Estudos mecanísticos de novos fotoCORMs de Mn(I) e Re(I) solúveis em água ou com luminescência rastreável para possíveis aplicações biológicas

Abstract

Em 2019, no Brasil, ao menos 15 mortes devido a inalação acidental de monóxido de carbono (CO) ocorreram. Os sinais por envenenamento por CO são sutis e inespecíficos, por vezes nem são percebidos ou são confundidos com sintomas de outras doenças. Como regra geral, quanto maior o nível de CO no sangue maior é a gravidade dos sintomas. Devido às características que tornam o CO perigoso, a maioria das pessoas, inclusive muitos químicos, conhecem apenas os fatores tóxicos referente ao monóxido de carbono. Apesar disso, estudos têm provado que o CO não possui apenas funções tóxicas, mas também está presente em pequenas quantidades no corpo humano e possui características benéficas como agente terapêutico para diversas doenças como malária e hipertensão, propriedades anticarcinogênicas, bactericida, auxiliar no tratamento de doenças cardiovasculares e pulmonares, entre outros, o que levou vários grupos de pesquisa a usar o CO como agente terapêutico. Entretanto, a aplicação direta do CO gasoso como agente terapêutico apresenta duas grandes desvantagens: sua alta afinidade com a hemoglobina e as incertezas associadas à sua inalação direta pelos pacientes, devido à falta de controle e especificidade. Uma maneira de superar estas desvantagens é através do uso de transportadores moleculares, que atuam como pró-fármacos e podem transportar o monóxido de carbono no organismo de maneira controlada, liberando CO apenas sob a influência de um gatilho específico. Vários transportadores usando metais de transição, tais como tungstênio, ferro, rutênio, rênio e manganês, têm sido usados para liberar CO ao organismo devido à alta versatilidade em termos das propriedades obtidas tanto do centro metálico quanto do ligante orgânico. A seleção correta dessas propriedades é essencial no desenvolvimento de novos compostos carbonílicos metálicos (CCMs), que devem ser preferencialmente solúveis em água. Entre as principais moléculas liberadoras de CO estão aquelas que liberam monóxido de carbono pela troca entre o carbonil coordenado na primeira esfera de coordenação do CCM e uma espécie em solução após foto-ativação. Compostos organometálicos carbonílicos como estes, que têm mais de um grupo carbonila na primeira esfera de coordenação, são denominados fotoCORMs, pois liberam CO apenas quando foto-ativados à um comprimento de onda específico permitindo um controle temporal e espacial da liberação de monóxido de carbono. Apesar dos avanços recentes no estudo das fotoCORMs, o mecanismo de liberação de CO associado a esses compostos não é explorado em profundidade podendo ser uma peça chave no desenvolvimento de novos fotoCORMs mais específicos e eficientes no âmbito biomedicinal. Neste contexto, neste trabalho são apresentadas as caracterizações, estudos fotoquímicos e propostas mecanísticas de liberação de CO de seis novas fotoCORMs solúveis em água, sendo três de rênio e três de manganês e duas novas fotoCORMs de manganês com fortes propriedades luminescentes e velocidade de liberação de CO bastante rápida, com o objetivo de elucidar os possíveis passos envolvidos na liberação de CO das fotoCORMs.

Abstract: In 2019, in Brazil, at least 15 deaths due to accidental inhalation of carbon monoxide (CO) occurred. The signs of CO poisoning are subtle and nonspecific and sometimes they may not even be noticed or their symptoms may mimic that of other diseases. Generally, the higher the level of CO in the blood, higher the severity of symptoms. Due to all the features that make CO dangerous, most people, including many chemists, know only the toxic factors regarding carbon monoxide. Nevertheless, studies have shown that CO not only has toxic functions, but is also present in small quantities in the human body and has beneficial characteristics as a therapeutic agent for various diseases such as malaria and hypertension, anticarcinogenic properties, bactericide, aids in the treatment of cardiovascular and pulmonary diseases, among others, which led several research groups to use CO as a therapeutic agent. However, the direct application of gaseous CO as a therapeutic agent has two major disadvantages: its high affinity for hemoglobin and the uncertainties associated with its direct inhalation by patients due to lack of control and specificity. One way to overcome these disadvantages is through the use of molecular carriers that act as prodrugs and can carry carbon monoxide in the body in a controlled manner, releasing CO only under the influence of a specific trigger. Several transporters using transition metals such as tungsten, iron, ruthenium, rhenium and manganese have been used to release CO to the body due to the high versatility in terms of the properties obtained from both the metallic center and the organic framework. The correct selection of these properties is essential in the development of new metallic carbonyl compounds (MCCs), which should preferably be water soluble. Among the main CO-releasing molecules are those that release carbon monoxide by switching between coordinated carbonyl in the first MCC coordination sphere and a species in solution after photoactivation. Carbonyl organometallic compounds such as these, which have more than one carbonyl group in the first coordinating sphere, are called photoCORMs, as they release CO only when photoactivated at a specific wavelength allowing a temporal and spatial control of carbon monoxide release. In recent studies of photoCORMs, the CO release mechanism associated with these compounds is not explored in depth and may be a key player in the development of new, more specific and efficient biomedicinally photoCORMs. In this context, this work presents the characterizations, photochemical studies and mechanistic proposals of CO release of six new watersoluble photoCORMs, three of which are rhenium and three of manganese and two new luminescent photoCORMs of manganese with release rate of CO very quickly, in order to elucidate the possible steps involved in the release of CO from photoCORMs.