IX Congresso Brasileiro de Análise Térmica e Calorimetria 09 a 12 de novembro de 2014 Serra Negra SP - Brasil

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1 SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO ESPECTROSCÓPICA E ESTUDO DO COMPORTAMENTO TÉRMICO DOS NALIDIXATOS DE CÁTIONS BIVALENTES DE METAIS DE TRANSIÇÃO. Wilson Fernandes Junior 1, Marcos Vinícius Dobies Návia 1, Flávio Junior Caires 2, José Marques Luiz 1, Massao Ionashiro 2, Ronaldo Spezia Nunes 1 1 Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, UNESP Univ. Estadual Paulista, Guaratinguetá SP - Brasil, Departamento de Física e Química. 2 Instituto de Química de Araraquara, UNESP Univ. Estadual Paulista, Araraquara SP Brasil, Departamento de Química Analítica. RESUMO Síntese, caracterização e o comportamento térmico de nalidixatos de metais de transição, M(C 11 H 10 NOCO 2 ) 2.nH 2 O (M = Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II), Cu(II), Zn(II)), bem como o comportamento térmico do ácido nalidíxico e seu sal de sódio (NaC 11 H 10 NOCO 2 ) foram investigados aplicando-se a termogravimetria e calorimetria exploratória diferencial simultâneas (TG-DSC), difração de raios X (DRX), espectroscopia de reflectância total atenuada na região do infravermelho (ATR), termogravimetria e calorimetria exploratória diferencial simultâneas acopladas à espectroscopia de absorção na região do infravermelho (TG-DSC/FTIR), análise elementar e complexometria por EDTA. Os resultados permitiram estabelecer a composição, desidratação, estabilidade térmica, decomposição térmica, bem como avaliar os produtos gasosos liberados durante a decomposição térmica destes compostos em atmosfera dinâmica de ar e N 2. Palavras chave: Comportamento térmico, nalidixatos, metais de transição. INTRODUÇÃO Os metais de transição representam os elementos do bloco d, que inclui os grupos 3 a 12 da tabela periódica. Suas camadas d estão em processo de preenchimento e esta característica resultou na consolidação dos complexos de coordenação. Complexos de metais de transição são espécies catiônicas, neutras ou aniônicas nas quais o metal de transição esta coordenado por ligantes [1]. Os metais de transição apresentam diferentes estados de oxidação e podem interagir com um vasto número de moléculas carregadas negativamente. Esta atividade dos metais de transição iniciou o desenvolvimento de medicamentos à base de metal com aplicação farmacológica promissora e pode oferecer oportunidades terapêuticas únicas [2]. Pesquisas mostram progresso significativo na utilização de complexos de metais de transição como medicamentos para tratar diversas doenças. O modo de ação dos complexos metálicos no organismo vivo é diferente de não metais. Estes complexos mostram uma grande diversidade em ação [3]. A química inorgânica medicinal pode explorar estas propriedades dos íons metálicos para a concepção de novos medicamentos. O desenvolvimento de complexos de metais de transição como drogas não é uma tarefa fácil, considerável esforço é necessário para obter um composto de interesse. Além de todas essas limitações e dos efeitos colaterais, os complexos metálicos ainda são os agentes quimioterápicos mais utilizados e realizam grande contribuição para a terapêutica medicamentosa [2]. As quinolonas formam complexos devido à capacidade de se ligar aos íons metálicos. Em seus complexos podem agir como ligante bidentado, monodentado e em ponte. Frequentemente, as quinolonas estão coordenadas em uma maneira bidentada através dos átomos de oxigênio do grupo carboxilato e da carbonila do anel. Raramente as quinolonas podem agir como ligantes bidentados coordenados pelos dois átomos de oxigênio carbonílico [5]. Sabe-se que a ação de muitas drogas é dependente do modo de sua coordenação com tais íons metálicos [6]. Complexos metálicos de quinolonas sintéticas foram estudados em relação à suas características estruturais e espectroscópicas, bem como

2 o comportamento térmico. O presente trabalho apresenta as sínteses, as caracterizações espectroscópicas e o estudo do comportamento térmico dos nalidixatos de metais de transição bivalentes. EXPERIMENTAL O ácido nalidíxico (C 12 H 12 N 2 O 3 ), cloreto de cobalto (CoCl 2 ), cloreto de manganês (MnCl 2.4H 2 O), cloreto de níquel (NiCl 2.6H 2 O), cloreto de zinco (ZnCl 2 ), sulfato de cobre (CuSO 4.5H 2 O) e o sulfato ferroso amoniacal (Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2.6H 2 O) com 99% de pureza foram obtidos da Aldrich e utilizados sem tratamento prévio. Para a preparação de solução aquosa de nalidixato de sódio (NaNal) 0,10 mol L -1 pela dissolução do HNal com solução 0,10 mol L -1 de NaOH e o ph ajustado para próximo de 8,5 pela adição de soluções diluídas de NaOH e/ou HCl. As soluções dos íons metálicos (Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II), Cu(II) e Zn(II)) foram preparadas por direta pesagens dos sais e diluição com água destilada. A formação do precipitado foi observada durante a adição da solução de NaNal às respectivas soluções dos íons metálicos. Após resfriamento à temperatura ambiente os precipitados foram filtrados em papel de filtro Whatman n 40, lavados com água destilada até eliminação total dos íons cloretos e sulfatos (testes qualitativo com AgNO 3 e BaCl 2, respectivamente), secos em estufa de circulação forçada de ar à 50 C durante 12h e mantidos em dessecador sob ação do cloreto de cálcio anidro. As curvas simultâneas TG-DSC foram obtidas no termoanalisador Mettler-Toledo TG-DSC, no intervalo de temperatura de 30 C a 800 C, razão de aquecimento de 20 C min -1, atmosfera dinâmica de ar seco com vazão 100 ml min -1, suporte de amostra de α-alumina e massas de amostra da ordem de 7 mg. As curvas DSC foram obtidas no analisador Q10 da TA Instruments no intervalo de 30 a 300 C, com razão de aquecimento de 20 C min -1, atmosfera dinâmica de ar seco com vazão de 50 ml min -1, suporte de amostra de alumínio com furo central na tampa e massa de amostra de aproximadamente 2 mg. As análises dos produtos gasosos foram realizadas no analisador termogravimétrico Mettler-Toledo TG DSC acoplado ao espectrofotômetro de infravermelho Nicolet com e detector DTGS KBr. O forno e a célula de gás (250 C) foram acoplados pela linha de transferência de aço inoxidável aquecida (200 C) de diâmetro de 3,0 mm, ambos purgados com ar seco (50 ml min -1 ). Os espectros de FTIR foram registrados com 16 varreduras por espectro utilizando 4 cm -1 de resolução. A cristalinidade dos nalidixatos de metais de transição foi realizada pela difratometria de raios X, obtidos pelo método de pó pelo difratômetro Siemens D-5000 utilizando-se tubo de cobre, submetido a 20 kv, corrente de 20 ma, com radiação CuKα ( = Ǻ). As amostras foram colocadas em suportes de vidro próprio do equipamento e, exposta à radiação (5 < 2 < 70 ). Os espectros de infravermelhos com reflectância total atenuada do NaNal e seus compostos foram obtidos com o emprego do espectrofotômetro Spectrum 100 ATR FTIR da Perkin Elmer, com resolução de 4 cm -1, na região compreendida de cm -1. RESULTADOS E DISCUSSÃO As curvas TG-DSC simultâneas do HNal, NaNal e dos nalidixatos de metais de transição estão apresentadas na Figura 1. O HNal apresentou estabilidade térmica até 211 C, temperatura na qual se decompõe, em etapa única (92,63%) gerando material carbonizado. As cinzas são eliminadas em etapa subsequente (7,37%). Na curva DSC podem-se observar dois picos endotérmicos em 234,7 e 336,9 C referentes à fusão e decomposição do HNal. A curva TG-DSC do NaNal mostrou que o composto foi obtido com duas águas de hidratação que são liberadas em 202,8 C em uma etapa com perda de massa de 4,91%. O composto anidro permanece estável até 270,6 C e após esta temperatura se decompõe em duas etapas (56,53 e 17,85%) até a formação do NaCO 3 como resíduo final (20,71%). A decomposição térmica dos compostos de metais de

3 Massa / % Fluxo de Calor / W g -1 Massa / % Fluxo de Calor / W g -1 IX Congresso Brasileiro de Análise Térmica e Calorimetria transição ocorre em etapas consecutivas e/ou sobrepostas exibindo perdas de massa em uma (Mn), duas (Fe) e três (Co, Ni, Cu e Zn) etapas, com seus respectivos eventos térmicos observados nas curvas DSC. 25 % 1,0 W g % (e) 5,0 W g -1 (f) 5,0 W g -1 (g) 50 W g -1 (d) (h) Temperatura / C Temperatura / C Figura 1. Curvas TG do ácido nalidíxico, nalidixato de sódio e dos nalidixatos de metais de transição: HNal, NaNal, Mn(Nal) 2, (d) Fe(Nal) 2, (e) Co(Nal) 2, (f) Ni(Nal) 2, (g) Cu(Nal) 2 e (h) Zn(Nal) 2. Os resultados termoanalíticos estão apresentados na Tabela 1. Com esses dados foi possível estabelecer a estequiometria para os compostos, a qual esta em concordância com a fórmula geral M(Nal) 2.nH 2 O, onde M representa os íons bivalentes de metais de transição, Nal representa o ligante nalidixato e n o número de águas de hidratação do composto. Tabela 1. Dados termoanalíticos dos nalidixatos de metais de transição. Compostos Metal/ % L/ % H 2 O/ % Resíduo Final/ % Calc. TG Calc. TG Calc. TG Calc. TG EDTA Óxido Mn(Nal) 2 10,62 10,69 84,74 84, ,26 15,37 14,72 Mn 2 O 3 Fe(Nal) 2 3,0H 2 O 9,77 9,57 76,60 76,90 9,44 9,41 13,95 13,69 13,11 Fe 2 O 3 Co(Nal) 2 4,0H 2 O 9,94 9,83 74,33 73,96 12,15 12,65 13,54 13,38 12,77 Co 3 O 4 Ni(Nal) 2 4,0H 2 O 9,89 9,65 75,25 75,16 12,15 12,56 12,59 12,28 12,08 NiO Cu(Nal) 2 2,0H 2 O 11,31 11,61 79,43 79,13 6,41 6,34 14,15 14,53 13,94 CuO Zn(Nal) 2 2,0H 2 O 11,60 12,04 79,17 78,78 6,39 6,24 14,43 14,98 13,82 ZnO A curva DSC para o HNal (Figura 2), para o intervalo de temperatura de 21 a 250 C, apresenta apenas um agudo pico endotérmico com máximo em 229,8 C que é referente a fusão do composto e possui entalpia de fusão de 35,8 kj mol -1. As curvas DSC dos compostos de metais de transição exibem picos endotérmicos até a temperatura de 200 C (exceto o composto de manganês), que estão em concordância com as perdas de massa na curva TG associadas a desidratação. As entalpias de desidratação determinadas para os compostos associadas a estes picos foram: 11,3, 18,3 e 16,9 kj mol -1 (Fe); 56,3 e 80,0 kj mol -1 (Co); 90,4 e 89,6 kj mol -1 (Ni); 97,3 kj mol -1 (Cu) e 30,1, 28,5 e 25,5 kj mol -1 (Zn). Acima dessa

4 Intensidade relativa / cps Intensidade relativa / cps Fluxo de Calor / W g -1 IX Congresso Brasileiro de Análise Térmica e Calorimetria temperatura, os compostos de Fe, Co e Zn apresentam, respectivamente, picos exotérmicos em 258, 255 e 225 C que são atribuídos à transições cristalinas. Essas transições serão melhores investigadas futuramente. 3,00 W g -1 0,25 W g -1 0,25 W g -1 (d) 1,00 W g -1 (e) 1,00 W g -1 (f) 0,50 W g -1 (g) exo up 0,50 W g Temperatura / C Figura 2. Curvas DSC do HNal e dos compostos de metais de transição (II): HNal, Mn(Nal) 2, Fe(Nal) 2, (d) Co(Nal) 2, (e) Ni(Nal) 2, (f) Cu(Nal) 2, e (g) Zn(Nal) 2. Os difratogramas de raios X obtidos pelo método de pó são apresentados na Figura 3 e revelaram que compostos foram obtidos cristalinos demonstrando uma pequena evidência de formação de uma série isomórfica entre os compostos de Fe, Co e Ni. Os difratogramas apresentados na Figura 4 foram obtidos para o composto de Zn em três situações de temperatura diferentes, um em temperatura ambiente e os outros dois em 200 e 250 C, definidas com o auxílio da curva TG-DSC com o intuito de investigar uma mudança de estrutura cristalina que ocorre antes da decomposição da amostra. (d) (e) (f) / graus Figura 3. Difratogramas de raios X: Mn(Nal) 2, Fe(Nal) 2, Co(Nal) 2, (d) Ni(Nal) 2, (e) Cu(Nal) 2, e (f) Zn(Nal) / graus Figura 4. Difratogramas de raios X do Zn(Nal) 2. 2H 2 O em diferentes temperaturas: como obtido (T amb ), 200 C e 250 C.

5 Pela microscopia eletrônica de varredura, Figura 5, foi possível observar que o composto Zn(Nal) 2. 2H 2 O não apresenta nenhuma alteração morfológica, a amostra foi tratada termicamente com base nas curvas TG-DTA. Figura 5. Microscopia eletrônica de varredura do Zn(Nal) 2. 2H 2 O com magnitude de 5000x e potência 10kV em: como obtido (T amb ), tratado à 200 C e tratado à 250 C. O espectro de infravermelho do HNal apresenta uma pequena banda em 3416 cm -1 atribuída a vibração de estiramento do OH do grupo carboxílico. O espectro de infravermelho apresentam ainda duas fortes absorções de em 1706 cm -1 devido a vibração do estiramento assimétrico ( as (COO )) do grupo carboxílico e em 1615 cm -1 atribuída (C=O) do grupo cetônico no anel piridina. Como pode ser observado na Figura 7, o NaNal apresenta uma banda de forte intensidade em 1622 cm -1 e uma banda de média intensidade em 1440 cm -1 atribuídas, respectivamente, aos estiramentos assimétrico ( as (COO - )) e simétrico ( s (COO )) do grupo carboxilato [7 9], resultando em [( as (COO )) ( s (COO ))] igual a 182. Tabela 2. Dados espectroscópicos do ácido nalidíxico, nalidixato de sódio, e dos nalidixatos de metais de transição (III). Compostos (OH) a as (COO ) b s (COO ) c d (COO ) (C OH) c (cm -1 ) (cm -1 ) (cm -1 ) (cm -1 ) (cm -1 ) HNal s NaNal s Mn(NaL) s Fe(NaL) 2 3,0H 2 O s Co(NaL) 2 4,0H 2 O s Ni(NaL) 2 4,0H 2 O s Cu(NaL) 2 2,0H 2 O w Zn(NaL) 2 2,0H 2 O s De acordo com a literatura [10,11], valores de menores do que o obtido para o NaNal, sugerem que a coordenação do ligante ao metal deve ocorrer através do grupo carboxilato, de modo bidentado-quelante, bidentado em ponte ou com as duas formas concomitantemente [12,13]. Portanto, com base nesses resultados, os nalidixatos de lantanídeos trivalentes apresentam valores de e de as (COO ) menores do que o obtido para o NaNal, sendo admitido o modo de coordenação bidentado-quelante para os compostos obtidos. CONCLUSÃO Os dados termoanalíticos permitiram estabelecer a estequiometria para os compostos, na qual a fórmula geral M(L) 2.nH 2 O, onde M representa os íons bivalentes de metais de transição, L representa o ligante nalidixato e n é o número de moléculas de água de hidratação do composto, sendo que o composto de Mn foi obtido anidro; n= 2 para o Cu e Zn; n= 3 para o Fe e n= 4 para o Co e Ni. Os difratogramas de raios X pelo método de pó mostraram que os compostos sintetizados foram obtidos cristalinos, com evidência de formação de série isomórfica para o Fe, Co e Ni. A microscopia revelou que

6 nenhuma mudança morfológica significativa ocorre na amostra do composto de zinco antes e depois da transição observada na curva DSC. Os dados da espectroscopia de absorção na região do infravermelho sugerem que os nalidixatos de metais de transição (II) coordenando-se de forma bidentada-quelante. A similaridade entre os espectros de todos os compostos sugere que eles estejam coordenados de maneira semelhante. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o Programa RENOVE PROPe UNESP (Proc. 0109/008/13-PROPe/CDC) pelo suporte financeiro. Esta pesquisa também foi apoiada por recursos fornecidos pela Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá (UNESP), ao Prof. Dr. Luis Rogério de Oliveira Hein coordenador do Laboratório de Imagens de Materiais (LAIMat) pelas análises de MEV e ao Instituto de Química de Araraquara (UNESP). REFERÊNCIAS 1. Cox PA. Instant notes in Inorganic Chemistry. 2 nd ed. New York: BIOS Scientific Publishers; Rafique S, Idrees M, Nasim A, Akbar H, Athar A. Transition metal complexes as potential therapeutic agents. Biotechnol. Mol. Biol. Rev. 2010;5: Hariprasath K, Deepthi B, Babu IS, Venkatesh P, Sharfudeen S, Soumya V. Metal complexes in drug research - A review. J. Chem. Pharm. Res. 2010;2: Bruijnincx PCA, Sadler PJ. New trends for metal complexes with anticancer activity. Curr. Opin. Chem. Biol. 2008;12: Uivarosi V. Metal complexes of quinolone antibiotics and their applications: an update. Molecules. 2013;18: Chakrabarti S, Dasgupta D, Bhattacharyya D. Role of Mg 2+ in chromomycin A 3 - DNA interaction: a molecular modeling study. J. Biol. Phys. 2000;26: Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS, Vyvyan JR. Introdução à espectroscopia. 4 ed. São Paulo: Cengace Learning; Lopes WA, Fascio M. Esquema para interpretação de espectros de substâncias orgânicas na região do infravermelho. 2004;27: Silverstein RM, Webster FX. Identificação espectrométrica de compostos orgânicos. 7 ed. Rio de Janeiro: LTC; Deacon GB, Phillips RJ. Relationships between the carbon-oxygen stretching frequencies of carboxylato complexes and the type of carboxylate coordination. Coord. Chem. Rev. 1980;33: Deacon GB, Huber F, Phillips RJ. Diagnosis of the nature of carboxylate coordination from the direction of shifts of carbon-oxygen stretching frequencies. Inorg. Chim. Acta. 1985;104: Babij M, Mondry A. Synthesis, structure and spectroscopic studies of europium complex with S(+)-mandelic acid. J. Rare Earths. 2011;29: Babij M, Starynowicz P, Mondry A. Structural and spectroscopic studies of neodymium complexes with S(+)-mandelic acid. J. Mol. Struct. 2011;1006:672 7.