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Instituto de Química
Área de las Ciencias Biológicas, Químicas y de la Salud
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Datos curatoriales
Proyectos Universitarios PAPIIT (PAPIIT)
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Dirección de Desarrollo Académico, Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA)
Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)
DGAPA:PAPIIT:IN210214
Datos del proyecto
Síntesis de ligantes tri y tetradentados donadores de azufre y nitrógeno: complejos metálicos inspirados en sitios activos de metaloenzimas
Iván Castillo Pérez
2014
IN210214
Instituto de Química
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Área de las Ciencias Biológicas, Químicas y de la Salud
Química
Química inorgánica
a) Proyectos de investigación
La variedad de enzimas presentes en los seres vivos es tan extensa como la gama de transformaciones químicas que llevan a cabo. Muchas de estas transformaciones requieren de un metal de transición en el sitio activo de la enzima, dando lugar a las metaloenzimas, que explotan la versatilidad de dichos metales para activar sustratos orgánicos e inorgánicos, desde muy simples hasta muy complejos. El estudio de las propiedades de las metaloenzimas requiere de su producción, aislamiento, y purificación, lo cual puede ser extremadamente complicado y laborioso dada su frecuente inestabilidad fuera del ambiente natural. Asimismo, en ocasiones la complejidad de las biomoléculas dificulta la interpretación de datos espectroscópicos, de tal manera que incluso para metaloenzimas cuyas estructuras han sido determinadas por difracción de rayos-X, es difícil establecer inequívocamente el estado de oxidación del metal o metales de transición presentes. Para analizar las propiedades de las metaloenzimas de difícil producción y manejo, se ha desarrollado una estrategia alternativa que consiste en diseñar y sintetizar sistemas más sencillos cuya estructura y propiedades se aproximen a las del sitio activo. En particular si estos sistemas son cristalinos la caracterización por difracción de rayos-X permite estudiar sus propiedades estructurales, así como establecer correlaciones entre la estructura y reactividad. En este contexto, el uso de complejos metálicos inspirados en metaloenzimas permite estudiar sistemas relativamente simples que reproducen, al menos parcialmente, la estructura del sitio activo, las características espectrales y la reactividad. Dentro de los avances más relevantes en esta área de la química inorgánica se cuenta la incorporación de ligantes con diseños racionales en la esfera de coordinación de los metales. Este enfoque, plasmado en una parte de la disciplina conocida como química bioinorgánica, ha dado lugar a la preparación de complejos metálicos que pueden imitar el accionar de sistemas enzimáticos mediante el uso de ligantes que incorporan grupos donadores similares a los presentes en el sitio activo. En el caso específico de aquellos que poseen átomos de azufre como donadores, el desarrollo de ligantes ha sido particularmente escaso debido a la dificultad para sintetizar tioéteres o tioles con suficiente impedimento estérico que eviten la formación de especies polimetálicas, y que a su vez sean resistentes frente a especies reactivas presentes en sistemas biológicos como protones o el oxígeno atmosférico. Desde hace algunos años hemos incidido en esta área poco explorada de la química bioinorgánica diseñando y sintetizando ligantes con donadores nitrógeno y azufre inspirados en los sitios activos de metaloenzimas como las monooxigenasas de cobre por un lado, y la nitrogenasa dependiente de hierro y molibdeno por otro. Con base en los resultados obtenidos hasta la fecha, proponemos aquí una nueva serie de ligantes tri y tetradentados para obtener los correspondientes complejos metálicos de relevancia biológica. En el caso de las monooxigenasas de cobre emplearemos ligantes con donadores mixtos bencimidazol-tioéter para emular su sitio activo; llevaremos a cabo el estudio de sus propiedades estructurales, espectroscópicas y de reactividad frente a oxígeno molecular. En el caso de la nitrogenasa, emplearemos ligantes voluminosos amino-tiofenol para obtener los complejos de hierro y molibdeno para su caracterización estructural y espectroscópica, así como los estudios de reactividad frente a nitrógeno molecular.
Este proyecto pretende ampliar el área de la química bioinorgánica y de coordinación que se desarrolla actualmente en el Instituto de Química, y que hemos desarrollado durante los últimos años en este grupo de investigación. El el ámbito de las monooxigenasas de cobre, hemos obtenido resultados importantes con respecto a los ligantes tioéter-bencimidazol y sus correpondientes complejos de cobre. A pesar de que existen numerosos ejemplos de complejos de cobre con ligantes nitrogenados por un lado, y azufrados por otro, los sistemas que incorporan donadores mixtos son muy limitados; estos generalmente incluyen ligantes quelatantes con piridinas como donadores de nitrógeno. En ninguno de los casos se ha reportado el uso de complejos de CuI ligantes con bencimidazoles y tioéteres, y los resultados preliminares de su reactividad frente a oxígeno indican que tienen una reactividad distinta a la observada en sistemas amino-piridina ampliamente conocidos. En el caso de los complejos inspirados en la enzima nitrogenasa, cabe resaltar que existe un número muy limiatdo de ligantes con donadores azufrados impedidos estéricamente, de manera que permitan obtener complejos metálicos discretos (es decir, no especies polimetálicas). Los ligantes amino-tiolato tri y tetradetandos con estas características no han sido desarrollados en química de coordinación en el ámbito nacional ó internacional, por lo que representan un campo de estudio fértil y novedoso. La presencia de donadores azufrados en la metaloenzima, así como los resultados obtenidos por otros grupos de investigación con ligantes trigonales análogos donadores de N y P, nos permiten esperar patrones de reactividad similares a los observados con la nitrogenasa con los complejos de hierro y molibdeno que se pretende sintetizar. No obstante, los resultados preliminares indican que los ligantes azufrados obtenidos son más resistentes a la protonación que los análogos nitrogenados, lo cual les conferirá una ventaja significativa, además de ser estructuralmente más apegados a la metaloenzima que los análogos con fósforo. En términos generales, el empleo de los ligantes polidentados inspirados en los sitios activos de las metaloenzimas en cuestión deberá de favorecer un ambiente de coordinación adecuado para los metales correspondientes. Cabe resaltar que las metaloenzimas de interés han sido a la fecha prácticamente imposibles de producir y manipular en escala suficientemente grande para llevar a cabo estudios detallados de reactividad. Por ello planteamos estudiar detalladamente los complejos que obtengamos para obtener datos espectroscópicos y estructurales que nos permitirán comparar estas propiedades con las de las metaloenzimas. Adicionalmente se llevarán a cabo estudios de reactividad para determinar si es factible la activación de los sustratos pertinentes, es decir oxígeno molecular, peróxido de hidrógeno ó peróxidos orgánicos en el caso de los complejos de cobre inspirados en las monooxigenasas, y nitrógeno molecular y otros compuestos con enlace múltiple nitrógeno-nitrógeno en el caso de los complejos de hierro y molibdeno inspirados en la nitrogenasa.
Información general
Dirección de Desarrollo Académico, Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA). %%Síntesis de ligantes tri y tetradentados donadores de azufre y nitrógeno: complejos metálicos inspirados en sitios activos de metaloenzimas%%, Proyectos Universitarios PAPIIT (PAPIIT). En %%Portal de datos abiertos UNAM%% (en línea), México, Universidad Nacional Autónoma de México.
Disponible en: http://datosabiertos.unam.mx/DGAPA:PAPIIT:IN210214
Fecha de actualización: 2019-02-08 00:00:00.0
Fecha de consulta:
@publication_policy@
Para más información sobre los Proyectos PAPIIT, favor de escribir a: Dra. Claudia Cristina Mendoza Rosales, directora de Desarrollo Académico (DGAPA). Correo: ccmendoza #para# dgapa.unam.mx