Novel diaroylhydrazine ligands as iron chelators: coordination chemistry and biological activity

The search for orally effective drugs for the treatment of iron overload disorders is an important goal in improving the health of patients suffering diseases such as beta-thalassemia major. Herein, we report the syntheses and characterization of some new members of a series of N-aroyl-N'-picolinoyl hydrazine chelators (the H2IPH analogs). Both 1:1 and 1:2 Fe-III:L complexes were isolated and the crystal structures of Fe(HPPH)Cl-2, Fe(4BBPH)Cl-2, Fe(HAPH)(APH) and Fe(H3BBPH)(3BBPH) were determined (H2PPH=N,N'-bis-picolinoyl hydrazine; H(2)APH=N-4-aminobenzoyl-N'-picolinoyl hydrazine, H(2)3BBPH=N-3-bromobenzoyl-N'-picolinoylhydrazine and H(2)4BBPH=N-(4-bromobenzoyl)-N'-(picolinoyl)hydrazine). In each case, a tridentate N,N,O coordination mode of each chelator with Fe was observed. The Fe-III complexes of these ligands have been synthesized and their structural, spectroscopic and electrochemical characterization are reported. Five of these new chelators, namely H2BPH (N-(benzoyl)-N'-(picolinoyl)hydrazine), H2TPH (N-(2-thienyl)-N'-(picolinoyl)-hydrazine), H2PPH, H(2)3BBPH and H(2)4BBPH, showed high efficacy at mobilizing Fe-59 from cells and inhibiting Fe-59 uptake from the serum Fe transport protein, transferrin (Tf). Indeed, their activity was much greater than that found for the chelator in current clinical use, desferrioxamine (DFO), and similar to that observed for the orally active chelator, pyridoxal isonicotinoyl hydrazone (H2PIH). The ability of the chelators to inhibit Fe-59 uptake could not be accounted for by direct chelation of Fe-59-Tf. The most effective chelators also showed low antiproliferative activity which was similar to or less than that observed with DFO, which is important in terms of their potential use as agents to treat Fe-overload disease.

Lead: Inorganic Chemistry

The article covers basic inorganic chemistry of lead. As an introduction, the properties and historical uses of metallic lead are discussed, followed by aspects of lead toxicity, including the toxicity origins and effects of lead poisoning. Properties of lead as a heavy p-block element are discussed, with emphasis on the modern view of the so-called “inert pair effect”, including its origin, the influence on stability of lead oxidation states, and on the coordination chemistry of lead(II), viz., “sterically active lone pair”. This is followed by an overview of lead inorganic compounds, including halides, pseudohalides, oxides and chalcogenides, hydroxides and their chalcogenide analogs, alkoxides, oxoacids, O-donors, S- and Se-donors, Group 15 donors, compounds with lead-transition metal bonds, and finally metallic clusters (Zintl phases). This is by no means a comprehensive review, rather compounds representative for each class were presented. In most sections, structural aspects of each class of compounds are discussed, followed by applications, with the focus on modern uses in material science.

Dynamic axial ligand-site exchange in facially discriminated ruthenium(II) carbonyl and rhodium(III) halide metalloporphyrins

For a series of six-coordinate Ru(II)(CO)L or Rh(III)(X–)L porphyrins which are facially differentiated by having a naphthoquinol- or hydroquinol-containing strap across one face, we show that ligand migration from one face to the other can occur under mild conditions, and that ligand site preference is dependent on the nature of L and X–. For bulky nitrogen-based ligands, the strap can be displaced sideways to accommodate the ligand on the same side as the strap. For the ligand pyrazine, we show 1 H NMR evidence for monodentate and bidentate binding modes on both faces, dependent on ligand concentration and metalloporphyrin structure, and that inter-facial migration is rapid under normal conditions. For monodentate substituted pyridine ligands there is a site dependence on structure, and we show clear evidence of dynamic ligand migration through a series of ligand exchange reactions.

Interaction of DNA with anti-cancer drugs: copper-thiosemicarbazide system

The interaction of copper-thiosemicarbazide complexes with DNA was investigated using ultraviolet and infrared spectroscopy. Evidence for the interaction of the complexes with nucleic acid bases and with the phosphate group is presented.

Effect of isonicotinic acid hydrazide-copper complex on Rous sarcoma virus and its genome RNA

The copper complex of the antituberculous drug, isonicotinic acid hydrazide (INH), inhibits the RNA-dependent DNA polymerase of Rous sarcoma virus and inactivates its ability to malignantly transform chick embryo cells. The INH-copper complex binds to the 70S genome RNA of Rous sarcoma virus (RSV), which may account for its ability to inhibit the RNA-dependent DNA polymerase. The complex binds RNA more effectively than DNA in contrast to M-IBT-copper complexes, which bind both types of nucleic acids equally. The homopolymers, poly rA and poly rU, are bound by the INH-copper complex to a greater extent than poly rC. Isonicotinic acid hydrazide alone and CuSO4 alone bind neither DNA, RNA, poly (rA), poly (rU), nor poly (rC). However, CuSO4 alone binds poly (rI); INH alone does not. In addition to viral DNA synthesis, chick-embryo cell DNA synthesis is inhibited by the INH-copper complex. The extent of inhibition of cellular DNA synthesis is greater than that of cellular RNA and protein synthesis. No selective inhibition of transformation in cells previously infected with Rous sarcoma virus is observed.

Self-assembly of metalloporphyrins: first TPP-bipy coordination polymer with CoII (TPP=meso-tetraphenylporphyrin and bipy=4,4´-bipyridine)

Póster presentado en: 11th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry. 2-5 Diciembre 2011. Barcelona, España (ISABC 2011)

Considerações sobre o papel da química bioinorgânica na saúde

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas

Fixar-se amb el que ensenya la natura

Anna Company demostra en la seva tesi que el desenvolupament de sistemes model constitueix una bona estratègia per a l'estudi de les ciències naturals. Que la natura és sàvia ho hem sentit a dir moltes vegades. Des de fa uns anys, els químics hi dirigeixen l'atenció, per reproduir la senzilla complexitat amb la qual els sorprèn dia a dia. La tesi que ha defensat Anna Company camina en aquesta direcció, en voler reproduir determinats fenòmens d'oxidació que es donen en el nucli dels enzims

Synthesis, structure and reactivity of novel CuI, CuII and CuIII complexes containing triaza and hexaaza macrocyclic ligands

El treball de tesi s'emmarca dins del camp de la bioinorgànica, disciplina que estudia les propietats estructurals i de reactivitat dels centres actius dels enzims, servint-se de models síntètics de baix pes molecular per tal d'intentar reproduïr la reactivitat presentada per l'enzim i conèixer els mecanismes de reacció a nivell molecular que tenen lloc en els processos biològics.1 Més concretament el treball posa especial èmfasi en els processos d'activació d'oxigen molecular que tenen lloc en les metaloproteïnes de Coure del Tipus 3, com són l'hemocianina i la tirosinasa, ambdues presentant un complex dinuclear de Cu(I)) en el centre actiu de la forma reduïda, capaç d'activar l'O2 cap a espècies de tipus peròxid.2 Un altre camp d'interès ha estat l'estudi dels processos d'activació d'enllaços C-H no activats en hidrocarburs, tant per la seva importàcia a nivell industrial com per comprendre els mecanismes intrínsecs d'aquesta activació a través de metalls de trancisió.3,4 Durant el treball de tesi presentat s'ha desenvolupat la síntesi de nous complexes de Coure(I), Coure(II) y Cu(III) utilitzant lligands macrocíclics de tipus triaza i hexaaza, i s'han estudiat la seves propietats estructurals així com la seva reactivitat. La reacció dels lligands triazacíclics H32m, H2Me33m i H33m amb sals de coure(II) dóna lloc a una reacció de desproporció de Cu(II) per obtenir-se en quantitats equimolars un complex organometàl·lic de Cu(III) i un complex de Cu(I). La caracterizació estructural exhaustiva dels complexes del tipus aryl-Cu(III) evidencia la formació d'un enllaç organometàl·lic entre l'àtom de Cu(III) i el carboni més próxim de l'anell aromàtic del lligand. Aquesta reacció, a més de representar una nova forma de desproporció en la química del Cu, suposa l'activació d'un enllaç C-H aromàtic a temperatura ambient que, mitjançant l'estudi cinètic d'aquesta desproporció per espectroscòpia UV-Vis, dels càlcul de l'efecte cinètic isotòpic utilitzant el lligand deuterat en el C-H de l'anell, juntament amb el recolzament teòrics dels càlculs DFT per a la optimització de geometries d'intermedis de reacció, ens permeten proposar un mecanisme de reacció pel nostre sistema, on l'activació de l'enllaç C-H aromàtic transcorre per la formació d'un enllaç de tipus agòstic C-H ? Cu(II),5 seguit de la desprotonació del C-H aromàtic per acció d'una base i posterior transferència electrònica per obtenir el complex organometàlic de Cu(III) i el complex de de Cu(I). En quant a la reactivitat d'aquests complexes organometàl·lics aryl-Cu(III) s'ha observat que una base en medi aquós causa la inestabilitat d'aquests compostos, evolucionant cap a la inserció d'un àtom d'oxigen sobre la posició activada de l'anell aromàtic, per a donar lloc a un complex dinuclear de Cu(II) amb dos grups fenoxo actuant de pont entre els àtoms metàl·lics. La reacció transcorre per un intermedi colorejat, caracteritzat com el complex ayl-Cu(III) monodesprotonat en una de les seves amines benzíliques, els quals s'observen igualment en la reacció dels correponents complexos de Cu(I) amb oxigen molecular (O2). És en els nostres sistemes en els quals es descriu per primera vegada la participació d'intermedis organometàl·lics Cu(III)-C en processos d'hidroxilació aromàtica, tals com el desenvolupat per l'enzim tirosinasa o per alguns dels seus models químics de síntesi.6,7,8 S'han estudiat les propietats magnètiques dels quatre bis(fenoxo)complexes de Cu(II) descrits, obtenint-se uns acoplaments de tipus antiferromagnètic o ferromagnètic de diversa magnitud, depenent del solapament orbitalari a l'enllaç Cu-O, a través del qual es produeix el superintercanvi. Nous complexos de Cu(I) sintetitzats amb lligands hexaazamacrocíclics han estat estudiats, i posant especial èmfasi a la seva reactivitat respecta a l'activació d'oxigen molecular (O2). S'ha observat una reactivitat diferenciada segons la concentració de complex de Cu(I) utilitzada, de manera que a altes concentracions s'obté un carbonato complex tetranuclear de Cu(II) per fixació de CO2 atmosfèric, mentre que a baixes concentracions s'observa la hidroxilació aromàtica intramolecular d'un dels anells benzílics del lligand, reacció que presumiblement transcorre per atac electrofílic d'un peroxo complex intermedi sobre el sistema ? de l'anell.6 Els resultats obtinguts en aquest treball ens mostren la facilitat per activar enllaços C-H aromàtics per metalls de transició de la primera sèrie (Cu, Ni) quan aquests estan suficientment pròxims a l'enllaç C-H, en unes condicions de reacció molt suaus (1atm., temperatura ambient). Els nous complexos organometàl·lics Aryl-Cu(III) són el producte d'una nova reacció de desproporció de Cu(II), així com un posició aromàtica activada que podria ser el punt de partida per l'estudi de funcionalització selectiva d'aquests grups aromàtics.

Theoretical studies of systems of biochemical interest containing Fe and Cu transition metals

La presència de la química teòrica i computacional està augmentant en quasi tots els camps de la recerca en química. Els càlculs teòrics poden ajudar a entendre millor l'estructura, les propietats i la reactivitat de compostos metàl·lics d'àrees tan diferents com la química inorgànica, organometàl·lica i bioinorgànica. No obstant això, és imprescindible utilitzar la metodologia adequada per obtenir resultats teòrics fiables. Els estudis d'aquesta tesi es poden dividir en dos grups diferents. El primer grup inclou l'estudi teòric del mecanisme de reacció de diversos sistemes que contenen coure i tenen diferents estructures Cun-O2. Aquests estudies s'han dut a terme amb l'objectiu de profunditzar en la natura dels processos oxidants químics i biològics promoguts per sistemes que contenen coure. En la segona part de la tesi, s'estudia la fiabilitat de diferents tècniques utilitzades per estudiar l'estructura electrònica i la reactivitat de sistemes que contenen coure, ferro i altres metalls de transició.

Spectroscopic Investigation on the Formation of a Dinuclear Me(2)SO-Ru(2)-Mercaptopyridine Bridged Complex: [Ru(2)Cl(3)(mu-pyS)(mu-dmso)(dmso)(4)]center dot 2H(2)O

A dinuclear ruthenium(II) complex double-bridged by an N-aromatic ligand 2-mercaptopyridine (2-pyridinethiol or 2-pyridyl mercaptan) and a methyl sulfoxide (dmso) have been characterized by X-ray crystallography. The reported compound with formula [Ru(2)Cl(3) (mu-pyS)(mu-dmso)(dmso)(4)] center dot 2H(2)O, [C(15)H(36)Cl(3)NO(7)S(6)Ru(2)] (P2/c, a = 13.8175(2) angstrom, b = 10.5608(2) angstrom, c = 21.3544 (3) angstrom, beta = 106.090(1)degrees, V = 2,994.05(8) angstrom(3), Z = 4) represents a seven-membered ring system with both rutheniums in an octahedral geometry. All the hydrogen bonds (C-H-Cl) and the van der Waals contacts give rise to three-dimensional network in the structure and add stability to the dinuclear compound. To our knowledge, this is the first time that the formation of a dinuclear ruthenium(II) complex double-bridged by an N-aromatic ligand 2-mercaptopyridine and dmso have been reported. The study also provided valuable insight into bioinorganic chemistry as continuing efforts are being made to develop metal-based cancer chemotherapeutics. A major feature of this paper is the resolution of a double bridged ruthenium structure which contributes to a better understanding of ruthenium reactivity.

Vanadium and its complexes: The renewed interest in its biochemistry

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Cinética e mecanismo da reação de auto-oxidação deS(IV) catalisada por íons metálicos de transição

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)