Obtención, caracterización y estudios de actividad de catalizadores inspirados en metaloenzimas redox, inmovilizados sobre soporte sólido

El radical superóxido es el primer intermediario en la reducción de oxígeno en el metabolismo celular, originando otras especies reactivas de oxígeno (ROS), que atacan tejidos, membranas y sus entornos proteicos. La principal defensa biológica contra el radical superóxido la constituyen las superóxido dismutasas (SOD), metaloenzimas encargadas de catalizar su conversión a O2 y H2O2. El estrés oxidativo patológico se produce cuando la formación de ROS no puede ser combatida por el organismo. La administración de SOD exógena no ha mostrado buenos resultados y sus limitaciones condujeron al desarrollo de miméticos con bajos pesos moleculares para emplearlos como antioxidantes catalíticos. Sin embargo, en fase acuosa, estos catalizadores biomiméticos son propensos a formar oligómeros y vulnerables a procesos de hidrólisis. La inserción del catalizador en sólidos porosos ofrece la posibilidad de reproducir ciertas propiedades del sitio catalítico nativo, como son la hidrofobicidad y el confinamiento, además de otorgarle estabilidad. En particular, las sílicas mesoporosas poseen una mesoestructura ordenada con gran área específica, alta capacidad de adsorción y son biocompatibles. En este trabajo de tesis se sintetizaron dos sílicas mesoporosas SBA-15 y MCM-41. Se verificó que el encapsulado del catalizador en estas sílicas a través de interacciones electrostáticas da por resultado un material que retiene o mejora la actividad SOD del compuesto libre, pero la liberación gradual del complejo a la solución reduce su efectividad. Para evitarlo, se decidió inmovilizar el catalizador en sílica mesoporosa por unión covalente empleando cicloadición [3+2] azida-alquino, también conocida como “click chemistry”. Para efectuar estos estudios, se sintetizaron y caracterizaron en solución y estado sólido complejos de Mn y Cu, con sitios donores N2O2 y N4 (mostrados en la Figura 1). Los complejos con ligandos bases de Schiff, se encapsularon en las sílicas mesoporosas por intercambio iónico. Los ligandos que contienen grupos alquino se unieron covalentemente a las sílicas mesoporosas funcionalizadas con grupos azida por reacción click, y los complejos se generaron in-situ. Todos los complejos sintetizados presentan actividad SOD; actividad que retienen o mejoran luego del anclaje covalente a la sílica mesoporosa. El complejo anclado en la sílica MCM-41, con poros más pequeños y mayor área superficial, presenta mayor actividad; sin embargo, la sílica SBA-15 posee una estructura mesoporosa ordenada, tamaños de partícula homogéneos, y paredes gruesas que le confieren estabilidad en múltiples condiciones, favoreciendo la longevidad del material y el reuso. Cabe resaltar que el resultado más importante es la mayor estabilidad y el mayor número de ciclos catalíticos que pueden soportar estos compuestos anclados a la sílica. Además de actuar como “scavenger” de ROS, el Mn desempeña un rol crítico en una diversidad de procesos biológicos redox implicados en la activación y reducción de O2. En este trabajo se estudió la capacidad de tres complejos de Mn(III), [Mn(III)(Xsalpn)(H2O)2]ClO4, donde X = H, 5-Cl o 3,5-Cl2, para catalizar la activación electroquímica de oxígeno y caracterizar posibles intermediarios de reacción, con el fin de comprender el mecanismo catalítico. En estos complejos, los sustituyentes controlan el potencial redox del centro metálico y ejercen efectos estéricos que modulan la actividad catalítica. El estudio de la reducción electroquímica de [Mn(salpn)]+ y [Mn(5- Clsalpn)]+ en soluciones saturadas de O2, demostró que los complejos reducidos son capaces de reaccionar con oxígeno formando di-μ-oxo dímeros de Mn(IV) como productos de reacción. [Mn(3,5-Cl2salpn)]+ no mostró reacción en las condiciones empleadas, debido a los efectos estéricos del Cl en posición orto al sitio de coordinación, ralentizando la interacción con oxígeno.