Ruthenium nitrosyl complexes for development of potential nitric oxide releasing materials.

Neste trabalho são relatados os resultados do emprego de nitrosilo complexos de rutênio para a preparação de materiais otencialmente liberadores de óxido nítrico. A partir deste objetivo inicial, três diferentes estratégias foram investigadas, a saber: i) preparação de um nitrosilo complexo de rutênio com o ligante 1,4,8,11-tetraazaciclotetradecano (cyclam) mono-N-substituído com um grupamento carboxipropil; ii) imobilização de uma tetraamina de rutênio com o ligante nitrosilo na superfície da sílica-gel modificada com grupamentos isonicotinamida e iii) deposição de filmes finos hibrídos orgânico-inorgânicos contendo o complexo trans-[Ru(NO)Cl(cyclam)](PF6)2, sobre a superfície do aço 316L (aço cirúrgico), utilizando o processo sol-gel. A primeira estratégia envolveu a síntese do ligante ácido 3-(1,4,8,11- tetraazaciclotetradeca-1-il)propanóico, (1-carboxipropil)cyclam, com modificações do método previamente descrito na literatura. O ligante foi purificado através de uma nova metodologia, a qual levou a um expressivo aumento no rendimento. Este ligante, bem como seu cloridrato análogo, foram caracterizados utilizando-se técnicas como ressonância magnética nuclear (RMN) de 1H e de 13C, espectrometria de massa (ESIMS), espectroscopia no infravermelho (IV) e análise elementar. Para o cloridrato também foi realizada a determinação do pKa da carboxila do substituinte. A partir da reação do ligante 1-(carboxipropil)cyclam com RuNOCl3 foi sintetizado o complexo fac-[Ru(NO)Cl2(k3N4,N8,N11(1-carboxipropil)cyclam)]ClH2O. Para efeitos de comparação também foi sintetizado o análogo trans-[Ru(NO)Cl(cyclam)](PF6)2 através da reação com RuNOCl3 e da rota descrita na literatura. O complexo fac- [Ru(NO)Cl2(k3N4,N8,N11(1-carboxipropil)cyclam)]ClH2O teve sua estrutura cristalina e molecular determinada por difração de Raios-X e foi caracterizado através de técnicas como espectrometria de massa por electrospray (ESI-MS) e espectrometria de massa por electrospray com fragmentação por impacto (ESI-MS/MS), RMN de 1H e de 13C, análise elementar, espectroscopia no IV e no ultravioleta e visível (UV-Vis). O referido complexo teve seu comportamento eletroquímico investigado. Foram estimados os valores de pKa e a labilidade dos ligantes cloreto foi investigada. Por fim foram realizados estudos preliminares de citotoxicidade deste complexo em células tumorais da linhagem B16-F10. No tocante à segunda estratégia, inicialmente foi preparada uma sílica-gel contendo grupos isonicotinamida em sua superfície, a 3-isonicotinamidapropil sílica (ISNPS). Este suporte foi preparado a partir da reação entre a 3-aminopropil sílica e o ácido isonicotínico na presença de ,3-diclohexilcarbodiimida (DCCI) em refluxo de dimetilformamida a qual levou a formação de uma ligação amida entre o grupamento amina da sílica e o ácido carboxílico da base nitrogenada. A sílica modificada foi caracterizada por análise elementar e espectroscopia no IV e teve sua área superficial específica determinada. A ISNPS foi utilizada para imobilizar a unidade [Ru(NH3)4(SO3)] através da reação com trans-[Ru(NH4)(SO2)Cl]Cl levando à obtenção do complexo imobilizado [ºSi(CH2)3(isn)Ru(NH3)4(SO3)]. A partir deste complexo foram preparados os análogos [ºSi(CH2)3(isn)Ru(NH3)4(L)]3+/2+ (L = SO2, SO4 2-, OH2 e NO), os quais foram caracterizados através de espectroscopia no IV e no UV-Vis bem com por voltametria cíclica. A síntese do nitrosilo complexo imobilizado foi realizada pela reação do aquo complexo imobilizado [ºSi(CH2)3(isn)Ru(NH3)4(H2O)]2+ pela reação com nitrito tanto em meio ácido como em tampão fosfato (pH = 7,4). Os resultados semelhantes obtidos por ambos os métodos indicam que o aquo complexo é capaz de converter o ion nitrito em NO coordenado. O nitrosilo complexo imobilizado [ºSi(CH2)3(isn)Ru(NH3)4(NO)]3+ foi investigado com relação à liberação de óxido nítrico (NO), mostrando-se capaz de liberar NO tanto por irradiação com luz quanto por redução química, gerando, respectivamente, os aquo complexos de rutênio (III) e (II). O nitrosilo complexo de rutênio imobilizado pode ser regenerado a partir destes materiais através da reação com solução de nitrito em pH 7,4. Até 3 ciclos de redução e regeneração do nitrosilo complexo imobilizado foram realizados. Observou-se que a tetraamina de rutênio é estável em relação à lixiviação e é capaz de manter a capacidade de liberar NO durante os ciclos de redução e regeneração. Por fim, a terceira estratégia envolveu inicialmente o desenvolvimento de um tratamento para a superfície do aço cirúrgico 316L. A eficiência de cada tratamento foi avaliada através de microscopia ótica e de medidas de ângulo de contato estático e dinâmico. O tratamento com melhor resultado levou à obtenção de uma superfície hidrofílica e homogênea tanto física como quimicamente, conforme observado através dos resultados de medidas de ângulo de contato estático e dinâmico e por microscopia de força atômica (AFM). Cinco diferentes filmes de silanos híbridos orgânicoinorgânicos foram depositados sobre a superfície do aço, utilizando-se o processo solgel e a técnica de spin coating. Como siloxanos foram utilizados o tetraetoxisilano (TEOS), o 3-glicidoxipropiltrimetoxisilano (Glymo) e o poli(dimetil)siloxano (PDMS) em misturas binárias. Os filmes obtidos foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (AFM), espectroscopia de reflectância especular no IV, ressonância magnética nuclear no estado sólido com rotação no ângulo mágico (RMN MAS) de 29Si e de 13C. As espessuras foram determinadas através de reflectância especular e as energias superficiais dos filmes foram determinadas através da técnica de ângulo de contato. Propriedades como adesão mecânica e estabilidade em solução dos filmes também foram avaliadas. A adesão mecânica foi investigada através de testes do tipo peel segundo normas ASTM, sendo que, dos cinco filmes avaliados, apenas um apresentou uma adesão pobre, sendo a adesão dos demais adequada. A estabilidade dos filmes em solução foi avaliada por testes de imersão estática nas temperaturas de 25 ± 1 oC e 37 ± 1 oC em tampão fosfato salino (PBS). Para a avaliação da estabilidade, a quantidade de silício liberada foi analizada por espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). A partir dos resultados obtidos na caracterização dos filmes e dos testes de adesão e estabilidade química foram escolhidas duas condições para a imoblização do complexo trans-[Ru(NO)Cl(cyclam)](PF6)2 a qual foi realizada pela incorporação do complexo no sol e posterior deposição do gel contendo o complexo sobre a superfície do aço cirúrgico por spin-coating. Os filmes assim preparados foram caracterizados por MEV, AFM, espectrocopia de reflectancia especular no IV. A espessura dos filmes foi determinada através de reflectancia especular e a energia superficial dos filmes foi obtida através de medidas de ângulo de contato.In this work we report the results on three different strategies aiming the preparation of materials that might be used as potential nitric oxide releasing materials. In order to achieve this goal, the following approaches were conducted: i) the synthesis and characterization of a new ruthenium nitrosyl complex with cyclam ligand mono- N-substituted with a carboxypropyl pendant group; ii) the immobilization of a ruthenium tetraamine nitrosyl complex on the modified silica gel surface and iii) deposition on the surface of surgical stainless steel of hybrid organic-inorganic thin films containing the trans-[RuCl(NO)(cyclam)](PF6)2 (cyclam = 1,4,8,11- tetraazacyclotetradecane) complex prepared by the sol-gel process. Regarding the first approach, the 3-(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecan-1- yl)propionic acid ligand, 1-(carboxypropyl)cyclam, was synthesized according to a reported method with slight modifications and purified by a new method which resulted in a significant yield improvement. The 1-(carboxypropyl) ligand, as well as its tetrahydrochloride analog, was characterized by means of 1H and 13C nuclear magnetic resonance (NMR), electrospray mass spectrometry (ESI-MS), vibrational (IR) spectroscopy and elemental analysis. For the 1-(carboxypropyl)cyclam tetrahydrochloride, pKa of carboxypropyl group was determined. The complex fac- [Ru(NO)Cl2(k3N4,N8,N11(1-carboxypropyl)cyclam)]ClH2O was prepared in an one pot reaction by mixing equimolar amounts of RuNOCl3 and (1-carboxypropyl)cyclam. For comparative purposes, the analogous complex trans-[Ru(NO)Cl(cyclam)](PF6)2 was synthesized using RuNOCl3 as starting material, and, also, by a published procedure. The complex fac-[Ru(NO)Cl2(k3N4,N8,N11(1- carboxipropil)cyclam)]ClH2O was characterized by X-ray crystallography, electrospray ionization tandem mass spectrometry (ESI-MS/MS), elemental analysis, 1H and 13C NMR, ultraviolet and visible (UV-Vis) and IR spectroscopies. The electrochemical behavior and chloride inertness of the fac complex were investigated and pKa values were estimated. A preliminary investigation of the citotoxicity of this complex on B16-F10 tumor cells was performed