Presentazione power point della Tesi di Laurea Magistrale dal titolo "Complex formation of hydroxypyridinecarboxylic acids with copper(II), zinc(II), and aluminiu(III)"

1. Complex formation of hydroxypyridinecarboxylic
acids with copper(II), zinc(II)
and aluminium(III)
Laureanda: Maria Zulpo
Relatore: Dott. Valerio Di Marco
Correlatore: Prof. Tamás Kiss
Controrelatore: Prof.Pierluigi Zanonato
UNIVERSITÀ
DEGLI STUDI
DI PADOVA
UNIVERSITY
OF SZEGED
Padova, 15 Ottobre 2013

2. Rame
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• Il rame è un acido di Lewis border line: presenta particolare affinità per
leganti contenenti atomi di azoto e ossigeno + azoto.
• Il rame è un metallo essenziale per l’organismo umano e la sua
carenza è associata a malattie quali anemia, osteoporosi, abnormale
pigmentazione della pelle.
• Un eccesso di rame può dare reazioni redox e catalizzare la
formazione di radicali liberi
Fenton: Cu+ + H2O2 → Cu2+ + OH + OH–
E può portare all’insorgere di patologie come cancro, cirrosi e
disturbi neurodegenerativi

3. Zinco
• Lo zinco è un acido di Lewis border line e può formare complessi
con basi di Lewis soft, hard o borderline.
• Lo zinco è un metallo essenziale per l’organismo umano, e alcune
malattie sono legate alla carenza del metallo
• In elevate dosi, esso diventa tossico inibendo la
respirazione mitocondriale portando a morte cellulare,
e inibisce l’assorbimento di rame e ferro.
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4. Alluminio
• E’ un acido di Lewis hard, che presenta buona affinità verso basi di
Lewis dello stesso tipo
• La stabilità dei complessi aumenta all’aumentare del numero di siti
di coordinazione del legante
• L’alluminio è un metallo tossico e può portare all’insorgere di
specifiche patologie:
Demenza dialitica Osteomalacia vitamina
D-resistente
Anemia microcitica
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5. Ruolo degli ioni metallici nel morbo di Alzheimer
•Alzheimer?: disturbo delle funzioni cognitive, dell’orientamento e del linguaggio.
• Placche amiloidi e grovigli neurofibrillari: subunità proteiche  oligomeri
solubili, protofibrille, fibrille o aggregati extracellulari insolubili
• ioni metallici in grado di coordinare le subunità proteiche  stabilizzazione
e/o induzione della formazione di placche
• Al3+  fibrille e oligomeri • Zn2+ e Cu2+  accelerazione della deposizione
di aggregati amorfi
• Proposta nuova terapia “metal targeting” con lo scopo di sottrarre ioni
metallici dal cervello
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6. Terapia chelante per Al e Fe
Requisiti di un agente chelante ideale:
• Selettività
• Stabilità dei complessi
[M]Tot=1∙10−6 molL−1 [L]Tot=1∙10−5 molL−1 pH=7.4
pM = −log[M]
• Farmaci chelanti esistenti (DFO, L1, (ICL670)) hanno diversi effetti collaterali
• Veloce cinetica di scambio del metallo
• Assenza di tossicità
• No promozione di reazioni redox
• Buona assorbibilità orale
• Lento metabolismo
• Favorevole eliminazione
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7. • Basso peso molecolare • Tossicità in vitro molto bassa
• Metabolita non tossico della vitamina B6
• Non metabolizza in vivo
Acidi idrossipiridincarbossilici
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8. Acidi idrossipiridincarbossilici
Al3+
Fe3+
Cu2+
Zn2+
Al3+
Fe3+
Cu2+
Zn2+
Al3+
Cu2+
Zn2+
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9. Tecniche utilizzate
• Potenziometria: pKA(HrL); logβ(MpLqHr)
qHL + Mm+ ⇌ MLq
(m−q)+ + qH+
• Spettrofotometria UV-Vis: pKA(HrL); ε(HrL); logβ(MpLqHr); ε(MpLqHr)
• Spettroscopia EPR: conferma dati potenziometrici, numero e stechiometria di
complessi
• Spettroscopia NMR: numero specie presenti e loro abbondanza relativa
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10. Procedure sperimentali
Misure potenziometriche:
 Ftalato acido di potassio (0.05 M)
 KCl (1M)
 HCl (≈ 0.2 M)
KOH (≈ 0.1 M)
 Soluzioni di legante
 Soluzioni acide dei metalli
 Soluzioni di metallo + legante
Misure condotte in una cella termostatata a T = 25 °C, sotto un flusso di argon
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11. Procedure sperimentali
Sequenza titolazioni:
• Calibrazione elettrodo con ftalato acido di potassio
• Standardizzazione KOH con ftalato acido di potassio
• Titolazioni acido forte-base forte concentrazione HCl, fattore di
Irving (IRV), pKw
• Titolazioni delle soluzioni di legante in un intervallo di pH ≈ 2-11
• Titolazioni delle soluzioni di legante + metallo in rapporto 2:0.5, 2:1, 2:1.8,
1:0.5 e 1:0.8 in un intervallo di pH ≈ 2-11 o fino a precipitazione
Misure EPR:
• Preparazione di una soluzione di DQ71508:Cu(II) 3:1 ed effettuazione delle
misure all’aumentare del pH in un intervallo molto ristretto causa
precipitazione (pH = 1.8-3.7)
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12. Procedure sperimentali
Misure UV-Vis:
• Misure di assorbimento di soluzioni di solo legante ([L] ≈ 0.08 mM)
da pH = 2-11
• Misure di assorbimento di soluzioni L+M in rapporto 1:1 e 1:0.5
da pH =2-11
• Misure di assorbimento di soluzioni a pH ≈ costante contenenti L,
all’aumentare della concentrazione di M da zero a L: M 1:0.8
Misure NMR:
• Misure NMR di soluzioni in acqua deuterata contenenti L e L+M secondo
specifici rapporti stechiometrici, e a determinati valori di pH (ottenuti
mediante DCl e NaOD).
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13. Risultati potenziometrici
DQ58
pKA2 = 3.25 (2) pKA3 = 6.39 (1) pKA4 = 11.04 (1)pKA1 < 1
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14. Risultati potenziometrici
DQ58-Zn(II)
ZnLH (s) o
ZnL2 (s)
Complex logβ (uncertainty)
ZnLH 15.09 (3)
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15. Risultati potenziometrici
DQ71508
pKA2 = 3.16 (6) pKA3 = 6.83 (2)pKA1 < 1
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16. Risultati potenziometrici
DQ71508-Zn(II)
Complex logβ (uncertainty)
ZnLH+ 9.25 (6)
ZnL 4.59 (6)
Zn(OH)2 (s)
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17. Risultati potenziometrici
DQ71508-Cu(II)
CuL (s)
Complex logβ (uncertainty)
CuLH+ 10.02 (1)
CuL 7.26 (3)
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18. Risultati potenziometrici
POA
pKA1 < 1 pKA2 = 5.34 (3) pKA3 = 9.82 (2)
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19. Risultati potenziometrici
POA-Zn(II)
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20. Risultati potenziometrici
POA-Al(III)
Al(OH)3 (s)
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21. Risultati potenziometrici
POA-Al(III)
Complex logβ (uncertainty)
AlLH2+ 9.56 (5)
AlL+ 15.10 (2)
AlL2H2
+ 16.2 (4)
AlL2H 23.3 (3)
AlL2
− 29.46 (2)
AlL3H3 22.33 (6)
AlL3H2
− 28.91 (3)
AlL3H2− 36.05 (2)
AlL3
3− 41.76 (3)
POA:Al 4:1
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22. Risultati UV-Vis
DQ58
pH = 2.164-3.656 pH = 5.836-7.751
pH = 10.179-11.399
Elaborazione a
λ= 248, 264 e 304 nm
pH-pot UV-Vis
pKA2 3.25 (2) 3.23 (2)
pKA3 6.39 (1) 6.61 (3)
pKA4 11.04 (1) 11.01 (2)
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23. Risultati UV-Vis
DQ58-Cu(II)
logβCuL2 = 20.43 (4)
pH = 6.1 ± 0.1 λ= 260 nm
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24. Risultati UV-Vis
DQ71508
pH = 2.765-5.013 pH = 5.013-8.789
pH-pot UV-Vis
pKA2 3.16 (6) 3.16 (1)
pKA3 6.83 (2) 6.79 (1)
Elaborazione a λ = 250, 268 e 316 nm
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25. Risultati UV-Vis
DQ71508-Cu(II)
logβCuL2 = 13.01 (4)
pH = 6.1 ± 0.1 λ= 266 nm
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26. Risultati NMR
DQ58
pKA1 <1 pKA2 = 3.25 (2) pKA3 = 6.39 (1) pKA4 = 11.04 (1)
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27. Risultati NMR
DQ58:Zn(II) 1:2
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28. Risultati NMR
DQ71508
pKA1 <1 pKA2 = 3.16 (6) pKA3 = 6.83 (2)
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29. Risultati NMR
DQ71508:Zn(II) 1:2
pKA(ZnLH) = 4.66 > pKA (H3L) = 3.16
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30. Risultati NMR
POA
pKA1 <1 pKA2 = 5.34 (3) pKA3 = 9.82 (2)
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31. Risultati NMR
POA:Al(III) 4:1
AlLH2+
AlLH2+ AlL2H2
+
AlL2H2
+
pH % L libero(pot) % L libero(NMR)
2.65 85 80
4.22 54 77
5.17 46 40
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32. Conclusioni
• Studio di nuovi derivati acidi idrossipiridincarbossilici con Cu2+, Zn2+ e Al3+
(e Fe3+)
• DQ58-Zn(II): ZnLH
-Cu(II): CuLH + CuL2
• Complessi deboli a pH fisiologico  no rimozione di metalli essenziali
• DQ71508-Zn(II): ZnLH + ZnL
-Cu(II): CuLH + CuL + CuL2
log [M’] per i sistemi Al(III)-Zn(II)-Cu(II)-DQ58 e Al(III)-Zn(II)-Cu(II)-DQ71508;
[Zn]0=10−3 M, [Cu]0=10 −3 M, [Al]0=10 −6 M, [Ligand]0=5∙10 −5 M.
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33. Conclusioni
• POA -Zn(II): nessun complesso
-Al(III): molti complessi con stechiometria 1:1, 2:1 e 3:1
• Formazione di complessi stabili con Al3+
p[Al] = −log[Al] = 11.8 << farmaci in uso (p[M]=15) e migliori acidi
idrossipiridincarbossilici finora studiati (p[M]=13)
• Prospettive: conclusione dell’elaborazione degli spettri UV-Vis ed EPR
studio di derivati più lipofili
miglioramento delle proprietà complessanti
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34. Grazie per l’attenzione
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