Stage Estivo 2012
Università degli Studi di Pavia
Dipartimento di Chimica, sezione di
Chimica Generale
Tutor: Luca Pasotti
Stagisti:
Cimiotti Alessio (I.I.S. Maserati – Voghera)
Gastaldi Andrea (I.I.S. Maserati – Voghera)
Vigo Emanuele (Liceo Scientifico N. Copernico – Pavia)
Complessi Metallici per il rilascio di
NO nella vasodilatazione
NO segnalazione per la vasodilatazione
Diversi ricercatori, negli ultimi
due
decenni,
hanno
identificato la molecola di NO
come
un
importante
segnalatore
nel
sistema
cardiovascolare, nervoso e
immunitario;
Lo sviluppo di molecole che
rilascino NO nelle zone dove
la produzione endogena sia
insufficiente ha suscitato
molto interesse per il
potenziale uso terapeutico.
Casella L. et al, ChemMedChem, 2008, 3, 1039–1047
NO segnalazione per la vasodilatazione
Donatori
sintetici
NO sintetizzato
dall’organismo
Le molecole attualmente utilizzate come donatori presentano
una velocità di rilascio dell’ NO troppo elevata, quindi
andremo ad analizzare il possibile impiego di complessi
metallici, che presentano una velocità di rilascio più
controllata.
Progetto
Sintesi di 2 complessi di Ni2+:
Cl -
Cl
Ni2+
Ni2+
N
O
N
Cl-
N
-
N
N
N
Ni(SalPip)Cl
Ni(Pip)Cl2
Sintesi a diversi step di un nuovo legante organico, :
N
O
N
N
N
N
N
H
Pip_Ac
Sintesi di un complesso contenente NO e studio della sua cinetica di rilascio:
O
N N
O
N
Cl-
Ni2+
N
N
Ni(PipNONO)Cl
Strumentazione
Per scoprire se le sintesi sono andate a
buon fine si esegue la caratterizzazione
dei prodotti con vari strumenti:
Spettrometro di massa
Risonanza magnetica nucleare (NMR)
Spettrofotometro IR
Sintesi dei complessi della piperazina
Sintesi di Ni(II)N-amminoetilpiperazina (NiPipCl2)
Cl Cl-
N
N
N
N
+
Ni2+
NiCl2
N
N
Procedimento:
• In 5 mL di metanolo si sciolgono 280 μl di Namminoetilpiperazina e 290 μl di Trietilammina (TEA)
• In 5ml di Metanolo si sciolgono 0.4992 g di NiCl₂
• Sotto agitazione si uniscono le due soluzioni, il
colore vira a verde scuro
• Sotto cappa si aggiungono 10ml di Eteredietilico
per far precipitare il composto solido
• Si filtra su imbuto di buchner e si lava con Etere
• Si asciuga alla rampa: un sistema di tubi che
mettono in comunicazione il recipiente da asciugare
prima con il vuoto e poi con gas secchi e inerti (Ar o
N2).
Soluzione sotto agitazione magnetica
Caratterizzazione
Spettrofotometria IR
Sintesi dei complessi della piperazina
Sintesi di NiSalPipCl
HO
N
+
N
N
HO
N
O
N
N
Cl
HO
N
N
+
N
N
-
O
N
Ni2+
NiCl2
N
+
+
NH
N
In 20 ml di Metanolo si sciolgono 0.280
ml di Piperazina e 0.290 ml di TEA e
0.237 mL di Salicilaldeide
• La soluzione gialla ottenuta viene
messa a bollire ariflusso per due ore
• Si aggiungono a freddo 0.4992g di
NiCl₂ e la soluzione vira al colore
rosso/arancio
• Si aggiungono sotto cappa 10ml di
Etere per far precipitare
• Si filtra su imbuto di buchner e si lava
con Etere
• Si secca il tutto alla rampa
reazione posta a riflusso
Cl-
Caratterizzazione
Spettro di Massa
Ingrandimento che mostra l’assetto isotopico
tipico dei complessi che contengono Ni
Caratterizzazione
Spettrofotometria IR
Sintesi del legante modificato
Step 1_ Protezione selettiva dell’ammina primaria: Sintesi di N-pirroloamminoetilpiperazina:
Pip_P
O
Toluene
N
+
N
NH2
O
Ac. PTS
In 100 ml di Toluene si sciolgono 1.5 ml di Namminoetilpiperazina ; 1.3 ml di 2,5 Esandione e
una punta di spatola di acido Paratoluensolfonico
(quantità catalitica)
• Si lascia a bollire, per tre ore, sotto agitazione
con distillatore di Dean-Stark che elimina l’acqua
che si forma nella reazione.
• Si esegue un lavaggio con acqua basica a pH 12
• Si estrae con 4x20 ml di soluzione satura di
Bicarbonato di Sodio
• Si acidifica con HCl fino ad avere eliminato tutto
il Carbonato come CO₂
• Si riporta il pH 12 utilizzando una soluzione
satura di NaOH
• Si estrae con 4x50 ml di Diclorometano
• Si elimina l’ acqua con Solfato di Sodio, si filtra e
si svapora fino ad ottenere un gel giallo
N
N
N
+
2 H2O
Distillatore di Dean-Stark
Spettro di Massa
Ingrandimento che mostra l’assetto isotopico
tipico delle molecole organiche
Sintesi del legante modificato
Step 2_ protezione con BOC: sintesi di BOC_Pip_P
O
O
O
N
N
N
+
O
O
O
N
N
O
N
• Si pone Pip_P in 5 ml di Etanolo e sotto
agitazione vengono aggiunti 1eq. di TEA e 1.1
eq. di BOC2O; si lascia in agitazione per due
ore
• Si pone il prodotto a svaporare al rotavapor
• Si eliminano le tracce di solvente e BOC2O
in eccesso alla rampa
Rotavapor
Caratterizzazione
Spettro di Massa
Frammentazione del picco molecolare
Sintesi del legante modificato
Step 3_ Deprotezione del Pirrolo: sintesi di BOC_Pip
O
O
N
O
N
N
+
+
NH3
A 20 ml di Etanolo si aggiungono: BOC_Pip_P;
5eq. di Idrossilammina Cloridrato; 8ml di H₂O
deionizzata e 2eq. di TEA.
• Si pone la soluzione a reflusso per una
nottata
• Si aggiungono 50 ml di HCl 1 M per spegnere
la reazione
• Si eseguono 3 lavaggi con 50 ml di
diclorometano
• Si porta il pH a 12 con una soluzione di NaOH
al 22%
• Si estrae con 4 x 50ml di diclorometano
• Si rimuove l’ acqua con il Solfato di Sodio e si
filtra
• Si esegue una distillazione a pressione
ridotta per purificare il prodotto
N
EtOH, H2O
OH
ClTEA
O
N
NH2
Estrazione con diclorometano
NMR
Caratterizzazione
Sintesi del legante modificato
Step 4_ sintesi di BOC_Pip_Ac
O
O
N
O
N
+
NH2
O
O
O
diclorometano
Na2CO3
O
N
O
N
N
H
• In 5 ml di diclorometano si scioglie
BOC_Pip e si sospende 1 eq. di Na2CO3.
• con imbuto gocciolatore si aggiunge una
soluzione di 1 eq. di anidride acetica e si
lascia a reagire un’ora.
•Si effettuano 2 lavaggi con 5 ml di H2O a
pH controllato (pH9)
•Si secca solfato di sodio, si filtra e
successivamente si svapora
Rampa per essicazione
NMR
Caratterizzazione
Sintesi del legante modificato
Step 5_Deprotezione del BOC: sintesi di Pip_Ac
O
O
N
N
O
N
H
F
F
Diclorometano
TFA
O
N
N
N
H
O
OH
TFA
Acidotrifluoroacetco
F
Si scioglie BOC_Pip_Ac in 5ml di CHCl₂
• Si aggiungono 5 ml di TFA e si lascia reagire
per 30 minuti
• Si svapora al rotavapor
Aggiunta del TFA con imbuto gocciolatore
Caratterizzazione
NMR
Titolazione pH spettrofotometrica Pip_Ac in presenza di Cu2+
Si prepara una soluzione 10-3 M
di Cu2+ in acqua e si usa come
bianco
Si aggiunge Pip_Ac e HCl fino a
raggiungere pH 2.5 e poi si
registra uno spettro UV-Vis
Si aggiunge una soluzione di
base (NaOH) e si misura il pH
Si registra uno spettro UV-Vis
Titolazione pH spettrofotometrica Pip_Ac in presenza di Cu2+
4,00E+00
3,50E+00
3,00E+00
2,50E+00
LCu2+H2O + OH-
LCu2+OH- + H2O
2,00E+00
1,50E+00
1,00E+00
5,00E-01
0,00E+00
250
350
450
550
650
750
2,50E-01
A 800 nm si vede la banda tipica
del Cu2+ coordinato alle ammine,
salendo con il pH la banda non si
sposta, ma si forma del
precipitato. Crescono invece le
bande nella zona dell’UV: questo
è dovuto alla deprotonazione
dell’acqua coordinata
2,00E-01
pH = 5.97
1,50E-01
1,00E-01
pH = 5.85
pH = 5.78
5,00E-02
0,00E+00
350
450
550
ingrandimento
650
750
Sintesi del complesso della piperazina NONOata
Sintesi di Ni_PipNONO
O
O
N N
N
O
N
MeOH,NaOH
N
N
NH2
NiCl2
O
N
Ni2+
N
ClNH2
Procedimento:
• In 4 mL di metanolo si sciolgono 124 mg di NiCl₂
esaidrato e si aggiungono 100mg di H_PipNONO
• Sotto agitazione si aggiunge 1 mL di metanolo
contenente 1 eq. di NaOH
• Sotto cappa si aggiungono 5 ml di Eteredietilico per
far precipitare il composto solido
• Si filtra su imbuto di buchner e si lava con Etere
• Si asciuga alla rampa.
Filtrazione con buchner
Cinetica NiPipNONO a pH 7.5
Per poter misurare esattamente la velocità di rilascio della molecola di NO è stata
eseguita una cinetica di reazione sulla NiPipNONO.
Per eseguire una cinetica di reazione è necessario innanzitutto preparare un bianco,
inserendo in una couvette 2,45 mL di tampone fosfato 0,05 M a pH 7,5 e 50 µL di
Metanolo.
Per la prova vera e propria si prepara una soluzione 3,5x10-3 M di NiPipNONO in
Metanolo e se ne inseriscono 50 µL in una couvette con 2,45 mL di tampone fosfato; a
questo punto si fa partire la cinetica sullo spettrofotometro
Spettrofotometro
Cinetica NiPipNONO a pH 7.5
La banda si abbassa con
il passare del tempo
Variazione dell’assorbanza in relazione al
passare del tempo; registrazione eseguita ogni 2
secondi per 2000 secondi in totale
assorbanza contro il tempo
0,5
I punti sperimentali possono essere
0,4
rappresentati dall’equazione cinetica
0,3
del primo ordine:
Abs = Abs0(-Kt) + c
A 0,2
Abs = assorbanza, k = costante cinetica, t = tempo, c =
assorbanza al tempo infinito.
Per questo composto si è trovato che
il tempo di dimezzamento è di circa
300 secondi
0,1
0
0
500
1000
1500
-0,1
Tempo (s)
2000
Si ringraziano l’università di Pavia e il
tutor Luca Pasotti per la disponibilità