Preparation of association compound between rhodium(II) citrate and β-cyclodextrin

Preparação do composto de associação entre citrato de ródio(II) e β-ciclodextrina

Abstract

Inclusion compound of rhodium(II) citrate with β-cyclodextrin in a 1:1 molar ratio was prepared using freeze-drying method. X-ray diffactometry, thermal analysis (TG/DTG/DSC), infrared and ¹H-NMR with ¹H spin lattice relaxation (¹H T1) measurements and 13C techniques were used to characterize the system prepared. The results indicated the formation of inclusion or association compounds between rhodium(II) citrate and β-cyclodextrin.

β-cyclodextrin; rhodium(II) carboxylates; inclusion compounds

ARTIGO

Preparação do composto de associação entre citrato de ródio(II) e β-ciclodextrina

Preparation of association compound between rhodium(II) citrate and β -cyclodextrin

Ana E. Burgos^I,*; Coco K. Y. A. Okio^I; Rubén D. Sinisterra^II

^IDepartamento de Química, Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá, Bogotá, Colombia

^IIDepartamento de Química, Instituto de Ciências Exatas, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Antônio Carlos, 6627, 31270-901 Belo Horizonte - MG, Brasil

ABSTRACT

Inclusion compound of rhodium(II) citrate with β-cyclodextrin in a 1:1 molar ratio was prepared using freeze-drying method. X-ray diffactometry, thermal analysis (TG/DTG/DSC), infrared and ¹H-NMR with ¹H spin lattice relaxation (¹H T₁) measurements and ¹³C techniques were used to characterize the system prepared. The results indicated the formation of inclusion or association compounds between rhodium(II) citrate and β-cyclodextrin.

Keywords: β-cyclodextrin; rhodium(II) carboxylates; inclusion compounds.

INTRODUÇÃO

Os carboxilatos de ródio(II) apresentam atividade antitumoral, essa propriedade foi demostrada pela primeira vez por Bear em 1972.^1-4 Estes complexos fazem parte da segunda geração de compostos de metais de transição com atividade antitumoral.^5-10 Uma maior atividade anticancerígena tem sido observada quando a cadeia lipofílica dos carboxilatos de ródio(II) é aumentada. Porém, esse aumento pode provocar também diminuição da solubilidade aquosa e aumento de toxicidade desses compostos.^11-16

Visando diminuir a toxicidade, aumentar a atividade farmacológica ou diminuir a solubilidade do complexo, o presente trabalho teve como objetivo a preparação e caracterização do composto de inclusão e/ou associação do citrato de ródio(II) com β-ciclodextrina (β-CD).

As ciclodextrinas são oligossacarídeos cíclicos formados por unidades de glicose unidas entre si por ligações a (1→ 4), obtidas a partir da degradação enzimática do amido.¹⁷

As ciclodextrinas mais comuns são α-CD, β-CD e γ-CD, formadas por 6, 7 e 8 unidades de glucopiranose, respectivamente. As ciclodextrinas apresentam uma estrutura em forma de cone truncado.^18,19 Este tipo de estrutura proporciona uma cavidade hidrofóbica, o que permite incluir as mais variadas moléculas em solução e/ou em fase sólida.^18-25 Quando formam compostos de inclusão, podem modificar as propriedades físico-químicas e biológicas de moléculas hóspedes.^{15, 18-25}

PARTE EXPERIMENTAL

Preparação do composto de associação com β -CD

A composição química do citrato de Rh(II) foi confirmada pela análise elementar (CHN). Estes resultados concordam com os obtidos por outros autores^{1,4,6,12,14,18} e sugerem a obtenção do complexo Rh₂C₂₄H₃₂O₃₀, correspondente ao composto tetra-µ-citrato de ródio(II), Rh₂(Cit)₄.

Este complexo foi sintetizado por métodos modificados, relatados na literatura,^1,4,6,12,18 para ser utilizado como molécula hóspede (guest) na preparação do composto de inclusão e/ou associação com β-CD (host).

Preparação do composto de associação, [Rh₂(Cit)₄- β -CD]

O composto de associação foi preparado em razão molar 1:1 em solução aquosa. A mistura foi submetida à agitação por 24 h a temperatura ambiente. A solução foi congelada em nitrogênio líquido e liofilizada durante 48 h. Para efeito de comparação foi preparada a mistura mecânica entre o citrato de ródio(II) e a β-CD (Rh₂(Cit)₄.β-CD), na mesma proporção molar que o composto de associação. Estes compostos foram separadamente triturados e depois misturados até se obter um pó homogêneo.

Caracterização dos compostos

A caracterização dos compostos foi realizada através de técnicas de análise físico-química. A análise elementar foi feita em um equipamento Perkin Elmer CHN 2400. Os espectros de absorção na região de infravermelho (IV) foram obtidos em espectrofotômetro FTIR-Galaxy 300 Mattson e em um espectrômetro Perkin Elmer 283B, de resolução 4.000 a 200 cm^-1. As curvas TG/DTG foram obtidas em um equipamento Shimadzu TGA-50H. As curvas DSC foram obtidas utilizando-se um equipamento Shimadzu DSC-50. A quantidade de amostra utilizada foi de 2,0 mg para cada uma das análises, em cadinho de alumina e em atmosfera dinâmica de nitrogênio. A velocidade de aquecimento foi de 10 ºC min^-1. Os difratogramas de raios-X foram obtidos em um aparelho Rigaku Geirgerflex 2037. Utilizou-se tubo de Cu e radiação CuKα = 1.54051, em ângulos de 2θ variando de 4 a 60 graus. A velocidade de varredura utilizada foi de 4 ºθ min^-1. Os espectros de RMN de ¹H e ¹³C e demais experimentos para a determinação de tempos de relaxação longitudinal (T₁ ¹H) em Cross Polarization Magic Angle Spinning, foram obtidos em espectrofotômetros Bruker DRX-200 Avance (200 MHz) e Bruker DRX-400 Avance (400 MHz). Utilizou-se DMSO-d₆ ou D₂O como solvente e TMS como padrão interno.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

O espectro de infravermelho do composto de associação e/ou inclusão parcial, mostrou o afinamento das bandas em 3400 e 1140-1015 cm^-1 atribuídas aos estiramentos ν(O-H) e ν(C-O-C), respectivamente, quando comparado com o espectro da mistura mecânica e β-CD (Figuras 1c e 1a). Além disso, as bandas da β-CD em torno de 1640 e 1300-1400 cm^-1 atribuídas as δ(O-H) e δ(C-H) não são observadas.^16,18,26-28 Quando comparados os espectros de composto de associação e a mistura mecânica (Figuras 1c e 1d), observa-se um afinamento e diminuição da intensidade das bandas no composto de associação dos estiramentos ν_ass(COO^-) e ν_s(COO^-) do citrato de Rh(II), atribuídos às possíveis formações de ligações de hidrogênio entre estes grupos e a β-CD. O afinamento dessa banda sugere a quebra de ligações de hidrogênio β-CD-β-CD quando o composto de associação, citrato de Rh(II)-β-CD, é formado. Além disso, observa-se que no espectro do composto de associação, a banda em 1725 cm^-1, característica da frequência de estiramento da carbonila ν(C=O) no ácido, sofreu um deslocamento para 1700 cm^-1, a banda em 1412 cm^-1, característica de ν_sCOO^- também sofreu deslocamento, indo para 1387 cm^-1, e a banda da β-CD em 1640 cm^-1 que corresponde ao modo de deformação (δ) das moléculas de água não foi observada neste espectro. Essas moléculas estão localizadas na cavidade como águas de inclusão e entre as moléculas de ciclodextrinas, como águas intersticiais, mantendo a estrutura cristalina da β-CD. A banda do citrato de Rh(II) a 1225 cm^-1, atribuída a ν(O-H), sofreu uma diminuição em sua intensidade. Todas estas mudanças sugerem a formação de um composto de associação entre o citrato e a β-CD.

As curvas TG e DTG da β-CD, (Figuras 2D e 3D), mostram dois eventos térmicos bem definidos: o primeiro, devido à saída de aproximadamente sete moléculas de água, entre 30-129 ºC. Essas moléculas estão localizadas na cavidade como águas de inclusão e entre as moléculas de ciclodextrinas, como águas intersticiais, mantendo a estrutura cristalina da β-CD.^29-31

A curva termogravimétrica do Rh₂(Cit)₄ e a respectiva curva DTG (Figura 3A e 4) mostram duas perdas de massa bem definidas: a primeira, ocorre na faixa de temperatura entre 28 e 122 ºC, correspondente à perda de duas moléculas de água, sugerindo a coordenação axial destas moléculas; a segunda, na faixa de temperatura entre 122-420 ºC, é devida à termodecomposição do composto. Além do mais, entre 500 e 550 ºC, observa-se a estabilidade do composto, devido possivelmente à redução do ródio(II) a Rh(0). Foi observado, na faixa de temperatura entre 550 a 620 ºC, um ganho de massa, sugerindo a oxidação de Rh(0) a Rh₂O₃.

A curva de TG (Figura 2B), para a mistura mecânica do citrato de Rh(II), mostra duas perdas de massa. A primeira, ocorre na faixa de temperatura entre 26-150 ºC e corresponde à saída de 11 moléculas de água. Duas destas moléculas, possivelmente corresponderiam ao citrato de Rh(II), e sete à β-CD. Uma queda de 78% aproximadamente ocorre em 350 ºC, associada à termodecomposição dos compostos. Observou-se também um pequeno ganho de massa, acima de 630 ºC, sugerindo a formação do Rh₂O_3. Nota-se que o resíduo do composto de associação é termicamente mais estável que o da β-CD e menos estável que da mistura mecânica e bem menos estável que o citrato de Rh(II) (Figura 2).

A curva DSC do composto de associação apresenta um evento endotérmico, correspondente à saída das moléculas de água e outro evento, exotérmico, indicando a formação de novas interações entre o citrato de Rh(II) e a β-CD. As curvas de TG, DTG e DSC, da mistura mecânica do citrato de ródio(II), podem ser interpretadas como uma sobreposição das curvas dos componentes livres.

Difratometria de raios-X

Quando se compara o padrão de difração da β-CD que é um sistema policiristalino (Figura 5a) com o padrão de difração do composto de associação e/ou inclusão parcial (Figura 5d), verifica-se que o composto de associação apresenta um padrão de difração totalmente amorfo. Tal fato sugere a formação de um composto de associação e/ou inclusão parcial entre o citrato de Rh(II) e a β-CD. Nota-se também que os picos característicos da β-CD desaparecem e não aparecem novos, quando há formação do composto de associação. As interações existentes entre a β-CD e o citrato de Rh(II) são fracas do tipo de van der Waals, interações hidrofóbicas e eletrostáticas ou ligações de hidrogênio.

Por outro lado, quando são comparados os padrões de difração da β-CD (Figura 5a) e da mistura mecânica (Figura 5c), apresentam um comportamento diferente ao composto de associação, podendo-se interpretar como uma superposição dos compostos livres, da β-CD e o citrato de Rh(II). Verifica-se também uma diminuição da intensidade relativa dos sinais da β-CD. Estes resultados sugerem que no estado sólido o citrato de ródio(II) está sofrendo interações fracas com a β-CD, do tipo van der Waals ou ligações de hidrogênio, para formar o composto de associação.

Ressonância magnética nuclear

Os deslocamentos químicos de RMN de ¹H (Figura 1S, material suplementar) e de ¹³C da β-CD, do composto de associação de citrato de Rh(II), encontram-se relacionados nas Tabelas 1 e 2. As atribuições foram feitas com base nos dados encontrados na literatura.^16,20,32-34 Comparando-se os deslocamentos químicos dos sinais de ¹H para os compostos de associação entre o citrato de ródio(II) e a β-CD, notam-se no composto de associação pequenas variações nos valores de δ (δ ppm) para os hidrogênios H-1 e H-2, que ficam do lado de fora da cavidade, e para o hidrogênio H-5, que fica dentro da cavidade da β-CD, sugerindo a formação de um composto de associação ou inclusão parcial entre o citrato de ródio(II) e a β-CD. Dados de RMN publicados na literatura sobre compostos de inclusão também exibem pequenos deslocamentos químicos (δ ppm) para os H-3 e H-5 localizados dentro da cavidade, e os H-1, H-2 e H-4 que ficam do lado externo da cavidade da β-CD, donde se conclui que houve a formação de compostos de inclusão parcial.^16,32-36 O espectro de RMN de ¹³C da β-CD em solução apresenta seis sinais, existe apenas um sinal para cada grupo de carbonos equivalentes devido à rápida interconversão conformacional da estrutura da β-CD. Os deslocamentos químicos dos sinais e suas atribuições estão apresentados na Tabela 2. Esses resultados corroboram com os obtidos por raios-X, IV, curvas TG/DTG e DSC, onde se sugere a formação do composto de associação e/ou inclusão parcial entre o citrato de ródio(II) e a β-CD.

Medidas de tempos de relaxação longitudinal (T₁ ¹H)

Quando se comparam os tempos de relaxação T₁de ¹H da β-CD livre com os do composto de associação do citrato de ródio(II) (Tabela 3), observaram-se as maiores variações T₁ para os hidrogênios pertencentes às hidroxilas OH-6 e para os hidrogênios H-1 e H-4, que ficam do lado de fora da cavidade da β-CD. Também se observou um aumento nos tempos de relaxação T₁para os hidrogênios das hidroxilas OH-3 e OH-2. Assim, as hidroxilas primárias (OH-6), as secundárias (OH-3 e OH-2) e os hidrogênios H-1 e H-4 que ficam do lado de fora da cavidade da β-CD, como o hidrogênio H-3 que fica dentro da cavidade da β-CD também sofreram alterações nos tempos de relaxação spin-rede no composto de associação. Estes resultados obtidos indicam a existência de interações do citrato de ródio(II) tanto por dentro quanto por fora da cavidade da β-CD, através de interações não covalentes como ligações de hidrogênio, interações hidrofóbicas e eletrostáticas ou forças de van der Waals. Sugerindo, assim, a formação de um composto de inclusão parcial e/ou associação entre estes dois compostos.

CONCLUSÕES

Foi preparado um novo composto de associação e/ou inclusão parcial entre o citrato de ródio(II) e β-ciclodextrina em relação molar 1:1.

Os resultados obtidos por RMN a partir das medidas de tempos de relaxação longitudinais de ¹H (T₁), para o citrato de ródio(II) e seu respectivo composto de associação e/ou inclusão parcial, mostraram variações consideráveis, que permitem sugerir a formação do composto de associação entre o citrato de ródio(II) e β-ciclodextrina.

MATERIAL SUPLEMENTAR

Disponível em http://quimicanova.sbq.org.br, em formato pdf, com acesso livre. Na Figura 1S são apresentados os espectros de ¹H-RMN da β-CD livre e do composto de associação e/ou inclusão parcial entre a β-CD e o citrato de ródio(II).

AGRADECIMENTOS

À Dirección de Investigación Sede Bogotá (DIB) e ao CNPq pelo apoio financeiro.

Recebido em 14/7/11

Aceito em 15/10/11

Publicado na web em 23/1/12

Material Suplementar

O material suplementar está disponível em pdf: []

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Publication Dates

• Publication in this collection
  28 May 2012
• Date of issue
  2012

History

• Received
  14 July 2011
• Accepted
  15 Oct 2011