ppt Laurea Magistrale

Complex formation of hydroxypyridinecarboxylic acids with copper(II), zinc(II)

and aluminium(III)

Laureanda: Maria Zulpo

Relatore: Dott. Valerio Di Marco

Correlatore: Prof. Tamás Kiss

Controrelatore: Prof.Pierluigi Zanonato

UNIVERSITÀDEGLI STUDIDI PADOVA

UNIVERSITYOF SZEGED

Padova, 15 Ottobre 2013

Rame

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• Il rame è un acido di Lewis border line: presenta particolare affinità per leganti contenenti atomi di azoto e ossigeno + azoto.

• Il rame è un metallo essenziale per l’organismo umano e la sua carenza è associata a malattie quali anemia, osteoporosi, abnormale pigmentazione della pelle.

• Un eccesso di rame può dare reazioni redox e catalizzare la formazione di radicali liberi

Fenton: Cu+ + H2O2 → Cu2+ + OH + OH–

E può portare all’insorgere di patologie come cancro, cirrosi e disturbi neurodegenerativi

Zinco

• Lo zinco è un acido di Lewis border line e può formare complessi con basi di Lewis soft, hard o borderline.

• Lo zinco è un metallo essenziale per l’organismo umano, e alcune malattie sono legate alla carenza del metallo

• In elevate dosi, esso diventa tossico inibendo la respirazione mitocondriale portando a morte cellulare, e inibisce l’assorbimento di rame e ferro.

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Alluminio• E’ un acido di Lewis hard, che presenta buona affinità verso basi di

Lewis dello stesso tipo

• La stabilità dei complessi aumenta all’aumentare del numero di siti di coordinazione del legante

• L’alluminio è un metallo tossico e può portare all’insorgere di specifiche patologie:

Demenza dialitica Osteomalacia vitamina D-resistente

Anemia microcitica

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Ruolo degli ioni metallici nel morbo di Alzheimer

• Alzheimer?: disturbo delle funzioni cognitive, dell’orientamento e del linguaggio.

• Placche amiloidi e grovigli neurofibrillari: subunità proteiche oligomeri solubili, protofibrille, fibrille o aggregati extracellulari insolubili

• ioni metallici in grado di coordinare le subunità proteiche stabilizzazione e/o induzione della formazione di placche

• Al3+ fibrille e oligomeri • Zn2+ e Cu2+ accelerazione della deposizione di aggregati amorfi

• Proposta nuova terapia “metal targeting” con lo scopo di sottrarre ioni metallici dal cervello

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Terapia chelante per Al e Fe

Requisiti di un agente chelante ideale:

• Selettività• Stabilità dei complessi

[M]Tot=1∙10−6 molL−1 [L]Tot=1∙10−5 molL−1 pH=7.4

pM = −log[M]

• Farmaci chelanti esistenti (DFO, L1, (ICL670)) hanno diversi effetti collaterali

• Veloce cinetica di scambio del metallo• Assenza di tossicità

• No promozione di reazioni redox• Buona assorbibilità orale• Lento metabolismo• Favorevole eliminazione

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• Basso peso molecolare

• Tossicità in vitro molto bassa

• Metabolita non tossico della vitamina B6

• Non metabolizza in vivo

Acidi idrossipiridincarbossilici

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Acidi idrossipiridincarbossilici

Al3+

Fe3+

Cu2+

Zn2+

Al3+

Fe3+

Cu2+

Zn2+

Al3+

Cu2+

Zn2+

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Tecniche utilizzate

• Potenziometria: pKA(HrL); logβ(MpLqHr)

qHL + Mm+ ⇌ MLq(m−q)+ + qH+

• Spettrofotometria UV-Vis: pKA(HrL); ε(HrL); logβ(MpLqHr); ε(MpLqHr)

• Spettroscopia EPR: conferma dati potenziometrici, numero e stechiometria di complessi

• Spettroscopia NMR: numero specie presenti e loro abbondanza relativa

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Procedure sperimentali

Misure potenziometriche:

Ftalato acido di potassio (0.05 M)

KCl (1M)

HCl (≈ 0.2 M)

KOH (≈ 0.1 M)

Soluzioni di legante

Soluzioni acide dei metalli

Soluzioni di metallo + legante

Misure condotte in una cella termostatata a T = 25 °C, sotto un flusso di argon

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Procedure sperimentali

Sequenza titolazioni: • Calibrazione elettrodo con ftalato acido di potassio• Standardizzazione KOH con ftalato acido di potassio• Titolazioni acido forte-base forte concentrazione HCl, fattore di

Irving (IRV), pKw

• Titolazioni delle soluzioni di legante in un intervallo di pH ≈ 2-11• Titolazioni delle soluzioni di legante + metallo in rapporto 2:0.5, 2:1,

2:1.8, 1:0.5 e 1:0.8 in un intervallo di pH ≈ 2-11 o fino a precipitazione

Misure EPR: • Preparazione di una soluzione di DQ71508:Cu(II) 3:1 ed effettuazione

delle misure all’aumentare del pH in un intervallo molto ristretto causa

precipitazione (pH = 1.8-3.7)

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Procedure sperimentali

Misure UV-Vis: • Misure di assorbimento di soluzioni di solo legante ([L] ≈ 0.08 mM)

da pH = 2-11• Misure di assorbimento di soluzioni L+M in rapporto 1:1 e 1:0.5

da pH =2-11• Misure di assorbimento di soluzioni a pH ≈ costante contenenti L,

all’aumentare della concentrazione di M da zero a L: M 1:0.8

Misure NMR: • Misure NMR di soluzioni in acqua deuterata contenenti L e L+M

secondo specifici rapporti stechiometrici, e a determinati valori di pH

(ottenuti mediante DCl e NaOD).

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Risultati potenziometriciDQ58

pKA2 = 3.25 (2) pKA3 = 6.39 (1) pKA4 = 11.04 (1)pKA1 < 1

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Risultati potenziometriciDQ58-Zn(II)

ZnLH (s) oZnL2 (s)

Complex logβ (uncertainty)

ZnLH 15.09 (3)

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Risultati potenziometriciDQ71508

pKA2 = 3.16 (6) pKA3 = 6.83 (2)pKA1 < 1

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Risultati potenziometrici DQ71508-Zn(II)

Complex logβ (uncertainty)ZnLH+ 9.25 (6)

ZnL 4.59 (6)

Zn(OH)2 (s)

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Risultati potenziometrici DQ71508-Cu(II)

CuL (s)

Complex logβ (uncertainty)CuLH+ 10.02 (1)

CuL 7.26 (3)

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Risultati potenziometrici POA

pKA1 < 1 pKA2 = 5.34 (3) pKA3 = 9.82 (2)

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Risultati potenziometrici POA-Zn(II)

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Risultati potenziometrici POA-Al(III)

Al(OH)3 (s)

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Risultati potenziometrici POA-Al(III)

Complex logβ (uncertainty)

AlLH2+ 9.56 (5)

AlL+ 15.10 (2)AlL2H2

+ 16.2 (4)AlL2H 23.3 (3)AlL2

− 29.46 (2)AlL3H3 22.33 (6)AlL3H2

− 28.91 (3)AlL3H2− 36.05 (2)AlL3

3− 41.76 (3)

POA:Al 4:1

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Risultati UV-VisDQ58

pH = 2.164-3.656 pH = 5.836-7.751

pH = 10.179-11.399

Elaborazione a λ= 248, 264 e 304 nm

pH-pot UV-Vis

pKA2 3.25 (2) 3.23 (2)

pKA3 6.39 (1) 6.61 (3)

pKA4 11.04 (1) 11.01 (2)

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Risultati UV-Vis DQ58-Cu(II)

logβCuL2 = 20.43 (4)

pH = 6.1 ± 0.1 λ= 260 nm

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Risultati UV-Vis DQ71508

pH = 2.765-5.013 pH = 5.013-8.789

pH-pot UV-VispKA2 3.16 (6) 3.16 (1)pKA3 6.83 (2) 6.79 (1)

Elaborazione a λ = 250, 268 e 316 nm

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Risultati UV-Vis DQ71508-Cu(II)

logβCuL2 = 13.01 (4)

pH = 6.1 ± 0.1 λ= 266 nm

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Risultati NMRDQ58

pKA1 <1 pKA2 = 3.25 (2) pKA3 = 6.39 (1) pKA4 = 11.04 (1)

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Risultati NMR DQ58:Zn(II) 1:2

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Risultati NMR DQ71508

pKA1 <1 pKA2 = 3.16 (6) pKA3 = 6.83 (2)

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Risultati NMR DQ71508:Zn(II) 1:2

pKA(ZnLH) = 4.66 > pKA (H3L) = 3.16

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Risultati NMR POA

pKA1 <1 pKA2 = 5.34 (3) pKA3 = 9.82 (2)

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Risultati NMR POA:Al(III) 4:1

AlLH2+

AlLH2+AlL2H2

+

AlL2H2+

pH % L libero(pot) % L libero(NMR)

2.65 85 804.22 54 775.17 46 40

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Conclusioni

• Studio di nuovi derivati acidi idrossipiridincarbossilici con Cu2+, Zn2+ e Al3+ (e Fe3+)

• DQ58-Zn(II): ZnLH -Cu(II): CuLH + CuL2

• Complessi deboli a pH fisiologico no rimozione di metalli essenziali

• DQ71508-Zn(II): ZnLH + ZnL -Cu(II): CuLH + CuL + CuL2

log [M’] per i sistemi Al(III)-Zn(II)-Cu(II)-DQ58 e Al(III)-Zn(II)-Cu(II)-DQ71508; [Zn]0=10−3 M, [Cu]0=10 −3 M, [Al]0=10 −6 M, [Ligand]0=5∙10 −5 M.

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Conclusioni

• POA -Zn(II): nessun complesso -Al(III): molti complessi con stechiometria 1:1, 2:1 e 3:1

• Formazione di complessi stabili con Al3+

p[Al] = −log[Al] = 11.8 << farmaci in uso (p[M]=15) e migliori acidi idrossipiridincarbossilici finora studiati (p[M]=13)

• Prospettive: conclusione dell’elaborazione degli spettri UV-Vis ed EPR studio di derivati più lipofili miglioramento delle proprietà complessanti

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Grazie per l’attenzione

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