Nitroxilo (HNO) : complejos biomiméticos de porfirinas de hierro y nuevos métodos de generación

• Autores: Mazzeo, Agostina María
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Doctorovich, Fabio Ariel; Pellegrino, Juan
• Materia: NITROXILO; AZANONA; OXIDO NITRICO; PORFIRINAS; HIERRO; COMPLEJOS DE COORDINACION; QUIMICA BIOINORGANICA; BIOMIMETICA; TECNICAS DE SCHLENK; CAJA DE GUANTES; NITROXYL; AZANONE; NITRIC OXIDE; PORPHYRINS; IRON; COORDINATION COMPLEXES; BIOINORGANIC CHEMISTRY; BIOMIMETICS; SCHLENK TECHNIQUES; GLOVEBOX
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En las últimas décadas, la química biológicamente relevante del óxido nítrico (NO•) y su producto de reducción, el nitroxilo o azanona (HNO/NO─), ha sido intensamente explorada debido a sus demostrados efectos fisiológicos y su protagonismo como parte de complejos intermediarios enzimáticos clave del ciclo del nitrógeno. En este trabajo de tesis se abarcaron distintos aspectos de la química y reactividad del nitroxilo. Por un lado, se desarrollaron nuevos métodos de generación de esta especie en fase gaseosa. Para ello se estudiaron reacciones heterogéneas entre donores de HNO en estado sólido y bases gaseosas, así como también la generación térmica de HNO por calentamiento de donores en ausencia de base. Los resultados obtenidos sientan una base para el potencial desarrollo de métodos de administración terapéutica de HNO por inhalación, así como para la profundización de estudios de reactividad de esta elusiva especie en fase libre. Por otro lado, se exploró la estabilidad de complejos de coordinación Fe-HNO y Fe-NO─ en medio acuoso y orgánico, utilizando una porfirina de hierro como modelo biomimético de enzimas hémicas. Partiendo de la plataforma soluble en agua [FeIII(TPPS4─)]3─ y donores de HNO, se aisló el complejo nitrosilado [FeII(TPPS4─ )(NO•)]4─ con distintos contraiones, cuya estructura pudo ser determinada por difracción de rayos X. Se exploró su reducción a [FeII(TPPS4─)(HNO)]4─ y [FeII(TPPS4─)(NO─)]5─ en medio acuoso, caracterizándose ambas especies por espectrofotometría UV- visible. Se determinó el potencial de reducción de [FeII(TPPS4─)(NO•)]4─ en función del pH mediante voltametrías cíclicas, estimándose el pKa del complejo Fe-HNO en 9.7. Este complejo mostró una estabilidad incrementada respecto a lo observado para complejos análogos en medio orgánico, efecto que puede explicarse a partir de la presencia de interacciones de puente de hidrógeno con el solvente. Su eventual reoxidación al nitrosilo de partida (t1/2 = 40 s) ocurre mediante un proceso unimolecular propuesto por primera vez, que involucra una ruptura homolítica H-NO como paso determinante, y que según cálculos DFT, podría incluir la formación de un intermediario florina no aromático. Finalmente, se prepararon derivados organosolubles de esta especie, y al caracterizarse y explorarse su reactividad se encontró una marcada influencia del medio. En todo momento, los experimentos se llevaron a cabo en condiciones de estricta ausencia de oxígeno, dentro de una caja de guantes con atmósfera de nitrógeno o bien utilizando cuidadosamente líneas de vacío/argón y material de Schlenk.
In the last decades, the biologically relevant chemistry of nitric oxide (NO•) and its reduction product, nitroxyl or azanone (HNO/NO─), have been intensely studied due to their established physiological effects and their key importance as part of intermediate complexes in enzymatic processes of the nitrogen cycle. In this thesis work, different aspects of the chemistry and reactivity of nitroxyl have been explored. On the one hand, new generation methods for gaseous nitroxyl have been developed. To this end, heterogeneous solid-gas reactions between solid HNO donors and gaseous bases have been studied, as well as thermal NO generation from donor heating in the absence of base. The obtained results establish the grounds for the potential development of therapeutic HNO administration methods by inhalation and for broadening the chemical understanding of this elusive species in the gas phase. On the other hand, the stability of Fe-HNO and Fe-NO─ coordination complexes was explored in aqueous and organic media using an iron porphyrin platform as a biomimetic model for hemeb enzymes. From the reaction of ferric, water-soluble [FeIII(TPPS)]3─ with HNO donors, the nitrosyl complex [FeII(TPPS)(NO•)]4─ was isolated with different counterions, and structurally characterized via XRD. Its reduction to [FeII(TPPS)(HNO)]4─ and [FeII(TPPS)(NO─)]5─ was explored in aqueous media, and both species were characterized by UV-Vis spectrophotometry. The reduction potential of [FeII(TPPS)(NO•)]4─ was determined as a function of pH via cyclic voltammetry experiments, and the pKa for the Fe-HNO complex was estimated as 9.7. This complex showed enhanced stability compared to analogous complexes in organic media, which can be explained by the presence of stabilizing hydrogen-bond interactions with the solvent. Its eventual reoxidation to the starting nitrosyl (t1/2 = 40 s) occurs via a unimolecular complex proposed for the fist time, which includes the homolytic cleavage of the H-NO bond as the rate-limiting step. According to DFT calculations, this step might include the formation of a non-aromatic phlorin intermediate. Finally, organosoluble derivatives of [FeII(TPPS)(NO•)]4─ were prepared, and a strong influence of the solvent was evidenced from reactivity studies. Strict oxygen-free conditions were maintained for all experiments, which were performed inside a nitrogen glovebox or using an argon/vacuum line and Schenk glassware.
Fil: Mazzeo, Agostina María. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.