger mixed-valence POVs. The set of data presented here reinforces that the inhibitory effect seems to be related to the polynuclear aggregates, leaving the low nuclearity vanadium-containing species and the counterions with a secondary role. Finally, the association of V10 with the organic dyes rhodamine B (RB) and methylene blue (AM) gave (RBH)4[H2V10O28]·2(RB)2·14H2O (RBV10) and (AM)4[H2V10O28]·16H2O (AMV10). The interactions between V10 and the dyes is governed by distinct intermolecular forces and structural patterns in each salt. The interaction between V10 and the dyes in a heterogeneous environment was studied using the water-insoluble salts CuAmpV10 and (2,3-ampH)6[V10O28]·4H2O (2,3-AmpV10). Both salts were successful in bleaching the AM solution up to 85%, and were ineffective against RB, 2,3-AmpV10 being the most effective. The spectroscopic analyses of the solids isolated after the reactions allowed some insights onto the processes involved for each salt and suggested at least two distinct pathways: cation exchange and dye degradation or adsorption. The present work has tackled many fronts related to the chemistry of POVs, mainly synthetic, structural, biological and environmental approaches.