Σύμπλοκα σιδήρου, νιοβίου και βολφραμίου με διυδροξυπαράγωγα βενζολίου και πυριδίνης
Authors: Μανιατάκου Αδαμαντία 
Published: January 2014

Η σύμπλεξη των ανηγμένων μορφών του οξυγόνου με τα σπάνια στοιχεία μετάπτωσης νιόβιο και βολφράμιο, καθώς και η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός υπεροξο-συμπλόκων βοηθούν στη διερεύνηση οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων, όπως η στοιχειομετρική ή καταλυτική οξείδωση αλογονοϊόντων και άλλων ανόργανων και οργανικών υποστρωμάτων ή αρωματικών παραγώγων. Από την άλλη πλευρά, τα ένζυμα του σιδήρου καταλύουν τις αντιδράσεις μεταφοράς ατόμου οξυγόνου και αναγωγής του μοριακού οξυγόνου, οπότε ο προσδιορισμός της δομής των συνθετικών αναλόγων μπορεί να οδηγήσει σε χρήσιμα συμπεράσματα για το μηχανισμό της δράσης των οξειδοαναγωγικών αυτών ενζύμων. Η παρούσα διατριβή περιλαμβάνει τη σύνθεση, το χαρακτηρισμό και τη μελέτη των καταλυτικών- οξειδοαναγωγικών ιδιοτήτων μιας σειράς συμπλόκων ενώσεων των στοιχείων μεταπτώσεως νιοβίου, βολφραμίου και σιδήρου με χηλικούς υποκαταστάτες βιολογικής σημασίας. Τα διυδροξυ-παράγωγα βενζολίου και πυριδίνης (2,3-DHBA, 3,4-DHBA, 2,5-DHBA, 2,3-DHP και 2-καρβοξυ-κινολίνη) που χρησιμοποιήθηκαν ως υποκαταστάτες, είναι σημαντικοί μεταβολίτες, εμπλέκονται σε βιολογικούς καταλυτικούς κύκλους και έχουν αντιοξειδωτικές ιδιότητες. Στα πλαίσια της μελέτης της δραστικότητας των συμπλόκων ενώσεων του Nb(V) στην ενεργοποίηση του Ο2 πραγματοποιήθηκε η αντίδραση του NbCl5 σε μεθανολικό διάλυμα με αλογονοϊόντα και συγκεκριμένα με τα βρωμιούχα και ιωδιούχα άλατα KBr, KI, PPH4Br και PPH4I σε διαφορες στοιχειομετρικές αναλογίες. Η παραλαβή κρυσταλικού προϊόντος από την αντίδραση του NbCl5 με PPH4Br σε μεθανολικό διάλυμα παρουσία Ο2 και φωτός και η ανάλυσή του με ακτίνες Χ οδήγησε στη διερεύνηση του μηχανισμού της οξείδωσης των ιόντων Br- μέσω του σχηματισμού περόξο-συμπλόκου του νιοβίου. Επισημαίνεται επίσης ο ρόλος του NbCl5 στην αντίδραση κυκλοποίησης της ακετόνης, η οποία οδηγεί στην παραλαβή κρυσταλλικού τριϋπεροξειδίου της τριακετόνης με μεγάλη απόδοση. Σε μια προσπάθεια σύγκρισης της αντιοξειδωτικής δράσης των υποκαταστατών χρησιμοποιήθηκε ως αντιοξειδωτικό αναφοράς το ασκορβικό οξύ. Από την αντίδραση του NbCl5 και του ασκορβικού οξέος σε διάλυμα μεθανόλης παρουσία οξυγόνου και βάσης προκύπτουν ϋπεροξο-σύμπλοκα του Nb(V) με το ασκορβικό, χωρίς την προσθήκη υπεροξειδίου του υδρογόνου. Έγινε σύγκριση της κυτταροστατικής, αντιπολλαπλασιαστικής και δράσης στο φαινόμενο της νέκρωσης, του συμπλόκου με αυτήν του ασκορβικού, όπου και έδειξε το υπεροξο-σύμπλοκο να δρα πιο αποτελεσματικά. Ακολουθώντας τη μέθοδο σύνθεσης των υπεροξο-συμπλόκων Nb(V) και W(VI), η οποία βασίζεται στην προσθήκη διαλύματος υπεροξειδίου του υδρογόνου σε υδατικό διάλυμα πρόδρομης ένωσης του Nb(V) και W(VI), απομονώθηκαν και χαρακτηρίστηκαν ομολεπτκά υπεροξο-σύμπλοκα Nb(V) και W(VI). Από την αντίδραση αυτών με τον υποκαταστάτη 2-καρβοξυ-κινολίνη παρασκευάστηκαν νέα υπεροξο-σύμπλοκα. Τα απομονωθέντα στερεά σύμπλοκα χαρακτηρίστηκαν με φασματοσκοπία IR, Raman, TGA, FAB-MS, ES-MS, 1H και 13C NMR και διερευνήθηκε η σταθερότητα, η δραστικότητα τους και η καταλυτική τους δράση σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Επίσης μελετήθηκε η δομή των συμπλόκων (gu)2[Nb(O2)3(quin-2-c)] και (gu)[WO(O2)2(quin-2-c)] μέσω κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ. Πραγματοποιήθηκαν θεωρητικοί υπολογισμοί DFT που έδωσαν σημαντικές πληροφορίες για τις ενέργειες και το χαρακτήρα των HOMO και LUMO τροχιακών του συμπλόκου (gu)2[Nb(O2)3(quin-2-c)]. Η in vitro ινσουλινομιμητική δράση των υπεροξο-συμπλόκων προσδιορίζεται από την αντίσταση στην απελευθέρωση των ελευθέρων λιπαρών οξέων από τα λιιποκύτταρα με τη δράση της επινεφρίνης. Από τα σύμπλοκα του σιδήρου που απομονώθηκαν εμβαθύναμε στο χαρακτηρισμό και στις οξειδοαναγωγικές ιδιότητες αυτών με τους υποκαταστάτες 2,3-DHBA, και 3,4-DHBA. Η τεχνική της κυκλικής βολταμετρίας και η παρασκευή ανάλογων διαμαγνητικών συμπλόκων του γαλλίου (Ga) βοήθησαν αποτελεσματικά στο χαρακτηρισμό και τη μελέτη τους. Τα αποτελέσματα δείχνουν για τον υποκαταστάτη 2,3-DHBA ότι ευνοείται η μετατροπή σε σεμικινόνη (SQ) και η σταθεροποίησή του με συμπλοκοποίηση. Για τα παραπάνω σύμπλοκα μελετήθηκε η βιολογική τους δράση και η επίδρασή τους σε διάφορες καρκινικές σειρές. Η παρακολούθηση της οξειδωτικής διάσπασης του αρωματικού δακτυλίου παρουσία των υπεροξο- συμπλόκων Fe(III), Nb(V) και W(VI) και η ανάλυση των προϊόντων με φασματοσκοπία NMR δίνει πληροφορίες για το μηχανισμό ενεργοποίησης του οξυγόνου in vitro και in vivo.