Nanocajas catalíticas, usos y procedimiento de síntesis.
SECTOR TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se encuadra dentro del campo de los compuestos macromoleculares de entidades de coordinación. Concretamente, aquellos cuyas entidades de coordinación tienen como centro metálico un metal de transición. En particular, aquellos con actividad catalítica óxido-reductasa.
ESTADO DE LA TÉCNICA
La química supramolecular y su aplicación en el autoensamblaje a escala nanométrica de especies orgánicas
inorgánicas es una de las aproximaciones más exitosas para obtener nuevas familias de materiales, permitiendo el desarrollo de materiales multifuncionales con propiedades únicas y/o mejoradas como son las redes metaloorgánicas que forman materiales híbridos nanoestructurados.
Una gran ventaja de estos materiales radica en su baja toxicidad, compatibilidad con el medio ambiente y fácil preparación a gran escala por lo que se presentan como una interesante alternativa para diversas aplicaciones,
tales como el desarrollo de nuevos materiales y catalizadores, el almacenaje de hidrógeno y CO2, la adsorción reversible de H2S o compuestos sulfurados, la adsorción de metales pesados en aguas residuales o los sensores químicos.
En concreto, los compuestos metalo-orgánicos que forman cavidades o canales de forma, tamaño y microambiente químico controlado han ido adquiriendo importancia debido a su potencial aplicación en varios campos de la técnica, como por ejemplo los compuestos de inclusión, los compuestos con actividad óxidoreductasa, el magnetismo o los compuestos con sensibilidad foto- y electroquímica.
El autoensamblaje dirigido por iones metálicos constituye actualmente una de las estrategias más relevantes para obtener arquitecturas supramoleculares. Una ventaja de este método es el ensamblaje de los complejos supramoleculares en una sola etapa y a partir de una simple mezcla de los ligandos y metales [J. M. Lehn, “From
supramolecular chemistr y towards constitutional dynamic chemistr y and adaptative chemistr y ”, Chemical Society Reviews, vol. 36, 151-160, 2007].
A diferencia de las sencillas asociaciones salinas, y debido a la falta de selectividad y el amplio rango de sus interacciones coulombicas, el autoensamblaje se apoya en formas geométricas, patrones de funcionalidad y distribución de energías de cohesión en las moléculas cargadas. Es decir, se trata de química supramolecular
“real”, donde los elementos estructurales secundarios permiten la alineación en un proceso dirigido por el acoplamiento de las cargas. Los resultados de estudios de los procesos de autoensamblaje iónico [Bermejo, et al., 'Self-Assembly of Dimeric Mniii–Schiff-Base Complexes Tuned by Perchlorate Anions', European Journal of Inorganic Chemistr y Vol. 2007, No. 24, 3789-3797, 2007], demuestran que la naturaleza del anión puede controlar la arquitectura del producto final.
El autoensamblaje está dirigido típicamente por metales de transición, ya que otro tipo de metales, por ejemplo, los alcalinos, tradicionalmente se considera que dificultan el control de la arquitectura molecular, al presentar una débil capacidad de coordinación y un amplio rango de números de coordinación [Lutz, et al., 'Syntheses and Structural Characterization of the Heavier Alkali-Metal Stannates Bearing the Tripodal Triamino Framework: Structural Trends in the Series of [MeSi{SiMe2N (4-CH3C6H4) }3Sn][M] (M = Na, K, Rb) , Inorganic Chemistr y , Vol.
42, No. 8, 2798-2804, 2003] . De hecho, se considera que los cationes de metales alcalinos atraen donantes de electrones sin orientación específica [Buchanan, et al., 'Synthesis and Stabilization-Advances in Organoalkaline Earth Metal Chemistr y ', Chemical Communications, Vol. 46, No. 25, 4449-4465, 2010] .
El campo de la técnica carece, por tanto, de conocimiento suficiente que permita el autoensamblaje de estructuras macromoleculares de coordinación dirigido por metales alcalinos. El autoensamblaje, dirigido por
iones alcalinos, de complejos de metales de transición con actividad redox puede generar nuevas arquitecturas supramoleculares que mejoren las importantes funcionalidades de los compuestos monómeros de partida.
Los compuestos o entidades de coordinación cuyo centro metálico es un metal de transición, tienen una gran relevancia industrial pues se utilizan como colorantes, medicamentos, catalizadores, sensores de cationes o aniones, vitaminas, conductores, en analítica etc.
Los complejos de manganeso con bases de Schiff son unos de los sistemas más interesantes debido a sus propiedades biomiméticas, que imitan la actividad enzimática óxido-reductora de sistemas biológicos, en particular las actividades catalasa y la peroxidasa.
Algunos compuestos con actividad catalasa se han propuesto para su utilización en la prevención y tratamiento de enfermedades o síndromes causados por las especies reactivas de oxígeno [JP2007075058, US2009311230, 10 CN1020291639, JP7126176].
No obstante, los sistemas biomiméticos de la catalasa limitan su actividad a disolventes no acuosos como el DMF, o bien necesitan fuertes condiciones básicas en medios acuosos, lo que dificulta su aplicación en sistemas biológicos.
Se necesitan por tanto sistemas biomiméticos que sean activos en disolventes acuosos compatibles con los 15 sistemas biológicos.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una nueva clase de catalizadores activos en disolventes acuosos compatibles con los sistemas biológicos, de una alta selectividad y que permiten modular tanto las características redox como estéricas.
Sorprendentemente, se ha obtenido un fino ensamblaje de compuestos metalo-orgánicos dirigidos por metales alcalinos. La estructura resultante de dicho autoensamblaje incorpora motivos supramoleculares nuevos que optimizan las importantes propiedades catalíticas de los complejos ensamblados, ampliando su utilidad a áreas anteriormente vedadas. Además, los compuestos metalo-orgánicos aquí descritos originan inesperadamente una caja supramolecular cuyas dimensiones nanométricas pueden, ventajosamente, ser controladas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Las modalidades detalladas en las figuras se ilustran a modo de ejemplo y no a modo de limitación:
La Figura 1 muestra el espectro infrarrojo del ligando H4L.
La Figura 2 muestra el espectro de masas del ligando H4L.
Las Figura 3 y 4 muestran el espectro de Resonancia Magnética Nuclear del ligando H4L. La Figura 5 muestra el espectro de Resonancia Magnética Nuclear de 13C del ligando H4L. La Figura 6 muestra la estructura del ligando H4L resuelta por difracción de Rayos X. La Figura 7 muestra el espectro de masas del complejo [Mn (L) Cs (H2O) ]2 . La Figura 8 muestra la estructura del complejo [Mn (L) Rb (H2O) 4]2 resuelta por difracción de rayos X.
La Figura 9 muestra el entorno del manganeso en el complejo [Mn (L) K (CH3OH) (H2O) ]2. Las Figuras 10 y 11 muestran la estructura de la caja supramolecular del complejo [Mn (L) K (CH3OH) (H2O) ]2. Las Figuras 12 y 13 muestran la estructura de la caja supramolecular del complejo [Mn (L) Rb (H2O) 4]2. Las Figuras 14 y 15 muestran la estructura de la caja supramolecular del complejo[Mn (L) Cs (H2O) ]2.
La Figura 16 muestra una representación esquemática de la estrategia sintética para ensamblar las unidades [MnL]-con iones metálicos.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Y EJEMPLOS DE REALIZACIÓN
La presente invención es el resultado del reto de controlar la combinación de metales de transición con metales 5 alcalinos en un ensamblaje supramolecular que optimice y dimensione las importantes propiedades oxidorreductoras de los iones Mn (III) .
Este reto se superó utilizando un ligando bisamido-bisfenoxi, que contiene seis donadores potenciales de electrones: 2 oxígenos fenoxi, 2 nitrógenos y 2 oxígenos de los grupos amido. Los grupos amido tienen la capacidad de estabilizar los iones manganeso en estados altos de oxidación. En núcleo 2Na2Op forma una 10 cavidad interna capaz de alojar un ión metálico. A este ligando nos referiremos de aquí en adelante comoH4L, donde H4 se refiere al número de hidrógenos desprotonables (dos protones fenólicos y dos protones amídicos) . En una realización de la presente invención, H4L se elige entre 1, 2-bis (2-hidroxibencen-2-carboxamida) etilendiamina, 1, 2-bis (2-hidroxibencen-2-carboxamida) -propilendiamina, 1, 2-bis (2-hidroxibencen-2-carboxamida) feniletilendiamina, 1, 2-bis (2-hidroxibencen-2-carboxamida) -ciclohexiletilendiamina, 1, 2-bis (2-hidroxibencen-2
carboxamida) -2, 2-dimetiletilendiamina, 1, 3-bis (2-hidroxibencen-2-carboxamida) -propilendiamina y sus mezclas.
El ligando H4L, preferentemente 1, 2-bis (2-hidroxibencen-2-carboxamida) -etilendiamina, se obtiene haciendo reaccionar fenilsalicilato con una diamida en una proporción 2:1 según la reacción (A) :
Por tanto, una realización de la presente invención es un compuesto de fórmula general (I) : [M1 (L) M2 · (D) x]n (I)
donde: M1 representa un primer metal, M2 representa un segundo metal, D representa un disolvente, x y n representan sendos números enteros y
L representa un ligando tetradentado de fórmula general (II) ,
O O
donde:
R1 representa H, Cl, Br, I, NO3, OCH3, OCH2CH3
R2 representa (CH2) 2, CH (CH3) -CH2, C (CH3) 3-CH2, (CH2) 3, fenil- (CH2) 2, ciclohexil- (CH2) 2
R3 representa OH
En una realización preferente, M1 es un metal de transición. En otra realización preferente, M1 se elije del grupo formado por manganeso, hierro, níquel, cobre y sus combinaciones. Más preferentemente, M1 es manganeso; aún más preferentemente en su estado de oxidación Mn (III) .
Sorprendentemente, el aducto formado por la reacción de H4L con un metal de transición, preferentemente manganeso; más preferentemente en su estado de oxidación Mn (III) , se puede estabilizar añadiendo a la mezcla una disolución de un metal alcalino. Consiguientemente, otra realización preferente de la presente invención se refiere al compuesto intermediario formado por la reacción entre H4L y M1, preferentemente manganeso; más preferentemente en su estado de oxidación Mn (III) .
Ventajosamente, dicha estabilización conlleva la formación de una caja supramolecular en cuya conformación participan M1, M2 y los oxígenos de L y cuyo tamaño puede modularse en función del metal alcalino utilizado. Por 15 tanto, en otra realización preferente de la presente invención, M2 se escoge del grupo formado por los metales alcalinos, preferentemente K, Rb, Cs o sus combinaciones. En otra realización más preferente, el compuesto de fórmula (I) presenta una estructura supramolecular en forma de caja, preferentemente con un espacio interior cuyas dimensiones varían entre los 342 pm x 350 pm y los 385 pm x 310 pm. Dicha caja puede albergar otros compuestos, o parte de otros compuestos, debido a afinidades estéricas o electroquímicas. Por tanto, otra realización preferente de la presente invención es un compuesto intermediario que comprende un primer compuesto según la fórmula (I) y otro segundo compuesto, localizado en el interior de su caja. Dicho segundo compuesto podría estar total o parcialmente localizado en el interior. Por ejemplo, al no tratarse de una caja cerrada, un sustrato de mayor volumen que esta podría aproximarse al centro catalítico e interaccionar con él por una de las caras de la caja sin necesidad de situarse completamente en su interior.
Otra de las ventajas del compuesto de la presente invención es la capacidad catalítica en medio polar, especialmente en medio polar cuyo pH es compatible con los sistemas biológicos. Preferentemente, el compuesto de la presente invención presenta actividad catalítica a pH entre 4, 75 y 8, 75. Por ello, en una realización preferente de la presente invención, D es un disolvente polar, preferentemente uno que se elige del grupo formado por H2O, CH3OH, (CH3) 2CHOH, CH3CH2OH, CH3CH2CH2OH, CH3 (CH2) 2CH2OH y sus mezclas.
La capacidad catalítica del compuesto de la invención viene determinada por M1. Cuando M1 es manganeso, preferentemente en su estado de oxidación Mn (III) , el compuesto de la invención presenta actividad catalasa. En consecuencia, una realización preferente de la presente invención es un compuesto de fórmula (I) que presenta actividad catalasa, más preferentemente esta actividad se desarrolla en medio polar, más preferentemente en un medio que se elige del grupo formado los disolventes H2O, CH3OH, (CH3) 2CHOH, CH3CH2OH, CH3CH2CH2OH,
CH3 (CH2) 2CH2OH y sus mezclas.
Cuando el compuesto de la invención tiene actividad catalítica, el sustrato de dicha actividad puede albergarse en el interior de la caja formada por M1, M2 y los oxígenos de L. Por tanto, en otra realización preferente la presente invención es un compuesto intermediario que comprende un compuesto caja según la fórmula (I) que alberga en su interior el sustrato de la actividad catalítica. Cuando dicha actividad es catalasa, el sustrato es preferentemente H2O2. En una realización preferente de la presente invención, el sustrato se elige del grupo formado por H2O2, CO2, H2O, O3, CO (NH2) 2 y sus mezclas.
Es conocido en el estado de la técnica que los enzimas antioxidativos como la catalasa protegen a los organismos contra el daño oxidativo. Compuestos catalíticos con actividad catalasa se utilizan en medicina para el tratamiento de enfermedades provocadas por el daño oxidativo. Por tanto, en una realización preferente, la 45 presente invención es una composición farmacéuticamente aceptable que comprende un compuesto según la fórmula (I) . Otra realización preferente de la presente invención es el uso de un compuesto según la fórmula (I) en la fabricación de un medicamento para la prevención o el tratamiento de enfermedades causadas por daño oxidativo.
El experto en la materia sabe que los compuestos como el de la presente invención, que presentan estructura de caja con dimensiones nanométricas, se utilizan en el campo de la medicina como transportadores de otras sustancias. Cuando estos compuestos tienen actividad catalítica, dichas sustancias pueden transformarse en formas activas o inactivas gracias a su localización dentro de dicha caja. Cuando el compuesto de la presente invención se utiliza como transportador de otro, las dimensiones de éste estarán condicionadas por el tamaño de la caja. Para el experto en la materia, el cálculo de los volúmenes moleculares que permiten la inclusión de un segundo compuesto, o una parte de un segundo compuesto, dentro del de la invención, resulta inmediatamente evidente a partir de las enseñanzas contenidas en la presente descripción.
Otras aplicaciones directas de los compuestos de la presente invención conocidas por el experto en la materia comprenden su utilización en la fabricación de detergentes, cosméticos o compuestos antioxidantes para retrasar la degradación oxidativa en productos alimenticios. Por tanto, una realización preferente de la presente invención comprende el uso del compuesto de fórmula (I) en la fabricación de un detergente, un antioxidante para la industria alimentaria o un cosmético.
En una realización preferente, la presente invención es un procedimiento para la obtención del compuesto de la invención que comprende el autoensamblaje del compuesto de fórmula (I) , caracterizado porque dicho ensamblaje está dirigido por un metal alcalino.
En otra realización preferente, la presente invención es un procedimiento de obtención de un compuesto según la fórmula (I) que comprende los pasos de:
a. Mezclar fenilsalicilato con una diamina en una proporción 2:1 para obtener el compuesto (II) ;
b. Añadir a una disolución del compuesto (II) en agitación, una disolución de M2, donde preferentemente M2 es un metal alcalino, a elegir preferentemente entre Rb, K, Cs y sus mezclas; y
c. Añadir a la mezcla obtenida en b, una disolución de M1, preferentemente una sal de manganeso, más preferentemente acetato de manganeso.
Ejemplo 1. LIGANDO H4L
H4 OH HO H4 HH
N
N H5
H5
R OO
Síntesis experimental:
El ligando se obtuvo mediante la reacción de sustitución nucleófila del fenilsalicilato (2 g; 9, 34·10-3 moles) con etilendiamina (0, 31 ml; 4, 67·10-3 moles) , con lo que se consiguió la formación del grupo amido, obteniendo así
H4L (rendimiento 77%) , donde H4 se refiere al número de hidrógenos desprotonables (dos protones fenólicos y dos protones amídicos) .
La mezcla resultante se dejó calentar con agitación durante quince minutos, obteniendo así una pasta de color blanquecino. A continuación se dejó enfriar y se añadieron 30 mL de éter dietílico manteniendo la agitación a temperatura ambiente. Transcurrido este tiempo, el cual varía en función del ligando a preparar, el precipitado obtenido se filtró a vacío, se lavó y se secó con éter dietílico para su posterior caracterización.
Caracterización: Sólido color blanco, punto fusión 180 ºC Análisiselemental [Experimental (teórico) ]: %C, 64.0 (64.0) ; %H, 5.5 (5.4) ; %N, 9.4 (9.3) Infrarrojo: Una banda fuerte y estrecha a 3377 y 3408 cm-1, correspondiente a la vibración de tensión v (N-H) ;
Una banda a 3076 cm-1, que corresponde a la vibración de tensión del grupo (O-H) ;amido I: a 1645 cm-1, correspondiente a la vibración de tensión del carbonilo de la amida; amido II: aparece entre 1549 cm-1, es una banda de combinación de la vibración de deformación o flexión del N-H y de la vibración del enlace C-N (Figura 1) .
Espectrometría de masas (ESI) : ión molecular 301 (L+1) +, (ver Figura 2) . Espectrometría RMN 1H: señalprotónamínico a 8, 95 (s, 2H) ; aromáticos a 6, 85 7, 36 7, 80 (t, 4H) (t, 2H) (d, 2H) ; señalprótonesmetilénicos 2, 48 (d, 2H) ; ver Figuras 3 y 4. 10 RMN de 13C (ver Figura 5) :
Ligando C-OH (a) C=O (G) (-CH2-) (H) 5 (-CH2-) (l)
H4L 161, 1 169, 9 39, 4 -
Difracción de Rayos X: Datos recogidos a 293 K en un difractómetroSmart-CCD-1000 BRUKER' (ánodo rotante) (ver Figura 6) .
Fórmula Empirica C16H16N2O4
Peso Molecular 300, 31
Temperatura 293 (2) K
Longitud de Onda 0, 71073 Å
Sistema Cristalino Triclínico
Grupo Espacial P–1
Dimensiones de la celda unidad a = 6, 545 (3) A; b = 6, 964 (3) A; c = 15, 297 (8) A a = 94, 318 (8) º; º = 94, 205 (10) °; y = 95, 464 (16) º
Volumen 689, 9 (6) A3
Z 2
Densidad (calculada) 1, 446 Mg/m3
Coeficiente de absorción 0, 105 mm-1
F (000) 316
Reflexiones recogidas 2589
Reflexiones independientes 2589
Indices R finales R1 = 0, 0708; wR2 = 0, 1799
Indices R (todos los datos) R1 = 0, 1256; wR2 = 0, 21 17
Amplitud de barrido 1, 34 a 25, 68 0
Ángulos de enlace (n)
C (2) -0 (1) -H (1) 103 (3) C (21) -0 (22) -H (22) 106 (3)
0 (1) -C (2) -C (3) 119, 3 (3) 0 (22) -C (21) -C (20) 119, 4 (3)
C (6) -C (7) -C (8) 123, 4 (3) C (17) -C (16) -C (14) 122, 7 (3)
C (2) -C (7) -C (8) 118, 8 (3) C (20) -C (21) -C (16) 120, 0 (3)
0 (1) -C (2) -C (7) 120, 5 (3) 0 (22) -C (21) -C (16) 120, 6 (3)
N (10) -C (8) -C (7) 119, 3 (3) N (13) -C (14) -C (16) 119, 0 (3)
N (10) -C (11) -H (11) 110, 0 (2) N (13) -C (12) -H (12 A) 119, 3 (3)
N (10) -C (11) -H (11A) 108 (2) N (13) -C (12) -H (12B) 109, 3 (18)
C (8) -N (10) -C (7) 119, 3 (3) N (13) -C (14) -C (16) 119, 0 (3)
C (8) -N (10) -C (11) 122, 5 (3) C (14) -N (13) -C (12) 122, 7 (3)
N (10) -C (11) -C (12) 112, 2 (3) N (13) -C (12) -C (11) 111, 7 (3)
C (12) -C (11) -H (11B) 113 (2)
Distancias de enlace (Å)
O (1) -C (2) 1, 360 (4) O (22) -C (21) 1, 351 (4)
O (1) -H (1) 0, 99 (4) O (22) -H (22) 0, 91 (3)
C (2) -C (7) 1, 418 (4) C (21) -C (16) 1, 413 (4)
C (7) -C (8) 1, 479 (4) C (16) -C (17) 1, 393 (4)
C (8) -O (9) 1, 260 (4) C (14) -O (15) 1, 257 (4)
C (8) -N (10) 1, 342 (5) C (14) -N (13) 1, 340 (4)
N (10) -C (11) 1, 455 (5) N (13) -C (12) 1, 449 (4)
N (10) -H (10) 0, 90 (4) N (13) -H (13) 0, 89 (4)
C (11) -C (12) 1, 523 (5)
ES 2 450 865 Al
Ejemplo 2. COMPLEJOS CAJAS SUPRAMOLECULARES
Síntesis Experimental La síntesis química de los complejos se realizó al aire y a temperatura ambiente durante dos horas con agitación magnética.
Estos complejos fueron sintetizados utilizando como disolvente metanol y en presencia de acetato de manganeso (II) tetrahidratado y de diferentes hidróxidos metálicos. En algún caso para reducir el volumen de la disolución se calentó ligeramente. Transcurrido este proceso, el precipitado obtenido, se lavó y se secó con éter dietílico para su posterior
caracterización. 10 El proceso general se puede esquematizar de la siguiente forma:
H4L + Mn (OAc) 2.4H2O + M (OH) º [Mn (L) M · (H2O) x]2
Complejo Ligando (g) Mn (OAc) 2 4H20 (g) hidróxido X (OH) (g) Producto (g)
[MnLNa (H2O]2 O, 2 0, 16 NaOH 0, 27 0, 18
[Mn (L) K (CH3OH) (H2O) ]2 0, 2 0, 16 K (OH) 0, 17 0, 23
[Mn (L) Rb (H2O) 4]2 0, 2 0, 16 Rb (OH) 0, 27 0, 07
[Mn (L) Cs (H2O) ]2 0, 2 0, 16 Cs (OH) 0, 45 0, 29
Caracterización
15
20 Análisis elemental
Complejo Punto de fusión Color
[MnLNa (H2O]2 294 marrón claro
[Mn (L) K (CH3OH) (H2O) ]2 [Mn (L) Rb (H2O) 4]2 302298 rojizo rojizo
[Mn (L) Cs (H2O) ]2 302 rojizo
Complejo Carbono (%) Hidrógeno (%) Nitrógeno (%)
[MnLNa (H2O]2 49, 0 (49, 7) * 4, 0 (3, 7) 7, 3 (7, 2)
[Mn (L) K (CH3OH) (H2O) ]2 42, 6 (42, 8) 5, 0 (4, 6) 5, 4 (5, 9)
[Mn (L) Rb (H2O) 4]2 37, 8 (37, 9) 3, 9 (3, 4) 5, 5 (5, 0)
[Mn (L) Cs (H2O) ]2 38, 2 (38, 3) 2, 6 (2, 8) 5, 5 (5, 6)
*experimental (teórico)
Infrarrojo: En los complejos las bandas del grupo amido (amido I y amido II) aparecen desplazadas respecto a los valores del ligando libre, lo que indica la posible coordinación del grupo amido al centro metálico; el modo de tensión C-O aparece ligeramente desplazado hacia valores de onda mayores respecto de la posición que presenta en el ligando libre, lo que indica la posible coordinación del manganeso a los oxígenos fenólicos.
Complejo v (O-H) v (amidoI) v (amidoII) v (C-O)
[MnLNa (H2O]2 3378 1647 1548 1250
[Mn (L) K (CH3OH) (H2O) ]2 3386 1599 1530 1256
[Mn (L) Rb (H2O) 4]2 3421 1599 1526 1261
[Mn (L) Cs (H2O) ]2 3408 1598 1522 1261
Magnetismo: El manganeso en estado de oxidación (III) , (el más habitual) , presenta un momento magnético comprendido entre 4, 8 y 5, 0 MB. Todos los valores obtenidos experimentalmente, están próximos a este intervalo de valores teóricos. Lo que indica, que en estos complejos, el manganeso se encuentra en estado de oxidación (III) , comportándose como un sistema d4 en un entorno octaédrico de alto espín (4, 9 MB) .
Conductividad: Los valores correspondientes a los electrolitos 1:1 para disoluciones en metanol están en el intervalo 80 y 115 IS; mientras que para las disoluciones en dimetilformamida se encuentran entre 65 y 90 IS, de acuerdo con Gear y .
Complejo I (MB) AM (0-1mol-1) metanol cm2 en ESI
[MnLNa (H2O]2 4, 8 68.9 353 [MnL]+; 376 [MnLNa]+
[Mn (L) K (CH3OH) (H2O) ]2 5, 0 23.5 353 [MnL]+; 391 [MnLK]+; 782 [Mn2L2K2]+
[Mn (L) Rb (H2O) 4]2 5, 0 69.7 353 [MnL]+; 439 [MnLRb]+;
[Mn (L) Cs (H2O) ]2 4, 8 34.1 353 [MnL]+; 485 [MnLCs]+; 970 [Mn2L2Cs2]+
Espectrometría de masas (ESI) : Ejemplo espectro [Mn (L) Cs (H2O) ]2: Ver Figura 7
Espectroscopia RMN 1H paramagnética:
Complejo H4 8 (ppm) H5 8 (ppm)
[MnLNa (H2O]2 - -
[Mn (L) K (CH3OH) (H2O) ]2 [Mn (L) Rb (H2O) 4]2 -22, 80 -24, 19 -19, 51 -
[Mn (L) Cs (H2O) ]2 -22, 68 -11, 34
Ejemplo espectro [Mn (L) Rb (H2O) 4]2 : Ver Figura 8 (difracción de rayos X) . Complejo [Mn (L) K (CH3OH) (H2O) ]2
Entorno del manganeso: Ver Figura 9. Estructura de la caja supramolecular (ver Figuras 10 y 11) : K1-O3 ….2, 693 Å; K1-O6B…2, 860 Å K1-O2…3, 003 Å; K1-O4.....2, 793 Å; Mn (1) -K (1) ...3, 784; Mn (1) -K (1) #1...4, 111 Å; K1…K1 ….4, 472 Å
Fórmula Empírica C36H36N4O12K2Mn2
Peso Molecular 904, 76
Temperatura 110 (2) K
Longitud de onda 0, 71073 Å
Sistema Cristalino Triclínico
Grupo Espacial P-1
Dimensiones de la celda unidad a=9, 566 (5) Å a=112, 973 (9) º b=10, 425 (5) Å º=97, 229 (10) º c=10, 978 (5) Å y=100, 403 (9) º
Volumen 951, 9 (8) Å3
Z 2
Densidad (calculada) 1, 578 Mg/m3
Coeficiente de absorción 0, 950 mm-1
F (000) 464
Amplitud de barrido 2, 10 a 23, 25°
Reflexiones recogidas 6105
Reflexiones independientes 2579 [R (int) = 0, 1210]
Índices R finales R1 = 0, 0876, wR2 = 0, 1949
Índices R (todos los datos) R1 = 0, 1446, wR2 = 0, 2258
Distancias de enlace (Å)
Mn (1) -O (1) 1, 864 (5) Mn (1) -O (2) 1, 879 (6)
Mn (1) -N (1) 1, 921 (7) Mn (1) -N (2) 1, 925 (6)
Mn (1) -O (5) 2, 213 (7) Mn (1) -K (1) 3, 784 (3)
Mn (1) -K (1) #1 4, 111 (3) O (2) -K (1) #1 3, 003 (6)
O (1) -K (1) 2, 821 (6) O (3) -K (1) #2 2, 693 (7)
O (2) -K (1) 2, 864 (6) O (4) -K (1) #3 2, 793 (6)
K (1) -O (3) #2 2, 693 (7) O (5) -K (1) #1 3, 101 (7)
K (1) -O (6B) 2, 860 (3) K (1) -O (4) #4 2, 793 (6)
K (1) -O (2) #1 3, 003 (6) K (1) -O (5) #1 3, 101 (7)
K (1) -K (1) #1 4, 472 (5) K (1) -Mn (1) #1 4, 111 (3)
Ángulos de enlace (º)
O (1) -Mn (1) -O (2) 90, 8 (2) K (1) -Mn (1) -K (1) #1 68, 86 (6)
O (2) -Mn (1) -N (1) 141, 4 (3) O (1) -Mn (1) -N (1) 92, 4 (3)
O (2) -Mn (1) -N (2) 91, 9 (3) O (1) -Mn (1) -N (2) 170, 8 (3)
O (1) -Mn (1) -O (5) 93, 1 (3) N (1) -Mn (1) -N (2) 83, 8 (3)
N (1) -Mn (1) -O (5) 97, 4 (3) O (2) -Mn (1) -O (5) 90, 3 (3)
O (1) -Mn (1) -K (1) 45, 81 (19) N (2) -Mn (1) -O (5) 95, 7 (3)
N (1) -Mn (1) -K (1) 133, 0 (2) O (2) -Mn (1) -K (1) 47, 30 (17)
O (5) -Mn (1) -K (1) 104, 05 (17) N (2) -Mn (1) -K (1) 133, 6 (3)
O (2) -Mn (1) -K (1) #1 42, 4 (2) O (1) -Mn (1) -K (1) #1 90, 95 (18)
N (2) -Mn (1) -K (1) #1 97, 0 (2) N (1) -Mn (1) -K (1) #1 145, 4 (3)
O (5) -Mn (1) -K (1) #1 47, 98 (18)
Estructura [Mn (L) Rb (H2O) 4]2: Ver Figuras 12, 13 y 14.
Estructura de la caja supramolecular: Rb (1A) -O3A27 = 2, 928 Å; Rb (1A) -O24B = 3, 201 Å; Rb (1B) -O24A = 2, 893 Å; Rb (1B) -O (26W) = 3, 100 Å.
Fórmula Empírica C33 H36 Mn2 N4 O13 Rb2
Peso Molecular 977, 48
Temperatura 120 (2) K
Longitud de onda 0, 71073 Å
Sistema Cristalino Monoclínico
Grupo Espacial P 21
Dimensiones de la celda unidad a=9, 6398 (15) Å a=90º b=17, 688 (3) Å º=102, 232 (3) ° c=10, 5316 (17) Å y=90º
Volumen 1754, 9 (5) Å3
Z 2
Densidad (calculada) 1, 850 Mg/m3
Coeficiente de absorción 3, 549 mm-1
F (000) 980
Amplitud de barrido 1, 97 º 28 27, 48°
Reflexiones recogidas 7897
Reflexiones independientes 6683 [R (int) = 0, 0494]
Índices R finales R1 = 0, 0329, wR2 = 0, 0695
Índices R (todos los datos) R1 = 0, 0443, wR2 = 0, 0750
Distancias de enlace (Å)
Mn (2A) -N (12A) 1, 939 (3) Mn (2B) -N (12B) 1, 925 (3)
Mn (2A) -N (15A) 1, 960 (3) Mn (2B) -N (15B) 1, 942 (3)
Mn (2A) -O (24A) 1, 894 (3) Mn (2B) -O (24B) 1, 883 (3)
Mn (2A) -O (3A) 1, 874 (3) Mn (2B) -O (3B) 1, 863 (3)
Mn (2A) -O (26W) 2, 175 (3) Mn (2B) -O (27) 2, 212 (3)
Mn (2A) -Rb (1A ) 3, 889 Mn (2B) -Rb (1B) 3, 836
Mn (2A) -Rb (1B) 4, 2735 (9) Mn (2B) -Rb (1A) 4, 344
Rb (1A) -O (3A) 2, 928 (3) Mn (2A) -Mn (2B) 6, 677
O (17A) Rb (1A) #3 2, 906 (3) Rb (1B) -O (11A) #4 2, 864 (3)
O (24A) -Rb (1B) 3, 243 (3) Rb (1B) -O (25B) 3, 431 (3)
Rb (1A) -O (24A) 2, 893 (3) O (11A) -Rb (1B) #1 2, 864 (3)
Rb (1A) O (11B) #1 2, 837 (3) Rb (1B) -O (17B) #3 2, 941 (3)
Rb (1A) O (17A) #2 2, 906 (3) Rb (1B) -O (3B) 2, 898 (3)
Rb (1A) -O (24B) 3, 201 (3) Rb (1B) -O (24B) 2, 881 (3)
Rb (1A) -O (25A) 3, 552 (3) Rb (1B) O (29W) #5 3, 004 (4)
Rb (1A) -O (27) 3, 189 (3) Rb (1B) -O (26W) 3, 100 (3)
Rb (1A) -Rb (1B) 4, 731
Ángulos de enlace (n)
O (3A) -Mn (2A) -O (24A) 89, 67 (12) O (24A) -Mn (2A) -Rb (1A) 45, 42 (9)
O (3A) -Mn (2A) -N (12A) 92, 69 (13) N (12A) -Mn (2A) -Rb (1A) 134, 54 (10)
O (24A) -Mn (2A) -N (12A) 172, 67 (15) N (15A) -Mn (2A) -Rb (1A) 130, 16 (10)
O (3A) -Mn (2A) -N (15A) 167, 00 (13) O (26W) -Mn (2A) -Rb (1A) 104, 58 (9)
O (24A) -Mn (2A) -N (15A) 91, 55 (13) O (3A) -Mn (2A) -Rb (1B) 91, 81 (9)
N (12A) -Mn (2A) -N (15A) 84, 61 (14) O (24A) -Mn (2A) -Rb (1B) 45, 56 (9)
O (3A) -Mn (2A) -O (26W) 95, 78 (12) N (12A) -Mn (2A) -Rb (1B) 141, 18 (11)
O (24A) -Mn (2A) -O (26W) 89, 43 (13) N (15A) -Mn (2A) -Rb (1B) 98, 27 (9)
N (12A) -Mn (2A) -O (26W) 97, 23 (14) O (26W) -Mn (2A) -Rb (1B) 43, 95 (9)
N (15A) -Mn (2A) -O (26W) 97, 18 (13) Rb (1A) -Mn (2A) -Rb (1B) 70, 665 (13)
O (3B) -Mn (2B) -N (12B) 92, 76 (13) O (24B) -Mn (2B) -N (12B) 175, 20 (14)
O (3B) -Mn (2B) -N (15B) 167, 09 (14) O (24B) -Mn (2B) -N (15B) 92, 25 (13)
N (12B) -Mn (2B) -N (15B) 84, 09 (14) O (3B) -Mn (2B) -O (27) 94, 13 (12)
O (24B) -Mn (2B) -O (27) 86, 90 (12) N (12B) -Mn (2B) -O (27) 96, 70 (14)
N (15B) -Mn (2B) -O (27) 98, 67 (13) O (3B) -Mn (2B) -Rb (1B) 46, 78 (9)
O (24B) -Mn (2B) -Rb (1B) 46, 41 (9) N (12B) -Mn (2B) -Rb (1B) 134, 93 (10)
N (15B) -Mn (2B) -Rb (1B) 130, 20 (11) O (27) -Mn (2B) -Rb (1B) 104, 02 (8)
O (3B) -Mn (2B) -Rb (1A) 91, 97 (8) O (24B) -Mn (2B) -Rb (1A) 41, 94 (9)
N (12B) -Mn (2B) -Rb (1A) 141, 64 (11) N (15B) -Mn (2B) -Rb (1A) 98, 28 (10)
O (27) -Mn (2B) -Rb (1A) 44, 98 (8) Rb (1B) -Mn (2B) -Rb (1A) 70, 355 (13)
O (3A) -Mn (2A) -Rb (1A) 46, 35 (9) O (3B) -Mn (2B) -O (24B) 90, 14 (12)
Estructura [Mn (L) Cs (H2O) ]2: Ver Figura 15 y 16.
Estructura caja supramolecular: Cs1-O3 ….3, 137 Å; Cs1-O131…3, 107 Å; Cs1-O111…3, 167 Å; Mn (2) -Cs (1) 4, 142 Å; Mn (2) -Cs (1) #1...4, 1417 Å; Cs…Cs ….4, 870 Å .
Fórmula Empírica C32H28N4O10Cs2Mn2
Peso Molecular 1004.28
Temperatura 120 (2) K
Longitud de onda 0, 71073 Å
Sistema Cristalino Monoclínico
Grupo Espacial P 21/c
Dimensiones de la celda unidad a=10, 839 (2) Å b=15, 437 (3) Å 1=92, 052 (4) ° c=9, 3724 (19) Å
Volumen 1567, 2 (5) Å3
Z 4
Densidad (calculada) 2, 128 Mg/m3
Coeficiente de absorción 3, 163 mm-1
F (000) 976
Amplitud de barrido 1, 88 º28 27, 88º
Reflexiones recogidas 28977
Reflexiones independientes 3736 [R (int) = 0, 088]
Índices R finales R1 = 0, 0374, wR2 = 0, 0699
Índices R (todos los datos) R1 = 0, 0618, wR2 = 0, 0749
Distancia de enlace (Å)
Mn (2) -N (4) 1, 955 (3) ) O (131) -Cs (1) #1 3, 147 (3)
Mn (2) -N (1) 1, 951 (3) O (411) -Cs (1) #6 3, 125 (3)
Mn (2) -O (431) 1, 863 (3) ) O (431) -Cs (1) #1 3, 107 (3)
Mn (2) -O (131) 1, 889 (3) O (1) -Cs (1) #6 3.460 (4)
Mn (2) -O (111) #3 2, 164 (3) Cs (1) -O (431) #1 3, 107 (3)
Cs (1) -O (111) #3 3, 167 (3) Cs (1) -O (411) #2 3, 125 (3)
Cs (1) -O (1) #4 3, 255 (4) Cs (1) -O (131) 3, 137 (3)
Cs (1) -O (1) #2 3, 460 (4) Cs (1) -O (131) #1 3, 147 (3)
Mn…..Mn 6, 746 Mn (2) -Cs (1) 4, 142 (10)
O (111) -Mn (2) #5 2, 164 (3) Mn (2) -Cs (1) #1 4, 1417 (10)
O (111) -Cs (1) #5 3, 167 (3) Cs…Cs 4, 870
Ángulos de enlace (n)
O (431) -Mn (2) -O (131) 89, 67 (12) N (4) -Mn (2) -O (111) #3 100, 72 (13)
O (431) -Mn (2) -N (1) 166, 66 (14) O (431) -Mn (2) -Cs (1) #1 44, 70 (8)
O (131) -Mn (2) -N (1) 90, 90 (13) O (131) -Mn (2) -Cs (1) #1 46, 26 (8)
O (431) -Mn (2) -N (4) 92, 00 (13) N (1) -Mn (2) -Cs (1) #1 131, 61 (10)
O (131) -Mn (2) -N (4) 165, 93 (14) N (4) -Mn (2) -Cs (1) #1 130, 92 (10)
N (1) -Mn (2) -N (4) 84, 30 (14) O (111) #3-Mn (2) -Cs (1) 106, 72 (8)
O (431) -Mn (2) -O (111) #3 98, 59 (12) O (431) -Mn (2) -Cs (1) 95, 46 (9)
O (131) -Mn (2) -O (111) #3 92, 83 (12) O (131) -Mn (2) -Cs (1) 44, 88 (9)
N (1) -Mn (2) -O (111) #3 94, 69 (13) N (1) -Mn (2) -Cs (1) 94, 33 (10)
N (4) -Mn (2) -Cs (1) 148, 54 (11) O (111) #3-Mn (2) -Cs (1) 47, 95 (8)
Cs (1) #1-Mn (2) -Cs (1) 71, 646 (12)
Ejemplo 3. ACTIVIDAD CATALASA
Proceso Experimental
En una probeta graduada de 10 ml se introdujeron 3ml de la disolución del complejo catalítico en metanol (3ml, 1, 5 x10-3 M) y un imán, se selló dicha probeta con un tapón Septum el cual se cubrió con film y grasa (Dow 5 corning – hightvacuumgrease) para que no hubiera ninguna pérdida de gas. Una vez sellada la probeta se conectó a una bureta de gas de medición de 25 ml (precisión 0.2ml) . La catálisis se inicia con la introducción de una disolución de H2O2 (1ml, 1M) con una jeringa en la probeta que contiene el complejo. Una vez inyectado el peróxido de hidrógeno se cubrió de grasa y con film para que quedara perfectamente sellado. Durante este proceso la disolución se mantuvo en agitación constante y se midió de forma volumétrica la evolución del
dioxígeno generado.
Con el fin de poder estudiar la actividad catalasa de los complejos sintetizados se realizaron varias pruebas variando la temperatura del baño de agua en el que se encontraba inmersa la mezcla de las disoluciones de complejo y peróxido de hidrógeno. Se realizaron pruebas a temperatura ambiente (23ºC ~ 296K) y aumentando ésta a 36ºC (309K) . También se realizaron pruebas utilizando dimetilformamida como disolvente de disolución del complejo catalítico en lugar de metanol.
Los moles de peróxido fueron 1 x 10-3 L X 1 mol/L; es decir: 0.001 moles. Por estequiometría los moles de dioxígeno formados son la mitad (0.0005 mol) . Según la ecuación de los gases ideales PV=nRT y teniendo en cuenta que estamos trabajando a 23 ºC (temperatura ambiente) y 1 atm presión, tenemos un volumen teórico de 12 mL. En el caso de las pruebas a 36 ºC el volumen teórico de O2 desprendido si la reacción se extiende el
100% sería de 12, 67 mL
La tabla 1 muestra el % de actividad catalasa y número de ciclos catalíticos del proceso catalizado por los sistemas catalíticos cajas supramoleculares en diferentes condiciones tras 60 min. En el caso del complejo [Mn (L) K (CH3OH) (H2O) ]2 se alcanzó el 100% con metanol en períodos más cortos (a 36ºC en 20 minutos) . Se compara con la actividad (%) , en metanol y utilizando el mismo protocolo, del complejo de Mn (III) Mn (3
OCH3salen) (Cl) (H2O) , que incorpora un ligando tipo salen de la familia del EUK-8 [J. Inorg. Biochem., 105 (2011) 1539-1547].
Tabla 1. Actividad Catalasa de los complejos
Complejo Metanol Dimetilformamida
23·C 36 ·C 23·C 36 ·C
[MnLNa (H2O]2 Ciclos catalíticos % actividad 118 ± 6 18 ± 3 336 ± 3 51 ± 4 226 ± 5 34 ± 3 364 ± 8 55 ± 4
[Mn (L) K (CH3OH) (H2O) ]2 Ciclos catalíticos % actividad 667± 1 100± 2 667± 1 100± 2 216± 8 33 ± 4 667± 1 100± 2
[Mn (L) Rb (H2O) 4]2 Ciclos catalíticos % actividad 162 ± 6 25 ± 3 368± 22 55 ± 7 178± 12 28 ± 6 316± 6 47 ± 3
[Mn (L) Cs (H2O) ]2 Ciclos catalíticos % actividad 110 ± 5 17 ± 3 384 ± 8 58 ± 4 80 ± 5 13 ± 3 166 ± 7 27 ± 4
Mn (3-OCH3salen) (Cl) (H2O) Ciclos catalíticos % actividad 18 ± 2 38 ± 4
