complejos de paladio, plata y oro con 1-alil-3-metil-imidazol

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE LICENCIATURA EN QUÍMICA
COMPLEJOS DE PALADIO, PLATA Y ORO CON 1-ALIL-3-METIL-IMIDAZOL2-ILIDENO Y SU INTERACCIÓN CON ADN
Por:
Br. Gustavo A. Adrián A.
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
Como requisito parcial para optar al título de
Licenciado en Química
Sartenejas, Julio 2015
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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE LICENCIATURA EN QUÍMICA
COMPLEJOS DE PALADIO, PLATA Y ORO CON 1-ALIL-3-METIL-IMIDAZOL2-ILIDENO Y SU INTERACCIÓN CON ADN
Por:
Br. Gustavo A. Adrián A.
Realizado con la asesoría de:
Dra. Vanessa R. Landaeta.
Dra. María C. Goite.
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
Como requisito parcial para optar al título de
Licenciado en Química
Sartenejas, Julio 2015
ii
iii
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE LICENCIATURA EN QUÍMICA
COMPLEJOS DE PALADIO, PLATA Y ORO CON 1-ALIL-3-METIL-IMIDAZOL2-ILIDENO Y SU INTERACCIÓN CON ADN.
Resumen:
Los carbenos N-Heterocíclicos (NHC) han sido ampliamente estudiados debido a su gran
aplicabilidad como ligandos para la formación de compuestos organometálicos, lo cual se
debe tanto a sus características intrínsecas como a su versatilidad en cuanto a síntesis y
modificación estructural. En las últimas décadas, se ha presentado un auge en la utilización de
estos complejos en diversas áreas de la química, destacando un gran interés en el campo de la
Bioinorgánica, ya que algunos de estos compuestos han presentado actividad antimicrobiana,
antimalárica, antifúngica y anticancerígena. Esto ha hecho de los complejos metal-NHC una
posible opción para el tratamiento de diversas patologías, y es por ello que los mismos
representan una novedosa opción para el desarrollo de nuevas y más eficientes metalodrogas.
En este sentido, este trabajo presenta la síntesis y caracterización de complejos metal-NHC,
utilizando el precursor carbénico bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A) para obtener tres
nuevos complejos carbénicos de plata, oro y paladio cuya estructura propuesta es
Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B), [Au(C7H10N2)2][Br] (C),PdCl2(C7H10N2)2 (E). Se evaluó la
interacción de estos cuatro compuestos con el ADN mediante técnicas hidrodinámicas de
viscosidad y métodos espectrofotométricos, tomando en cuenta que el ADN es un blanco de
acción para algunas patologías como lo son el cáncer y diversas enfermedades infecciosas.
iv
Estas técnicas indicaron la existencia de interacción con el ADNtt tanto del precursor
carbénico como de los complejos sintetizados. Dicha interacción es indicativa de una posible
actividad biológica de los complejos obtenidos, por lo que se propone que los mismos sean
evaluados en este sentido.
v
AGRADECIMIENTOS
A mi familia por siempre apoyarme y confiar en mí, especialmente a mi madre
ejemplo de sacrificio, trabajo y amor incondicional, a mi tía Rosaura por ser
simplemente otra madre más. Ambas responsables del profesional que soy hoy
en día y de inculcarme el amor por el conocimiento. A mi padre y mis abuelos
quienes siempre han colaborado con mi persona en infinidad de ocasiones. A
mis hermanos quienes siempre serán unas maravillosas personas y los mejores
amigos. A Vanessa Hernández (y su familia por abrirme las puertas de su hogar)
esa bella persona que durante más de 4 años siempre me brindó su apoyo, ayuda,
amor y compañía sin pedir nada a cambio, por ayudarme a crecer y ser una
mejor persona, a todos los amo y mi infinito agradecimiento.
A la USB y el IVIC por brindarme una excelente formación académica a
través de excelentes profesores. A mis tutores Vanessa Landaeta, María Cristina
Goite, William castro quienes me ayudaron y guiaron a lo largo de la realización
de este proyecto. A esos técnicos que no les hace falta tener un doctorado para
ser unos genios en su trabajo Soraya de León y Pedro Moncada siempre serán
los mejores. Igualmente a todas esas personas que colaboraron: Sore, Yoko,
Ligia, Daniela.
A todas las personas que hicieron de mis años en la USB y el IVIC un baúl de
buenos recuerdos, por brindarme su amistad y apoyo cuando la necesite: Dani,
Kenneth, Ysne, Abel, Roció, Eida, Geny, Tata, Yaya, El enano, Gilberto, Victor,
Carmen, Henry, Ángel, Maga, La Flaca, Pedro entre muchos otros.
vi
ÍNDICE GENERAL
Página.
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 1
I.1. Carbenos. .............................................................................................................................. 1
I.2. Carbenos N-Heterocíclicos. ................................................................................................. 3
I.2.1. Síntesis de precursores Carbénicos N-Heterocíclicos. Sales de Imidazolio. ............... 4
I.2.2. Estabilidad de los Carbenos N-Heterocíclicos. ............................................................. 5
I.2.2.1. Efectos electrónicos............................................................................................... 6
I.2.2.1.1. Insaturación. .................................................................................................... 7
I.2.2.1.2. N-Sustituciones. .............................................................................................. 8
I.2.2.1.3. Sustituciones C4-C5. ....................................................................................... 8
I.2.2.2. Efectos estéricos. .................................................................................................... 9
I.3. Complejos Metal-NHC. ..................................................................................................... 10
I.3.1. Síntesis de Complejos Metal-NHC. ............................................................................ 11
I.3.2. Enlace M-NHC ............................................................................................................ 12
I.4. Complejos metálicos en la Química Bioinorgánica. .......................................................... 14
I.5. El ADN como blanco de acción. ........................................................................................ 15
I.5.1. Interacciones covalentes. ............................................................................................. 17
I.5.2. Interacciones no-covalentes. ....................................................................................... 18
I.6. Complejos Metal-NHC y sus aplicaciones en Bioinorgánica. ........................................... 20
I.6.1. Complejos metal-NHC del grupo 11. .......................................................................... 20
I.6.1.1. Ag-NHC como agentes antimicrobianos. ............................................................ 21
I.6.1.2. Ag-NHC como agentes anticancerígenos. ........................................................... 23
I.6.1.3.Complejos Au-NHC como agente antimicrobiano. .............................................. 26
I.6.1.4. Complejos Au-NHC como agentes anticancerígenos. ......................................... 28
vii
I.6.2. Complejos Metal-NHC del grupo 10. ......................................................................... 32
I.6.2.1. Complejos Pd-NHC como agentes anticancerígenos. .......................................... 32
I.7. Objetivos. ........................................................................................................................... 35
I.7.1. Objetivo General. ........................................................................................................ 35
I.7.2. Objetivos específicos. ................................................................................................. 35
CAPITULO 1 ........................................................................................................................... 37
METODOLOGIA Y SECCION EXPERIMENTAL. .............................................................. 37
1.1. Reactivos. .......................................................................................................................... 37
1.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. .......................................................................... 39
1.2.1. Síntesis del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A). ............................................. 40
1.2.2. Síntesis del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B). ................................................... 41
1.2.3. Síntesis del complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C). ......................................................... 42
1.2.4. Síntesis del complejo Precursor Pd(CH3CN)2Cl2 (D). ............................................. 43
1.2.5. Síntesis del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E). ............................................................... 43
1.2.6. Medidas de Viscosidad. .............................................................................................. 44
1.2.7. Titulaciones espectroscópicas por UV-Vis................................................................. 46
1.2.8. Experimentos de unión competitiva entre el aducto ADN-BE y los complejos
mediante fluorescencia. ........................................................................................................ 47
CAPITULO 2 ........................................................................................................................... 49
RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE LA SINTESIS DE COMPLEJOS METALICOS ......... 49
2.1. Síntesis y caracterización del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A). ........................ 49
2.2. Síntesis y caracterización del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B). .......................... 56
2.3. Síntesis y caracterización del complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C). ................................. 65
2.4. Síntesis y caracterización del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E)........................................... 73
CAPÍTULO 3 ........................................................................................................................... 82
viii
RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE LAS PRUEBAS DE INTERACCIÓN COMPLEJOADN ......................................................................................................................................... 82
3.1. Medidas de Viscosidad. ................................................................................................ 82
3.2. Titulaciones Espectroscópicas por UV-Vis. .................................................................. 86
3.3. Experimentos de unión competitiva entre el aducto ADN-BE y los complejos
mediante fluorescencia. ........................................................................................................ 90
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................................... 97
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 99
ix
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Página.
Figura I.1. Especies Carbénicas. (a) Carbeno tipo singlete (b) carbeno tipo triplete. ............... 1
Figura I.2. Clasificación de carbenos: (a) Schrock, (b) Fisher, (c) NHC. .................................. 2
Figura I.3. Síntesis del carbeno N-Heterocíclico libre de Arduengo.......................................... 3
Figura I.4. Carbenos NHC de 5 miembros. ................................................................................ 3
Figura I.5. Síntesis de sales de imidazolio.................................................................................. 5
Figura I.6. Gap singlete-triplete entre las diversas configuraciones electrónica de un carbeno
NHC. ........................................................................................................................................... 6
Figura I.7. Efecto de estabilización push-pull. ........................................................................... 7
Figura I.8. Puntos estructurales para la modificación electrónica de los NHC. ......................... 7
Figura I.9. Comparación estérica entre las fosfinas y los carbenos NHC. ................................. 9
Figura I.10. Síntesis de complejos Metal-NHC. ....................................................................... 11
Figura I.11.Diagrama orbital de las contribuciones al enlace metal-NHC. .............................. 13
Figura I.12. Metalofármacos: (a) Sulfadiazina de plata (b) Auranofina (c) cis-platino. .......... 14
Figura I.13. Estructura de doble hélice del ADN (izquierda), surcos en la doble hélice
(derecha). .................................................................................................................................. 16
Figura I.14. Interacciones covalentes del cisplatino con el ADN. ........................................... 17
Figura I.15. (a) Intercalación entre pares de bases del ADN (b) interacción con el surco
menor del ADN. ....................................................................................................................... 18
Figura I.16. Primer complejo Ag-NHC con actividad antimicrobiana..................................... 21
Figura I.17. Ag-NHC derivados de xantinas metiladas: teobromina (izquierda), cafeína
(derecha). .................................................................................................................................. 22
Figura I.18. Ag-NHC con sustituciones N-aromáticas y en el anillo imidazólico. .................. 23
Figura I.19. Complejos Ag-NHC heterolépticos (8-10) y homolépticos (12-13) con actividad
anticancerígena. ........................................................................................................................ 24
x
Figura I.20. Complejos Ag-NHC con N-Sustituyentes aromáticos en posición para, con
actividad anticancerígena. ........................................................................................................ 24
Figura I.21. Complejos Ag-NHC tipo quelato y biscarbenicos con actividad anticancerígena.
.................................................................................................................................................. 25
Figura I.22. Complejos Au-NHC con sustituyentes aromáticos sustituidos con actividad
antimicrobiana. ......................................................................................................................... 26
Figura I.23. Complejos Au-NHC con sustituyentes aromáticos sustituidos con actividad
antimicrobiana. ......................................................................................................................... 27
Figura I.24. Complejos Au(I)- y Au(III)-NHC biscarbenicos con actividad antifúngicas y
antimaláricas. ............................................................................................................................ 28
Figura I.25. Complejos catiónicos Au-NHC con blanco de acción mitocondrial. ................... 29
Figura I.26. Complejo ferrocenil-Au(I)-NHC con actividad anticancerígena.......................... 29
Figura I.27. Complejos Au(I)- y Au(IIII)-NHC neutros derivados de aminoácidos con
actividad anticancerígena. ........................................................................................................ 30
Figura I.28. Complejos Tiolato-Au(I)-NHC y [Au(Cl)(IMes)]. .............................................. 31
Figura I.29. Complejos Pd(II)-NHC con actividad anticancerígena. ....................................... 33
Figura I.30. Complejo alil-Pd-NHC con actividad anticancerígena. ....................................... 34
Figura 2.1. Esquema de síntesis del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A). ..................... 49
Figura 2.2. Espectro de UV-Vis del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A). ..................... 50
Figura 2.3. Espectro de FT-IR del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A)......................... 51
Figura 2.4. Espectro de RMN 1H del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A) (300 MHz,
CDCl3, campo bajo). ................................................................................................................. 52
Figura 2.5. Espectro de RMN 1H del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A) (300 MHz
CDCl3, campo alto). .................................................................................................................. 52
Figura 2.6. Espectro de RMN 13C{1H} del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A). ......... 54
xi
Figura 2.7. Espectro de masas teórico/experimental del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio
(A)............................................................................................................................................. 55
Figura 2.8. Espectro de Masas del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A). ....................... 56
Figura 2.9. Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A). ............................................................ 56
Figura 2.10. Esquema de síntesis del Complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B). ........................ 57
Figura 2.11. Espectro de UV-Vis del Bromuro de complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B). ..... 57
Figura 2.12. Espectro de FT-IR del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B)............................. 58
Figura 2.13. Espectro de RMN 1H del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B) (300 MHz,
CDCl3, campo bajo). ................................................................................................................. 59
Figura 2.14. Espectro de RMN 1H del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B) (300 MHz,
CDCl3, campo alto). .................................................................................................................. 60
Figura 2.15. Espectro de RMN 13C{1H} del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B) (300 MHz,
CDCl3). ..................................................................................................................................... 62
Figura 2.16. Espectro de masas teórico/experimental del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2]
(B). ............................................................................................................................................ 63
Figura 2.17. Espectro de masas del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B), fragmentación. ... 63
Figura 2.18. Estructura molecular del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B). Diagrama Ortep
(elipsoides dibujados al 50% de probabilidad). ........................................................................ 64
Figura 2.19. Esquema de síntesis complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C). ..................................... 66
Figura 2.20. Espectro de UV-Vis del Bromuro de complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C). ........... 66
Figura 2.21. Espectro de FT-IR del Bromuro de complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C). ............ 67
Figura 2.22. Espectro de RMN-1H del complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C) (300 MHz, CDCl3,
campo bajo). ............................................................................................................................. 68
Figura 2.23. Espectro de RMN-1H del complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C) (600 MHz, DMSOd6, campo alto). ......................................................................................................................... 69
Figura 2.24. Espectro de RMN 13C{1H} para el complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C) (600 MHz,
DMSO-d6)................................................................................................................................. 70
xii
Figura 2.25. Espectro de masas teórico/experimental del complejo [Au(C7H10N2)2][Br2] (C).
.................................................................................................................................................. 71
Figura 2.26.Espectro de masas del complejo [Au(C7H10N2)2][AuBr2] (C), fragmentación..... 72
Figura 2.27. Estructura propuesta para el complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C).......................... 72
Figura 2.28. Esquema de síntesis del Complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E) mediante
transmetalación. ........................................................................................................................ 73
Figura 2.29. Espectro de UV-Visible del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E). .............................. 74
Figura 2.30. Espectro de IR-TF del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E). ....................................... 74
Figura 2.31. Espectro de RMN 1H del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E) (campo bajo, CD2Cl2,
600 MHz).................................................................................................................................. 76
Figura 2.32. Espectro de RMN 1H del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E) (campo alto, CD2Cl2,
600 MHz).................................................................................................................................. 76
Figura 2.33. Espectro de irradiación selectiva 1D-TOCSY (a) Irradiación en 5,12 ppm (b)
irradiación en 5,16 ppm (c) espectro sin irradiar de PdCl2(C7H10N2)2 (E) (600 MHz,
CD2Cl2). .................................................................................................................................... 77
Figura 2.34. Asignación de protones para el complejo PdCl2(C7H10N2)2 . ............................... 78
Figura 2.35. Espectro de RMN 13C{1H} del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E) (300 MHz,
CD2Cl2). .................................................................................................................................... 80
Figura 2.36. Estructura probable para el complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E). ............................... 81
Figura 3.1. Curvas de viscosidad relativa. 1mM ADN, 1 mM analito. (a) Bromuro de 1-alil3metil-imidazolio; (b) [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (c) [Au(C7H10N2)2][Br](d) PdCl2(C7H10N2)2
(e) comparación con BE. .......................................................................................................... 85
Figura 3.2. Titulación espectroscópica con ADNtt del cisplatino. ........................................... 87
Figura 3.3. Titulaciones espectroscópicas con ADNtt de los compuestos sintetizados (a)
Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio; (b) [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (c) [Au(C7H10N2)2][Br] (d)
PdCl2(C7H10N2)2. ...................................................................................................................... 88
Figura 3.4. Bromuro de Etidio. ................................................................................................. 90
xiii
Figura 3.5. Espectro de emisión de BE-ADN en ausencia de complejo (1) y en presencia de
concentraciones creciente de complejo (2-6). .......................................................................... 91
Figura 3.6. Espectros de emisión de fluorescencia del aducto ADN-BE en ausencia y
presencia de cantidades crecientes de complejo (de arriba a abajo): (a) Bromuro de 1-alil3metil-imidazolio; (b) [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (c) [Au(C7H10N2)2][Br] (d) PdCl2(C7H10N2)2.
.................................................................................................................................................. 93
Figura 3.7. Gráficos de Scatchard obtenidos a través de los espectros de emisión del aducto
ADN-BE al ser titulado con: (a) Bromuro de 1-alil-3metil-imidazolio; (b)
[Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (c) [Au(C7H10N2)2][Br] (d) PdCl2(C7H10N2)2. .................................. 95
xiv
ÍNDICE DE TABLAS
Página
Tabla 1.1.Reactivos utilizados y procedencia. ......................................................................... 37
Tabla 1.2. Solventes y purificación. ......................................................................................... 38
Tabla 2.1. Asignación de protones y constates de acoplamiento del Bromuro de 1-alil-3-metilimidazolio (A). ......................................................................................................................... 53
Tabla 2.2. Desplazamientos químicos y constantes de acoplamiento del complejo
[Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B)...................................................................................................... 61
Tabla 2.3. Distancias de enlaces y ángulos seleccionados para la estructura molecular del
complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B). ..................................................................................... 65
Tabla 2.4. Desplazamientos y constantes de acoplamiento del complejo [Au(C7H10N2)2][Br]
(C)............................................................................................................................................. 69
Tabla 2.5. Desplazamientos y constantes de acoplamiento del complejo PdCl2(C7H10N2)2. ... 79
Tabla 3.1. Constantes de interacción calculadas a partir de las titulaciones espectroscópicas
mediante el método de exclusión de Neighbor. ........................................................................ 90
Tabla 3.2. Constantes de Stern-Volmer (Ksv) y constantes de interacción (Kb) obtenidas
mediante el estudio de competencia ADN-BE con los complejos sintetizados. ...................... 94
xv
ABREVIATURAS
Abreviación
Significado
NHC
Carbeno N-Heterocíclico (N-heterocyclic carbene NHC por sus siglas en
inglés)
HMQC
Correlación heteronuclear cuántica múltiple (Heteronuclear Multiple
Quantum Coherence HMQC por sus siglas en inglés)
HMBC
Correlación heteronuclear de largo alcance (Heteronuclear Multiple Bond
Correlation, HMBC por sus siglas en inglés)
COSY
Correlación espectroscópica homonuclear (Correlation
Spectroscopy,COSY por sus siglas en inglés)
TOCSY
Correlación espectroscópica total (Total Correlation Spectroscopy,
TOCSY por sus siglas en inglés)
s
Singlete
t
Triplete
ddd
Doblete de dobletes de dobletes
ADNtt
Ácido desoxirribonucleico de timo de ternera
xvi
INTRODUCCIÓN
I.1. Carbenos.
Los carbenos son compuestos neutros divalentes (poseen dos electrones libres) en los
cuales cada átomo de carbono carbénico tiene 6 electrones en su capa de valencia. Los
carbenos son de formula general -R-C:-R’- donde R pueden ser grupos arilo, alquilo o un
heteroátomo1,2. Debido a su configuración espacial y electrónica pueden presentar geometrías
lineales y angulares. Los carbenos lineales poseen una hibridación tipo sp, mientras que los
carbenos con geometrías angulares poseen una hibridación sp2. Al ser los carbenos especies
divalentes, poseen diferentes estados de espín, es decir, diferentes configuraciones
electrónicas. La primera se denomina singlete en la cual los electrones están apareados,
pudiendo estar en diferentes orbitales. La segunda configuración es llamada triplete, y en la
misma los electrones se encuentran desapareados (Figura I.1).
Figura I.1. Especies Carbénicas. (a) Carbeno tipo singlete (b) carbeno tipo triplete.
Los carbenos son especies muy reactivas debido a su carácter divalente. Es por ello que
poseen excelentes propiedades para su uso como ligandos. Su coordinación a un centro
1
2
metálico les brinda mayor estabilidad. Esto, aunado a la diversidad de aplicaciones de estos
complejos, ha ocasionado un auge en el estudio de los complejos metal-carbeno1,3,4,5.
Los complejos metal carbeno, los cuales se denotan como LnM-CR2, poseen un enlace
metal-carbono, cuya distancia de enlace por lo general es más corta que un enlace simple,
pudiendo llegar a ser comparable con un enlace doble1,5. Los complejos metal-carbeno son
clasificados históricamente en dos tipos: (1) los carbenos tipo Fisher, son carbenos singlete en
los que predomina la donación directa del carbono al centro metálico (CM). Poseen un
orbital p libre en el cual se puede establecer retrodonación y suelen formarse con metales en
bajos estados de oxidación. Por otro lado, (2) los carbenos tipo Schrock, son carbenos triplete
que forman dos enlaces covalentes polarizados hacia el carbono. En estos no se produce
retrodonación, y suelen formarse con centros metálicos en altos estados de oxidación1,2,6.
Sin embargo, existen otros tipos de carbenos los cuales no pueden ser clasificados en
ninguno de los dos tipos mencionados anteriormente. A estos se le conoce como carbenos Nheterocíclicos (N-Heterocyclic carbenes, NHC por sus siglas en inglés) los cuales son
aquellos cuyo carbono carbénico forma parte de un heterociclo (Figura I.2)1,2,6. Estos
diaminocarbenos pueden coordinarse a metales en altos y bajos estados de oxidación. La
presencia de los heteroátomos (generalmente nitrógenos) adyacentes al carbono carbénico así
como su estructura cíclica, le confiere a los carbenos NHC propiedades particulares, las cuales
han generado un auge en su estudio y particularmente en su uso como ligandos para formar
complejos con metales de transición7,8.Las características que han hecho de los NHC unos
ligandos tan atractivos abarcan desde el ámbito sintético, hasta su estructura estérica y
electrónica.
Figura I.2. Clasificación de carbenos: (a) Schrock, (b) Fisher, (c) NHC.
3
I.2. Carbenos N-Heterocíclicos.
Los carbenos NHC son carbenos tipo singlete con geometría angular8, los cuales poseen una
hibridación sp2. La química de los carbenos N-heterocíclicos se inició con los trabajos de
Wanzlink a principios de la década de los 60, quien estudió la reactividad de estos
compuestos cuando aún se discutía la existencia de carbenos estables9. En los siguientes años
(1968) Wanzlink y Schonherr reportarían la aplicación de estos NHC como ligandos para
complejos metálicos10. Sin embargo, no fue hasta 1991 cuando Arduengo logró por primera
vez aislar y caracterizar una especie carbénica libre11 (Figura I.3), lo cual abrió las puertas a la
síntesis y estudios de este tipo de carbenos.
Figura I.3. Síntesis del carbeno N-Heterocíclico libre de Arduengo.
Se han reportado desde entonces gran cantidad de compuestos tipo NHC, entre los que
destacan aquellos provenientes de anillos 5 miembros12. Los NHC más importantes y
comúnmente empleados son los provenientes del imidazol-2-ilideno y el imidazolidin-2ilideno (1 y 2 respectivamente, en la figura I.4) debido a su estabilidad y facilidad de
modificación estructural y electrónica mediante su funcionalizacion2,13.Destacan entre estos
los NHC derivados del imidazol-2-ilideno debido a su mayor estabilidad frente a su
contraparte saturada14,15.
Figura I.4. Carbenos NHC de 5 miembros.
4
I.2.1. Síntesis de precursores Carbénicos N-Heterocíclicos. Sales de Imidazolio.
Se han reportado diversos métodos sintéticos para la obtención de carbenos NHC
específicamente de 5 miembros entre los que se tiene: desulfuración de imidazolin-2-tionas,
6,13,16
termólisis (α-eliminación) de aductos de imidazolin o imidazolio13,17 y la desprotonación
de sales de imidazolio8,18. Este último método es la principal ruta para la obtención de
carbenos NHCs debido a la facilidad con que las sales de imidazolio pueden ser modificadas
estérica y electrónicamente. Estas sales pueden ser derivadas del bencilimidazol, triazol,
oxazolio, imidazol, imidazolin, etc.12,13,18. Otra importante característica de estos precursores
carbénicos, es que brindan la posibilidad de generar y utilizar los NHC sin la necesidad de ser
aislados ya que los NHC libres tienden a dimerizar y a descomponerse fácilmente por
oxidación debido a la alta reactividad del par de electrones libres sobre el carbono
carbénico13,19,20.
Existen diversas rutas sintéticas para la obtención de las sales de imidazolio y en particular
para aquellas derivadas del imidazol(in). De manera general se tienen tres rutas para su
obtención (Figura I.5): (i) mediante la condensación (en un solo paso de reacción) de glioxal,
paraformaldehido y aminas primarias para formar sales de imidazolio simétricas y asimétricas
8,21,22
(ii) sustitución nucleofílica de imidazoles (o imidazolines) sustituidos con un haluro de
alquilo/arilo apropiado,8,21,22 (iii) vía ortoester para convertir 1,2-diaminas N,N-disustituidas
(simétricas o asimétricas) en pH ácido en las correspondientes sales de imidazolio8,22.
Para la obtención de carbenos NHC a partir de estas sales de imidazolio, se lleva a cabo la
abstracción del protón situado en el carbono carbénico. Generalmente esto es realizado in situ
en el medio de reacción en presencia de un precursor metálico, generando el carbeno NHC
libre sin la necesidad de ser aislado, evitando así su posible dimerización13,23 o
descomposición mediante reacciones de oxidación19,20. Se han reportado principalmente dos
rutas por las cuales se puede realizar dicha desprotonación de las sales de imidazolio: (i)
mediante una base fuerte, utilizándose comúnmente NaH o KH en presencia de cantidades
catalíticas de KOtBu. Esta vía es la más comúnmente utilizada cuando se desea aislar la
especie carbénica6,8,13,. (ii) utilizando un complejo metálico con ligandos (que actúan como
5
bases de Lewis) tales como acetato, acetilacetonato, alcóxido, etc. Estos ligandos básicos
realizarán la abstracción de protón acídico para formar el carbeno NHC y permitir su posterior
coordinación al centro metálico6,23. Además de la diversidad en sus rutas sintéticas, otra
característica que le ha conferido a los carbenos NHC su importancia a través de los años y en
particular como ligandos, es la estabilidad que ha presentado este tipo de compuestos. Es por
ello que es necesario profundizar en los aspectos que les confieren dicha estabilidad.
Figura I.5. Síntesis de sales de imidazolio
I.2.2. Estabilidad de los Carbenos N-Heterocíclicos.
La estabilidad de los carbenos N-heterocíclicos se debe a una suma de factores o
características estructurales. Estas pueden ser de carácter electrónico o estérico, y permitirán
controlar la reactividad del par de electrones sobre el carbono carbénico, permitiendo el uso
de los carbenos NHC como ligandos para la formación de complejos metal-NHC.
6
I.2.2.1. Efectos electrónicos.
Los NHC son carbenos con geometría angular, es decir, poseen hibridación sp2, por lo que
sus orbitales frontera son el orbital hibrido sp2 (denominado  y un orbital p perpendicular a
denominado pπ)20,24. La diferencia energética entre estos orbitales (HOMO-LUMO
respectivamente) determinará las configuraciones electrónicas del carbeno NHC, singlete o
triplete, la cual se denomina gap singlete-triplete (Es-t) (Figura I.6) y es la manera en que se
cuantifica la estabilidad de un NHC.
Figura I.6. Gap singlete-triplete entre las diversas configuraciones electrónica de un carbeno NHC.
Por lo general, este gap electrónico tiene una magnitud entre 65-85 Kcal/mol lo que origina
que se favorezca el estado singlete para los NHC24,25. La principal causa que explica la
estabilidad de los carbenos NHC y particularmente en su estado singlete, es lo que se conoce
como efecto push-pull, el cual es generado por parte de los átomos nitrógenos adyacentes al
carbono carbénico causando dos efectos sobre el carbono carbénico: (1) un efecto
electroatractor (push), debido a la mayor electronegatividad de los átomos de nitrógeno
causando una disminución de la densidad electrónica sobre carbono carbénico un efecto
donador pπ (pull) por parte del par de electrones sobre estos átomos de nitrógenos hacia el
orbital pπ del carbono carbénico. Ambos efectos se generan simultáneamente ocasionando una
deslocalización de la densidad electrónica entre los orbitales del carbono carbénico y los
orbitales de los átomos de nitrógeno, brindando así estabilidad en la especie divalente (Figura
I.7)6,8,20.
7
Figura I.7. Efecto de estabilización push-pull.
Además del efecto push-pull, el cual es una característica intrínseca de los NHC, existen
otros factores que contribuyen a la estabilidad de estos carbenos, como lo son las
modificaciones estructurales, las cuales varían sus características electrónicas y por ende su
Es-t. Se tienen así tres posibles modificaciones que pueden variar estabilidad al carbeno: La
saturación de anillo del cual forma parte el carbono carbénico, las sustituciones en los átomos
de nitrógeno y las sustituciones en las posiciones 4 y 5 del anillo imidazólico en el anillo
(Figura I.8)12.
Figura I.8. Puntos estructurales para la modificación electrónica de los NHC.
I.2.2.1.1. Insaturación.
Se tiene que el efecto de deslocalización de carga brindado por los átomos de nitrógeno de
las sales de imidazolio puede extenderse a lo largo del anillo para sistemas insaturados C4=C5
(imidazol-2-ilidenos),20 en los que se tendría un sistema de 6e- -π, cuatro pertenecientes a los
8
átomos de nitrógeno y dos pertenecientes a la insaturación, mientras que los electrones del
carbono carbénico permanecen en el orbital. Se ha reportado que esto brinda una estabilidad
adicional alrededor de 20-25 kcal/mol
frente a sus análogos saturados (imidazolin-2-
ilidenos). A pesar de que esta insaturación brinda mayor estabilidad a los NHC, algunos de
sus análogos saturados han sido exitosamente aislados, demostrando que ésta deslocalización
de 6e- es un factor contribuyente a la estabilidad mas no el determinante, siendo la
deslocalización pπ N-C-N el factor influyente en la estabilidad para ambos derivados,
saturados e insaturados14,15,26.
I.2.2.1.2. N-Sustituciones.
Las sustituciones sobre los átomos de nitrógeno adyacentes al carbono carbénico pueden
modificar el efecto inductivo y el efecto push-pull en general. Se tiene entonces que los
sustituyentes que ocasionen un efecto electroatractor estabilizan inductivamente el orbital
 antienlazante (del carbono carbénico) aumentando su carácter s, dejando así desocupado el
orbital pπ. Lo anterior se traduce en un aumento de Es-t lo cual a su vez favorece el estado
singlete. En contraste, los sustituyentes que originen una mayor donación inducen una
disminución en Es-t favoreciendo el estado triplete24.
I.2.2.1.3. Sustituciones C4-C5.
Se han reportado ejemplos en los que la sustitución sobre los átomos de carbono del anillo
imidazólico por grupos o átomos electroatractores brinda estabilidad a los NHC, ejemplo de
ello es la sustitución de los átomos de hidrógeno por átomos de cloro27. Esta estabilidad, se
debe a la donación π por parte de los electrones libres del átomo de cloro hacia los orbitales π
de los carbonos C4y C5. Además, los átomos de cloro generan un efecto electroatractor
debido a su electronegatividad, lo cual ocasiona una disminución de la basicidad del par de
electrones libres del carbono carbénico27,28.Dicho efecto es similar al observado por parte de
9
los átomos de nitrógeno sobre el carbono carbénico. Se ha estimado que la contribución a la
estabilidad de estos sustituyentes es de alrededor de 5 Kcal/mol20.
Se puede concluir entonces que los NHC son carbenos tipo singlete donde predomina su
carácter donador La estabilidad de los mismos está regida por una suma de contribuciones
explicadas anteriormente, siendo la de mayor peso la deslocalización de cargas entre el
carbono carbénico y los átomos de nitrógeno adyacentes al mismo efecto denominado pushpull.
I.2.2.2. Efectos estéricos.
Los efectos estéricos más relevantes sobre la estabilidad de los carbenos NHC se observan
en las reacciones de dimerización, donde los N-sustituyentes voluminosos tienden a proteger
al par electrónico, tal y como se demostró por primera vez con el carbeno de Arduengo
(Figura I.3)11,24. Este impedimento es consecuencia de la manera en que se disponen
espacialmente los sustituyentes del carbeno NHC. A diferencia de las fosfinas, las cuales
poseen una conformación espacial cónica, los NHC poseen forma de cuña (Figura I.9
Figura I.9), en la cual los sustituyentes dificultan la interacción de los electrones del
carbono carbénico8.
Figura I.9. Comparación estérica entre las fosfinas y los carbenos NHC.
10
Todas estas características electrónicas y estéricas las cuales brindan estabilidad a los NHC
permiten que los mismos puedan ser aislados o formados in situ en determinado medio de
reacción. Es por ello, que los NHC se han convertido en excelentes ligandos para la síntesis
de complejos, siendo estos comparables con las fosfinas, debido a que ambos son especies 
donadoras, -aceptoras y neutras8. Sin embargo, los NHC presentan enlaces más fuertes con
los centros metálicos, hecho que le confiere a éstos mayor estabilidad respecto a sus
“análogos” con fosfina (aquellos que poseen características estéricas y electrónicas
similares)18. La síntesis de complejos metal-NHC es actualmente un área de gran importancia
en diversos campos de la química, y sus aplicaciones se han extendido al ámbito de la
catálisis18,42,12 los polímeros29,30, la química bioinorgánica,8,12,71 etc.
I.3. Complejos Metal-NHC.
La química de los complejos metal-NHC inicia en 1968 con los trabajos de Wanzlick10 y
Öfele31, los cuales reportaron por primera vez complejos carbénicos con Hg y Cr
respectivamente. Estos estudios serían profundizados años después lográndose la obtención de
complejos con otros centros metálicos [como Pd(II), Pt(II), Hg(II)]32. Sin embargo, para la
época no se habían logrado aislar los carbenos NHC como especies libres. Posterior a los
trabajos de Arduengo11 y los avances en cuanto a síntesis, caracterización, propiedades
electrónicas y estéricas, ha sido posible el uso generalizado de estos carbenos como ligandos
en la química organometálica incluso, en ocasiones superando a las fosfinas debido a la
fortaleza del enlace metal-NHC18,33,. Debido a estos avances, se han reportado diversas rutas
sintéticas para la obtención de complejos metal-NHC, siendo una de las principales
características que ha favorecido la aplicabilidad de estos compuestos en diversos ámbitos de
la química.
11
I.3.1. Síntesis de Complejos Metal-NHC.
Se han reportado tres rutas sintéticas principales para la obtención de complejos metal-NHC
(Figura I.10):
Figura I.10. Síntesis de complejos Metal-NHC.
(i) Reacción entre un centro metálico y un carbeno libre: en esta ruta sintética se utiliza un
carbeno libre aislado o generado in situ. Este método permite la utilización de una amplia
gama de precursores metálicos. Sin embargo, este procedimiento tiene el inconveniente de
que los carbenos libres, como se mencionó anteriormente, son altamente reactivos y tienden a
dimerizar fácilmente. Otra desventaja de dicha ruta sintética es la utilización de bases fuertes
en caso de que se genere el carbeno libre in situ, lo cual limitará la elección del carbeno
debido a la tolerancia de sus grupos funcionales hacia estas bases6,22.
(ii) Reacción entre un centro metálico y una sal de imidazolio: la formación de complejos
metal–NHC se realiza generando el carbeno NHC in situ mediante la desprotonación de la
respectiva sal de imidazolio, ya sea empleando una base fuerte (NaH, KH, KOtBu, etc) o un
precursor metálico con ligandos básicos (acetato, acetilacetonato, alcóxido, etc)6,13,22.
12
(iii) Mediante la utilización de agentes de transferencia: este el principal método para la
obtención de complejos metal–NHC. Fue desarrollado por Lin et. al.34, y consiste en la
reacción entre una sal de imidazolio y oxido de plata(I) para formar un complejo Ag-NHC
(que actúa como protector del carbeno NHC libre), el cual actuará como un agente de
transferencia del ligando carbénico a otro centro metálico, debido a la debilidad del enlace
entre el átomo de plata y el carbeno. Este método sintético ha mostrado diversas ventajas
entre las que destacan: la desprotonación usualmente tiene lugar en el carbono C2 (carbono
entre los nitrógenos de la sal de imidazolio), y la posibilidad de formar el Ag-NHC sin
necesidad de atmosfera inerte ni tratamiento previo de los solventes6,22,35.
La diversidad de rutas sintéticas para la obtención de complejos metal-NHC,
particularmente mediante transmetalación a partir de complejos Ag-NHC, ha permitido las
síntesis de una gran diversidad de complejos metal-NHC estables. Esto ha generado un gran
interés en las propiedades del enlace metal-NHC, debido a que la fortaleza de este enlace es
un factor determinante para la estabilidad y reactividad de los mismos, hecho que se ha
asociado con una con mayor estabilidad al aire, a la humedad y al calentamiento7,18,33,36.
I.3.2. Enlace M-NHC
Como se mencionó anteriormente, los carbenos NHC son considerados ligandos
principalmente σ donadores, por lo que se esperaría que el enlace entre estas especies y los
metales de transición fuesen principalmente de carácter sigma. Sin embargo, se ha
demostrado a partir de diversos estudios experimentales y teóricos que el enlace metal-NHC
es más complicado que sólo esta interacción. Dicho enlace es el resultado de un conjunto de
interacciones entre los orbitales σ y pπ del carbeno NHC y los orbitales d del centro metálico.
Se tiene entonces que las propiedades de este enlace dependerán en gran parte de la naturaleza
del centro metálico, tanto de su carácter electrónico como el tamaño del mismo, factores que
influirán en la fortaleza del enlace metal-NHC. Se ha establecido entonces que las
contribuciones al enlace metal-NHC son las siguientes (Figura I.11): (a) donación σ por parte
13
del NHC al metal, (b) retrodonación-π* por parte de los orbitales del metal al NHC, (c) y
donación π por parte del NHC a los orbitales del metal8,20, 37.
Figura I.11.Diagrama orbital de las contribuciones al enlace metal-NHC.
La mayor contribución al enlace metal-NHC es la donación σ, la cual se lleva a cabo entre el
orbital sp2 del carbono carbénico en el NHC (el cual contiene el par de electrones libres) y los
orbitales d de simetría adecuada del metal8,20. Por otro lado, la naturaleza π del enlace
dependerá de la densidad electrónica del centro metálico. En complejos con alta densidad
electrónica como los son los basados en metales del grupo 10 y 11, los carbenos NHC
pueden estar estabilizados a través de la retrodonación (d π*)20. A su vez, los NHC pueden
estabilizar metales deficientes en densidad electrónica mediante donación π proveniente del
orbital pπ (complejos de Ir3+, Rh3+)8,20,37,38. Se concluye entonces, que el enlace metal-NHC no
es únicamente de carácter σ; éste posee un carácter π el cual puede tener una contribución
hasta del 30% en el enlace20.
Debido a todas estas características los complejos metal-NHC han sido ampliamente
utilizados en diversos campos, destacando su uso en múltiples reacciones catalíticas entre las
que se tiene reacciones de oxidación39, metátesis de olefinas40, diversas reacciones de
acoplamiento41, catálisis asimétrica42, etc. Sin embargo, en los últimos años los complejos MNHC han tomado un gran auge en el campo de la bioinorgánica debido a la actividad que han
presentado este tipo de complejos frente a diversas patologías. Se han reportado actividades
14
antimicrobianas7, antimaláricas43, antifúngicas44 y anticancerígenas8,41,45. Esto aunado a su
relativa facilidad sintética, ha hecho de los complejos metal-NHC una posible opción para el
tratamiento de una variedad de patologías. Es por ello, que en las últimas décadas se ha
estudiado ampliamente la utilización de complejos metal-NHC con el objetivo de desarrollar
nuevos y más eficientes metalofármacos.
I.4. Complejos metálicos en la Química Bioinorgánica.
La bioinorgánica es el campo de la química que estudia el rol de los metales en los procesos
biológicos, ya sea de aquellos que se encuentran dentro del organismo de forma natural o
aquellos que se introducen en el mismo de manera artificial46. Estos últimos pueden ser
introducidos al organismo en forma de metalodrogas para el tratamiento de enfermedades
como la artritis, cáncer, infecciones, e incluso el VIH, etc7,47. El uso de complejos metálicos
como tratamiento para diversas patologías se ha intensificado en las últimas décadas, siendo
uno de los ejemplos más representativos la sulfadiazina de plata (
Figura I.12), empleada en la actualidad como agente antimicrobiano, en especial en bacterias
resistentes al nitrato de plata, compuesto utilizado desde el siglo XVII para estos fines7. Uno
de los mecanismos de acción propuestos para los complejos de plata utilizados como agentes
antimicrobianos se basa en los cambios estructurales en las células bacterianas debido a la
interacción entre el ion Ag+ con el ADN, impidiendo su replicación7.
Figura I.12. Metalofármacos: (a) Sulfadiazina de plata (b) Auranofina (c) cis-platino.
15
Otro compuesto que ha destacado por su efectividad y aplicabilidad como metalofármaco en
el tratamiento, principalmente, de la artritis reumatoide, es la auranofina, la cual es un
complejo lineal de oro(I) que posee un ligando tipo fosfina y un ligando tioglucosa8,47(Figura
I.12). La auranofina ha sido utilizada posteriormente también como agente anticancerígeno y
como agente antimalárico. El principal blanco de acción de este complejo y de la mayoría de
los complejos de oro es la enzima tioredoxina reductasa (TrxR) la cual pertenece al sistema
antioxidante celular, y está involucrada en muchos aspectos fisiopatológicos como lo son la
proliferación tumoral, metástasis y apoptosis (muerte celular programada)48,49. Sin embargo,
se han reportado complejos de oro que interaccionan con otros blancos de acción, como lo es
el ADN48,50,51,52,53.
Finalmente entre los metalofármacos más utilizados, siendo el de mayor importancia dada su
actividad anticancerígena, se encuentra el cis-diaminodicloroplatino(II), complejo planar
cuadrado mejor conocido como cisplatino (Figura I.2Figura I.12) el cual es utilizado
actualmente para el tratamiento de cáncer ovario, testículo, etc54,55,56. El blanco de acción del
cisplatino es el ADN. Este complejo permitió el desarrollo de toda una generación de
complejos metálicos con propiedades antitumorales, además de promover el estudio de
complejos metálicos como posible tratamiento en diversas patologías54,57,58.
I.5. El ADN como blanco de acción.
El ADN o ácido desoxirribonucleico, es un excelente blanco de acción para diversos tipos de
patologías destacando el cáncer y las enfermedades infecciosas. El ADN es una molécula
polinucleótida o biopolimérica presente en todos los seres vivos y en algunos virus. Es en ella
donde se encuentra tanto el contenido genético como la información para la síntesis de
proteínas. La estructura del ADN está constituida por dos cadenas de monómeros, que reciben
el nombre de nucleótidos. Cada uno de estos está formado por un grupo fosfato, una
desoxirribosa y una base nitrogenada (adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T)).
Estas cadenas conforman una doble hélice que se mantiene unida mediante puentes de
hidrógeno entre pares de bases nitrogenadas de cadenas opuestas. Otro aspecto estructural de
16
importancia en el ADN es que posee dos surcos, uno mayor y uno menor, los cuales además
de poseer funciones biológicas son relevantes para la interacción tanto de distintas proteínas
con el ADN como de complejos metálicos (Figura I.13)59,60. El ADN y algunas enzimas de
procesamiento del mismo son entonces blancos comunes de acción debido a que la
transcripción y replicación del ADN son procesos integrales para el rápido crecimiento
celular. Adicionalmente, las células dañadas a menudo experimentan cambios los cuales las
hacen más susceptibles a la muerte celular a través del daño o modificaciones estructurales en
el ADN58.
Figura I.13. Estructura de doble hélice del ADN (izquierda), surcos en la doble hélice (derecha).
La actividad anticancerígena de aquellos complejos metálicos que interactúan por
coordinación con el ADN, se debe al cambio estructural que estos ocasionan en el ADN de
las células cancerígenas, impidiendo así la división celular de las mismas y causando la
apoptosis o muerte celular61. Se han establecido diferentes tipos de interacciones metal-ADN
las cuales se pueden clasificar como covalentes y no covalentes62.
17
I.5.1. Interacciones covalentes.
Debido a la estructura del ADN, este posee varios sitios posibles de coordinación con los
centros metálicos los cuales pueden ser, los átomos de oxígeno cargados negativamente de los
grupos fosfatos, los grupos hidroxilos de la desoxirribosa y los átomos donadores de
electrones de las bases nitrogenadas. El tipo de enlace más frecuente es aquel que se establece
por las bases nitrogenadas, principalmente la Adenina y la Guanina, ya que ambas poseen
sitios de coordinación a pH fisiológico (Figura I.13). El ejemplo más representativo de dicha
interacción es la que presenta el cisplatino con el ADN, en el que diversos estudios establecen
cuatro posibilidades para este tipo de enlace62,63,64.
1.
Enlace cruzado intracadena, implica la coordinación de dos bases nitrogenadas
de la misma cadena al mismo átomo metálico (Figura I.14).
2.
Enlace cruzado intercadena, implica la coordinación de bases nitrogenadas de
distintas cadenas al mismo centro metálico (Figura I.14).
3.
Enlace cruzado ADN-proteína, en el cual el complejo metálico está coordinado
al ADN mediante una base nitrogenada y a su vez a una proteína.
4.
Enlace intrabase, enlaza a dos átomos diferentes presentes en una misma base.
5.
Figura I.14. Interacciones covalentes del cisplatino con el ADN.
18
I.5.2. Interacciones no-covalentes.
Son interacciones de naturaleza electrostáticas, reconocimiento estructural y puentes de
hidrógeno (Figura I.15).47,62,65 La intercalación, la interacción no covalente más relevante, es
aquella en la que moléculas orgánicas o complejos metálicos con características hidrofóbicas,
aromáticas y de estructura planar, pueden insertarse de manera total o parcial entre los pares
de bases nitrogenadas consecutivas de ADN (Figura I.13), manteniéndose estabilizado por
fuerzas de Van der Waals o puentes de hidrógeno. Esta interacción ocasiona cambios
estructurales en el ADN principalmente la elongación de la misma, modificando
características como su viscosidad y su coeficiente de sedimentación66,67.
.
Figura I.15. (a) Intercalación entre pares de bases del ADN (b) interacción con el surco menor del ADN.
Otro tipo de interacción es aquella en las que moléculas con la forma y tamaño adecuado
para interactuar a través de puente de hidrógeno o fuerzas de Van der Waals con los surcos
del ADN, específicamente con el surco menor (Figura I.15).56 Las interacciones con los
surcos del ADN a diferencia de la intercalación no inducen cambios significativos en la
conformación del ADN, y están estabilizadas por interacciones intermoleculares. Al igual que
los intercaladores se han reportado moléculas con este tipo de interacción con actividad
biológica. Este tipo de interacción es más común para complejos cuyos ligandos no son
19
planares63,64,66. Estos compuestos son llamados “enlazadores de surco”, siendo la mitomicina
un ejemplo representativo66,68.
Debido a las diversas interacciones complejo-ADN, se han reportado gran cantidad de
complejos con posible aplicación en el campo farmacológico, particularmente como agentes
antimicrobianos y anticancerígenos. Las interacciones con el ADN y otros blancos de acción
tales como tio-proteínas y procesos redox a nivel celular, han permitido introducir a los
complejos metálicos como una prometedora vía para el tratamiento de estas patologías. Sin
embargo, diversas líneas tumorales han presentado resistencia hacia complejos como la
auranofina y el cisplatino han lo cual no solo se ha evidenciado en el uso de los complejos
como anticancerígenos, sino como agentes antimicrobianos. La resistencia presentada por las
células anticancerígenas de manera natural o luego del tratamiento inicial, se ha convertido en
la principal desventaja de diversos complejos. La misma está asociada con adaptaciones
celulares, disminución de la absorción de estos complejos y la pérdida de actividad de los
complejos de interés por descomposición, debido a reacciones que se llevan a cabo entre los
metalofármacos y tio-proteínas u otros componentes presentes en la sangre, destacando la
glutaniona, enzima responsable de la defensa celular contra agentes externos. Además, se han
evidenciado diversos efectos secundarios por la utilización de complejos en diversas
patologías, debido a la toxicidad de los mismos, destacando la nefrotoxicidad, ototoxicidad,
neurotoxicidad, nauseas, vómitos, etc8,47,54,58,69,70.
Debido a esto, la actual investigación en bioinorgánica se ha centrado en la búsqueda de
nuevos complejos que representen una opción menos tóxica y con una actividad similar o
superior en aquellos organismos resistentes a las drogas existentes. Se busca entonces una
alternativa viable para la creación de nuevos metalofármacos, siendo los complejos metalNHC una opción prometedora7,71,72.
20
I.6. Complejos Metal-NHC y sus aplicaciones en Bioinorgánica.
Los complejos metal-NHC son actualmente posibles sustitutos de los metalofármacos
tradicionales debido a la estabilidad que aportan al centro metálico y la fuerza del enlace
metal-carbono (en comparación con complejos metal-fosfina tales como la auranofina) con lo
cual permiten un mejor transporte hasta el blanco de acción. Además, estos complejos son
fácilmente accesibles en pocos pasos y sus sustituyentes pueden variarse ampliamente
permitiendo una fácil modificación de sus propiedades fisicoquímicas y su reactividad en un
medio biológico, lo cual hace que los complejos metal-NHC sean candidatos idóneos para el
desarrollo de metalofármacos7,71,72.
En las últimas décadas los complejos metal-NHC se han introducido en el campo de la
bioinorgánica en la búsqueda de nuevas alternativas, para el tratamiento de diversas
patologías, destacando su aplicabilidad como agentes anticancerígenos70. Se han reportado
complejos metal-NHC con la mayoría de los metales de transición, tanto metales tempranos36
como tardíos54, y muchos de ellos han sido evaluados para diversas patologías. Sin embargo,
el mayor interés y aplicabilidad para los complejos metal-NHC en el ámbito de la
bioinorgánica lo han presentado los complejos con metales del grupo 10 y 11, debido a sus
propiedades como antimicrobianos y anticancerígenos7,8,41,72. A continuación se expondrán
algunos de los complejos metal-NHC más representativos haciendo énfasis en los metales de
interés para este proyecto.
I.6.1. Complejos metal-NHC del grupo 11.
Los metales del grupo 11 han presentado aplicabilidad en diversas patologías. Destacan los
complejos de plata, los cuales han presentado un gran historial como agentes antimicrobianos
y, así mismo, los complejos Ag-NHC, igualmente han mostrado gran interés como agentes
anticancerígenos7,73,74. Por su parte, los complejos Au-NHC también han presentado gran
interés en estas patologías7,8,73,75. Se presentan a continuación antecedentes de complejos Ag-
21
y Au-NHC con actividad biológica en diversas patologías en la cual el ADN es uno de sus
blancos de acción.
I.6.1.1. Ag-NHC como agentes antimicrobianos.
Los primeros complejos Ag-NHC que presentaron actividad antimicrobiana fueron
reportados por Young et.al. en el 2004 (Figura I.16 1 y 2), los mismos fueron probados contra
tres líneas bacterianas de importancia clínica (E. Coli, Staph. Aureus y P. Aeruginosa). Los
complejos tipo quelato reportados, presentan una mayor actividad que la del AgNO3
(compuesto utilizado como referencia), lo cual los autores atribuyeron a la estabilización del
centro metálico por el efecto quelante de los ligandos, permitiendo una liberación controlada
en el medio del ion Ag+ biológicamente activo7,41.
Figura I.16. Primer complejo Ag-NHC con actividad antimicrobiana.
Posteriormente, se han reportado gran variedad de complejos Ag-NHC con actividad
biológica similar, entre los que han destacado aquellos derivados de las xantinas metiladas,
específicamente derivados de la cafeína y la teobromina (Figura I.17). El derivado de la
cafeína (3) fue probado contra diversas bacterias (Burkholderia Cepacia, Escherichia Coli,
etc), destacando su actividad contra patógenos resistentes a la plata (concentración mínima
ibihibitoria, MIC <8 µl/ml) responsables de la fibrosis quística (enfermedad pulmonar
crónica). Así mismo, el complejo 3 presentó actividad antifúngica (Aspergillus Niger,
22
Saccharomyces Cerevisiae y Candida Albicans, etc, MIC < 13 µl/ml). Ambas actividades
fueron asociadas con mutaciones originadas al ADN de estos organismos76. Igualmente, el
derivado de teobromina 4 presenta excelentes actividades antimicrobianas, además de ser una
posible alternativa para el tratamiento de la fibrosis quística8,41. Asimismo, estos presentan
solubilidad en agua hasta 123 mg ml-1, lo cual aunado a la baja toxicidad de 3 y 4 hace de
ellos excelentes candidatos para su introducción al organismo por nebulización, una ventaja
frente a otros agentes antimicrobianos de plata de solo uso tópico como la sulfadiazina de
plata77,78.
Figura I.17. Ag-NHC derivados de xantinas metiladas: teobromina (izquierda), cafeína (derecha).
Una vez descubierto el potencial de los Ag-NHC como agentes antimicrobianos, se ha
desarrollado un gran interés en la síntesis y modificación estructural de este tipo de complejos
con la finalidad de incrementar su actividad, destacando las sustituciones en los carbonos C4 y
C5 de los anillos imidazólicos (Figura I.18). La utilización de grupos metilos y átomos de
cloro proporciona una mayor estabilidad en soluciones acuosas, lo cual se traduce en una gran
ventaja para su posible aplicación como metalodrogas en este tipo de patologías. Complejos
de este tipo han mostrado actividades microbianas principalmente contra patógenos
respiratorios provenientes de las especies P. Aeruginosa y Burkholderia en concentraciones
que no representan un riesgo de toxicidad8,33,41,76.
23
Figura I.18. Ag-NHC con sustituciones N-aromáticas y en el anillo imidazólico.
Los complejos previamente expuestos son solo algunos de los ejemplos más relevantes que
hacen referencia a la actividad antimicrobiana y antifúngicas de los complejos Ag-NHC.
Existe, sin embargo, gran diversidad de publicaciones en las cuales se busca mejorar la
relación estructura-actividad de estos complejos7,73,79. La ventaja de los complejos Ag-NHC
como agentes antimicrobianos frente al AgNO3 radica en la disminución de reactividad del
centro metálico, es decir, cumplen una función de protección del centro metálico permitiendo
así que el ion Ag+ responsable de la actividad pueda alcanzar los blancos de acción en
mayores concentraciones7,72.
I.6.1.2. Ag-NHC como agentes anticancerígenos.
Como se mencionó anteriormente los Ag-NHC son ampliamente estudiados por sus
propiedades antimicrobianas y antifúngicas. Existe relativamente una menor cantidad de
publicaciones dedicadas a su estudio como agentes anticancerígenos. Destacan algunos
estudios en los que se reporta una serie de complejos cuya estructura implica sustituciones en
el anillo imidazólico (C4 y C5) y un ligando acetato (Figura I.19), las cuales se han asociado
con un mayor tiempo de vida media en solución (hasta de 17 semanas en comparación con su
análogo no sustituido, complejo 8) (Figura I.19). Dichos complejos fueron probados en
diferentes líneas cancerígenas, observando que los complejos 9, 10, 11 muestran la misma
actividad que el cisplatino para cáncer de ovario (OVCAR-3) y mamas (MB157). Por el
contrario, los complejos 12 y 13, presentan actividades bastante menores que el cisplatino
contra el cáncer de pulmón (H460), y no presentaron actividad contra el cáncer cervical
24
(Hela)80. Estos trabajos pusieron de manifiesto la posibilidad de sintetizar complejos Ag-NHC
con fines quimioterapéuticos8.
Otros complejos que han permitido corroborar la posible aplicabilidad de los Ag-NHC como
agentes anticancerígenos son los reportados por Tacke et. al. Este grupo obtuvo complejos
heterolépticos con ligandos acetato y N-sustituciones bencílicas en posición para. Los
complejos 14 y 15 presentan citotoxicidad moderada (MIC <10 µM) frente al cáncer renal
(Caki-1) mientras que 16 presenta actividad comparable (MIC= 3,3 µM) con el cisplatino
(Figura I.20)80,81.
Figura I.19. Complejos Ag-NHC heterolépticos (8-10) y homolépticos (12-13) con actividad anticancerígena.
Figura I.20. Complejos Ag-NHC con N-Sustituyentes aromáticos en posición para, con actividad
anticancerígena.
25
Willians et. al. reportan8,82 una serie de complejos Ag-NHC que incluyen quelatos y
biscarbenos (Figura I.21) los cuales fueron evaluados contra el cáncer de colon (DLD1) y
mama (MCF-7). Destacan los complejos 17 y 22 los cuales presentan citotoxicidad a la par
del cisplatino (MIC= 3-8 µM) contra el cáncer de mama. Del mismo modo el complejo 22
presenta mayor citotoxicidad que el cisplatino frente al cáncer de colon (MIC= 2,4 µM), lo
cual fue asociado por los autores con el incremento de actividad para los Ag-NHC con
carbenos quelatantes a la velocidad de liberación del catión Ag+.
Figura I.21. Complejos Ag-NHC tipo quelato y biscarbenicos con actividad anticancerígena.
Los Ag-NHC con actividad antimicrobiana y anticancerígena representan una posible
alternativa para el desarrollo de metalofármacos los cuales permitan el tratamiento de estas
patologías, incluso en aquellas líneas cancerígenas y bacterianas en las cuales los
metalofármacos tradicionales han presentado resistencia. Debido a los prometedores
resultados como agentes antimicrobianos de los complejos Ag-NHC se ha buscado extender
la búsqueda de nuevas metalodrogas con otros metales del mismo grupo, destacando el oro
debido a la gran aplicabilidad de este centro metálico en diversas patologías8,47.
26
I.6.1.3.Complejos Au-NHC como agente antimicrobiano.
Los complejos de oro son bien conocidos por sus propiedades como antitumorales8,41,80 y
antiartríticos44,47. Sin embargo, los complejos de oro y específicamente los Au-NHC han
mostrado relevantes propiedades antimicrobianas y antifúngicas. Özdemir et. al. fueron los
pioneros en la aplicación medicinal de los Au-NHC, ya que sintetizaron un conjunto de
complejos Au(I)-NHC catiónicos los cuales fueron probados en diversas líneas bacterianas
(Staphylococcus Aureus, S. Epidermidis, Enterococcus Faecalis, Escherichia coli,
Enterobacter Cloacae, Pseudomonas Aeruginosa), y fúngicas (candida Albicans) (Figura
I.22) y comparados con drogas estándares como la ampicilina y el fluconazol. Todos los
complejos, excepto 28, muestran actividad tanto antimicrobiana como antifúngicas,
destacando el complejo 26 el cual muestra actividad antimicrobiana comparable con la
ampicilina, demostrándose así que las N-sustituciones por grupos aromáticos tienen un
impacto positivo en la actividad8,83.
Figura I.22. Complejos Au-NHC con sustituyentes aromáticos sustituidos con actividad antimicrobiana.
27
Los complejos no catiónicos también han presentado actividad antimicrobiana destacada.
Gosh et. al.8 reportan un complejo del tipo Cl-Au-NHC análogo al complejo de plata 5
(Figura I.18), el cual presentó actividad antimicrobiana (contra Bacillus subtilis y
Escherichia. Coli) similar al totarol (MIC= 2μM, agente antimicrobiano utilizado
comercialmente). Otros estudios han evaluado el efecto de sustituciones en los Nsustituyentes del carbeno NHC en complejos neutros de oro(I) (Figura I.23). Los complejos
29-31 fueron evaluados como posibles agentes antifúngicos, presentando actividades
moderadas respecto a drogas de uso común como el fluconazol y la ampicilina84.
Figura I.23. Complejos Au-NHC con sustituyentes aromáticos sustituidos con actividad antimicrobiana.
La actividad biológica de los complejos Au-NHC no se restringe a complejos de oro(I). Se
han reportado recientemente complejos Au(III)-NHC con actividades antifúngicas y
antimaláricas (Figura I.24). Entre los complejos Au(III)-NHC se pueden mencionar los
complejos 33 y 34 (Figura I.24) los cuales presentaron actividades antifúngicas (C. Albicans
y C. Glabrata) comparables con la Flucitosina (0,7-1,6 µM). En contraste, complejos
análogos de oro(I) presentaron menor actividad, hecho que los autores atribuyen a las
interacciones oro-oro presentes en los complejos las cuales dificultan la interacción con el
respectivo blanco de acción44.
28
.
Figura I.24. Complejos Au(I)- y Au(III)-NHC biscarbenicos con actividad antifúngicas y antimaláricas.
Se tiene entonces, que en la última década los complejos Au-NHC han incursionado en la
química bioinorgánica como agentes antimicrobianos e incluso antifúngicos. Sin embargo, los
complejos de oro han sido principalmente conocidos por su actividad anticancerígena por lo
que en la última década los complejos Au-NHC se han convertido en una opción para el
desarrollo de metalofármacos para el tratamiento de esta patología.
I.6.1.4. Complejos Au-NHC como agentes anticancerígenos.
Berner-Price et. al. fueron los pioneros en el estudio de complejos Au-NHC como
potenciales agentes anticancerígenos, los cuales poseen como blanco de acción la mitocondria
celular (parte de la célula encargada del suministro energético) mediante la inhibición de la
tiorredoxina reductasa, lo cual causa la apoptosis celular. Berner-Price et. al. reportaron una
serie de complejos Au-NHC mono y dinucleares con ligandos tipo biscarbénicos y Nsustituciones alifáticas de cadena corta (Figura I.25), algunos de los cuales muestran actividad
contra el cáncer de mama. Además, Berner-Price et. al. establecieron la importancia de la
hidrofilicidad y lipofilicidad de los complejos en la actividad biológica de los mismos,
características que juegan un papel fundamental para el transporte de los mismos a su sitio
activo dentro de la célula, estableciendo así una importante relación estructura-actividad para
los complejos Au-NHC85,86.
29
Figura I.25. Complejos catiónicos Au-NHC con blanco de acción mitocondrial.
Otro de los estudios que ha servido como punto de partida para las aplicaciones de los AuNHC como agentes anticancerígenos corresponde a los trabajos de Raubenheimer
et.al.(2008)87 el cual reportó un complejo Au(I)-NHC heterobimetálico (Figura I.26), que
contiene como N-sustituyente una especie ferrocenilo. Este complejo fue probado en diversas
líneas cancerígenas como leucemia, cáncer de mama (MCF-7), cáncer de colon (CoLo 320
DM) y cáncer cervical (HeLa). El complejo 48 muestra actividad específica contra el cáncer
cervical y la leucemia con concentraciones de inhibición mínimas menores a la del cisplatino
para cada caso (0.57 y 0,25 μM respectivamente).
Figura I.26. Complejo ferrocenil-Au(I)-NHC con actividad anticancerígena.
30
Los estudios previamente mencionados establecieron
una relación entre la actividad
biológica de estas especies y su estructura catiónica. Sin embargo, se han reportado diversidad
de ejemplos de complejos Au-NHC neutros los cuales presentan actividad anticancerígena,
destacando los trabajos de Metzler-Nolte et.al. Este grupo fue de los primeros en reportar
complejos con aminoácidos y péptidos como agentes anticancerígenos, los cuales muestran
actividades contra el cáncer cervical (HeLa), colon (HT-29) e hígado (HePG2), algunos de
ellos (e.g. 55) con mejor actividad que el cisplatino (Figura I.27)88.
Así mismo los complejos fueron probados contra tres líneas cancerígenas (cáncer cervical,
colon e hígado), destacando la alta actividad frente al cáncer cervical de los complejos 52 y 55
ambos con concentraciones de inhibición menores a la droga de referencia, en este caso el
cisplatino (3,3 y 3,5 μM respectivamente). Muchos ejemplos de complejos neutros tipo Au(I)NHC y Au(III)-NHC con aplicaciones anticancerígenas han sido reportados destacando los
trabajos de Gust89 et. al. y Nolan90 et. al.
Figura I.27. Complejos Au(I)- y Au(IIII)-NHC neutros derivados de aminoácidos con actividad anticancerígena.
31
Por último, se menciona otra importante familia de complejos Au-NHC la cual busca tener
una estructura análoga a la auranofina, en la que se sustituye la fosfina por un carbeno NHC
con la finalidad de aumentar la actividad de los mismos, es decir, complejos tipo tiolato-AuNHC. Baker et. al. fue el primero en reportar la síntesis de análogos Au-NHC de la
auranofina91. Entre los diversos ejemplos de complejos de este tipo se pueden mencionar los
trabajos de Mohr et. al. Los autores reportan una serie de complejos de este tipo (Figura I.28),
los cuales fueron evaluados contra dos líneas de células cancerígenas (responsables del cáncer
de ovario) que presentan resistencia al cisplatino.
Figura I.28. Complejos Tiolato-Au(I)-NHC y [Au(Cl)(IMes)].
De manera general, todos los complejos (60-64) presentan actividades comparables a la de
la auranofina, destacando 60 el cual muestra mayor citotoxicidad que el cisplatino. Se tiene
que este tipo de especies piridiltiolato-Au-NHC fueron más activas que sus análogos clorados
(64), lo cual se asoció con la labilidad del enlace Au-Cl8,92. Es un hecho entonces, que en la
última década los complejos Au(I)-NHC y Au(III)-NHC han tomado gran importancia como
posibles alternativas a metalodrogas existentes para el tratamiento de diversos tipos de cáncer,
destacando la posibilidad de los mismos de interactuar con otros blancos de acción además
del ADN, como lo es la tiorredoxina reductasa80.
Se puede concluir entonces que los complejo Ag- y Au-NHC han mostrado actividades
biológicas destacadas, siendo los Ag-NHC ampliamente estudiados como agentes
antimicrobianos, y en los últimos años han ganado terreno en su uso como posibles
anticancerígenos. Esto se debe principalmente a la estabilidad que presentan en el torrente
sanguíneo, la cual permite una menor descomposición por reacciones secundarias antes de
32
alcanzar el respectivo blanco de acción. Por otra parte, los Au-NHC destacan por su
citotoxicidad (en muchas ocasiones mayor a la del cisplatino y la auranofina) frente a diversa
líneas cancerígenas, haciendo de los Au-NHC una prometedora alternativa en la medicina.
I.6.2. Complejos Metal-NHC del grupo 10.
Al igual que en el caso de los metales del grupo 11, se ha presentado gran interés en el
desarrollo de posible metalofarmacos utilizando los metales del grupo 10, luego del
descubrimiento de la actividad del cisplatino. Los complejos metal-NHC de este grupo han
presentado una posible opción para la sustitución principalmente del cisplatino debido a la
similitud de características estructurales. El blanco de acción principal para los complejos de
este grupo es el ADN vía formación de aductos metal-ADN que ocasionan la apoptosis. Esto
debido a la mayor afinidad de estos centros metálicos con el nitrógeno, átomo por el cual se
establecen las interacciones covalente metal-ADN, a diferencia de los metales de grupo 11 los
cuales poseen mayor afinidad por el azufre. Como consecuencia de esto su blanco de acción
predilecto es la tiorredoxina reductasa.
I.6.2.1. Complejos Pd-NHC como agentes anticancerígenos.
Se han reportado recientemente diversos complejos Pd-NHC con actividad
antiproliferativa. La analogía estructural y termodinámica de los complejos de Pd(II) con los
complejos de Pt(II), han hecho de estos sean una opción como agentes anticancerígenos. Los
complejos de Pd y Pt son capaces de interactuar con el ADN estableciendo enlaces covalentes
con el mismo y ocasionando la inhibición de su síntesis e induciendo así la muerte celular
(apoptosis)72. La actividad biológica de los complejos de Pd es principalmente como agentes
anticancerígenos, no se han reportado complejos con actividad antimicrobiana ni de otro tipo.
Son pocos los complejos Pd-NHC reportados con actividad biológica, a continuación se citan
aquellos los cuales han presentado actividad anticancerígena, o que han sido evaluados frente
a un blanco de acción particular.
33
Panda et. al. reportan el estudio de dos complejos trans-Pd(II)-NHC (Figura I.29), los
cuales fueron evaluados en diversos tipos de cáncer, destacando la actividad del complejo 65
el cual presenta una citotoxicidad de 2 a 20 veces mayor que el cisplatino frente al cáncer
cervical, de mama y de colon. Por su parte el complejo 66 presenta menor actividad frente a
las mismas líneas cancerígenas, lo cual los autores asocian a la mayor densidad electrónica del
centro metálico en el complejo 65 como consecuencia de poseer dos ligandos NHC con
características altamente donadoras. Esta mayor densidad electrónica se relacionó con
perturbaciones en el progreso del ciclo celular de las células cancerígenas. Además, los
autores estudiaron el mecanismo de acción de dichos complejos determinando que, al igual
que el cisplatino, su blanco de acción es el ADN79.
Figura I.29. Complejos Pd(II)-NHC con actividad anticancerígena.
Por último, Li et. al. (2011) reportó el complejo 67 (Figura I.30) el cual presenta mayor
actividad (de 3 a 10 veces) que sus análogos de oro y plata, y que el cisplatino, frente a líneas
de cáncer de mama. Con este hecho se reafirmó que la actividad anticancerígena es
dependiente de un conjunto de factores que no solo dependen de la naturaleza del NHC. Por el
contrario, el centro metálico toma un rol de suma importancia en la actividad87.
34
Figura I.30. Complejo alil-Pd-NHC con actividad anticancerígena.
Como se evidencia en los antecedentes descritos anteriormente, los complejos de Pd-NHC
pueden ser alternativas para el tratamiento de determinadas líneas cancerígenas, destacando el
cáncer de mama, patología en la cual este tipo de complejos ha presentado una mayor
actividad en comparación ya sea con el cisplatino o con sus análogos con otros metales,
haciendo de estos posibles sustitutos de los metalofármacos existentes. Sin embargo, a pesar
de las excelentes actividades mostradas por algunos complejos Pd-NHC son muy pocos los
trabajos realizados hasta la fecha, lo cual puede ser consecuencia de la tendencia de este tipo
de complejos de Pd(II) a sufrir intercambio de ligandos, alrededor de 105 veces más que los
complejos de Pt(II). Esta velocidad de intercambio ocasiona la rápida hidrólisis de los
complejos, aumentando su reactividad y por ende haciéndolos más susceptibles a su
desactivación. Esta desactivación, o pérdida de actividad, se debe a reacciones secundarias
que ocurren antes de llegar al blanco de acción, destacando las reacciones con tio-proteinas
que se encuentran en la sangre o dentro de las mismas células cancerígenas, como se
mencionó anteriormente47,58. Otra posible causa es la predominante geometría trans en
complejos de paladio, la cual dificulta la interacción con el ADN54,57.
Como se ha expuesto los carbenos N-heterocíclicos son especies con características
electrónicas y estéricas fácilmente modificables, lo cual le brinda una amplia versatilidad
frente a otro tipo de ligandos. Los carbenos NHC han mostrado gran facilidad para la
formación de complejos con metales de transición, siendo capaces de estabilizar metales
tanto en bajos como altos estados de oxidación. Estas y muchas otras características han
permitido su amplia aplicabilidad en diversos campos de la química, destacando en las
últimas décadas su innovador uso en la química bioinorgánica y en especial en la búsqueda de
35
nuevos metalofármacos para el tratamiento de diversas patologías. En base a ello, en el
presente trabajo se ha planteado los siguientes objetivos.
I.7. Objetivos.
I.7.1. Objetivo General.
Estudiar la interacción de los nuevos complejos de paladio, plata y oro con el blanco de
acción ADN, empleando como ligando el precursor carbénico bromuro de 1-alil-3metilimidazolio.
I.7.2. Objetivos específicos.

Obtener el precursor carbénico, bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio y caracterizarlo
mediante resonancia magnética nuclear de 1H,
13
C{H} y bi-dimensional (HMQC,COSY),
espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (IR-TF), espectrofotometría
ultravioleta-visible (UV-Vis) y espectrometría de masas.

Evaluar la reactividad del precursor carbénico bromuro de 1-alil-3-metilimidazolio
frente al oxido de plata(I) y elucidar los complejos obtenidos mediante resonancia magnética
nuclear de 1H,
13
C{H} y bi-dimensional (HMQC,COSY), espectroscopia infrarroja por
transformada de Fourier (IR-TF), espectrofotometría ultravioleta-visible (UV-Vis) y
espectrometría de masas.

Optimizar la síntesis de complejos Au(I)-NHC empleando el método de
transmetalación a partir de los nuevos compuestos Ag(I)-NHC (NHC = 1-alil-3-metilimidazol-2-ilideno) obtenidos, y elucidar los complejos obtenidos mediante resonancia
magnética nuclear de 1H, 13C{H} y bi-dimensional (HMQC,COSY), espectroscopia infrarroja
36
por transformada de Fourier (IR-TF), espectrofotometría ultravioleta-visible (UV-Vis) y
espectrometría de masas.
 Optimizar la síntesis de complejos Pd(II)-NHC empleando el método de transmetalación
a partir del Ag(I)-NHC (NHC = 1-alil-3-metil-imidazol-2-ilideno y elucidar los complejos
obtenidos mediante resonancia magnética nuclear de
(HMQC,COSY),
espectroscopia
infrarroja
por
1
H,
13
C{H} y bi-dimensional
transformada
de
Fourier
(IRTF),
espectrofotometría ultravioleta-visible (UV-vis) y espectrometría de masas.

Estudiar la interacción de los nuevos complejos con el blanco de acción ADN
mediante estudios de viscosidad, titulaciones espectroscópicas por UV-Vis y fluorescencia.
CAPITULO 1
METODOLOGIA Y SECCION EXPERIMENTAL.
1.1. Reactivos.
Los reactivos empleados fueron de grado analítico y de las casas comerciales Aldrich®,
Merck®, Laboratory Reagents Riedel-de Haën®y Strem Chemicals Inc® (Tabla 1.1). Todos
los solventes utilizados fueron previamente purificados mediante métodos estándares93 para la
eliminación de los conservantes y de agua en los mismos (Tabla 1.2). Todas las reacciones
con plata fueron protegidas de la luz.
Tabla 1.1.Reactivos utilizados y procedencia.
Reactivos
Marca comercial de
procedencia
Bromuro de alilo
Sigma-Aldrich®
Metil Imidazol
Sigma-Aldrich®
Oxido de plata(I)
Sigma-Aldrich®
Clorotrimetilfosfina oro(I).
Strem-Chemicals®
Cloruro de paladio(II)
Merck®
Diclorobisacetonitrilo paladio(II)
Sintetizado
Argón
Aga®
Tamiz Molecular 3 Å
Sigma-Aldrich®
37
38
Hidruro de litio y aluminio
Sigma-Aldrich®
Pentóxido de Fósforo
Sigma-Aldrich®
Sílica Gel 60 Å 2-25 μm con indicador
de fluorescencia
Sigma-Aldrich®
Sílice
Sigma-Aldrich®
Sodio Metálico
Sigma-Aldrich®
Benzofenona
Sigma-Aldrich®
Tabla 1.2. Solventes y purificación.
Reactivos
Marca comercial/Purificación
Diclorometano
Sigma-Aldrich®/Pre-secado CaH2, destilado de LiAlH493
Acetonitrilo
Sigma-Aldrich®/ Pre-secado con alúmina, destilado de
P2O593
Hexano
Sigma-Aldrich®/ Destilado de Na metálico usando
benzofenona como indicador93
Para la caracterización del ligando y los complejos obtenidos se emplearon las siguientes
técnicas: resonancia magnética nuclear de 1H,
13
C{H} y bidimensional (HMQC, HMBC,
COSY), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (IR-TF), espectroscopía
ultravioleta-visible (UV-Vis) y espectrometría de masas.

Resonancia Magnética Nuclear: todas las muestras fueron preparadas empleando los
siguientes solventes deuterados: dimetilsulfóxido (DMSO-d6), cloroformo (CDCl3) y
diclorometano (CD2Cl2) utilizando equipos Bruker Avance de 300 MHz (1H, 300,13 MHz;
13
C, 75,47 MHZ ), 500 MHz (1H, 500,0 MHz; 13C, 125,47 MHz ) y 600 MHz (1H, 600,0
MHz;
13
C, 150,9 MHz). Los desplazamientos en 1H RMN fueron medidos tomando como
referencia las resonancias residuales de los solventes deuterados, mencionados anteriormente
(CDCl3  7,25; CD2Cl2  5,32; DMSO-d6  2,50). Las constantes de acoplamiento se reportan
en Hertz (Hz). La multiplicidad de las señales se indica como s, d, t o q para singletes,
39
dobletes, tripletes o cuartetos, m para multipletes y ddd para dobletes de dobletes de dobletes.
Los equipos están ubicados en el Lab. Nacional de Resonancia, IVIC.

Espectroscopia IR-TF: Las muestras sólidas fueron preparadas en pastillas de KBr; se
empleó un espectrofotómetro Perkin Elmer Spectrometer 100/100N. El equipo está ubicado
en el Lab. Metales de transición, IVIC.

Espectrometría de masas: Las muestras fueron preparadas empleando como solvente
diclorometano, y en todos los casos tomadas en un espectrómetro Thermo Funnigam TSQ
Quantum Ultra AM. El equipo está ubicado en el Lab. Espectroscopia de masas, IVIC.

Espectroscopia UV-Vis: Los solventes empleados para la
preparación de las
soluciones buffer, muestras y blancos necesarios fueron DMSO (sin previa purificación) y
agua destilada. Los espectros fueron tomados en un equipo HP Agilent 8453. El equipo está
ubicado en el Lab. Análisis Instrumental, Departamento de química, USB.

Las mediciones de fluorescencia se realizaron en un espectrómetro PerkinElmer LS
45. El equipo está ubicado en el Lab. Química Bionorgánica, IVIC.
1.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
Todas las reacciones y manipulaciones fueron llevadas a cabo bajo atmósfera inerte (Ar
U.A.P. seco) empleando técnicas estándar de Schlenk.
40
1.2.1. Síntesis del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A).
El ligando bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio fue sintetizado siguiendo el método
reportado en la literatura94. En un Schlenk se agregaron 4,0 ml (46 mmol) de bromuro de alilo
sobre 1,2 ml de metilimidazol (15 mmol), se enfrió con un baño de hielo. Posteriormente, se
dejó reaccionar la mezcla bajo agitación a temperatura ambiente por 12h, formándose dos
fases, una incolora y otra color marrón. El exceso de bromuro de alilo se removió mediante
presión reducida (1h aprox.), obteniendo un líquido viscoso de color marrón (2,8 g, 92%).
RMN 1H (300 MHz, , CDCl3) δ ppm (multiplicidad, integral, asignación) 9,55 (s, 1H,
H2); 7,32 (t, 1H, H4); 7,15 (t, 1H, H5); 5,50 (ddd, 1H, H7); 4,95 (t, 1H, H8a, 2JH8a-H8b = 0,83 Hz,
3
JH8a-H7 = 17,0 Hz); 4,88 (t, 1H, H8b, 2JH8a-H8b= 0,83 Hz, 3J H8b-H7 = 10,2 Hz); 4.51 (d, 2H, H6,
3
JH6-H7= 6,4 Hz);3,59 (s, 3H, CH3). RMN
13C{H}
(500 MHz DMSO-d6) (multiplicidad,
asignación) 136,6 (s, C2); 131,8 (s, C7); 123,7 (s, C4); 122,5 (s, C5); 120,1 (s, C8); 50,6 (s,
C6); 35,8 (s, CH3). IR-TF [ν cm-1 (asignación)]: 3427 (tensión O-H), 3146 (tensión Csp2-H),
3087 (tensión Csp3-H), 1645-1627 (tensión C=C alílico), 1573 (tensión C=C cíclico), 14491424 (flexión asimétrica -CH2, -CH3) 1384-1293 (flexión simétrica -CH3) 1166 (tensión Csp3N). UV-Visible (DMSO): λ(nm)= 260, ε (cm-1M-1)= 44,1 MS (FAB+) [M-Br]+ m/z: 123.
Figura 1.1.Asignación de señales de RMN 13C{1H} (izquierda) y RMN 1H (derecha) para el Bromuro de 1alil-3-metil-imidazolio.
41
1.2.2. Síntesis del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B).
En un Schlenk se añadieron 0,4 ml (0,492 mmol) de bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio en
20 ml de diclorometano seco y posteriormente se agregaron 85,5 mg (0,738 mmol de Ag) de
Ag2O. La suspensión se calentó a temperatura de reflujo por 18h bajo agitación, obteniendo
una solución marrón con un residuo sólido color negro. El sólido negro (exceso de Ag2O) se
descartó mediante filtración, y la solución se dejó caer sobre hexano seco precipitando un
sólido blanco, el cual se filtró y secó mediante vacío. (68,6 mg, 79,2%). RMN 1H (300 MHz,
CDCl3) δ ppm (multiplicidad, integral, asignación) 6,97 (d, 1H, H4); 6,96 (d, 1H, H5); 5,92
(ddd, 1H, H7); 5,29 (ddd, 1H, H8b 2JH8a-H8b= 1,0 Hz, 3JH8b-H7= 11,2 Hz); 5,22 (ddd, 1H, H8a
2
JH8a-H8b= 1,0 Hz, 3JH8a-H7 = 17,0 Hz); 4,70 (ddd, 2H, H6 3JH6-H7= 5,9 Hz); 3,83 (s, 3H, CH3).
RMN 13C (300 MHz, CDCl3) (multiplicidad, asignación) 182,0 (s, C2), 132,6 (s, C7), 122,2
(s, C4), 121,0 (s, C5), 119,7 (s, C8), 54,.2 (s, C6), 38,9 (s, CH3). IR-TF [νmax cm-1
(asignación)]: 3420 (tensión O-H), 3135 (tensión Csp2-H), 3109-2937 (tensión Csp3-H), 1638
(tensión C=C alílico), 1562 (tensión C=C cíclico), 1455-1420 (flexión asimétrica -CH2, CH3) 1400 (flexión simétrica -CH3) 1198 (tensión Csp3-N). UV-Visible (DMSO): λ nm (ε,
cm-1M-1)= 261(262) MS (FAB+) [M-Br]+ m/z: 351.
Figura 1.2. Asignación de señales de RMN 13C{1H} (izquierda) y RMN 1H (derecha) para
[Ag(C7H10N2)2][AgBr2].
42
1.2.3. Síntesis del complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C).
En un Schlenk se agregaron 0,4 ml (0,492 mmol) de bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio en
15 ml de diclorometano seco. Posteriormente se adicionaron 90 mg (0,77 mmol de Ag) de
Ag2O y se dejó reaccionar a temperatura de reflujo por 18h bajo agitación. La solución
marrón se filtró y se dejó caer en una solución de 10 mL de diclorometano que contenía 156,8
mg (0,51 mmol) de ClAu(PMe3), observándose la precipitación de un sólido blanco. Se dejó
reaccionar por 2h a temperatura ambiente, luego se concentró la solución y se filtró a través
de celite, descartando el sólido blanco. Posteriormente, se dejó caer esta solución sobre 10 ml
de hexano precipitando un sólido, el cual fue filtrado (a través de celite) y secado, obteniendo
un sólido blanco. El sólido se redisolvió en diclorometano repitiendo el proceso por duplicado
(60,0 mg, 46,8 %). RMN 1H (600 MHz, DMSO-d6) δ ppm (multiplicidad, integral,
asignación) 7,50 (d, 2H, H4); 7,49 (d, 2H, H5); 6,06 (ddd, 1H, H7); 5.25 (ddd, 1H, H8b, 2JH8aH8b=
1.4 Hz, 3JH8b-H7 = 10,3 Hz); 5,15 (dd, 1H, H8a , 2JH8a-H8b = 1,4 Hz, 3JH8a-H7= 17,0 Hz); 4,84
(ddd, 2H, H6
3
JH6-H7= 5,6 Hz); 3,86 (s, 3H, CH3). RMN
13C
(600 MHz, DMSO-d6)
(multiplicidad, asignación) 183,0 (s, 1C, C2); 134,0 (s, C7); 123,3 (s, C4); 122,2 (s, C5);
118,1 (s, C8); 52,4 (s, C6); 37,6 (s, CH3). IR-TF [νmax cm-1 (asignación)]: 3423 (tensión OH), 3146 (tensión Csp2-H), 3137-2937 (tensión Csp3-H), 1645-1638 (tensión C=C alílico),
1562 (tensión C=C cíclico), 1466 (flexión asimétrica -CH2, -CH3) 1405 (flexión simétrica CH3) 1205 (tensión Csp3-N)UV-Visible (DMSO): λ, nm (ε, cm-1M-1)= 261(12816) MS
(FAB+) [M-Br]+ m/z: 441.
Figura 1.3. Asignación de señales de RMN 13C{1H} (izquierda) y RMN 1H (derecha) para
[Au(C7H10N2)2][Br].
43
1.2.4. Síntesis del complejo Precursor Pd(CH3CN)2Cl2 (D).
Este complejo se preparó de acuerdo con un método reportado en la literatura 95. Se
suspendieron en un Schlenk, bajo atmósfera inerte, 200 mg (1,12 mmol) de PdCl2 en 15 ml
(0,19 mol) de acetonitrilo seco obteniendo una coloración marrón/rojizo. La solución se
colocó bajo agitación y a temperatura de reflujo por 16h, observándose un cambio de
coloración a naranja/amarillento. Posteriormente se filtró en caliente y se llevó a sequedad
obteniendo un sólido amarillo. RMN
13C
(300 MHz, DMSO-d6) (multiplicidad, integral,
asignación) 2,06 (s, 6, CH3) IR-TF [νmax cm-1 (asignación)] 3444 (tensión OH), 2920-2980
(tensión Csp3-H), 2302-2333 (tensión CN), 1402-1350 (flexión simétrica -CH3), 1020 (tensión
Csp3-N).
1.2.5. Síntesis del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E).
Se agregaron en un Schlenk 0,5 ml (0,615 mmol) de bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio en
15 ml de diclorometano seco. Posteriormente se agregaron 107 mg (0,92 mol de Ag) de
Ag2O y se dejó reaccionar a temperatura de reflujo por 18h y bajo agitación. La solución
marrón se filtró y se dejó caer en una solución de 10 ml de diclorometano que contenía 87,0
mg (0,335 mmol) de PdCl2(CH3CN)2, dejándose reaccionar por 3h bajo agitación fuerte a
temperatura de reflujo. Se observó la formación de un sólido color blanco, el cual fue filtrado
y descartado. La solución amarilla se llevó a sequedad obteniendo un sólido amarillo, el cual
fue purificado mediante cromatografía de placa preparativa, utilizando una mezcla
diclorometano/acetona (99:1) como eluyente. Se obtuvo un sólido amarillo pálido estable el
aire (13,5 mg, 10 %). RMN 1H (300 MHz, CD2Cl2) δ ppm (multiplicidad, integral,
asignación) 6,91 (m, 2H, H4 y H4′); 6,89 (m, 2H, H5 y H5′); 6,27 (m, 1H, H7); 6,24 (m, 1H,
H7′); 5,43 (ddd, 1H, H8a , 3J H8a-H7 = 18,0 Hz); 5,41 (ddd, 1H, H8a′ , 3J H8a-H7 = 18,0 Hz); 5,36
(ddd, 1H, H8b, 3J H8b-H7 =12,0 Hz); 5,34 (ddd, 1H, H8b′, 3J H8b-H7 =12,0 Hz); 5,1 (ddd, 1H, H6
3
JH6-H6= 6,2 Hz); 5,0 (ddd, 1H, H6′ 3JH6-H7= 6,2 Hz); 4,06 (s, 3H, CH3); 4,02 (s, 3H, CH3′).
RMN 13C (300 MHz, CD2Cl2) (multiplicidad, integral, asignación) 170,1 (s, 2C, C2), 134,0
(s, 2C, C7); 122,1 (s, 2C, C4); 120,8 (s, 2C, C5);119,2 (s, 2C, C8); 53,5 (s, 2C, C6); 38,2 (s,
44
2C, CH3). IR-TF [νmax cm-1 (asignación)]: 3471 (tensión O-H), 3114 (tensión Csp2-H), 2929
(tensión Csp3-H), 1638-1618 (tensión C=C) 1463 (flexión asimétrica -CH2, -CH3) 1407
(flexión simétrica -CH3) 1240 (tensión Csp3-N) UV-Visible (DMSO): λ nm (ε, cm-1M-1)=
260(6873).
8
7
Cl
Pd
6
N
5
4
H
Cl
2
N
N
8
6
H
8a
Cl
H
CH3
2
CH3
8b
N
4
5
6
H
7
N
H
5
H
6
4
7
CH 3'
N
Pd
H
4'
N
H
Cl
H
6'
CH3
N
5'
H
6'
H
7'
H
8a'
H
H
8b'
Figura 1.4. Asignación de señales de RMN 13C{1H} (izquierda) y RMN 1H (derecha) para el complejo
PdCl2(C7H10N2)2.
1.2.6. Medidas de Viscosidad.
Se prepararon las siguientes soluciones para las medidas hidrodinámicas de
viscosidad:

Solución buffer 0.05M (4.4 mM en Tris-HCl y 50 mM en NaCl) ; pH 7,3 de
[tris(hidroximetil)aminoetano] TRIZMA-Aldrich (buffer A).

Solución madre de ADN de timo de ternera (ADNtt): se pesaron aproximadamente 25
mg de ADNtt Sigma Aldrich y se añadieron en 20 ml de buffer A esta suspensión. Se colocó
en agitación suave por 36 h para disolver en su totalidad el ADNtt. Una vez disuelto se agregó
2000 µl de buffer A y 50 µl de ADNtt y en una celda de cuarzo la cual se le midió la
absorbancia a 260 nm. Posteriormente se calculó la concentración de la solución haciendo uso
del coeficiente de absortividad molar reportado en la literatura96 correspondiente a 6600 M-1
45
cm-1, obteniendo una concentración de 2,3 mM. A partir de ésta solución se preparó una
solución 1mM para el estudio viscosimétrico.

Se prepararon soluciones madres 1 mM de todos los compuestos sintetizados así como
de ADNtt y bromuro de etidio.
Para la determinación de la viscosidad relativa, se empleó un viscosímetro de Oswalt
sumergido en un baño de agua a temperatura ambiente (23ºC). Se preparó una serie de
soluciones en buffer A (Tabla 1.1) en las que se varió la relación de [complejo]/[ADN] o Ri
(o precursor carbénico) utilizando para ello soluciones madres de ADN y complejo (o
ligando) 1mM. Las soluciones se dejaron en incubación a 37 ºC durante 18 h. Cada solución,
se midió por triplicado haciendo uso de un cronómetro digital. El procedimiento fue realizado
por duplicado.
Tabla 1.1. Soluciones empleadas para la determinación de la viscosidad relativa en presencia
de los compuestos sintetizados.
V complejo
(μl)
V ADNtt
(μl)
V DMSO
(μl)
V Buffer A
(μl)
V final
(μl)
[analito]/[ADNtt]=
Ri
0
0
370
3630
4000
--
0
400
370
3230
4000
0,00
40
400
330
3230
4000
0,10
80
400
290
3230
4000
0,19
120
400
250
3230
4000
0,29
160
400
210
3230
4000
0,38
200
400
170
3230
4000
0,48
240
400
130
3230
4000
0,58
280
400
90
3230
4000
0,67
320
400
50
3230
4000
0,77
370
400
0
3230
4000
0,89
46
Se empleó el bromuro de etidio como blanco positivo debido a sus propiedades
intercaladoras del ADN por lo cual es capaz de variar significativamente la viscosidad del
ADN.
1.2.7. Titulaciones espectroscópicas por UV-Vis.
Se prepararon las siguientes soluciones para la realización de las titulaciones
espectroscópicas por UV-Vis:

Solución de buffer A y solución 1 mM de ADNtt.

Soluciones madres de los complejos y el precursor carbénico en concentraciones de
10-3 M, utilizando como solvente DMSO para todos los compuestos sintetizados, con
excepción del cisplatino el cual se preparó en buffer A (Tabla 1.2) y se llevó a un volumen de
2 ml utilizando buffer A.

Se utilizó como blanco el solvente, DMSO, excepto para el cisplatino para el cual se
utilizó solo buffer A. Cada compuesto se tituló con ADNtt 1 mM agregando alícuotas de 10
µl entre una medición y otra hasta que la absorbancia se hace constante o se evidencian
pequeños cambios con volúmenes mayores de ADNtt.
47
Tabla 1.2. Volúmenes y concentraciones en celda para las titulaciones con ADNtt por UV-Vis
Compuest
o
µl
DMSO/Buffer(*)
µl
Compuesto
inicial
[Complejo]0
Δ [ADN]
(mM)
En la titulación
(µM)
A
1000
1000
37,3
0 - 90
B
500
1500
2,3
0 - 90
C
1900
100
0,05
0 - 90
E
1700
300
0,15
0 -135
cisplatino
1750*
250
0,13
0 – 135
1.2.8. Experimentos de unión competitiva entre el aducto ADN-BE y los complejos
mediante fluorescencia.
Para realizar los estudios de competencia se prepararon las siguientes soluciones:

Solución buffer A y 2 mM de ADNtt.

Soluciones madres 1 mM del precursor carbénico, de los complejos sintetizados,
bromuro de etidio (BE).

La titulación de los compuestos sintetizados con ADNtt, se agregó en una celda de
cuarzo una alícuota de 100 µl de ADN (precursor carbénico o complejo), 35 µl de BE y 3 ml
de buffer (pH=7,3). La solución se tituló con cada compuesto agregando alícuotas de 10 µl (1
mM) entre una medición y otra hasta alcanzar un volumen final de 400 µl (Tabla 1.3). Se
utilizó una longitud de excitación de 471 nm y se utilizó una abertura de 10 nm tanto para la
excitación como para la emisión.
48
Tabla 1.3. Volúmenes y concentraciones en celda para las titulaciones para estudio de
desplazamiento por fluorescencia.
Compuest
o
µl Buffer
µl ADN
µl BE
A
3000
100
35
0 - 113
B
3000
100
35
0 - 113
C
3000
100
35
0 - 113
E
3000
100
35
0 - 113
Δ[Compuesto]
En la titulación (µM)
Se empleó como blanco positivo el cisplatino debido a las interacciones covalentes que
posee con el ADN las cuales originan cambios en la banda de absorción en 203 nm.
CAPITULO 2
RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE LA SINTESIS DE COMPLEJOS METALICOS
En el presente capítulo se presentan los resultados de la síntesis y caracterización del
ligando objeto de este estudio, y de los complejos de plata, oro y paladio obtenidos.
2.1. Síntesis y caracterización del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A).
La síntesis del bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A) se llevó a cabo siguiendo la
metodología reportada por Hahn et.al94. La reacción entre el N-metil-imidazol y el bromuro
de alilo (Figura 2.1) ocurre vía sustitución nucleófilica tipo SN2, en la cual el N-metil-imidazol
actúa como nucleófilo a través de los pares de electrones libres del átomo de nitrógeno,
mientras que el bromuro de alilo es el electrófilo. Esta reacción produjo un líquido iónico
color marrón estable al aire, con un rendimiento del 92%.
Figura 2.1. Esquema de síntesis del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A).
El espectro de UV-Vis del bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (Figura 2.2) presenta una
máximo de absorción en 261nm, debido a transiciones electrónicas tipo π

π*. Se pueden
observar igualmente dos pequeñas bandas en 304 y 317 nm, las cuales están asociadas a
49
50
transiciones n

πde menor energía por parte de los electrones libres de los átomos de
nitrógeno. Estas transiciones corresponden con lo esperado para moléculas con anillos
imidazólicos y sistemas alílicos97.
Figura 2.2. Espectro de UV-Vis del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A).
El espectro de IR-TF de (A) (Figura 2.3) presenta una banda en 3146 cm-1, es consecuencia
de las vibraciones de tensión tipo Csp2-H, originadas por C2-H2, C4-H4, C5-H5, C7-H7, C8-H8;
mientras que la banda en 3087 cm-1 corresponde a vibraciones de tensión Csp3-H, asociadas al
CH3 y C6-H6. Otras bandas relevantes y de intensidad significativa fueron asignadas: tensión
C=C alílico y cíclico (1645 y 1573 cm-1 respectivamente), las bandas entre 1449-1424 debido
a la vibraciones de flexión asimétrica C7-H7 y -CH3 y por ultimo 1166 cm-1 la banda
correspondiente a la vibración de tensión CH3-N3 (tensión Csp3-N). Estas bandas vibracionales
corresponden con los esperado para moléculas del tipo imidazol con sustituyentes alílicos97
51
Figura 2.3. Espectro de FT-IR del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A).
El espectro de RMN 1H del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A) posee un total de 8
señales que integran para un total de 11 protones presentes en el Bromuro de 1-alil-3-metilimidazolio (Figura 2.4 y Figura 2.5). La señal a campo más bajo corresponde al protón
acídico H2, el cual aparece a un desplazamiento de 9,5 ppm e integra para un protón (Figura
2.4). Esta señal se encuentra muy desapantallada debido a la carga positiva deslocalizada
entre N1-C2-N3 y al efecto inductivo de los átomos de nitrógeno.
En la región aromática se observan dos señales de multiplicidad triplete, las cuales integran
para un protón cada uno. Estas señales corresponden a los protones H4 y H5 del alílo, con
desplazamientos en 7,32 y 7,15 ppm, respectivamente, asignadas utilizando. Es importante
destacar la multiplicidad de este sistema de espín, en la cual la señal correspondiente a H2 se
presenta como una señal singlete ancha en la cual no se observan los acoplamientos con los
protones de su sistema de espín H4 y H5. Del mismo modo, dichos protones poseen
multiplicidad de triplete. Sin embargo, estas deberían corresponder a señales con
multiplicidad doblete de dobletes debido al acoplamiento de H4 y H5 entre ellos y a su
acoplamiento con H2. Estas observaciones indican que se tiene un espectro de segundo orden.
52
Figura 2.4. Espectro de RMN 1H del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A) (300 MHz, CDCl3, campo bajo).
Figura 2.5. Espectro de RMN 1H del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A) (300 MHz CDCl3, campo alto).
53
El siguiente sistema de espín se encuentra a campo alto, y corresponde a los protones H6,
H7, H8a y H8b del sustituyente alílico (Figura 2.4 y Figura 2.5). Se tiene una señal doblete de
dobletes de dobletes (ddd) en 5,50 ppm la cual se asigna al protón H7, patrón de acoplamiento
originado por la diferencia de magnitud de las constantes de acoplamiento de sus protones
vecinos. Posteriormente, a campo alto se observan dos señales ddd asignadas a los protones
H8a y H8b. La asignación de cada dd se realizó acorde a la magnitud de sus constantes de
acoplamiento siguiendo la tendencia JTrans > JCis> Jgeminal97. Basado en ello se asignó la señal
en 4,85 ppm al protón H8a (protón trans), mientras que el dd en 4,88 ppm se asignó al protón
H8b (protón cis). Seguidamente, para este sistema de espín se tiene la señal doblete
perteneciente a los protones H6 los cuales son química y magnéticamente equivalentes en 4,51
ppm. Finalmente se tiene la señal singlete asignada al grupo metilo con un desplazamiento en
3,59 ppm, el cual se encuentra bastante desplazado hacia campo bajo debido al efecto
inductivo de los átomos de nitrógeno. Las constantes de acoplamiento de este sistema de
espín conformado por el sustituyente alílico fueron calculadas, obteniendo valores en el rango
esperado para sistemas alílicos (Tabla 2.1).
Tabla 2.1. Asignación de protones y constates de acoplamiento del Bromuro de 1-alil-3metil-imidazolio (A).
Asignación
 ppm
(CDCl3)
Integral
J (Hz)
H2
9,55
1
--
H4
7,32
1
--
H5
7,15
1
--
H6
4,51
2
6,4(JH6-H7)
H7
5,50
1
17,0(JH8a-H7); 10,2(JH8b-H8a); 6,4(JH6-H7)
H8a
4,95
1
17,0(JH8a-H7); 0,8(JH8a-H8b)
H8b
4,88
1
10,2(JH8b-H8b); 0,8(JH8a-H8b)
CH3
3,59
3
--
54
Se realizó además la caracterización del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A) mediante
RMN 13C{1H} (Figura 2.6), presentando 7 señales singlete correspondientes a los carbonos del
ligando NHC. La señal en 136,6 ppm pertenece a C2, siendo la más desapantallada debido a
los mismos efectos químicos experimentados por H2. Seguidamente en el espectro se tienen
las señales correspondientes a los 4 carbonos sp2, las cuales fueron asignadas de la siguiente
manera: 131,7 ppm la señal correspondiente a C7, 123,7 para C4, 122,5 para C5 y 120,1 al
carbono C8. Por último, se tienen las señales correspondientes a los carbonos sp3 a campos
altos, asignando el singlete en 50,7 a C6 y finalmente la señal asignada al carbono metílico en
35,8 ppm.
Figura 2.6. Espectro de RMN 13C{1H} del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A).
55
Para completar la caracterización de (A) se realizó su estudio mediante espectroscopia de
masas (Figura 2.7), observándose una señal base en 123,08 m/z, la cual corresponde al ion
molecular [C7H11N2]+. Se comparó este espectro con el simulado para esta fórmula,
coincidiendo de manera exacta, sugiriendo entonces que se obtuvo el bromuro de 1-alil-3metil-imidazolio (A).
Figura 2.7. Espectro de masas teórico/experimental del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A).
Se completó el análisis del espectro de masas analizando el patrón de fraccionamiento
(Figura 2.8) en el cual se identifica el pico en 82,1 m/z, asociado con la pérdida del
sustituyente alílico. Se tiene entonces que la masa y el patrón de fraccionamiento obtenido
coincide con la esperada para el bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio.
56
Figura 2.8. Espectro de Masas del Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A).
En base a toda la información espectroscópica brindada por las diferentes técnicas, se
propone que se obtuvo exitosamente el precursor carbénico bromuro de 1-alil-3-metilimidazolio, confirmando su estructura con la reportada en la literatura (Figura 2.9)94.
Figura 2.9. Bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio (A).
2.2. Síntesis y caracterización del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B).
La síntesis del complejo carbénico [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B) se realizó haciendo
reaccionar el bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio con un exceso de Ag2O (Figura 2.10). En
esta reacción el óxido de plata cumple la función de precursor metálico y base para la
57
desprotonación de la respectiva sal de imidazolio. Se obtuvo un sólido blanco estable al aire,
con un rendimiento del 79 %.
Br
2
N
+
AgBr 2
-
N
+
N
+
Ag2O
CH2Cl2
18h, reflujo,-H2O
+
-
N
Ag
N
N
Figura 2.10. Esquema de síntesis del Complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B).
El espectro de UV-Visible del complejo (B) (Figura 2.11) presenta un máximo de
absorbancia en 260 nm la cual corresponde a transiciones electrónicas del tipo π  π* por
parte del ligando carbénico. A diferencia del precursor carbénico, no se observan las bandas
correspondientes a las transiciones n  π* hecho que se asoció con la coordinación al centro
metálico.
Figura 2.11. Espectro de UV-Vis del Bromuro de complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B).
El espectro de IR-TF del complejo (B) (Figura 2.12) presenta bandas en 3135 y 3109 cm-1 se
deben a la vibraciones de tensión Csp2-H (C4-H4, C5-H5, C7-H7, C8-H8) y Csp3-H (CH3 y C6-H6)
58
respectivamente. Las bandas en 1638 y 1562 cm-1 se asignaron a la vibraciones de tensión
C=C (alílico y cíclico, respectivamente), mientras que la banda en 1400 cm-1 se asoció a
vibraciones asimétricas del grupo metilo, y la banda en 1198 cm-1 corresponde a la vibración
de tensión Csp3-N. El desplazamiento de las bandas respecto al precursor carbénico se asoció
con la coordinación al centro metálico.
Figura 2.12. Espectro de FT-IR del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B).
El espectro de RMN 1H (Figura 2.13 y Figura 2.14) del complejo (B) presenta 7 señales
correspondientes a los 10 protones del ligando. A diferencia del precursor carbénico, se
observa la ausencia de la señal singlete del protón H2 en 9,55 ppm, lo cual es una evidencia de
la efectiva desprotonación del precursor carbénico y su posible coordinación al centro
metálico. Las primeras señales a campo bajo corresponden a los dobletes asignados a los
protones H4 y H5 con desplazamientos en 6,97 y 6,96 ppm respectivamente. Estas señales
presentan igualmente un cambio en su patrón de acoplamiento con respecto al ligando, las
cuales pasan de presentar multiplicidad triplete a ser señales doblete. De esta manera, se
observá que el espectro pasa de ser de segundo orden a un espectro de pseudo primer orden,
hecho que se relacionó con la coordinación al centro metálico y la desaparición de la carga
sobre el anillo imidazólico. Seguidamente, en 5,92 ppm se evidencia una señal ddd asignado
al protón H7. El patrón de acoplamiento de esta señal es similar al presentado por el precursor
carbénico.
59
Figura 2.13. Espectro de RMN 1H del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B) (300 MHz, CDCl3, campo bajo).
A campo alto se tienen dos señales ddd correspondientes a los protones geminales H8a y H8b
(Figura 2.14). Comparando las magnitudes de las constantes de acoplamiento obtenidas
(Tabla 2.2) se asignó la señal en 5,27 ppm al protón H8b y la señal en 5,22 ppm al protón H8a.
Para estas señales se evidenció un cambio con respecto al espectro de ligando en el cual el
protón H8a aparece a campo más alto que el protón H8b, siendo este hecho atribuido
probablemente al cambio del ambiente químico debido a la coordinación sobre el átomo de
plata.
60
Figura 2.14. Espectro de RMN 1H del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B) (300 MHz, CDCl3, campo alto).
La última señal ddd se ubica a 4.70 ppm, y es la perteneciente al sustituyente alílico, asignada
a los protones H6. Esta señal observa una mejor resolución en su patrón de acoplamiento
respecto al ligando, pudiéndose diferenciar acoplamientos con los protones H8a y H8b. A pesar
de la mejora en la definición de esta señal ambos protones H6 permanecen químicamente
equivalente sin presentar cambios de desplazamiento químico asociados a la coordinación del
grupo alílico94. La última señal del espectro es un singlete a 3,83 ppm pertenece al grupo
metilo. Todas las señales en el espectro presentaron una variación en desplazamiento químico
() respecto al precursor carbénico (Tabla 2.2) corroborando la coordinación al centro
metálico.
61
Tabla 2.2. Desplazamientos químicos y constantes de acoplamiento del complejo
[Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B).
Δppm
Asignación
ppm
(CDCl3)
H2
--
--
--
--
H4
6,97
1
0,35
--
H5
6,96
1
0,19
--
H6
4,70
2
0,19
5,9(JH6-H7)
H7
5,92
1
0,42
17,0(JH8a-H7); 11,2(JH8b-H7); 6,4(JH6-H7)
H8a
5,27
1
0,27
17,0(JH8a-H7); 1,0(JH8a-H8b)
H8b
5,22
1
0,41
11,2(JH8b-H7s); 1,0(JH8b-H8b)
CH3
3,83
3
0,24
--
El espectro de RMN
Int.
13
C{1H}
J (Hz)
respecto a A
del complejo (B) (Figura 2.15) presenta 7 señales
correspondientes a los carbonos del ligando. En 182 ppm se tiene la señal correspondiente al
carbono carbénico C2 el cual presenta un desplazamiento de 43,4 ppm respecto al ligando.
Este desplazamiento es una evidencia irrefutable de que la coordinación al centro metálico se
lleva a cabo a través de este carbono, formado la especie carbénica. Seguidamente se tienen 4
señales singlete correspondientes a los carbonos sp2, asignados de la siguiente manera: 132.
ppm la señal correspondiente a C7, 122,2 ppm para C4, 121,0 ppm para C5 y 119,7 ppm para
C8. Posteriormente en la región de campo alto se tienen las señales correspondientes para C6 y
el grupo metilo en 54,2 y 38,9 ppm respectivamente. Al igual que en el espectro de RMN 1H,
todas las señales presentaron desplazamiento respecto al ligando libre, debido al cambio de
ambiente químico como consecuencia de la formación del complejo.
62
Figura 2.15. Espectro de RMN 13C{1H} del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B) (300 MHz, CDCl3).
En el espectro de masas se observa un pico en 351,17 m/z el cual corresponde al ión
molecular [C14H20N4Ag]+, coincidiendo para la especie [Ag(NHC)2]+, y por lo tanto
corroborando la formación de un complejo en el cual un átomo de plata posee dos ligandos
carbénicos NHC coordinados. Por su parte, el pico en 353.13 m/z es consecuencia de la
distribución isotópica de la plata siendo este pico el correspondiente al isótopo
109
Ag. El
espectro de masas experimental se comparó con el espectro teórico simulado para esta misma
especie, coincidiendo de manera exacta (Figura 2.16). Se completó el análisis del espectro de
masas analizando su patrón de fraccionamiento (Figura 2.17), y observando un pico en 231,05
m/z correspondiente a la formula [C7H10N2]+ el cual se asoció con la pérdida de uno de los
ligandos.
63
Figura 2.16. Espectro de masas teórico/experimental del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B).
Figura 2.17. Espectro de masas del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B), fragmentación.
64
Mediante evaporación lenta de una solución diclorometano/ciclohexano (1:3) del complejo
de plata, fue posible obtener cristales, adecuados para su análisis mediante difracción de rayos
X, arrojando la estructura mostrada en la Figura 2.18. En la celda unidad se observan dos
moléculas del complejo las cuales son equivalentes debido a los elementos de simetría
presentes en la misma.
Figura 2.18. Estructura molecular del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B). Diagrama Ortep (elipsoides
dibujados al 50% de probabilidad).
La estructura cristalográfica revela que el compuesto carbénico Ag-NHC sintetizado, es un
complejo dinuclear de formula molecular [Ag(C7H10N2)2][AgBr2], en el cual el catión está
formado por un átomo de plata y dos ligandos carbénicos NHC (Ag(NHC)2+) los cuales son
químicamente equivalentes debido los múltiples elementos de simetría presentes en el mismo.
El fragmento aniónico [AgBr2]- se mantiene unido a un fragmento catiónico
mediante
interacciones argentofílicas35, es decir, una interacción plata-plata las cuales poseen una
distancia de 3,025(1) Å (Ag1···Ag2) y un ángulo Ag2-Ag1-C1 y Ag2-Ag1-C8 correspondiente a
77,4(2) y 104,7(1) respectivamente. Estos valores coinciden con el promedio para este tipo de
interacciones
argentofílicas
en
complejos
carbénicos
análogos
reportados
en
la
literatura98,99,100. El ángulo entre C8-Ag1-C1 es de 173,3(2), indicando una geometría lineal, la
65
cual es típica de los complejos de Ag(I). Las distancias de enlace Ag1-C1 y Ag1-C8 son
2,079(7) y 2,086(6) Å respectivamente. Una selección de las distancias de enlace y ángulos de
interés se muestra en la
Tabla 2.3, encontrándose en general valores dentro del rango
reportado para este tipo complejos dinucleares.99,100
Esta estructura coincide con toda la información brindada por todas las técnicas
espectroscópicas, en donde se observa una estructura lineal de plata, en la cual ambos
ligandos se coordinan a través del carbono carbénico.
Tabla 2.3. Distancias de enlaces y ángulos seleccionados para la estructura molecular del
complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B).
Longitud de enlace (Å)
Ángulos (º)
Ag1···Ag2
3,025(1)
Ag2-Ag1-C1
77,4(2)
Ag1-C1
2,079(7)
Ag2-Ag1-C8
104,8(1)
Ag1-C8
2,086(6)
C8-Ag1-C1
173,3(2)
N2-C12
1,472(7)
N1-C8-N2
104,7(5)
N1-C11
1,433(8)
Br1-Ag2-Br2
107,16(3)
N2-C8
1,337(8)
Br2-Ag2-Br1
120,41(3)
N1-C8
1,352(7)
Ag2-Br1
2,707(1)
Ag2-Br2
2,549(1)
2.3. Síntesis y caracterización del complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C).
La síntesis del complejo carbénico [Au(C7H10N2)2][Br] (C) se realizó mediante reacciones
de transmetalación, a partir del complejo de plata [C14H20N4Ag][Br] (A) el cual se sintetizó in
situ en el medio de reacción, para luego hacerlo reaccionar con el precursor ClAuPMe3, y así
66
formar el respectivo complejo carbénico de oro. Es posible llevar a cabo esta reacción debido
a la labilidad del enlace Ag-NHC (Figura 2.19). Se obtuvo un sólido blanco estable el aire con
un rendimiento del 46.8%.
AgBr2
2
Br
N
+
-
N
+
Ag2O
-H2O
N
+
-
-
Br
N
Ag
N
N
+
ClAuPMe3
t.a. 2h
N
CH2Cl2
-PMe3
-AgCl
N
+
N
Au
N
Figura 2.19. Esquema de síntesis complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C).
El espectro de UV-Visible (Figura 2.20) del complejo (C) presenta una sola banda con un
máximo de absorbancia en 263 nm, el cual se asoció a transiciones electrónicas tipo π

π*
correspondientes al ligando. A diferencia del precursor carbénico, no se observan las bandas
correspondientes a las transiciones n

π* hecho que se asoció con la coordinación al centro
metálico.
Figura 2.20. Espectro de UV-Vis del Bromuro de complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C).
El espectro de IR del complejo (C) (Figura 2.21) presenta bandas en 3146 cm-1 y 3137 cm-1
se deben a las vibraciones de tensión Csp2-H (C4-H4, C5-H5, C7-H7, C8-H8) y Csp3-H (CH3 y
C6-H6) respectivamente. Las bandas en 1638 y 1562 cm-1 se deben a las vibraciones de
67
tensión C=C alílica y cíclica respectivamente. La banda en 1405 cm-1 se asignó a vibración
asimétrica del grupo metilo y por último la banda en 1205 cm-1 corresponde a la vibración de
tensión Csp3-N. El corrimiento presentado por las diversas bandas en el espectro se relacionó
con la coordinación al centro metálico por parte del precursor carbénico.
Figura 2.21. Espectro de FT-IR del Bromuro de complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C).
El espectro de RMN 1H (Figura 2.22 y Figura 2.23) del complejo (C) presenta 7 señales, las
cuales en conjunto integran para los 10 protones del ligando. El espectro no presenta el
singlete en 9,27 ppm correspondiente al protón H2, lo cual es una evidencia de la efectiva
desprotonación del precursor carbénico y su posible coordinación al centro metálico. Se
observan dos señales dobletes correspondientes a los protones del anillo imidazólico H4 y H5
en 7,50 y 7,49 ppm respectivamente. Ambas señales presentan un cambio en su patrón de
acoplamiento con respecto al ligando, y pasan de ser señales tripletes a señales dobletes. Por
lo tanto, el espectro, de segundo orden en el precursor del ligando, se vuelve un espectro de
primer orden en el complejo, lo cual se asoció a la coordinación al centro metálico. En 6,00
ppm se tiene la señal doblete de dobletes de dobletes asignada al protón H7, cuyo patrón de
68
acoplamiento es similar al presentado por el precursor carbénico y es consecuencia de la
diferencia de magnitud de las constantes de acoplamiento de los protones vecinos.
Figura 2.22. Espectro de RMN-1H del complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C) (300 MHz, CDCl3, campo bajo).
Seguidamente, se tienen dos señales ddd en 5,25 y 5,15 ppm pertenecientes a los protones
H8b y H8a respectivamente, las cuales se asignaron de acuerdo a su patrón de acoplamiento. Se
tiene que la señal correspondiente al protón H8b se encuentra a campo más bajo que H8a,
mientras que en el precursor carbénico se observa lo contrario. Este cambio se puede atribuir
a variaciones en el entorno químico asociadas a la coordinación al centro metálico.
A campo alto se tienen las dos últimas señales: en 4,84 ppm una señal ddd, la cual presenta
una mejor resolución en comparación al precursor, a pesar de que los protones H6 permanecen
químicamente equivalentes sin presentar desplazamientos químicos asociados la coordinación
del grupo alilo94. Por último, se observa una señal singlete a 3.86 ppm asociada a los protones
del grupo metilo. Los cambios observados en los patrones de acoplamiento, el desplazamiento
69
de todas las señales respecto al precursor carbénico y principalmente la ausencia de la señal
correspondiente a H2 (Tabla 2.4) son evidencias de la formación del complejo Au-NHC (C).
Figura 2.23. Espectro de RMN-1H del complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C) (600 MHz, DMSO-d6, campo alto).
Tabla 2.4. Desplazamientos y constantes de acoplamiento del complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C).
Δppm
Asignación
ppm
(DMSO-d6)
Int.
respecto a
A
J (Hz)
H2
--
--
--
--
H4
7,50
1
0,25
--
H5
7,49
1
0,27
--
H6
4,84
2
0,01
5,6(JH6-H7)
H7
6,06
1
0,06
17,0(JH8a-H7), 10,3 (JH8b-H7), 6.4(JH6-H7)
H8a
5,15
1
0,11
17,0(JH8a-H7), 1,4 (J H8a-H8b)
70
H8b
5,25
1
0,05
10,3(JH8b-H7), 1,4 (JH8a-H8b)
CH3
3,86
3
0,01
--
El espectro de RMN
13
C{1H} del complejo C (Figura 2.24) presenta 7 señales
correspondientes a los carbonos del ligando, comenzando a 183 ppm por la señal
perteneciente al carbono C2, que posee una variación en desplazamiento de 46,4 ppm respecto
al precursor carbénico. La diferencia de desplazamiento respecto al precursor carbénico es
evidencia irrefutable de que la coordinación ha ocurrido a través de este carbono para formar
el complejo carbénico. Posteriormente, se tienen 4 señales correspondientes a los carbonos
sp2, asignadas de la siguiente manera: 134,0 ppm para la señal del C7, 123,3 ppm para C4,
122,2 ppm para C5 y 118,1 ppm para el carbono C8. Finalmente, a campo alto se tienen dos
señales en 52,4 y 37,6 ppm asignadas a los protones H6 y al grupo metilo, respectivamente.
Figura 2.24. Espectro de RMN 13C{1H} para el complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C) (600 MHz, DMSO-d6).
71
A este complejo se le realizó también espectroscopía de masas, obteniendo un pico
correspondiente al ión molecular en 441,14 m/z el cual se le asigna a la fórmula molecular
[C14H20N4Au]+, coincidiendo para la especie [Au(NHC)2]+. Posteriormente se comparó el
patrón experimental con el espectro teórico (Figura 2.25) observando coincidencia de todos
sus picos, corroborando así la formación del complejo. Se analizó el patrón de
fraccionamiento asociando al pico en 319 m/z a la formula [C7H10N2Au]+ lo que corresponde
a la pérdida de uno de los ligandos carbeno (Figura 2.26).
Figura 2.25. Espectro de masas teórico/experimental del complejo [Au(C7H10N2)2][Br2] (C).
72
Figura 2.26.Espectro de masas del complejo [Au(C7H10N2)2][AuBr2] (C), fragmentación.
En base a la información espectroscópica brindada por las diferentes técnicas realizadas y en
las estructuras cristalinas de compuestos análogos reportados en la literatura,75,101 se propone
que el complejo es una especie lineal en la cual un átomo de oro(I) posee dos ligandos NHC
enlazados a través del carbono carbénico. No se observa coordinación de sustituyente alílico.
Por lo tanto, se propone que la estructura probable del nuevo compuesto de oro sea la que se
presenta a continuación (Figura 2.27) para la fórmula estructural [Au(C7H10N2)2][Br].
Br
N
-
+
N
Au
N
N
Figura 2.27. Estructura propuesta para el complejo [Au(C7H10N2)2][Br] (C).
73
2.4. Síntesis y caracterización del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E).
Se realizó la síntesis del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E) mediante transmetalación (Figura
2.28) a partir del complejo de plata [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B) formado in situ en el medio
de reacción. Esta reactividad es posible gracias a la labilidad del enlace Ag-NHC. Se obtuvo
un sólido amarillo pálido con un rendimiento de 10 %.
Figura 2.28. Esquema de síntesis del Complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E) mediante transmetalación.
El complejo de paladio PdCl2(MeCN)2 (D), utilizado como precursor en la síntesis del
complejo E, se llevó a cabo siguiendo procedimientos reportados en la literatura95. Este
complejo, el cual es un sólido amarrillo estable, suele ser un precursor en la síntesis de un
número importante de compuestos de Pd(II).
El espectro de UV-Vis del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E) (Figura 2.29) presenta un máximo
de absorción en 260nm, debido a transiciones electrónicas tipo π

π* por parte de los
ligandos. A diferencia del precursor carbénico, no se observan las bandas correspondientes a
las transiciones n  π* hecho que se asoció con las coordinación del ligando.
74
Figura 2.29. Espectro de UV-Visible del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E).
El espectro de IR del complejo (E) (Figura 2.30) presenta bandas en 3114 y 2929 cm-1,
debidas a las vibraciones de tensión Csp2-H (C4-H4, C5-H5, C7-H7, C8-H8) y Csp3-H (CH3 y C6H6), respectivamente. Las bandas entre 1638 y 1618cm-1 son consecuencia de las vibraciones
de tensión C=C alílica y cíclica. La banda en 1463 cm-1 se asignó a las vibraciones
asimétricas -CH2 y del grupo metilo. Por último, la banda en 1205 cm-1 corresponde a la
vibración de tensión Csp3-N. El desplazamiento de las bandas en el espectro se asoció con la
coordinación al centro metálico.
Figura 2.30. Espectro de IR-TF del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E).
75
El espectro de RMN 1H (Figura 2.31 y Figura 2.32) del complejo (E) presenta un mayor
número de señales que las presentes en el precursor carbénico. La desaparición de la señal
singlete de ligando, originalmente en 10,07 ppm (espectro en CD2Cl2) correspondiente al
protón H2, evidencia la efectiva desprotonación del precursor carbénico y su posible
coordinación al centro metálico. La primera señal del espectro corresponde a un multiplete
que integra para 4 protones, asignado a las señales H4, H4′ y H5, H5′ a 6,91 y 6,89 ppm,
respectivamente. Seguidamente en 6,22 ppm se tiene una señal multiplete la cual integra para
dos protones, asignada a los protones H7 y H7′. El patrón de acoplamiento de esta señal se
debe a los múltiples acoplamientos con los protones del sustituyente alílico, además de la
coincidencia en desplazamiento químico de las señales de ambos protones.
Seguidamente, se tienen 4 señales ddd (Figura 2.32) pertenecientes a los protones gemínales
H8b, H8b′ y H8a, H8a′ del sustituyente alílico, las cuales se encuentran solapadas por la señal
del solvente imposibilitando su correcta integración y una asignación más específica. A 5,08 y
5,12 ppm se observan dos señales ddd los cuales integran para 4 protones, los cuales son
asignados a los protones H6 y H6′. Estas señales presentan una mejora en su resolución
respecto al precursor carbénico lográndose observar sus múltiples acoplamientos con los
protones gemínales, H7 y H7′ de los sistemas alílicos. A pesar de la mejor resolución que
presentan los protones H6, los mismos siguen presentando el mismo desplazamiento químico
que los protones H6′. Esto evidencia que estos protones no son diasterotópicos, por lo cual se
concluye que el sistema alílico no se encuentra coordinado al centro metálico94. Finalmente,
se tienen dos señales singlete a 4,02 y 4,06 ppm correspondientes a los grupos metilos (-CH3, CH3′).
76
Figura 2.31. Espectro de RMN 1H del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E) (campo bajo, CD2Cl2, 600 MHz).
Figura 2.32. Espectro de RMN 1H del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E) (campo alto, CD2Cl2, 600 MHz).
Como se observa en el espectro de RMN 1H del complejo (E), el mismo presenta dos juegos
de señales las cuales se asociaron con la coordinación de dos carbenos NHC al centro
metálico con ambientes químicos diferentes. Sin embargo, dicho espectro no permite la
asignación de protones para cada ligando. Por ello, se realizó un 1D-TOCSY selectivo, el cual
consiste en un espectro unidimensional de 1H en el cual es posible identificar sistemas de
77
espín a través de la irradiación selectiva de protones. Dicha irradiación permite observar solo
las señales que posean un acoplamiento escalar con la señal irradiada102.
Se realizó la irradiación selectiva a la señal ddd a 5,12 ppm (Figura 2.33(a)), observando la
desaparición de la misma y de las señales correspondientes a su sistema de espín.
Observándose solo respuesta de las señales ddd a 5,34 y 5,41 ppm, la cuales poseen una Jcis
(12 Hz) y una Jtrans (18 Hz) respectivamente, y la señal multiplete en 6,24 ppm en la cual se
observa una pérdida de 3 picos en la señal a campo bajo. Igualmente, se realizó la irradiación
en la señal ddd a 5,16 ppm (Figura 2.33(b)) observando la desaparición de la misma y de las
señales correspondientes a su sistema de espín. Observando solo respuesta en las siguientes
señales: la señal ddd a 5,36 y 5,43 ppm las cuales poseen una Jcis (12 Hz) y una Jtrans (18 Hz)
respectivamente y la señal multiplete en 5,26 ppm en la cual se observa la pérdida de tres
picos en la señal a campo alto. También se llevó a cabo la irradiación en las señales a 5,34 y
5,36 ppm encontrando la misma relación entre los sistemas de espín. Los grupos metilos no se
pudieron diferenciar por pertenecer a un sistema de espín aislado sin acoplamientos
adicionales con otros protones de la estructura.
Figura 2.33. Espectro de irradiación selectiva 1D-TOCSY (a) Irradiación en 5,12 ppm (b) irradiación en 5,16
ppm (c) espectro sin irradiar de PdCl2(C7H10N2)2 (E) (600 MHz, CD2Cl2).
78
El TOCSY selectivo permitió entonces corroborar la existencia de dos sistemas de espín
independientes en la región de 5 a 6,3 ppm. Esto quiere decir que se observó la presencia de
dos ligandos NHC coordinados y de diferente ambiente químico, y fue posible la asignación
de los protones del sustituyente alílico para cada ligando (Figura 2.34). Se tiene entonces que
los cambios de multiplicidad presentados y los desplazamientos de todas las señales respecto
al precursor carbénico representan una evidencia de la formación del complejo (Tabla 2.5).
Figura 2.34. Asignación de protones para el complejo PdCl2(C7H10N2)2 .
79
Debido a que los espectros de RMN 1H indicaron la presencia de dos ligandos NHC con
ambientes químicos diferenciables, se presumió la existencia de dos posibles isómeros. Sin
embargo, todos los intentos de separación mediante técnicas de recristalización y
cromatografía fueron infructuosos.
Tabla 2.5. Desplazamientos y constantes de acoplamiento del complejo PdCl2(C7H10N2)2.
H
ppm
(CD2Cl2)
Int.
Δ
ppm
J (Hz)
H
ppm
(CD2Cl2)
Δ
Int.
ppm
J (Hz)
H2
--
--
--
--
H2′
--
--
--
--
H4
6,91
1
0,75
--
H4′
6,91
1
0,75
--
H5
6,89
1
0,66
--
H5′
6,89
1
0,66
--
H6
5,1
2
0,12
6,2
H6′
5,00
2
0,02
6,2
(JH6-H6)
(JH6-H6)
H7
6,27
1
0,27
--
H7′
6,24
1
0,24
--
H8a
5,43
1
0,03
18,0
H8a′
5,41
1
0,01
18,0
(JH8a-H7)
H8b
5,36
1
0,02
12,0
(JH8a-H7)
H8b′
5,34
1
0,00
(JH8a-H8b)
CH3
4.06
3
0,04
En el espectro de RMN
13
--
12,0
(JH8a-H8b)
CH3′
4.02
3
0,00
--
C{1H} (Tabla 2.5Figura 2.35) se observan 6 señales
correspondientes a los carbonos de los ligandos, además de una señal que no se muestra por
estar solapada por el solvente. A diferencia del espectro de RMN 1H no se observan dos
juegos de señales hecho que se atribuye a la coincidencia de desplazamiento químico entre los
carbonos de ambos carbenos NHC coordinados. Se asignó el singlete a 170,1 ppm al carbono
carbénico C2 y C2′ esta señal presenta un desplazamiento de 35,1 ppm respecto al precursor
carbénico siendo esto una evidencia irrefutable de la coordinación del NHC al paladio para
formar una especie carbénica. Seguidamente se tienen 4 singletes asignados a los carbonos sp2
80
de la siguiente manera: a 134,0 ppm la señal correspondiente a los carbonos C7 y C7′, 122,1
ppm para C4 y C4′, 120,8 ppm para C5 y C5′ y 119,2 ppm para C8 y C8′. Seguidamente en la
región de campo alto se tiene a 53,5 ppm la señal correspondiente a los carbonos C 6 y C6′,
finalmente se asigna la señal a 38,2 ppm a los grupos metilos -CH3 y -CH3′,
Figura 2.35. Espectro de RMN 13C{1H} del complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E) (300 MHz, CD2Cl2).
En base a la información espectroscópica brindada por las diferentes técnicas realizadas, se
puede establecer que el complejo es una especie en la cual un átomo de paladio posee dos
ligandos NHC coordinados únicamente a través del carbono carbénico (Figura 2.36). Cada
ligando posee ambiente químico diferente, el cual probablemente es causado por efectos
estéricos o de repulsión, descartando por ello la posible especie con simetría trans. Se
corroboró la presencia de cloruros en el complejo mediante la precipitación de cloruro de
plata utilizando una solución de nitrato de plata al 1%. La estructura probable para el
complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E) se presenta a continuación (Figura 2.36).
81
CH2
N
H2C
N
Cl
H3C
Pd
N
Cl
N
CH3
Figura 2.36. Estructura probable para el complejo PdCl2(C7H10N2)2 (E).
CAPÍTULO 3
RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE LAS PRUEBAS DE INTERACCIÓN
COMPLEJO-ADN
Se evaluó la posible interacción complejos-ADN del precursor carbénico así como la de los
complejos sintetizados a través de estudios hidrodinámicos de viscosidad y titulaciones
espectrofotométricas por UV-Vis y fluorescencia, obteniendo los resultados que se describen
en las siguientes secciones.
3.1. Medidas de Viscosidad.
La viscosidad es una característica de los fluidos en movimiento, que muestra una tendencia
de oposición hacia su flujo ante la aplicación de una fuerza. Las disoluciones que contienen
macromoléculas poseen una viscosidad mayor que los disolventes solos. Las variaciones en
las medidas de viscosidad respecto al disolvente se debe a parámetros relacionados con la
naturaleza de la macromolécula, por ejemplo: el volumen molecular asociado con el peso
molecular, la estructura tridimensional de la molécula y la rigidez de la misma. Para
moléculas globulares, el volumen molecular es el principal efecto en su cambio de viscosidad.
Por su parte para moléculas rígidas y delgadas se debe principalmente a los cambios en su
longitud y su peso molecular103.
El ADN es una macromolécula de gran tamaño y por consecuencia de elevado peso molecular,
lo que le confiere una viscosidad intrínseca específica en solución. Existen diversas interacciones
las cuales puede variar la viscosidad relativa del ADN en solución, entre las que destacan por
82
83
su marcado efecto la intercalación. Esta es la unión no covalente por parte de moléculas
orgánicas o complejos metálicos con características hidrofóbicas, aromáticas y de estructura
planar, que pueden insertarse de manera total o parcial entre los pares de bases nitrogenadas
consecutivas de ADN66,67. Esto generara distorsiones en la macromolécula, las cuales
conllevan a una variación en la separación entre los pares de bases y consecuentemente en su
longitud total, comportamiento que fue reportado por primera vez por Lerman104,105. Este tipo
de interacción se ha presentado tanto para moléculas orgánicas tales como el bromuro de
etidio, las acridinas, proflavinas etc106,107, así como para complejos metálicos que poseen
ligandos con propiedades de intercaladores destacando su aromaticidad53,108,109,110,111.
Se pueden presentar diversos cambios en las medidas de viscosidad del ADN debido a las
modificaciones estructurales que ocasiona la intercalación: cuando la intercalación de la
molécula es completa, es decir, se inserta de manera que logra separar la bases nitrogenadas,
se origina un incremento en su longitud total, lo cual se refleja como un incremento en las
medidas de viscosidad. Por el contrario, cuando la intercalación es parcial y/o no clásica, se
produce una torcedura en el ADN y se genera una disminución en su longitud y por
consecuente en su viscosidad. Las moléculas que interactúan por otra vía (como por ejemplo
los surcos del ADN) o no interaccionan con el ADN no generan ningún cambio en la
viscocidad107,112. Sin embargo,
se han reportado moléculas intercalantes las cuales no
presentan un cambio significativo en la viscosidad tales como la Actinomicina D, es por ello
que el aumento en la viscosidad no es una prueba de intercalación definitiva106.
Las mediciones de la viscosidad relativa del ADN en presencia o ausencia de ligando (o
complejo coordinado) se realizaron mediante la siguiente relación (3.1):
η = (t-t0)/t0
(3.1)
Donde t representa el tiempo de flujo de una solución de ADN y to el tiempo de flujo de la
misma solución sin el ADN (blanco). Estas viscosidades son graficadas como (η/η0)1/3 versus
84
la relación [Complejo]/[ADN], donde η0 representa la viscosidad en ausencia de
complejo113,114.
En las curvas de viscosidad obtenidas tanto para el precursor carbénico [C7H10N2][Br] (A)
así como para los complejos [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B), [Au(C7H10N2)2][Br] (C),
PdCl2(C7H10N2)2 (E) (Figura 3.1(a), (b),(c), (d) respectivamente) se logra apreciar que no
existe variación en la viscosidad relativa del ADN, presentando una tendencia pseudo lineal
en un rango de Ri de 0 a 1. Este comportamiento se ha atribuido en la literatura a la
intercalación no clásica u otros tipos de interacciones diferentes a la intercalación (como por
ejemplo electroestáticas, de origen covalente, moléculas enlazadores de surco, entre otras)
112,113,115
. Este resultado puede ser asociado con la ausencia de planaridad en la molécula de
los compuestos evaluados, como por ejemplo sistemas aromáticos con tamaño especifico
105,116
.
Las curvas obtenidas se compararon con el intercalador clásico bromuro de etidio bajo las
mismas condiciones. Esta molécula interacciona efectivamente con los pares de bases del
ADN por medio de intercalación, logrando así una elongación en su estructura y de esta
manera un incremento en la viscosidad relativa104,105, efecto que se ve evidenciado en la
Figura 3.1 (e). Es por ello que se concluye que (A), (B), (C) y (E) no presentan interacción
con el ADN mediante intercalación. A pesar de ello, no se pueden descartar otro tipo de
interacciones.
85
1,2
1,2
1,1
(ƞ/ƞ0)1/3
(ƞ/ƞ0)1/3
1,1
1,0
1,0
0,9
0,9
0,8
0,8
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
0,0
1,0
0,2
[A]/[ADN]
0,8
1,0
(b)
1,2
1,2
1,1
1,1
(ƞ/ƞ0)1/3
(ƞ/ƞ0)1/3
(a)
0,4
0,6
[B]/[ADN]
1,0
0,9
1,0
0,9
0,8
0,8
0,0
0,2
0,4
0,6
[C]/[ADN]
0,8
1,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
[E]/[ADN]
(c)
(d)
1,8
1,6
BE
C
1,2
B
(ƞ/ƞ0)1/3
1,4
D
1
A
0,8
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
[Compuesto]/[ADN]
1,0
(e)
Figura 3.1. Curvas de viscosidad relativa. 1mM ADN, 1 mM analito. (a) Bromuro de 1-alil-3metil-imidazolio;
(b) [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (c) [Au(C7H10N2)2][Br](d) PdCl2(C7H10N2)2 (e) comparación con BE.
86
3.2. Titulaciones Espectroscópicas por UV-Vis.
La interacción complejo-ADN se puede estudiar a través de los cambios en las bandas de
absorción ya sea del complejo o del ADN. El ADN presenta una banda con un máximo de
absorción en 260 nm. Este máximo es consecuencia de las transiciones electrónicas de los
cromóforos purina y pirimidina presentes en su estructura117. La interacción de complejos con
el ADN origina cambios estructurales o daño en el mismo el cual se ve reflejado en las bandas
de absorción del complejo, ya que se ven modificados los niveles energéticos de las
transiciones electrónicas generalmente n π*, π  π* y de transferencia de carga118. Se
pueden observar variaciones en las intensidades de la absorción ya sea hipercromismo
(aumento) o hipocromismo (disminución). Así mismo, se pueden presentar efectos
batocrómicos e hipsocrómicos, es decir, desplazamientos de las bandas de absorción hacia
longitudes mayores o menores (respectivamente)119. Por último, se puede observar la
presencia de puntos isobésticos los cuales son una evidencia irrefutable de la interacción
complejo-ADN. Este comportamiento en los espectros de absorción indica que existe un
modo de interacción particular entre el complejo y el ADN120.
La interacción ADN-complejo puede ser cuantificada a través de la data obtenida a partir de
las titulaciones espectroscópicas, calculándose la constante de interacción (Kb) a través del
método de exclusión de Neigbor121,122. (3.2)
[DNA] / (a-f) = [DNA]/a-f) + 1/ Kb b-f)
(3.2)
Donde a corresponde a la absorbancia observada (Aobs) dividida entre la concentración del
complejo (Aobs/[Complejo]), f es el coeficiente de extinción del complejo libre y b es el
coeficiente de extinción molar del complejo totalmente “enlazado” al ADN. A partir del
grafico de [DNA] / (a-f) vs. [DNA] se obtiene el valor de Kb como el cociente de la
pendiente y el intercepto. Kb118,121,122.
87
A continuación se presentan los resultados de las titulaciones espectroscópicas por UV-Vis
de cada compuesto sintetizado y el cisplatino, el cual se utilizó como referencia debido a su
conocida interacción covalente con el ADN57. Es bien conocido que el cisplatino interacciona
covalentemente con las bases nitrogenadas del ADN, específicamente por medio de los
átomos de nitrógeno de la adenina y la guanina, conllevando así a cambios conformacionales
y estructurales120. Dichos cambios se pueden seguir por medio de titulaciones
espectroscópicas, observando desplazamientos hipocrómicos y batocrómicos en el espectro
(Figura 3.2).
Figura 3.2. Titulación espectroscópica con ADNtt del cisplatino.
Todos las titulaciones espectroscópicas correspondientes a los compuestos A, B, C y E,
presentaron variaciones en sus respectivas bandas de absorción, asociadas a transiciones
π→π*. Este fenómeno es consecuencia de la interacción con los orbitales π de las bases
nitrogenadas del ADN lo que conlleva a la modificación de los niveles energéticos HOMOLUMO modificando la energía necesaria para la transición así como la probabilidad de la
misma. Los espectros de la titulación espectroscópica del precursor carbénico presentan un
efecto hipocrómico en su banda en 258 nm además del surgimiento de una banda con efecto
hipercrómico en 274 nm (Figura 3.3 (a)). El aumento de intensidad en esta banda de
absorción puede ser asociado con interacciones electroestáticas por fuerza de van de Waals
entre los sustituyentes del anillo imidazólico y el ADN, comportamiento que se ha reportado
anteriormente tanto para complejos de Cu(II)104 como para moléculas orgánicas, tales como
la mercaptopurina123.
88
(a)
(e)
(b)
(d)
Figura 3.3. Titulaciones espectroscópicas con ADNtt de los compuestos sintetizados (a) Bromuro de 1-alil-3metil-imidazolio; (b) [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (c) [Au(C7H10N2)2][Br] (d) PdCl2(C7H10N2)2.
El complejo (B) presenta hipocromismo en la banda a 258 nm y un efecto hipercrómico en
una nueva banda a 295 nm, evidenciándose la aparición de un punto isobéstico en 283 nm
(Figura 3.3(b)). Este comportamiento es una evidencia irrefutable de la interacción del
complejo con el ADN120,124,125, la cual se ha reportado anteriormente para complejos de Ru(II)
con ligandos tipo carbazol126 y complejos oro(I)-NHC127. Por su parte el complejo (C) solo
presenta una disminución en la intensidad de banda en 264 nm, sin presentar desplazamientos.
Este comportamiento ha sido reportado para complejos de Cu(II) con ligando derivados del
benzoimidazol,128 así como
para complejos de Fe(II) con ligandos derivados de la
fenantrolina129, asociándose con interacciones de carácter electrostático con el ADN.
89
Finalmente, el complejo (E) presenta desplazamientos hipocrómicos en su banda de
absorción a 260 nm y un desplazamientos batocrómicos de 4 nm (Figura 3.3(d)). Este tipo de
comportamiento se ha asociado principalmente con moléculas intercaladoras104,130 y con
interacciones del tipo covalente131. Sin embargo, este complejo no presentó dichas
características en los estudios hidrodinámicos de viscosidad por lo que se descarta la
interacción por intercalación. Por otro lado, este comportamiento es similar al presentado por
el cisplatino y por complejos de oro(III) con ligandos bis y polidentados los cuales presentan
enlaces covalentes con el ADN. Esto sugiere que el complejo puede presentar este tipo de
interacción. Se tiene entonces que las variaciones en los espectros de absorción de los
complejos sintetizados al ser titulados con ADNtt corroboran la interacción con el mismo sin
establecer de manera definitiva el tipo de interacción que estos presentan entre sí.
A partir de los datos obtenidos mediante las titulaciones espectroscópicas se determinaron
las constantes de interacción (Tabla 3.1). Los valores obtenidos se encuentran un orden de
magnitud por debajo de complejos como el cisplatino (1,2x106) y moléculas como el bromuro
de etidio (1,4x106)104 los cuales presentan fuertes interacciones covalentes y de intercalación
(respectivamente) con el ADN, indicando que la afinidad con el ADN de estos compuestos
sintetizados es menor que el de ambas moléculas. Sin embargo, el orden de magnitud de las
constantes de enlace es de igual o mayor magnitud a muchos complejos reportados entre los
que se tienen complejos de Mg132,Pt133, Rh134, Ru, Re135, Cu136 etc. Dichos complejos
presentan actividad como agentes antimicrobianos y anticancerígenos. La variación en las
bandas de absorción presentada por todos estos complejos, así como los valores de su
constante de interacción, corroboran la efectiva interacción de estos complejos con el ADN lo
que hace de los mismos posibles candidatos para su estudio en patologías en las que el ADN
es un blanco de acción de importancia, como lo es el cáncer y diversas enfermedades
infecciosas8.
90
Tabla 3.1. Constantes de interacción calculadas a partir de las titulaciones espectroscópicas
mediante el método de exclusión de Neighbor.
3.3.
Compuesto
Constante Kb (M-1)
Longitud de onda (nm)
Cisplatino
1,2 x106
203
[C7H10N2][Br] (A)
2,2 x105
258
[Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B)
1,7 x105
258
[Au(C7H10N2)2][Br] (C)
1,4 x105
264
PdCl2(C7H10N2)2 (E)
4,8 x105
260
Experimentos de unión competitiva entre el aducto ADN-BE y los complejos
mediante fluorescencia.
El bromuro de etidio (BE) es una molécula orgánica (Figura 3.4) perteneciente a la familia
de las fenantridinas, la cual posee características planares y aromáticas. Es ampliamente
conocida por sus propiedades como agente intercalante137. Esta molécula posee una débil
intensidad de fluorescencia por sí misma en determinados solventes los cuales originan una
disminución en su intensidad de emisión138. Sin embargo en presencia del ADN posee una
intensa fluorescencia debido a la fuerte intercalación que presenta con las bases nitrogenadas
de esta biomolécula139. Este sistema posee una fuerte banda de emisión en 600 nm,
característica que se emplea para evaluar la competencia de una segunda molécula con el BE
para interaccionar con el ADN.
Figura 3.4. Bromuro de Etidio.
91
Se tiene que la fluorescencia del aducto ADN-BE puede ser apagada o al menos disminuida
(quenching) mediante la adición de una segunda molécula la cual pueda interactuar con el
ADN o desplazar al bromuro de etidio por sus propiedades intercalativas (Figura 3.5),
indicando así la competencia con el BE122,137.
Figura 3.5. Espectro de emisión de BE-ADN en ausencia de complejo (1) y en presencia de
concentraciones creciente de complejo (2-6)108.
Esta disminución en la fluorescencia o quenching puede ser generada por diversas
interacciones moleculares las cuales incluyen rearreglos moleculares, transferencia de energía,
reacciones entre los estados excitados, disminución de la intensidad por colisión o la
formación de un complejo no fluorescente entre el fluoróforo y un inhibidor de fluorescencia.
Dichas interacciones originan la desactivación del estado excitado de la especie fluorescente
en presencia de una segunda especie química, proceso que puede ser representado por la
siguiente ecuación (3.3):
A*+ Q  A + Q
ó
A*+ Q  A + Q*
(3.3)
Donde A representa al aducto ADN-BE, Q es la especie que inhibe la fluorescencia
(complejos) y A* y Q* representan las respectivas especies excitadas. Se tiene entonces, que
la cinética de este proceso sigue la ecuación de Stern-Volmer (3.4):
92
I0/I = 1 + Ksv · [Q]
(3.4)
Donde Io e I son las intensidades de emisión en ausencia y presencia de la especie que
origina el quenching, Ksv es la constante de Stern-Volmer y [Q] es la concentración del
inhibidor de la fluorescencia.
Por otro lado, para obtener una mejor comprensión de la naturaleza de la interacción
complejo-ADN, a través del estudio de competencia se calcula la constante de interacción
(Kb) a partir de la ecuación de Scatchard (3.5):
(ΔI/I0)/[Q] =Kbn-Kb(ΔI/I0)
(3.5)
Donde Io e I son las intensidades de emisión en ausencia y presencia del complejo, ΔI la
diferencia entre Io e I, [Q] es la concentración del complejo, Kb es la constante de interacción
del bromuro de etidio unido al ADN y n representa el número de sitios de interacción con el
ADN y es obtenida de la pendiente del grafico (ΔI/I0)/[Q] vs. ΔI/I0137.
El experimento de competencia de los complejos en el sistema ADN-BE, principalmente se
utiliza para verificar la intercalación de los complejos con el ADN. Si estos tienen la
capacidad de desplazar al BE intercalado, el compuesto es un intercalador fuerte. Es
importante resaltar esta premisa, dado que se han reportado muchos complejos que intercalan
al ADN y no poseen la capacidad de desplazar al BE, pero si desplazan a otros intercaladores
más débiles tales como 6-Mercaptopurina o acridina123. Dicho esto, también es importante
resaltar que ninguno de los compuestos sintetizados presentó fluorescencia en solución en
presencia de ADNtt, y tampoco son capaces de variar la fluorescencia de BE libre. De esta
manera se atribuye cualquier variación observada a la interacción de los complejos con el
sistema ADN-BE.
93
En base a lo anteriormente expuesto,
se evaluó la competencia entre los compuestos
sintetizados y el aducto ADN-BE en ausencia y presencia de cantidades crecientes de
complejo (Figura 3.6), obteniendo los siguientes espectros de emisión. Igualmente se
presentan las gráficas de quenching para cada caso.
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 3.6. Espectros de emisión de fluorescencia del aducto ADN-BE en ausencia y presencia de cantidades
crecientes de complejo (de arriba a abajo): (a) Bromuro de 1-alil-3metil-imidazolio; (b) [Ag(C7H10N2)2][AgBr2]
(c) [Au(C7H10N2)2][Br] (d) PdCl2(C7H10N2)2.
Al incrementar la concentración de complejo en presencia del aducto ADN-BE se observa
una disminución de la intensidad de emisión a una longitud de 603 nm de fluorescencia sin
corrimiento de la misma (Figura 3.6), indicando la interacción de los complejos con el aducto
ADN-BE137,140,141. Esta disminución en la intensidad obedece el comportamiento lineal de la
94
ecuación de Stern-Volmer (valores de r > 0.97 para todos los compuestos evaluados), lo que
indica un quenching efectivo por parte de los complejos al sistema, posiblemente por la
intercalación u otra interacción que logre desplazar el BE intercalado. Adicionalmente, se
obtuvo la constante Ksv para cada compuesto a partir de la pendiente de estas curvas (Tabla
3.2). El orden de magnitud calculado es similar o superior que el encontrado en la literatura
para diversos complejos, los cuales se ha comprobado poseen interacción con el aducto ADNBE137,140,141,142, indicando así que todos los compuestos evaluados presentan interacción con el
mismo.
Tabla 3.2. Constantes de Stern-Volmer (Ksv) y constantes de interacción (Kb) obtenidas
mediante el estudio de competencia ADN-BE con los complejos sintetizados.
Compuesto
Constante Kb (M-1)
KSV
[C7H10N2][Br] (A)
6,7x106
7,5 x105
[Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B)
6,9 x106
1,1x106
[Au(C7H10N2)2][Br] (C)
8,2 x106
9,6x105
PdCl2(C7H10N2)2 (E)
3,8x106
1,1x106
En aras de elucidar y estudiar de forma más explícita la interacción de los complejos con el
ADN, se calculó la constante de interacción Kb por medio de la ecuación de Scatchard (3.5),
la cual permite caracterizar sistemas de unión de una macromolécula a los complejos cuando
existe cooperatividad entre los sitios de unión111,140,141. Específicamente esta ecuación está
deducida suponiendo que la interacción ADN-complejo está regida por una constante de
equilibrio única, lo que implícitamente supone admitir que todos los sitios de unión son
idénticos e independientes122,143.
95
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 3.7. Gráficos de Scatchard obtenidos a través de los espectros de emisión del aducto ADN-BE al ser
titulado con: (a) Bromuro de 1-alil-3metil-imidazolio; (b) [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (c) [Au(C7H10N2)2][Br] (d)
PdCl2(C7H10N2)2.
De esta manera, se calcularon todas las constantes de enlace, y se puede observar que no
existe variación significativa entre las mismas, ni en comparación con la reportada para el
ADN-BE. Esto indica que los complejos no son capaces de desplazar al BE pero si logran
tener una interacción débil con el sistema ADN-BE. De esta manera y basados en todos los
análisis realizados podemos concluir hasta el momento que los complejos logran interaccionar
con el ADN pero no por medio de vía intercalativa. Esto fue evidenciado por medio de
viscosidad y los estudios de fluorescencia, pero se sugiere que los mismos si interaccionan
96
con el ADN (dado los resultados de UV Visible), por medio de otro tipo de interacciones
como lo son electrostáticas, de Van der Walls o interacción entre los surcos. Es importante
mencionar que muchos complejos metálicos poseen actividad biológica (antineoplásico,
antimicrobiana, antimalárica, entre otras) con este tipo de unión.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se sintetizaron y caracterizaron 3 nuevos complejos tipo metal-NHC de oro(I),
plata(I) y paladio(II) utilizando el bromuro de 1-alil-3-metil-imidazolio como precursor
carbénico. Dichos complejos fueron caracterizados a través de RMN uni- (1H, y
13
C{1H}) y
bi-dimensional (HMQC, HMBC, COSY), espectroscopia infrarroja por transformada de
Fourier (IR-FT), espectroscopia de absorción atómica (UV-Vis) y espectrometría de masas.

Se obtuvo la estructura en estado sólido del complejo de Ag(I)-NHC, corroborando así
la caracterización realizada por vía espectroscópica y determinando su fórmula molecular, la
cual corresponde a [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] (B).

Los complejos metal-NHC sintetizados de Au(I) y Pd(II), cuyas estructuras propuestas
son [Au(C7H10N2)2][Br] (C) y PdCl2(C7H10N2)2 (E) fueron obtenidos eficazmente mediante
transmetalación a partir del complejo [Ag(C7H10N2)2][AgBr2] y los precursores metálicos
adecuados en cada caso.

Se evaluó la interacción de todos los compuestos sintetizados (A), (B), (C), (E) con el
blanco de acción ADN. Los resultados de las diversas pruebas realizadas indican que tanto el
precursor carbénico como los complejos sintetizados presentan interacción con el ADN, la
cual se asoció con interacciones de tipo electrostática. Sin embargo, no se descarta la
posibilidad de otro tipo de interacciones como lo son las covalentes. La única interacción de
los complejos obtenidos con el ADN que puede descartarse es la intercalación, de acuerdo con
los resultados obtenidos.
97
98

Se propone realizar estudios adicionales de la síntesis de los complejos de plata(I) y
oro(I) variando su estequiometria con la finalidad de obtener complejos asimétricos de
formula X-M-NHC, donde X puede ser bromo o cloro.

Se recomienda realizar pruebas adicionales de cristalización de los complejos de oro(I)
y paladio(II) obtenidos, con el fin de realizar la caracterización en estado sólido de los
mismos y por lo tanto corroborar las estructuras propuestas.

Se sugiere realizar estudios adicionales de interacción complejo ADN que permitan
evaluar de una manera más amplia las interacciones mostradas por los complejos sintetizados.
Algunos de los experimentos adicionales que se recomienda realizar serían, por ejemplo:
dicroísmo circular, temperatura de fusión etc.

Se sugiere además realizar los estudios de competencia utilizando intercaladores más
débiles como la 6-mercaptopurina con la finalidad de evaluar la capacidad de los complejos
sintetizados de desplazar a otras moléculas diferentes al bromuro de etidio.

Se recomienda también realizar estudios adicionales de síntesis derivados de los
resultados obtenidos en este trabajo, en los cuales se realice la variación de los sustituyentes
en los átomos de nitrógeno del precursor carbénico por moléculas con sistemas aromáticos,
con la finalidad de promover la interacción complejo-ADN mediante intercalación.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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99
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APENDICE
Apedice 1. Espectros del complejo precursor PdCl2(CH3CN)2 (D).
Apendice A.1.1 Espectro de RMN-1H del complejo PdCl2(CH3CN)2 (D).
Apendice A.1.2. Espectro IR-FT del complejo PdCl2(CH3CN)2 (D).