Síntesis de nuevos receptores macrocíclicos trans-sustituidos y de sus complejos metálicos

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO FACULTAD DE QUÍMICA Departamento de Química Inorgánica TESIS DOCTORAL Rodrigo Lamelas González Santiago de Compostela Julio de 2015 Tesis Doctoral Rodrigo Lamelas González Julio 2015 Síntesis de nuevos receptores macrocíclicos trans-sustituidos y de sus complejos metálicos Universidad de Santiago de Compostela Facultad de Química Departamento de Química Inorgánica SÍNTESIS DE NUEVOS RECEPTORES MACROCÍCLICOS TRANS-SUSTITUIDOS Y DE SUS COMPLEJOS METÁLICOS Rodrigo Lamelas González Julio 2015 Memoria presentada por el Licenciado Rodrigo Lamelas González para la obtención del Grado de Doctor por la Universidad de Santiago de Compostela Departamento de Química Inorgánica Dña. Mª RUFINA BASTIDA DE LA CALLE, CATEDRÁTICA, D. ALEJANDRO A. MACÍAS LUACES, PROFESOR TITULAR, Dña. Mª ELENA LABISBAL VIQUEIRA, PROFESORA CONTRATADA DOCTORA, todos ellos profesores del Departamento de Química Inorgánica de la Universidad de Santiago de Compostela HACEN CONSTAR: Que el trabajo que se recoge en la memoria titulada SÍNTESIS DE NUEVOS RECEPTORES MACROCÍCLICOS TRANS-SUSTITUIDOS Y DE SUS COMPLEJOS METÁLICOS, fue realizado bajo nuestra dirección, por el licenciado en Química D. Rodrigo Lamelas González, en el Departamento de Química Inorgánica de la Universidad de Santiago de Compostela, y que autorizamos su presentación como Tesis Doctoral, para la obtención del grado de Doctor en Química por parte del interesado. Santiago de Compostela, 27 de Julio del 2015 Fdo.: Mª Rufina Bastida Fdo.: Alejandro A. Macías Fdo.: Mª Elena Labisbal Fdo.: Rodrigo Lamelas González Agradecimientos La elaboración de este trabajo nunca habría llegado a buen puerto, de no ser por la ayuda y el apoyo de muchas personas. Intentaré mostraros mi agradecimiento en unos cuantos párrafos, aunque ésto para mí, es casi una misión imposible, pero dicen que la intención es lo que cuenta. En primer lugar, me gustaría dar las gracias a los Drs. Mª Rufina Bastida de la Calle, Alejandro A. Macías Luaces y Mª Elena Labisbal Viqueira, por su excelente labor a la hora de dirigir esta Tesis, por todo lo que me habéis enseñado durante estos años y por vuestra infinita paciencia. Gracias de corazón. Gracias a los compañeros que he tenido durante estos años en el grupo de investigación: Vero, Anxela, Javi y Pablo Caramés, gracias a los buenos ratos que pasamos en el laboratorio, la elaboración de este trabajo ha sido más llevadero. No quiero olvidarme del resto de compañeros del departamento de Química Inorgánica: Jaime, Pablo Frieiro, Adolfo, Brais, Marcelo, Lucía, Paula Polo, Paula Munín, Suso, Cris y Fati (gracias por la elaboración de los estudios DFT), recordaré con cariño nuestras charlas y discusiones de los cafés además de otras cosas. A Juan y a Cristina por la amabilidad de estos años. Gracias a la Dra. Laura Mª Valencia Matarranz por los estudios de RMN de los complejos con iones lantánidos, al Dr. Carlos Lodeiro Espiño y a los componentes de su grupo de investigación por los estudios espectrofotómetricos y a la Dra. Matilde Yáñez Jato por los estudios biológicos. Al Dr. Ricardo Alonso Alonso por su ayuda con las síntesis orgánicas. Índice ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN ...................................................................... 2 1. QUÍMICA MACROCÍCLICA ................................................. 3 1.1. Contexto histórico ............................................................ 3 1.2. Características generales .................................................. 6 1.2.1. Clasificación de los sistemas macrocíclicos ............. 6 1.2.2. El efecto macrocíclico ............................................ 10 1.2.3. El tamaño de la cavidad y del catión metálico ....... 11 1.2.4. Otras consideraciones ............................................. 12 1.3. Síntesis de ligandos macrocíclicos ................................. 14 1.3.1. Síntesis directa........................................................ 16 1.3.2. Bases de Schiff ....................................................... 17 1.3.3. Síntesis template ..................................................... 19 1.4. Síntesis de complejos con ligandos macrocíclicos ......... 22 2. MACROCICLOS CON PENDANT-ARMS ........................... 25 3. LOS MACROCICLOS Y LA QUÍMICA SUPRAMOLECULAR .................................................................. 29 4. LOS IONES LANTÁNIDOS ................................................. 31 4.1. Propiedades luminiscentes de los complejos con iones lantánidos ................................................................................... 33 4.2. RMN en complejos paramagnéticos de los lantánidos ... 39 4.2.1. Desplazamientos inducidos por los lantánidos (LIS) ..... 39 4.2.2. Relajaciones inducidas por los lantánidos (LIR) ........... 44 5. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE OTROS METALES ..... 47 5.1. Cobalto ........................................................................... 47 5.2. Níquel ............................................................................. 48 Índice 5.3. Cobre .............................................................................. 48 5.4. Zinc ................................................................................ 49 5.5. Cadmio ........................................................................... 50 6. APLICACIONES DE LOS MACROCICLOS Y DE SUS COMPLEJOS METÁLICOS ......................................................... 51 6.1. Biocatálisis ..................................................................... 52 6.2. Agentes de contraste en medicina .................................. 52 6.3. Receptores aniónicos ...................................................... 55 6.4. Catalizadores biológicos ................................................ 57 6.5. Sensores químicos de fluorescencia ............................... 58 7. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ............................................. 63 8. OBJETIVOS Y PLAN DE TRABAJO .................................. 71 2. EXPERIMENTAL ....................................................................... 75 9. DISOLVENTES Y REACTIVOS ......................................... 77 9.1. Disolventes ..................................................................... 77 9.1.1. Secado de disolventes ............................................. 78 9.2. Disolventes deuterados ................................................... 78 9.3. Reactivos ........................................................................ 79 9.4. Sales metálicas ............................................................... 80 10. TÉCNICAS DE ESTUDIO Y CARACTERIZACIÓN ..... 83 10.1. Análisis elemental .......................................................... 83 10.2. Determinación de puntos de fusión ................................ 83 10.3. Medidas de conductividad molar ................................... 84 10.4. Espectroscopia IR ........................................................... 84 10.5. Espectrometría de masas ................................................ 84 Índice 10.6. Espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear ........ 84 10.7. Espectroscopia de emisión de fluorescencia .................. 85 10.8. Difracción de Rayos X ................................................... 85 10.9. Estudios biológicos de actividad catalasa ...................... 86 11. SÍNTESIS DE LOS PRECURSORES ............................... 87 11.1. 2,6-Diformilpiridina ....................................................... 87 11.2. Síntesis del ligando precursor La .................................... 88 11.3. Síntesis del ligando precursor Lb .................................... 90 11.4. Síntesis del ligando precursor LcI2 ................................. 92 12. SÍNTESIS DE LOS LIGANDOS Y DE SUS COMPLEJOS ..... 93 12.1. Síntesis del ligando L1 .................................................... 93 12.2. Síntesis de los complejos del ligando L1 ........................ 95 12.3. Síntesis del ligando L2 .................................................... 97 12.4. Síntesis de los complejos del ligando L2 ........................ 99 12.5. Síntesis del ligando L3 .................................................. 100 12.6. Síntesis de los complejos del ligando L3 ...................... 102 12.7. Síntesis del ligando L4 .................................................. 104 12.8. Síntesis del ligando L5 .................................................. 106 12.9. Síntesis de los complejos del ligando L5 ...................... 107 12.10. Síntesis del ligando L6 .................................................. 109 12.11. Síntesis de los complejos del ligando L6 ...................... 111 12.12. Síntesis del ligando L7 .................................................. 113 12.13. Síntesis de los complejos del ligando L7 ...................... 115 12.14. Síntesis del ligando L8 .................................................. 117 12.15. Síntesis de los complejos del ligando L8 ...................... 119 Índice 3. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ......................................... 121 13. LIGANDO L1 ................................................................... 123 13.1. Síntesis de los complejos de L1 .................................... 124 13.2. Estudios en disolución de los complejos de L1 por RMN 139 13.3. Conclusiones ................................................................ 148 14. LIGANDO L2 ................................................................... 151 14.1. Síntesis de los complejos de L2 .................................... 152 14.2. Conclusiones ................................................................ 157 15. LIGANDO L3 ................................................................... 159 15.1. Síntesis del ligando L3 .................................................. 159 15.2. Síntesis de los complejos de L3 .................................... 165 15.3. Estudios espectrofotométricos ...................................... 172 15.4. Valoraciones con TBAF ............................................... 177 15.5. Conclusiones ................................................................ 178 16. LIGANDO L4 ................................................................... 179 16.1. Síntesis del ligando L4 .................................................. 179 16.2. Conclusiones ................................................................ 187 17. LIGANDO L5 ................................................................... 189 17.1. Síntesis del ligando L5 .................................................. 189 17.2. Síntesis de los complejos de L5 .................................... 195 17.3. Estudios biológicos ...................................................... 202 17.4. Conclusiones ................................................................ 205 18. LIGANDO L6 ................................................................... 207 18.1. Síntesis del ligando L6 .................................................. 207 18.2. BHT .............................................................................. 213 18.3. Síntesis de los complejos de L6 .................................... 215 Índice 18.4. Conclusiones ................................................................ 222 19. LIGANDO L7 ................................................................... 223 19.1. Síntesis del ligando L7 .................................................. 223 19.2. Síntesis de los complejos de L7 .................................... 233 19.3. Cálculos DFT ............................................................... 239 19.4. Conclusiones ................................................................ 242 20. LIGANDO L8 ................................................................... 245 20.1. Síntesis del ligando L8 .................................................. 245 20.2. L9Br2 ............................................................................. 247 20.3. Síntesis de los complejos de L8 .................................... 251 20.4. Conclusiones ................................................................ 257 4. Anexo 1. INTRODUCCIÓN Química macrocíclica 3 1. QUÍMICA MACROCÍCLICA 1.1. Contexto histórico Una de las áreas de investigación más importante de la Química Inorgánica es la Química Supramolecular, en la cual juegan un papel determinante los compuestos macrocíclicos. Un “macrociclo” se define como: una molécula cíclica con tres o más átomos dadores en la que el anillo es de por lo menos nueve miembros.1 Sus inicios se remontan a mediados del siglo XX con la obtención de los primeros macrociclos sintéticos: las ftalocianinas,2,3 cuya síntesis fue controlada mediante iones metálicos. El descubrimiento de estos macrociclos permitió a la comunidad científica su uso como modelos de sistemas biológicos. El punto de inflexión de esta incipiente disciplina se produce con la obtención de los éteres corona (Figura 1) por Pedersen4 y su complejación con iones de distintos metales. Figura 1. Éter corona 1 G. A. Nelson, Ed., Coordination Chemistry of Macrocyclic Compounds, Plenum Press. New York, 1979. 2 J. L. Atwood, J. Eric, D. Davies. “Compreh. Supramol. Chem.”, 1995, 9, 14. 3 O. Bekaroglu, Appl. Organomet. Chem., 1996, 10, 605. 4 C. J. Pedersen, J. Am. Chem. Soc.,1967, 89, 7017. I n t r o d u c c i ó n Química macrocíclica . 10 1.2.2. El efecto macrocíclico Este término hace referencia a una estabilidad adicional, termodinámica,14,15 que presentan los complejos de ligandos cíclicos respecto a los complejos con ligandos análogos de cadena abierta. Los primeros autores en señalar este tipo de efecto fueron Cabbiness y Margerum,16 describiendo que la estabilidad de los ligandos tetraamínicos cíclicos era 10 veces mayor que el efecto quelato observado para complejos de Cu(II) con aminas monodentadas y multidentadas. La preorganización del ligando macrocíclico favorece la formación del complejo, mientras que en el caso de ligandos acíclicos debe someterse a un reordenamiento estérico antes de que se origine la coordinación. No existe una única razón que explique este hecho, algunos autores afirman que se debe a factores entrópicos,17 mientras que otros apuntan a un origen entálpico.18 Además de los factores mencionados anteriormente, existen otros que también pueden afectar a la estabilidad termodinámica de los complejos macrocíclicos, como son los cambios de reactivos y productos en disolución, diferencias en las interacciones de enlace de hidrógeno entre las aminas cíclicas y sus homólogos de cadena abierta, etc. En el caso del efecto cinético, se encontró que la velocidad de complejación y de disociación de muchos ligandos macrocíclicos es más lenta que la de sus ligandos análogos de cadena abierta. Esto es debido a que al no tener extremos, la salida de un ligando macrocíclico de la esfera de coordinación del metal es más difícil que la salida de un ligando análogo de cadena abierta. 14 M. Kodama, E. Kimura, J. Chem. Soc., Dalton Trans.,1975, 2341. 15 F. P. Hinz, D. W. Margerum, Inorg. Chem., 1974, 13, 2941. 16 D. K. Cabbiness, D. W. Margerum, J. Am. Chem. Soc., 1969, 91, 6540. 17 D. Munro, Chem. Br., 1977, 13, 100. 18 F. Lindoy, D. H. Busch, Preparative Inorganic Reactions, 1971, 6. I n t r o d u c c i ó n Química macrocíclica 11 1.2.3. El tamaño de la cavidad y del catión metálico El tamaño de la cavidad de un ligando macrocíclico es un parámetro estructural de gran importancia, ya que influye de forma notable en las propiedades de los complejos cíclicos y esto repercute en su selectividad. Los átomos dadores se encuentran espaciados de tal manera que cuando coordinan forman anillos quelato de cinco, seis e incluso siete miembros. De esta forma, un macrociclo con tres átomos dadores presentará cavidades de entre nueve y trece miembros, uno con cuatro de entre doce y diecisiete, y otro de seis entre dieciocho y veinticinco miembros. La naturaleza de los átomos dadores y su hibridación también afecta al tamaño de la cavidad macrocíclica, pudiéndose producir expansiones o contracciones del anillo como consecuencia de la coordinación de iones metálicos cuyos radios son mayores o menores que el tamaño del hueco natural del macrociclo.19 El cambio de un átomo dador pequeño por otro de mayor tamaño afecta a la cavidad disponible, reduciéndola. Pero este efecto tiene como contrapartida el incremento de la circunferencia del anillo macrocíclico que provoca la formación de enlaces más largos con el átomo de mayor tamaño. Así, esto es lo que suele ocurrir cuando se sustituye un átomo de nitrógeno por uno de azufre. 19 M. G. Drew, J. Nelson, S. M. Nelson, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1981, 1685. I n t r o d u c c i ó n Química macrocíclica . 12 1.2.4. Otras consideraciones Cram20 fue el primer autor en emplear el término “Química receptor-substrato”, para describir el campo, hasta entonces relativamente nuevo, de la química de complejación ejemplificada por los éteres corona y criptandos. Cram comprobó que tanto unos como otros, cuando se encontraban en su forma libre, no disponían de una cavidad apropiada para alojar al ion metálico, ni tenían sus átomos dadores dispuestos adecuadamente para poder coordinar al metal. En estos casos, la complejación de un catión metálico por parte de un ligando macrocíclico debe de ir precedida por la reorganización y desolvatación del mismo, con lo que se produciría una disminución de la estabilidad del complejo resultante. Por este motivo, se enunció el principio de complementariedad y el principio de preorganización para aplicarlos en el diseño y síntesis de nuevos receptores moleculares. ►Principio de complementariedad. El reconocimiento estructural de una molécula receptora hacia un substrato determinado viene regido por el principio de complementariedad. Este principio indica básicamente que en un complejo, la molécula receptora debe poseer unos puntos de enlace que puedan contactar y atraer al substrato, sin que se generen repulsiones internas. Para conseguir esto, es necesario obtener un ligando (receptor) que se enlace perfectamente al substrato, es decir, que se adapte de forma óptima a los requerimientos del substrato, en términos de tamaño, número, tipo y distribución de los átomos dadores, conformación, compatibilidad esférica de grupos vecinos, etc. 20 D. J. Cram, J. M. Cram, Science, 1974, 183, 803. I n t r o d u c c i ó n Química macrocíclica 13 ►Principio de preorganización. Se dice que un ligando está preorganizado cuando la conformación que adopta al enlazarse a un substrato es prácticamente idéntica a la que tiene en estado libre. Cuanto menos solvatado y más organizado esté un ligando antes de la complejación, más estables serán los complejos formados. Hoy en día existe una gran cantidad de receptores macrocíclicos, muchos de los cuales han sido diseñados específicamente para que posean unas propiedades determinadas. A continuación se muestra de forma resumida y muy esquemática algunas de las clases de macrociclos más representativas (Figura 6). Figura 6. Ejemplos de distintos tipos de macrociclos. I n t r o d u c c i ó n Química macrocíclica . 14 1.3. Síntesis de ligandos macrocíclicos La síntesis de un macrociclo se puede realizar a partir de una cadena o de un grupo lineal de fragmentos, el paso más importante consiste en la conexión de los extremos de la cadena, esto puede ocurrir dentro de la misma cadena o bien ser el resultado del ensamblaje in situ de unidades bifuncionales. Hay diversas formas de obtener ligandos macrocíclicos (Figura 7): ►Ciclación simple. ►Ciclación conjunta con otra molécula, también conocida como cierre o captura. ►Condensación de dos o cuatro unidades que pueden ser idénticas o diferentes. Figura 7. Métodos de ciclación I n t r o d u c c i ó n Química macrocíclica 15 La síntesis de ligandos de gran tamaño fue un problema durante muchos años dado que la reacción de ciclación es entrópicamente desfavorable, debido a la baja probabilidad de que dos partes terminales de la misma cadena se encuentren para formar una molécula cíclica. En general, los procesos de condensación intermolecular para dar lugar a productos de policondensación (oligómeros y/o polímeros) son mucho más favorables. De tal modo que para sintetizar un ligando dado, será necesario favorecer la reacción de ciclación frente a la de policondensación (Figura 8). Figura 8: Esquema de una reacción de ciclación frente a una de policondensación Los procedimientos de síntesis de ligandos macrocíclicos son muchos y muy variados. Sin embargo, se pueden dividir en dos grandes grupos: síntesis directa y síntesis template. I n t r o d u c c i ó n Química macrocíclica . 16 1.3.1. Síntesis directa En este tipo de síntesis el proceso de ciclación sigue una reacción orgánica convencional y no depende de la influencia directa de ningún ion metálico. La síntesis directa implica la reacción en concentraciones equimolares de los reactivos requeridos que incorporan los fragmentos precisos para formar el macrociclo deseado. Los rendimientos suelen ser bajos debido a la competitividad que se genera entre la síntesis propiamente dicha y las reacciones de policondesación. Para minimizar la competencia de las reacciones de policondesación, estas síntesis es habitual realizarlas en condiciones de alta dilución, técnica diseñada por P. Ruggli21 en 1912 para la formación de amidas cíclicas. Este método consiste en trabajar con la concentración necesaria para favorecer los procesos de ciclación intramolecular frente a los procesos de polimerización o ciclación intermolecular. El método de alta dilución fue desarrollado y ampliamente utilizado por Ziegler y Lüttringhans y fue analizado teóricamente por Stool y Salomon22,23 en 1935. Más recientemente se han hecho estudios sobre esta técnica trabajando en medio líquido homogéneo, heterogéneo y en medio sólido-líquido heterogéneo.24 Otro método consiste en utilizar un soporte polimérico que ponga en contacto ambos reactivos al mismo tiempo y los inmovilice favoreciendo la ciclación.25 21 P. Ruggli, Liebigs Ann., 1912, 92, 392; 1913, 174, 399; 1917, 1, 412. 22 G. Salomon, Helv. Chim. Acta, 1934, 17, 851; 1936, 19, 743. 23 W. Baker, J. F. W. McOmie, W. D. Ollis, J. Chem. Soc.,1951, 100. 24 P. Knops, N. Send-Hoff, H. B. Mekelburger, F. Vogel, Ibid.,1991, 1, 161. 25 J. S. Bradshaw, J. Y. Hui, Y. Chan, B. L. Haymore, R. M. Izatt, J. J Christensen, J. Heterocyclic Chem., 1974, 11, 45. I n t r o d u c c i ó n Química macrocíclica 17 Además de las reacciones de policondensación, otra de las dificultades que derivan de la preparación de macrociclos libres es que, tras la síntesis, se pueden obtener mezclas de un elevado número de isómeros. Por esto, es habitual la introducción de grupos rígidos (anillos aromáticos) que disminuyan las posibilidades de rotación de la cadena y signifiquen una pérdida de entropía del sistema facilitando la ciclación.26 Las condiciones en las que se lleva a cabo la síntesis influyen tanto en el rendimiento de la reacción como en la naturaleza del producto obtenido. Factores tales como la pureza del disolvente o el impedimento estérico27 pueden forzar la formación de un determinado macrociclo distinto al esperado inicialmente. 1.3.2. Bases de Schiff El nombre de base de Schiff28 hace referencia a la reacción orgánica que las origina. Son compuestos que contienen un grupo imino o azometina y se forma mediante la condensación de una amina primaria con un carbonilo activo que procede de un aldehído o cetona (Figura 9). El proceso consta de las siguientes etapas: (1) Adición nucleófila del grupo amino al carbonilo. (2) Transferencia protónica. (3) Formación del enlace imínico. (4) Pérdida de un protón que conduce a la formación de la base de Schiff y una molécula de agua. 26 B. L. Shaw, J. Am. Chem. Soc., 1975, 17, 3856. 27 J. de O. Cabral, M. F. Cabral, M. G. B. Drew, F. S. Esho, O. Haas, S. M. Nelson, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1982, 1066. 28 H. Schiff, Ann., 1684, 131, 118. I n t r o d u c c i ó n Química macrocíclica . 18 Figura 9. Mecanismo de formación de una base de Schiff En la síntesis de ligandos macrocíclicos bases de Schiff a partir de precursores dicarbonílicos y diamínicos, pueden obtenerse diversos productos de condensación según el número de subunidades que entren a formar parte del ligando: los más habituales son los macrociclos con estequiometrias [1+1] y [2+2]. La autocondensación de los precursores, carbonílicos apropiados con poliaminas adecuadas permite sintetizar ligandos macrocíclicos tipo base de Schiff con estructuras que van desde la simple planaridad hasta la formación de estructuras tridimensionales. La bibliografía recoge un elevado número de síntesis con ligandos de este tipo, tanto monocomo polinucleares.29 29 N. E.Nataliya, M. D. Reshetova, Y. A. Ustynyuk, Chem. Rev., 2007, 46, 107. I n t r o d u c c i ó n Química macrocíclica 19 1.3.3. Síntesis template Este método de síntesis consiste en realizar el proceso de ciclación en presencia de un ion metálico. La síntesis template implica la aproximación in situ de los fragmentos que componen el macrociclo en presencia de un catión metálico que actúa como “plantilla” en la formación del ligando. Se dice que el substrato metálico es un agente template y a su influencia en el curso de la reacción se le denomina efecto metálico template.30 El hecho de que la presencia del ion metálico sea favorable depende de una serie de factores como: configuración electrónica, tamaño de la cavidad macrocíclica, tamaño del ion metálico, número y naturaleza de átomos dadores y posibles conformaciones en el macrociclo coordinado. Según Thompson y Busch31 el substrato metálico puede desempeñar dos efectos al actuar como agente template: • Efecto termodinámico template: el ion metálico puede secuestrar al producto cíclico desplazando el equilibrio de la reacción hacia la formación del macrociclo bajo la forma del complejo metálico. •Efecto cinético template: el catión metálico puede dirigir el curso estérico de la reacción. Se plantea que la esfera de coordinación del metal sirve de punto de encuentro, manteniendo los grupos reactivos en la posición adecuada, para que se origine una reacción estéricamente muy selectiva. Cuando la ciclación se lleva a cabo por el método template, la elección del metal así como el tamaño de la cavidad macrocíclica pueden ser decisivos a la hora de determinar cuál de los dos efectos será el predominante (Figura 10). 30 L. F. Lindoy, D. W. Margerum, Inorg. Chem., 1974, 13, 2941. 31 M. C. Thompson, D. H. Busch, J. Am. Chem. Soc.,1964, 86, 3651. I n t r o d u c c i ó n Macrociclos con pendant-arms .. 26 Estas cadenas pueden tener un único átomo dador o varios, pueden ser rígidas con un elevado número de insaturaciones, pueden ser flexibles, largas, cortas, etc. La presencia de átomos dadores en los brazos, confiere a estos ligandos una estabilidad adicional, ya que estos grupos se sitúan al lado del ion metálico facilitando su coordinación. Por otro lado, los grupos pendant-arms funcionalizados pueden ser modificados alterando consecuentemente las propiedades del sistema, como puede ser la inserción de fluoróforos o formación de entidades más complejas como son los bis-macrociclos. Una propiedad clave a tener en cuenta es la solubilidad. Así, para el uso industrial de macrociclos con pendant-arms en procesos de separación, es necesario que éstos sean solubles en disolventes no coordinantes. Por el contrario en aplicaciones biológicas resulta casi imprescindible que sean solubles y estables en agua, lo que se consigue utilizando grupos colgantes de naturaleza iónica como pueden ser los acetatos, fosfonatos o fosfinatos.43 Quizás, el grupo más estudiado de macrociclos con pendant-arms lo constituye el grupo de los poliaza-macrociclos saturados que incorporan brazos colgantes unidos a los átomos de nitrógeno del esqueleto macrocíclico, a esta categoría pertenece el ligando representado en la Figura 12.44 Hasta mediados de los 90, el interés en este tipo de ligandos (macrociclos con pendant-arms) estaba centrado en las técnicas sintéticas y en el establecimiento de sus características coordinativas. En la actualidad se diseñan macrociclos con pendant-arms de segunda generación, pensando en aplicaciones concretas en diferentes áreas de investigación científica,45 como 43 I. Lukes, J. Kotek, P. Vojtíšek, P. Hermann, Coord. Chem. Rev., 2001, 216, 287. 44 K. P. Wainwright, Coord. Chem. Rev., 1997, 35, 166. 45 K. P. Wainwright, Adv. Inorg. Chem., 2001, 52, 293. I n t r o d u c c i ó n Macrociclos con pendant-arms 27 puede ser en el campo de la bioinorgánica, ya que pueden ser utilizados como miméticos de sistemas enzimáticos (ej: enzimas fosfatasas). También cabe señalar su aplicación como sensores químicos de fluorescencia, etc. Todas estas aplicaciones serán más ampliamente discutidas en el apartado 5 de este capítulo. Figura 13. Unión de la ftalocianina a ocho tetraazamacrociclos Finalmente, hay que destacar que estos brazos colgantes pueden ser otros grupos macrocíclicos que permiten pensar en múltiples formas de coordinación. Por ejemplo la unión de catecoles al macrociclo 1,4,7,10,13,16-hexaazaciclooctadecano ha permitido la síntesis de nuevos sideróforos artificiales que se utilizan en medicina como agentes secuestrantes de hierro. Un ejemplo relevante es la unión de la ftalocianina a ocho tetraazamacrociclos (Figura 13). A la hora de hablar de macrociclos que incorporan grupos pendant-arms, no podemos pasar por alto el extenso estudio que ha realizado nuestro grupo de investigación sobre estos sistemas y sus complejos metálicos. A modo de ejemplo, I n t r o d u c c i ó n Macrociclos con pendant-arms .. 28 en la Figura 14 se muestran algunos de los macrociclos sintetizados.46 Figura 14. Algunos de los macrociclos con pendant-arms estudiados por nuestro grupo de investigación 46 (a) S. González, L. Valencia, R. Bastida, D. E. Fenton, A. Macías, A. Rodríguez, J. Chem. Soc., Dalton Trans.,2002, 3551. (b) L. Valencia, J. Martínez, A. Macías, R. Bastida, R. A. Carvalho, C. F. G. C. Geraldes, Inorg. Chem., 2002, 41, 5300. (c) M. C. Fernández-Fernández, R. Bastida, A. Macías, P. Pérez-Lourido, C. Platas-Iglesias, L. Valencia, Inorg. Chem., 2006, 45, 4484. (d) L. Valencia, R. Bastida, A. Macías, M. Vicente, P. Pérez-Lourido, New J. Chem., 2005, 29, 424. (e) M. C. Fernández-Fernández, R. Bastida, A. Macías, P. Pérez-Lourido, L. Valencia, Polyhedron, 2007, 26, 5317. (f) A. Freiría, R. Bastida, L. Valencia, A. Macías, C. Lodeiro, H. Adams, Inorg. Chim. Acta, 2006, 359, 2383. (g) E. Oliveira, M. Vicente, L. Valencia, A. Macías, E. Bértolo, R. Bastida, C. Lodeiro, Inorg. Chim. Acta, 2007, 360, 2734. I n t r o d u c c i ó n Los macrociclos y la química supramolecular 29 3. LOS MACROCICLOS Y LA QUÍMICA SUPRAMOLECULAR La Química Supramolecular resulta de la asociación de dos o más especies moleculares mediante fuerzas intermoleculares. Su estudio requiere de la comprensión de la química molecular o química del enlace covalente y de los conceptos asociados a la formación de las interacciones de tipo no covalente. Las interacciones moleculares son las responsables de numerosos procesos biológicos tales como reacciones enzimáticas, asociaciones antígeno-anticuerpo, señales de inducción por neurotransmisores, transcripción del código genético, etc. En base a estos procesos, es posible construir y diseñar moléculas o supermoléculas capaces de imitar procesos biológicos e incluso de generar nuevas formas de reconocimiento y activación. La unión de un substrato a un receptor para formar una supermolécula, constituye el pilar en el que se fundamenta la Química Supramolecular. Esta unión requiere de un reconocimiento molecular, que se puede definir como un proceso en el que la molécula receptora selecciona y se une a un susbtrato para realizar una función específica. La especie reconocida es la que presenta mayor grado de complementariedad electrónica y estructural con el receptor. Si el receptor tiene además centros reactivos se puede realizar una transformación química sobre el substrato y si el receptor contiene grupos lipófilos puede actuar como transportador a través de una membrana. Las funciones básicas de las especies supramoleculares están representadas por: reconocimiento molecular, transformación y transporte junto con los procesos de autoorganización (Figura 15). La Química Supramolecular I n t r o d u c c i ó n Los macrociclos y la química supramolecular . 30 puede ser considerada como una química de coordinación amplia, donde los substratos objeto de la coordinación no son únicamente iones metálicos, sino también aniones, moléculas neutras, cationes orgánicos, etc. Los diferentes compuestos macrocíclicos son moléculas que pueden dar lugar a reconocimiento molecular, catálisis y procesos de transporte, por este motivo este tipo de compuestos reúnen todas las condiciones necesarias para ser considerados como buenos receptores. Figura 15. Concepto de Química Supramolecular Puede afirmarse que la Química Supramolecular surgió a partir de la química macrocíclica, ya que su concepto principal, el reconocimiento molecular, se consideró por primera vez a la vista de la coordinación selectiva de los iones alcalinos y alcalinotérreos por parte de los éteres corona y los criptandos, hecho que ya ha sido comentado en apartados anteriores. I n t r o d u c c i ó n Los iones lantánidos 31 4. LOS IONES LANTÁNIDOS Los elementos que van del cerio al lutecio, conjuntamente con lantano, itrio y escandio, conforman las tradicionalmente llamadas tierras raras. De forma equívoca este nombre parece sugerir una escasa abundancia, cuando incluso el más escaso de todos ellos, el Lu, es más abundante que el Ta; el Nd es más abundante que Au o Hg, y el Tm más que Pb, Ni o Co. En realidad esta denominación hace referencia a los óxidos, forma en la cual se encuentran estos metales en la naturaleza. Son metales altamente electropositivos que tienen como estado de oxidación principal Ln(III), aunque algunos de estos metales pueden estabilizar otros estados de oxidación como Ce(IV), Sm(II), Eu(II) e Yb(II). En los complejos de los lantánidos los números de coordinación mayores de 6 son más bien la regla general y no la excepción, aunque se conocen compuestos con índices de coordinación de 3 a 12. Los complejos con ligandos macrocíclicos polidentados, coronandos, criptandos, calixarenos o bases de Schiff cíclicas o acíclicas, presentan generalmente índices de coordinación que llegan hasta 11 ó 12. Los iones lantánidos trivalentes se comportan como típicos ácidos duros, con lo que se coordinan preferentemente con bases duras como O o F, mejor que con N, S, o P. Las interacciones con dadores blandos ocurren principalmente en disolventes con bajo poder de solvatación. El caso del N es especial, ya que en agua, los poliaminocarboxilatos (dadores de N) se coordinan a los iones Ln(III); la interacción carboxilato-Ln(III) produce un desplazamiento del agua de hidratación del catión lo suficientemente alta como para permitir una posterior coordinación de los grupos amino sin que se produzca un I n t r o d u c c i ó n Los iones lantánidos . 32 desplazamiento adicional de más moléculas de agua.47 En disolventes no acuosos, los ligandos dadores de N son, algunas veces, ligandos más eficientes a la hora de coordinarse con los iones Ln(III) que los dadores de O. En lo que se refiere a las propiedades magnéticas de los lantánidos, el paramagnetismo es una característica común en los iones trivalentes de los lantánidos, y únicamente el La(III) (f 0) y el Lu(III) (f 14) son diamagnéticos. En los elementos de la primera serie de transición, la contribución del momento angular-orbital al momento magnético se contrarresta, en parte, por la interacción del campo de los iones o dipolos que lo rodean. En consecuencia, en los metales de la primera serie de transición el paramagnetismo viene determinado fundamentalmente por el momento de espín y tiene un valor máximo coincidente con el número máximo de electrones desapareados en los orbitales 3d. En el caso de los lantánidos, por el contrario, los momentos magnéticos presentan dos máximos a lo largo de la serie, ninguno de los cuales coincide con la configuración f 7 de máxima multiplicidad (Gd(III)). En lo que se refiere a propiedades espectrales, el apantallamiento de los orbitales f de los iones Ln(III) hace que la perturbación creada por los ligandos o aniones que le rodean, sobre las transiciones electrónicas sea mínima. Son innumerables las propiedades espectroscópicas y magnéticas de los iones Ln(III) que están siendo empleadas en el desarrollo de técnicas analíticas en la investigación química, bioquímica y médica. Entre todas las aplicaciones de estos iones, cabe destacar el marcaje de ADN con iones Ln(III), muy utilizado en la detección de secuencias de ácidos nucleicos 47 G. R. Choppin, Lanthanides probes in life, chemical and earth sciences, J. C. G. Bünzli, G. R. Choppin (eds.), Elsevier Science, Amsterdam, 1989, 1, 1. I n t r o d u c c i ó n Los iones lantánidos 33 específicas o su utilización como agentes de contraste adecuados para su empleo en resonancia magnética de imagen.48 4.1. Propiedades luminiscentes de los complejos con iones lantánidos Los lantánidos, como ya se ha comentado anteriormente, son los 14 elementos que siguen al lantano en la Tabla Periódica, de modo que los 14 electrones 4f se suman sucesivamente a la configuración de lantano. Los complejos de los iones lantánidos, son capaces de absorber la radiación ultravioleta y emitir parte de esa energía en forma de luz visible debido a transiciones f→f. En estos iones las transiciones de más baja energía se realizan en la capa 4f, y estos electrones están fuertemente apantallados por las capas 5s y 5p, por lo que están débilmente involucrados en la coordinación. Por ello la multiplicación de los estados electrónicos por efecto del campo ligando es menor y de menor energía que en los complejos de metales de transición, con lo que los saltos energéticos son suficientemente grandes como para que las transiciones energéticas sean efectivas. Dado el apantallamiento de los electrones 4f los niveles electrónicos de un ion dado suelen ser muy similares independientemente del ligando que lo rodea. Los espectros de emisión de estos cationes están formados por bandas a distintas frecuencias debidas a transiciones f→f desde el estado excitado de más baja energía al estado fundamental. Estas bandas, estrechas y bien definidas, son características de cada metal y se llaman emisiones de línea. Estas emisiones provienen del estado excitado 5D0 (E= 17200 cm-1) para Eu(III), 5D4 (E = 20500 cm-1) para Tb(III) y 4F4/3 (E = 10200 cm-1) para Nd(III). 48 (a) K. Kumar, M. F. Tweedle, Pure Appl. Chem., 1993, 65, 515. (b) G. R. Choppin, K. M. Schaab, Inorg. Chim. Acta, 1996, 252,(1-2), 299. I n t r o d u c c i ó n Los iones lantánidos . 34 Debido a los bajos coeficientes de absorción molar que presentan los iones lantánidos (normalmente menores de 1 L mol-1·cm-1), la excitación directa de estos iones es muy poco eficaz, y por ello son de gran utilidad los ligandos orgánicos que encapsulen a estos iones y que a menudo presentan también una parte cromófora que sirve de antena en la transferencia de energía al ion. El ligando orgánico no solo aísla al metal de las moléculas de agua, sino que es capaz de absorber mayor cantidad de energía de excitación, siendo un estado excitado del ion lantánido el que da origen a la emisión. La Figura 16 explica esta transferencia de energía.49 Figura 16. Diagrama de Jablonski Una vez que una molécula absorbe energía en forma de radiación electromagnética (pasa desde un estado fundamental S0 hasta uno de los estados vibracionales S1) hay diferentes rutas para volver al estado fundamental. La molécula pierde rápidamente el exceso de energía vibracional por desactivación no radiativa (conversión interna) cayendo al estado más bajo en 49 (a) G. A. Crosby, R. E. Wham, R. M. Alire, J. Chem.. Phys., 1961, 34, 743; (b) G. A. Crosby, R. E. Whan, J. J. Freeman, J. Chem.. Phys., 1962, 66, 2493. I n t r o d u c c i ó n Los iones lantánidos 35 energía de S1 y permanece en ese estado aproximadamente 10-8s. A partir de ese estado la molécula puede emitir un fotón entre estados del mismo espín dando lugar a fluorescencia, o bien pasar a un estado triplete T mediante el proceso de cruce entre sistemas. Si la molécula emite el fotón a partir de ahí, el espín de los niveles inicial y final es diferente y la emisión se llama fosforescencia. Dado que la fluorescencia es estadísticamente mucho más probable que la fosforescencia, el tiempo de vida de los estados fluorescentes es muy corta (10-5 a 10-8 segundos) y el de la fosforescencia algo más largo (desde 10-4 segundos hasta minutos o incluso horas). Pero a partir de este estado triplete la energía puede ser transferida a un nivel ff* apropiado del ion lantánido, y la pérdida de energía desde el ion puede producirse mediante un proceso no radiativo o provocar la emisión de luz (luminiscencia). Con el fin de conseguir una emisión de luz óptima, los procesos de fluorescencia, fosforescencia y la desactivación no radiativa desde el ion metálico deben minimizarse. Por otro lado, el cruce entre sistemas y la transferencia de energía desde el ligando hacia el ion lantánido deben de ser muy eficaces. Esta eficacia en la transferencia de energía depende entre otros factores de la diferencia de energía entre el estado triplete del ligando y el estado emisivo del metal. Dicha diferencia debería ser superior a 1500 cm-1 para impedir una retrotransferencia de energía desde el estado emisivo del metal hasta el estado triplete del ligando mediante procesos térmicos. Este mecanismo es la propuesta comúnmente aceptada y lo que explica los resultados de la mayor parte de los complejos estudiados. La localización de los niveles o las velocidades de desactivación de dichos niveles, se realizan sobre complejos de Gd, en los que no se produce transferencia de energía al catión I n t r o d u c c i ó n Los iones lantánidos . 42 Cuando una serie de complejos de los iones lantánidos es isoestructural, los valores de Fi y Gi para los diferentes núcleos del ligando son independientes del ion lantánido, de manera que si representamos LISi /<Sz>j frente a Cj /<Sz>j y LISi /Cj frente a <Sz>j /Cj, se deberían obtener líneas rectas. Sin embargo, debido a que el tamaño de los iones lantánidos decrece a lo largo de la serie, se producen cambios en la disposición de los ligandos alrededor del ion lantánido, dando lugar a variaciones en el valor de Gi. Los valores absolutos de Cj para la primera parte de la serie (Ln = Ce → Eu) son más pequeños que los de la segunda parte (Ln = Tb → Yb) (Tabla 4.2), con lo que una pequeña variación en el valor de Gi se magnifica cuando utilizamos la ecuación 5, observándose desviaciones de la linealidad en las gráficas.63 No obstante los valores de Fi no varían por esos ligeros cambios y las gráficas obtenidos de la ecuación 6 son lineales. Además, si se produce un cambio estructural a lo largo de la serie, como un cambio en el número de coordinación, entonces Fi y Gi dejan de ser constantes y las gráficas de las ecuaciones anteriores dejarán de ser lineales.64 Los desplazamientos de pseudocontacto fueron calculados por Bleaney, y tras una serie de operaciones se llega a la ecuación 7:65 Δp = D1 + D2 (ec. 7) r, θ y Φ: coordenadas esféricas del núcleo en estudio con respecto al ion lantánido situado en el origen de coordenadas; D1 y D2: constantes 63 J. A. Peters, J. Magn. Reson., 1972, 8, 91. 64 J. A. Peters, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1988, 4, 961. 65 B. Bleaney, J. Magn. Reson., 1972, 8, 91. I n t r o d u c c i ó n Los iones lantánidos 43 En sistemas con un eje de simetría de orden n ≥ 3, el segundo término de la ecuación 7 es igual a cero obteniéndose la ecuación 8, aunque en la práctica sólo se tiene en cuenta el primer término, incluso en el caso de que la molécula carezca de simetría axial. Δp = C (ec. 8) C: nueva constante Los desplazamientos de contacto (Δc) vienen dados por la ecuación 9: Δc = <Sz>j Fi = <Sz> 106 (ec. 9) <Sz>j: valor reducido de la polarización de espín media μβ: magnetón de Bohr k: constante de Boltzmann γ1: razón giromagnética del núcleo en estudio T: temperatura absoluta A/ h : constante de acoplamiento hiperfina (rad.s-1) Δc : viene dado en ppm El desplazamiento de contacto de un núcleo unido directamente al lantánido es muy grande, disminuyendo rápidamente a medida que aumenta el número de enlaces existentes entre dicho ion y el núcleo en estudio, de tal manera que en los complejos de los lantánidos se pueden reconocer los átomos dadores conociendo la magnitud de los valores de Fi. I n t r o d u c c i ó n Los iones lantánidos . 44 4.2.2. Relajaciones inducidas por los lantánidos (LIR) Cuando un ligando coordina a un ion lantánido paramagnético se produce un aumento en las velocidades de relajación longitudinal (1/T1) y transversal (1/T2). Los tiempos de relajación longitudinales se suelen medir por la técnica de inversión-recuperación,66 y los transversales se miden mediante la secuencia de pulsos Carr-Purcell-Meiboom-Gill67 o bien midiendo la anchura de las señales a media altura, mediante la relación: 1/T2 = πΔν1/2, donde Δν1/2 es la anchura a media altura de la señal de RMN de un núcleo determinado. El aumento de las velocidades de relajación tiene dos contribuciones importantes: una contribución de esfera interna, que corresponde a núcleos que se encuentran en la primera esfera de coordinación del ion lantánido y una de esfera externa, que suele ser pequeña y por tanto despreciable. El primer paso en el análisis de los datos experimentales, es realizar la medida de las velocidades de relajación en el ligando coordinado al ion lantánido (1/Ti,M, i=1,2). Independientemente del régimen de intercambio entre el complejo y el ligando libre e independientemente de la diferencia en las frecuencias para un núcleo dado, 1/Ti,M está relacionado con el valor experimental de 1/Ti,obs.68 Una vez realizado el cálculo de 1/Ti,M, estos valores deben corregirse restando las velocidades de relajación de los complejos de La(III) o Lu(III) con el fin de eliminar cualquier contribución diamagnética. La relajación así obtenida puede atribuirse a la interacción entre el campo magnético fluctuante 66 R. L. Vold, J. S. Waugh, M. P. Klein, D. E. Phelps, J. Chem. Phys., 1968, 43, 3831. 67 S. Meiboom, D. Gill, Rev. Sci. Instrum., 1958, 29, 688. 68 (a) D. E. O´Reilley, C. Poople, Jr., J. Phys. Chem., 1963, 67, 1762. (b) Z. Luz, S. Meiboom, J. Chem.Phys., 1964, 40, 2686. c) J. S. Leigh, Jr., J. Magn. Reson., 1971, 4, 308. I n t r o d u c c i ó n Los iones lantánidos 45 de los electrones desapareados del ion lantánido y los espines nucleares. Las velocidades de relajación están compuestas por tres tipos de contribuciones: de contacto o hiperfina (1/Ti,c), dipolar (1/Ti,p) y la de Curie (1/Ti,χ, Ln ≠ Gd): = + + (ec. 10) Las contribuciones de contacto (también llamadas escalares o hiperfinas) son el resultado de efectos a través de los enlaces.69 La contribución dipolar resulta de las interacciones que se producen a través del espacio debido a fluctuaciones aleatorias del campo electrónico.70 Por último, el mecanismo de Curie o de susceptibilidad, es otro efecto bipolar que resulta de la interacción del espín nuclear con la media térmica del espín electrónico. Mientras que las velocidades de relajación transversales (T2) están gobernadas por diversos mecanismos, el dipolar predomina en las relajaciones longitudinales (T1) para moléculas pequeñas. Sin embargo, se ha demostrado que, para campos magnéticos elevados, la contribución de Curie a la relajación de los protones de moléculas tan pequeñas como los acuoiones de los lantánidos, se hace significativa (Ln ≠ Gd),71 en particular en la segunda mitad de la serie. 69 N. Bloembergen, J. Chem. Phys., 1957, 27, 572. 70 I. Solomon, Phys. Rev., 1955, 99, 559. 71 I. Bertini, F. Capozzi, C. Luchinat, G. Nicastro, J. Xia, J. Phys. Chem., 1993, 97, 6351. I n t r o d u c c i ó n Los iones lantánidos . 46 Como las dos contribuciones a la velocidad de relajación tienen la misma dependencia de la distancia r entre el núcleo en estudio y el ion Ln(III),72 sus efectos pueden combinarse en la expresión: R1p = 1/T1, p = k/r6 (ec. 11) k: constante proporcional al cuadrado del campo magnético aplicado. Se determinan los valores de T1 para los distintos protones y sus valores de R1p se obtienen corrigiendo los valores de 1/T1,M por la contribución diamagnética (1/T1,0), restando las velocidades de relajación para los mismos protones en un complejo diamagnético [La(III) o Lu(III)]. La contribución de Curie domina la velocidad de relajación transversal (1/T2,M) a campos magnéticos elevados, en la segunda mitad de la serie de los lantánidos, de manera que los efectos de los mecanismos de Curie y dipolar, se pueden combinar para dar la expresión:73 πΔν1/2 = R2p = 1/T2,M = k´/r6 (ec. 12) k´: constante proporcional al cuadrado del campo magnético aplicado 72 J. A. Peters, J. Huskens, D. J. Raber, Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc., 1996, 28, 283. 73 Y. Nishida, K. Hayashida, A. Sumita, Inorg. Chim. Acta, 1978, 51, 19. I n t r o d u c c i ó n Caracaterísticas generales de otros metales 47 5. GENERALES DE CARACTERÍSTICAS OTROS METALES En esta tesis doctoral se ha estudiado principalmente complejos metálicos con iones lantánidos, aunque también se han sintetizado complejos con metales de transición y posttransicionales. Los iones metálicos empleados en la síntesis de los complejos que se recogen en esta memoria (a excepción de los iones lantánidos) son: •Metales de transición: Co(II), Ni(II), Cu(II) y Ag(I) •Metales de post-transición: Zn(II), Cd(II) A continuación se comentan algunas de las propiedades de estos iones desde el punto de vista de la Química de Coordinación. 5.1. Cobalto El cobalto es uno de los metales menos abundantes en la naturaleza, ocupa la trigésima posición en el orden de distribución de elementos químicos en la corteza terrestre y es el más escaso de los metales de la primera serie de transición. Se conocen sus óxidos, haluros, sulfuros y otras sales. Suele presentar estados de oxidación bajos, siendo Co(II) y Co(III) los más habituales. Los complejos de Co(II) presentan, en su mayoría, índices de coordinación 4 y 6 con geometrías tetraédricas y octaédricas respectivamente, siendo el metal que forma mayor número de complejos tetraédricos debido a la alta energía de estabilización que tiene un sistema d7 en ese entorno. Debido a la escasa diferencia de estabilidad entre las geometrías tetraédricas y octaédricas, en algunos casos ambas se encuentran en equilibrio. Se conocen también compuestos con geometría planocuadrada, bipiramidal trigonal y piramiral de base cuadrada. I n t r o d u c c i ó n Características generales de otros metales . 48 La función biológica de mayor importancia del cobalto está relacionada con su presencia en la vitamina B12, participando como cofactor en un gran número de reacciones enzimáticas.74,75 5.2. Níquel El níquel ocupa la vigésimo segunda posición en abundancia entre los elementos de la naturaleza. Sus menas principales son sulfuros, óxidos, silicatos y arseniuros, aunque también puede formar compuestos binarios con P, Sb, Se, Te, C y B. Su estado de oxidación más frecuente es Ni(II), pudiendo formar complejos con índices de coordinación 4, 5 y 6, y de geometría octaédrica y planocuadrada, y ocasionalmente bipiramidal trigonal, piramidal de base cuadrada y tetraédrica. El Ni es considerado un componente necesario para el crecimiento de algunas bacterias anaeróbicas. Este metal está presente en cuatro tipos de enzimas distintos, con estados de oxidación y entornos de coordinación diferentes.76,77 5.3. Cobre El Cobre es un metal bastante abundante y ocupa la vigésimo quinta posición en el orden de abundancia de los elementos químicos en la naturaleza. El estado de oxidación más frecuente es Cu(II), los índices de coordinación más habituales son 4, 5 y 6, pero en raras ocasiones presenta geometrías regulares. Debido a que el Cu(II) presenta una configuración d 9, los complejos octaédricos y teraédricos tienden a sufrir una distorsión por efecto Jahn-Teller. El cobre se encuentra en un gran número de metaloproteínas, estando asociado a procesos que implican la 74 Z. Schneider, A. Stroinski, Comprehensive B12, de Gruyter, Berlín, 1978. 75 P. J. Toscano, L.G. Marzilli, Prog. Inorg. Chem.,1981, 31, 105. 76 A. B. Costa, Chem. Br., 1989, 25(8), 788. 77 C. Zirngibl, W. Van Dongen, R. von Bünau, M. Ritcher, A. Klein, R. K. Thauer, Eur. J. Biochem., 1992, 208(2), 511. I n t r o d u c c i ó n Caracaterísticas generales de otros metales 49 utilización de oxígeno por parte de sistemas biológicos, así como a sistemas transportadores de electrones. 5.4. Zinc El zinc es un poco más abundante que el cobre. El estado de oxidación más habitual es Zn(II), el estado monovalente no tiene gran importancia, aunque hay evidencias de que se pueden obtener iones Zn(I), fuertemente reductores y muy inestables. Debido a la estabilidad que le confiere la capa d completa, y a pesar de su posición en la tabla periódica, este elemento posee pocas de las propiedades características de los metales de transición. Los compuestos de Zn(II) son diamagnéticos e incoloros, su química de coordinación es abundante, aunque menos extensa que la de los metales transicionales. Dado que la configuración d10 no favorece ninguna geometría sobre otra, la estructura de un determinado compuesto vendrá dada por el volumen y el carácter polarizante del catión Zn(II) y por los requerimientos estéricos de los ligandos. Los complejos de índice de coordinación 4 con geometría tetraédrica son los más comunes en la química de coordinación del Zn(II), también es posible encontrar aductos como el [Zn(acac)2(H2O)] con geometría de prisma trigonal y cuyo índice de coordinación es cinco. Además es frecuente el índice de coordinación seis y en consecuencia la geometría octaédrica. Desde el punto de vista metabólico, después del hierro el zinc es el metal más importante, ya que se conocen un elevado número de sistemas biológicos que lo contienen, como es el caso de la anhidrasa carbónica,78,79 carboxipeptidasa A80 y la alcohol 78 F. Botrê, G. Gros, B. T. Storey, Carbonic Anhydrase, VCH, Weinheim, 1991. 79 Y. J. Zhemg, K. M. Merz, Jr., J. Am. Chem. Soc., 1992, 114, 1498. 80 D. W. Christianson, W. N. Lipscomb, Acc. Chem. Res., 1989, 22(2), 62. I n t r o d u c c i ó n Características generales de otros metales . 50 deshidrogenasa.81 De especial importancia son las proteínas capaces de reconocer secuencias de bases de ADN que presentan dominios típicos, constituidos por aminoácidos coordinados a iones Zn(II) que se conocen como dedos de zinc,82 en ellos el Zn(II) tiene un entorno tetraédrico. 5.5. Cadmio El cadmio es un elemento bastante escaso. Su química se reduce prácticamente al estado de oxidación II, y al igual que el zinc, nunca adopta estados de oxidación mayores que este. Los compuestos de Cd(II) son diamagnéticos e incoloros, al igual que el Zn(II), dado que la configuración d no favorece ninguna geometría sobre otra, la estructura de un determinado compuesto vendrá dada por el volumen y el carácter polarizante del catión Cd(II) y por los requerimientos estéricos de los ligandos. Para el caso del cadmio solo se han encontrado efectos negativos desde el punto de vista biológico, pudiendo desplazar e incluso reemplazar al zinc coordinado a grupos cisteína en determinados enzimas, siendo por tanto un metal tóxico.83 81 P. Tse, R. K. Scopes, A. G. Wess, J. Am. Chem. Soc., 1992, 111(23), 8703. 82 B. A. Krizek, J. M. Berg, Inorg. Chem., 1992, 31(13), 2984. 83 N. M. Price, F. M. M. Morel, Nature, 1990, 344(6267), 658. I n t r o d u c c i ó n Aplicaciones de los macrociclos y de sus complejos metálicos 51 6. APLICACIONES DE LOS MACROCICLOS Y DE SUS COMPLEJOS METÁLICOS Hace tiempo que se ha descubierto que las cavidades macrocíclicas tienen la capacidad de alojar en su interior a un determinado tipo de substrato, bien sea éste una especie neutra o iónica. Un ejemplo de la capacidad de encapsulamiento de ligandos macrocíclicos está representada en la naturaleza principalmente por las porfirinas: hemoglobina y clorofila (Figura 17). Figura 17. Estructura del grupo hemo (Fe-Protoporforina IX) A continuación se resumen algunas de las aplicaciones de los ligandos macrocíclicos que han adquirido más importancia en los últimos años. Una de las primeras aplicaciones fue el uso de los ligandos macrocíclicos como miméticos de enzimas y proteínas,84 en el transporte selectivo de cationes a través de lípidos y a través de membranas biológicas. 84 E. Kimura, Prog. in Inorg. Chem., 1994, 41, 443. I n t r o d u c c i ó n Aplicaciones de los macrociclos y de sus complejos metálicos . 58 Debido a todo ello, se está estudiando la eficacia de estos ligandos y sobre todo complejos como potenciales agentes en catálisis. 6.5. Sensores químicos de fluorescencia En el campo de la Fotoquímica y de la Fotofísica,108,109 el estudio y la aplicación de ligandos fotosensibles, así como de complejos de Eu(III), Tb(III), Ca(II), Zn(II), Co(II), Cu(II), Pb(II), han sido objeto de estudio por parte de numerosos grupos de investigación en la búsqueda de sensores químicos que tuvieran una especificidad elevada.110,111,112 Los sensores químicos de fluorescencia constan topológicamente de una unidad receptora, de un fluoróforo (que es el señalizador, unidad activa) y eventualmente de un mecanismo de comunicación entre ellos, el espaciador. El fluoróforo puede definirse como una molécula capaz de exhibir fluorescencia (Figura 20). Figura 20. Representación esquemática de un sensor químico. 108 V. Balzani, A. Credi, M. Ventura, Coord. Chem. Rev., 1998, 171, 3. 109 G. R. Choppin, D. R. Peterman, Coord. Chem. Rev., 1998, 174, 283. 110 C. Lodeiro, V. Lippolis, M. Mameli, Macrocyclic Chemistry, 2010, 159. 111 M. A. Bernardo, F. Pina, E. García-España, J. Latorre, S. V. Luis, J. M. Llenares, J. A. Ramírez, C. Soriano, Inorg. Chem., 1998, 37, 3935. 112 G. De Santis, L. Fabrizzi, M. Liccheli, C. Mangano, D. Scchi, N. Sardone, Inorg. Chim. Acta, 1997, 257, 69. I n t r o d u c c i ó n Aplicaciones de los macrociclos y de sus complejos metálicos 59 De forma resumida, este fenómeno consiste en el que la absorción de un fotón por una molécula promueve un electrón del estado fundamental, S0, a uno o varios niveles vibracionales de un estado excitado, S1. En disolución el estado excitado de la molécula se relaja rápidamente a un nivel vibracional más bajo. La energía acumulada en este estado excitado puede ser liberada de diferentes formas: a) El electrón puede volver a S0 liberando únicamente calor, decaimiento no radiactivo. b) Emitiendo un fotón, fluorescencia. c) Si la molécula tiene un tiempo de vida lo suficientemente largo en S1, puede pasar a un estado triplete de baja energía T1, cruce entre sistemas. De ese estado puede llegar a S0, bien emitiendo luz, fosforescencia, bien liberando energía por decaimiento no radiactivo, o bien por reacción química. Figura 21. Diagrama de Jablonski Las respuestas que más comúnmente adoptan los sensores fluorescentes son el efecto CHEF, chelation enhancement of the fluorescence emission, o “intensificación por complejación de la emisión de fluorescencia”, y el efecto CHEQ, chelation enhancement of the quenching, que se podría traducir como “intensificación por complejación de la desactivación de la fluorescencia”. I n t r o d u c c i ó n Aplicaciones de los macrociclos y de sus complejos metálicos . 60 Uno de los mecanismos que permite modificar la fluorescencia es la “transferencia electrónica fotoinducida”, que se designa por el acrónimo inglés PET (photoinduced electron transfer). En contraste con muchos fenómenos químicos, la fluorescencia molecular puede ser fácilmente intensificada o eliminada, dando lugar a un estado encendido-apagado. Si el efecto PET controla la acción del sensor, la molécula empleada no emite fluorescencia en ausencia de ion huésped. Un grupo dador de electrones en el receptor libre, una amina por ejemplo, transfiere los electrones de tal modo que llena el orbital HOMO del fluoróforo. La interacción con el huésped impide esta donación electrónica, produciéndose así la fluorescencia (Figura 22).113 Figura 22. Diagrama de orbitales frontera en el efecto PET y requerimientos espaciales en el diseño de sensores químicos. 113 T. C. Harrop, P. K. Mascharak, Chemtracts-Inorganic Chemistry, 2001, 14, 442. I n t r o d u c c i ó n Aplicaciones de los macrociclos y de sus complejos metálicos 61 La selectividad de un sensor químico por los iones metálicos depende fuertemente del número, tipo y disposición geométrica de los grupos funcionales unidos a la unidad aromática y receptora. Los cationes paramagnéticos Co(II) ([Ar]3d7), Ni(II) ([Ar]3d8) y Cu(II) ([Ar]3d9) establecen, generalmente, enlaces más fuertes que los iones diamagnéticos Zn(II) ([Ar]3d10) y Cd(II) ([Kr]4d10), debido a que los iones paramagnéticos presentan orbitales moleculares que no están llenos y proporcionan interacciones con los orbitales del ligando que dan lugar a uniones más fuertes. Hoy en día los ligandos macrocíclicos y sus complejos metálicos también poseen importantes e innumerables aplicaciones tecnológicas y medioambientales. Dentro de todas estas aplicaciones, es interesante destacar su utilidad en la extracción de metales, como sistemas de separación de isótopos,114,115 como componentes activos de electrodos de membrana selectivos de iones y en los últimos años tal y como ya se ha mencionado anteriormente, como sensores químicos y puertas lógicas.116,117 114 D. W. Kim, Y. S. Jeon, S. U. Park, J. Korean Chem. Soc., 1994, 38(11), 841. 115 A. Y. Tsivadze, V. Y. Zhilov, S. U. Demin, Russ. J. Coord. Chem., 1996, 22(4), 229. 116 K. Rurack, U. Resch-Genger, Chem. Soc. Rev., 2002, 31, 116. 117 L. Fabbrizzi, M. Licchelli, G. Rabaioli, A. F. Taglietti, Coord. Chem. Rev., 2000, 205, 85. I n t r o d u c c i ó n Revisión bibliográfica 63 7. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA En esta memoria no se pretende realizar una exhaustiva revisión bibliográfica de la química de coordinación macrocíclica. No obstante se ha realizado una búsqueda lo más extensa posible centrándonos en aquellos ligandos derivados del dialdehido 2,6-diformilpiridina, precursor de los ligandos sintetizados y de azamacrociclos transdi- o transtetrasustituidos. A continuación se expone esta información de manera resumida, en la que dentro de cada campo aparece la estructura del macrociclo, sus características y aplicaciones más salientables y las referencias: Síntesis del ligando y de los complejos Ln(III) 118 118 (a) K. K. Abid, D. E. Fenton, V. Casellato, P. A. Vigato, R. Graziani, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1984, 351. (b) F. Bentollo, A. Polo, G. Bombieri, K. K. Fonda, L. M. Vallarino, Polyhedron, 1990, 9, 1411. I n t r o d u c c i ó n Revisión bibliográfica . 64 Síntesis del ligando y de los complejos Ln(III) 119 Síntesis del ligando 120 Síntesis del ligando Estructuras cristalinas 121 119 K. K. Abid, D. E. Fenton, Inorg. Chim. Acta, 1984, 95, 119. 120 P. Comba, L. R. Gahan, G. R. Hanson, V. Mereacre, C. J. Noble, A. K. Powell, I. Prisecaru, G. Schenk and M. Zajaczkowski-Fischer. J. Eur. Chem., 2012, 18, 1700. 121 H. Aneetha, Y. Lang, S. Lin, K. Pannerselvam, T. Lu and C. Chung, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1999, 2885. I n t r o d u c c i ó n Revisión bibliográfica 65 Síntesis de los ligandos 122 Síntesis de los ligandos 123 122 E. K. Barefield, Coord. Chem. Rev., 2010, 254, 1607. 123 H. Fensterbank, P. Berthault, and C. Larpent, Eur. J. Org. Chem. 2003, 20, 3985. I n t r o d u c c i ó n Revisión bibliográfica . 66 Síntesis de los ligandos 124 Síntesis del ligando y los complejos de Ln(III) Estructuras cristalinas del ligando y de complejos de Ln(III) 125 124 L. Valencia, P. Pérez-Lourido, R. Bastida, A. Macías, J. Organomet. Chem., 2009, 694, 2185. 125 C. Núñez, R. Bastida, A. Macías, M. Mato-Iglesias, C. Platas-Iglesias, L. Valencia, Dalton Trans., 2008, 29, 9841. I n t r o d u c c i ó n Revisión bibliográfica 67 Síntesis de ligando y de los complejos de Co(II), Ni(II), Cu(II), Zn(II), Cd(II) y Ag(I) 126 Electroforesis Luminiscencia Síntesis de los complejos de Ln(III) 127, 128, 129 126 C. Núñez, E. Oliveira, L. Giestas, L. Valencia, A. Macías, J. C. Lima, R. Bastida, C. Lodeiro, Inorg. Chim. Acta, 2008, 361(8), 2183. 127 W. D. Kim, G. E. Kiefer, F. Maton, K. McMillan, R. N. Muller, A. D. Sherry, Inorg. Chem., 1995, 34(8), 2233. 128 L. Miao, D. Bell, G. L. Rothermel Jr, L. H. Bryant, P. Fitzsimmons, P. Michelle, S. C. Jackels, Supramol. Chem., 1996, 6(3-4), 365. 129 L. Valencia, J. Martínez, A. Macías, R. Bastida, R. A. Carvalho, C. F. G. C. Geraldes, Inorg. Chem., 2002, 41(20), 5300. I n t r o d u c c i ó n 2. EXPERIMENTAL Disolventes y reactivos 77 9. DISOLVENTES Y REACTIVOS 9.1. Disolventes Disolvente Calidad Casa comercial Utilización Acetato de etilo Puro FISHER S. Acetona Puro FISHER S. Acetonitrilo Puro J. T. BAKER S., Sínt., Crist. Agua S., Sínt., Crist Cloroformo Puro FISHER S., Crist. Diclorometano Puro FISHER S.,Sint. DMSO Puro PANREAC S., Sínt. 1,4-Dioxano Puro FISHER S., Sínt., Crist. Etanol 96% SCHARLAU S. Etanol absoluto Puro PANREAC S., Sínt. Éter dietílico Puro ALDRICH S., Sínt. Éter de petróleo Puro SCHARLAU S., Crist. Metanol Puro ALDRICH S., Sínt. THF Puro FISHER S., Crist. S.= Pruebas de solubilidad, Sint.= Síntesis, Crist.= Cristalización E x p e r i m e n t a l Disolventes y reactivos . 78 E x p e r i m e n t a l 9.1.1. Secado de disolventes En algunos casos fue necesaria la utilización de disolventes secos en los procesos sintéticos para garantizar la eficiencia de la reacción. A continuación se resumen los métodos de secado empleados: Disolvente Secado Diclorometano (p.e. 40ºC) Refluir sobre P4O10 (3% peso/volumen) y destilar. 1,4-Dioxano (p.e. 101ºC) Refluir sobre Na (1% peso/volumen) y benzofenona (0,2% peso/volumen) hasta coloración azul permanente y destilar. 9.2. Disolventes deuterados Disolvente Casa comercial Acetonitrilo-d3 (99,9%) ALDRICH Agua-d2 (99,9%) MERCK Cloroformo-d1 (99,8%) ALDRICH DMSO-d6 (99,9%) MERCK Disolventes y reactivos 79 E x p e r i m e n t a l 9.3. Reactivos Todos los reactivos que se utilizan en la síntesis de los ligandos y de los complejos, son productos comerciales utilizados sin una previa purificación, excepto la 2,6- diformilpiridina que se sintetiza previamente como se indica en el apartado 3 de la parte experimental de esta memoria. Reactivo Calidad Casa comercial Ácido bromhídirco 48% SCHARLAU Borohidruro sódico ≥98% ALDRICH Bromoacetato de etilo 98% ALDRICH 2-(2-Bromoetil)-1,3- dioxolano 98% ALDRICH 3,2-Bromoetilenindol 98% ALDRICH Carbonato sódico Puro SCHARLAU Clorohidrato de 2- (clorometil)piridina 96% ALDRICH Cloruro de bario dihidratado Puro PANREAC 2,6-Dihidroximetilpiridina 98% ACROS Dióxido de selenio ≥98% ALDRICH Etilendiamina 99,5% ALDRICH Formaldehido (disolución) 37% ALDRICH Hidrazina dihidratada 99% FLUKA Hidróxido sódico 98% PANREAC 4-Nitrofenilisocianato 98% ALDRICH 4-Nitrofenilisotiocianato 98% ALDRICH Sulfato sódico anhidro Puro ALDRICH Yodometano 98% ALDRICH Disolventes y reactivos . 80 E x p e r i m e n t a l 9.4. Sales metálicas Reactivo Casa comercial Co(NO3)2·6H2O ALDRICH Ni(NO3)2·6H2O ALDRICH Cu(NO3)2·3H2O ALDRICH Zn(NO3)2 ALDRICH Cd(NO3)2·4H2O ALDRICH AgNO3 ALDRICH La(NO3)3·5H2O ALDRICH Ce(NO3)3·6H2O ALDRICH Pr(NO3)3·6H2O ALDRICH Nd(NO3)3·6H2O ALDRICH Sm(NO3)3·6H2O ALDRICH Eu(NO3)3·6H2O ALDRICH Gd(NO3)3·6H2O ALDRICH Tb(NO3)3·5H2O ALDRICH Dy(NO3)3·5H2O ALDRICH Ho(NO3)3·5H2O ALDRICH Er(NO3)3·5H2O ALDRICH Tm(NO3)3·5H2O ALDRICH Yb(NO3)3·5H2O ALDRICH Disolventes y reactivos 81 E x p e r i m e n t a l Para la realización de las valoraciones aniónicas se utilizaron las siguientes sales de tetrabutilamonio: Sales de tetrabutilamonio Casa comercial [(Bu)4N]OH 40% ALDRICH [(Bu)4N]F ≥98% ALDRICH [(Bu)4N]Cl ≥97% ALDRICH [(Bu)4N]Br ≥98% ALDRICH [(Bu)4N]I ≥98% ALDRICH [(Bu)4N]ClO4 ≥99% ALDRICH [(Bu)4N]NO3 ≥97% ALDRICH [(Bu)4N]CN ≥95% ALDRICH [(Bu)4N]OP(OH)2 ≥97% ALDRICH [(Bu)4N]OCOCH3 ≥97% ALDRICH Técnicas de estudio y caracterización 83 10.TÉCNICAS DE ESTUDIO Y CARACTERIZACIÓN Los ligandos y sus complejos con los lantánidos, metales de transición y postransicionales, fueron caracterizados y en algunos casos estudiados mediante las siguientes técnicas: •Análisis elemental •Determinación de puntos de fusión •Medidas de conductividad molar •Espectroscopia IR •Espetrometría de masas (ESI, MALDI y FAB) •Espectroscopia de RMN de 1H y de 13C •Espectroscopia de emisión de fluorescencia •Estudios de difracción de Rayos-X de monocristal •Estudios biológicos 10.1. Análisis elemental Los porcentajes de carbono, hidrógeno, nitrógeno y azufre se determinaron en un analizador elemental THERMO FINNIGAN modelo FLASH 1112 en la Unidad de Análisis elemental, RIAIDT, de la Universidad de Santiago de Compostela. 10.2. Determinación de puntos de fusión Se realizaron en un aparato Büchi. E x p e r i m e n t a l Síntesis de los precursores . 90 11.3. Síntesis del ligando precursor Lb La síntesis se llevó a cabo empleando una modificación de un método recogido en la bibliografía para derivados de ciclam trans-disustituidos.146 A una disolución acuosa de La (0,52 g, 1,60 mmol en 100 mL de agua) a 0 ºC, se le añadieron 0,24 mL (3,202 mmol) de formaldehido (37% en agua). La mezcla se agitó durante 2 horas y se obtuvo un precipitado blanco, que se centrifugó y se secó en la línea de vacío. El precipitado blanco obtenido se cristalizó en una mezcla de THF/H2O (80/20). Rendimiento: 65%. Análisis elemental C20H26N6·0,5H2O, % experimental (teórico): C: 67,3 (66,8); N: 22,9 (23,4); H: 7,5 (7,6). Punto de fusión: 194ºC. Espectro IR (KBr, cm-1): [ν(C=N)Py]: 1591, [ν(C=C)Py]: 1465. 146 G. Royal, V. Dahaoui-Gindrey, S. Dahahoui, A. Tabard, R. Guilard, P. Pullumby, C. Lecomte, Eur. J. Org. Chem., 1988, 1971. E x p e r i m e n t a l Síntesis de los precursores 91 Espectro de masas FAB+ (m/z): 351 [Lb+H]+. Espectro de RMN de 1H (250 MHz, CDCl3), δ (ppm): 3,05 (s, 8H); 3,30 (s, 4H); 3,79 (s, 8H); 7,16 (d, 4H); 7,55 (t, 2H). Espectro de RMN de 13C (400 MHz, CDCl3), δ(ppm): 53,0; 60,9; 73,9; 122,4; 136,9; 157,4. E x p e r i m e n t a l Síntesis de los precursores . 92 11.4. Síntesis del ligando precursor LcI2 A una disolución de Lb (0,33 g, 0,94 mmol) en 25 mL de acetonitrilo se le añadieron 0,12 mL (1,87 mmol) de iodometano. La mezcla se agitó durante 2 horas a 0ºC y se formó un precipitado blanco que se centrifugó y se seco a vacío. Rendimiento: 69%. Análisis elemental C22H32I2N6·H2O, % experimental (teórico): C: 40,5 (40,4); N: 12,8 (12,9); H: 5,3 (5,3). Punto de fusión: 213-215ºC. Espectro IR (KBr, cm-1): [ν(CH)]: 2814; [ν(C=N)Py]: 1591, [ν(C=C)py]: 1454. Espectro de masas ESI+ (m/z): 355 [Lc-2CH2+3H]+; 377 [Lc-2CH2+3H+Na]+. No se pudieron asignar las señales en el espectro de RMN de 1H (CDCl3, CD3CN, DMSO-d6) debido a su baja resolución. E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos 93 12. SÍNTESIS DE LOS LIGANDOS Y DE SUS COMPLEJOS 12.1. Síntesis del ligando L1 El compuesto LcI2 (0,95 g, 5,5 mmol) se disovió en 100 mL de una disolución acuosa de NaOH 3M. Se mantuvo la mezcla en agitación durante 3 horas y luego se extrajo la disolución con CHCl3 (5x30 mL). La fase orgánica se secó con Na2SO4 anhidro y se concentró a vacío obteniendose un sólido amarillento que se caracterizó como L1. Rendimiento: 49%. Análisis elemental C20H30N6·H2O, % experimental (teórico): C: 64,7 (64,5); N: 21,5 (22,6); H: 8,8 (8,7). Punto de fusión: 121ºC. Espectro IR (KBr, cm-1): [ν(NH)]: 3311, [ν(CH)]: 2787; [ν(C=N)Py]: 1589; [ν(C=C)Py]: 1460. Espectro de masas FAB+ (m/z): 355 [L1+H]+. E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos . 94 Espectro de RMN de 1H (250 MHz, CDCl3), δ (ppm): 2,02 (sa, 2H); 2,27 (s, 6H), 2,58 (t, 4H); 2,75 (t, 4H); 7,04 (d, 2H); 7,15 (d, 2H); 7,55 (t, 2H) Espectro de RMN de 13C (400 MHz, CDCl3), δ (ppm): 43,5; 46,6; 55,0; 56,5; 63,6; 120,9; 122,1; 136,5; 157; 159,9. E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos 95 12.2. Síntesis de los complejos del ligando L1 Sobre una disolución del ligando L1 (0,05 mmol; 0,018 g) en 20 mL de acetonitrilo, se adicionó lentamente la correspondiente sal metálica Ln(NO3)3·xH2O (0,05 mmol), disuelta en 5 mL del mismo disolvente. Esta mezcla se mantuvo en agitación a temperatura ambiente 4 horas. La elección de las distintas relaciones molares M:L utilizadas en la síntesis de los complejos metálicos se basó en la realización de pruebas previas a la síntesis de las series de complejos. A continuación la disolución se concentró en el rotavapor hasta un volumen aproximado de 5 mL, se le añadió éter dietílico hasta la aparición de un sólido pulverulento, que se centrifugó y se secó en la línea de vacío. E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos . 96 E x p e r i m e n t a l En la siguiente tabla, se recogen los datos correspondientes a la síntesis de los complejos de los lantánidos con L1. Tabla 12.2. Complejos de L1 Complejos Sal (g) L1 (g) % Rto. Color [LaL1](NO3)3·7H2O 0,0220 0,0188 37 Blanco [CeL1](NO3)3·7H2O 0,0231 0,0188 39 Blanco [PrL1](NO3)3·7H2O 0,0231 0,0188 33 Blanco [NdL1](NO3)3·7H2O 0,0233 0,0188 41 Blanco [SmL1](NO3)3·7H2O 0,0237 0,0188 34 Blanco [EuL1](NO3)3·7H2O 0,0223 0,0188 43 Blanco [GdL1](NO3)3·7H2O 0,0229 0,0188 45 Blanco [TbL1](NO3)3·7H2O 0,0231 0,0188 50 Blanco [DyL1](NO3)3·4H2O 0,0223 0,0188 53 Blanco [HoL1](NO3)3·7H2O 0,0234 0,0188 59 Blanco [ErL1](NO3)3·5H2O 0,0235 0,0188 56 Blanco [TmL1](NO3)3·7H2O 0,0236 0,0188 55 Blanco [YbL1](NO3)3·7H2O 0,0238 0,0188 70 Blanco Síntesis de los ligandos y sus complejos 97 12.3. Síntesis del ligando L2 La síntesis se llevó a cabo empleando una modificación de un método recogido en la bibliografía.147 Sobre una disolución en ebullición de L1 (0,10 g, 0,28 mmol) en 20 mL de diclorometano seco se añadió 0,092 g (0,56 mmol) de 4-nitrofenilisocianato disueltos en una pequeña cantidad del mismo disolvente (5 mL). La mezcla resultante se mantuvo en agitación y a reflujo durante 24 horas y pasado este tiempo se dejó enfriar la mezcla y se concentró a sequedad. Se obtuvo un sólido amarillo que se extrajo con una mezcla de diclorometano/agua (4x50 mL). La fase orgánica se secó con Na2SO4 anhidro. A continuación la disolución se concentró a sequedad obteniéndose un sólido pulverulento de color amarillo/verdoso que se secó y se caracterizó como el ligando L2. Rendimiento: 64%. Análisis elemental C34H38N10O6·CH2Cl2, % experimental (teórico): C: 55,5 (54,8); N: 18,2 (18,3); H: 5,3 (5,3). Punto de fusión: 220-221 ºC 147 A. Aldrey, C. Núñez, V. García, R. Bastida, C. Lodeiro, A. Macías, Tetrahedron, 2010, 66, 9223. E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos . 98 Espectro IR (KBr, cm-1): [ν(C=N)Py]: 1595; [ν(C=C)Py]: 1458; [ν(C=O)]: 1682; [ν(NO2)as]: 1502; [ν(NO2)sim]: 1327, 1301; [ν(C-N)]: 1111. Espectro de masas ESI (m/z): 683 [L2+H]+. Espectro de RMN de 1H (250 MHz, CDCl3), δ (ppm): 2,40 (s, 6H); 2,95 (t, 4H); 3,36 (t, 4H); 3,81 (s, 4H); 4,44 (s, 4H); 7,10 (d, 2H); 7,22 (d, 2H); 7,41 (d, 2H); 7,60 (t, 2H); 8,10 (d, 2H). E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos 99 12.4. Síntesis de los complejos del ligando L2 Sobre una disolución del macrociclo L2 (0,025 g; 0,040 mmol) en 20 mL de CH3CN se adicionó lentamente una disolución de la correspondiente sal metálica Ln(NO3)3·xH2O (0,04 mmol) en 5 mL del mismo disolvente. La disolución se calentó suavemente y se mantuvo en agitación durante 4 horas. Se concentró en el rotavapor hasta un volumen aproximado de 5 mL, se agitó con éter dietílico hasta su transformación en un sólido pulverulento, que se separó por centrifugación y se secó en la línea de vacío. Tabla 12.4. Complejos de L2 Complejos Sal (g) L2 (g) % Rto. Color [LaL2](NO3)3·6H2O 0,0152 0,0250 48 Blanco [CeL2](NO3)3·8H2O 0,0159 0,0250 56 Blanco [PrL2](NO3)3·8H2O 0,0159 0,0250 39 Blanco [NdL2](NO3)3·5H2O 0,0161 0,0250 55 Blanco [SmL2](NO3)3·5H2O 0,0163 0,0250 59 Blanco [EuL2](NO3)3·6H2O 0,0157 0,0250 61 Blanco [GdL2](NO3)3·4H2O 0,0165 0,0250 60 Blanco [TbL2](NO3)3·3H2O 0,0160 0,0250 52 Blanco [DyL2](NO3)337H2O 0,0161 0,0250 58 Blanco [HoL2](NO3)3·5H2O 0,0162 0,0250 56 Blanco [ErL2](NO3)3·7H2O 0,0163 0,0250 51 Blanco [TmL2](NO3)3·4H2O 0,0163 0,0250 59 Blanco [YbL2](NO3)3·3H2O 0,0165 0,0250 66 Blanco E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos . 106 12.8. Síntesis del ligando L5 Sobre una disolución en ebullición de L4 (0,10 g, 0,19 mmol) en 10 mL de etanol absoluto se añadió 0,79 g (7,6 mmol) de hidrazina dihidratada. La mezcla resultante se mantuvo en agitación y a reflujo durante 12 horas y pasado este tiempo se concentró a sequedad. Se obtuvo un sólido blanquecino que se extrajo con diclorometano/agua (4x50 mL). La fase acuosa se concentró, y se secó en la línea de vacío, obteniéndose un sólido blanco que se caracterizó como el ligado L5. Rendimiento: 53% Análisis elemental C24H38N10O2·2H2O, % experimental (teórico): C: 5,6 (53,9); N: 25,8 (26,2); H: 6,7 (7,9). Punto de fusión: 193-195ºC Espectro IR (KBr, cm-1): [ν(NH)]: 3248; [ν(C=N)Py]: 1594; [ν(C=C)Py]: 1455; [ν(C=O)]: 1676; [ν(C-N)]: 1114. Espectro de masas ESI (m/z): 499 [L5+H]+; 521 [L5+Na]+. Espectro de RMN de 1H (250 MHz, D2O), δ (ppm): 2,14 (s, 6H); 2,41 (s, 4H); 3,00 (s, 4H); 3,40 (s, 4H); 3,44 (s, 4H); 3,51 (s, 4H); 6,92 (d, 2H); 7,09 ( d, 2H); 7,51 (t, 2H). Espectro de RMN de 13C (400 MHz, D2O), δ (ppm): 41,9; 51,7; 53,6; 56,8; 59,1; 61,9; 123,6; 138,8; 159,9; 172,2. E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos 107 12.9. Síntesis de los complejos del ligando L5 Sobre una disolución del macrociclo L5 (0,025 g; 0,05 mmol) en 20 mL de CH3OH se adicionó lentamente una disolución de la correspondiente sal metálica M(NO3)x·yH2O (M = Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ y Ln3+) (0,10 mmol) en 5 mL del mismo disolvente. La reacción se llevó a cabo con una relación molar M:L 2:1 en todos los casos. La disolución se calentó suavemente y se mantuvo en agitación durante 4 horas. Se concentró en el rotavapor hasta un volumen aproximado de 5 mL, se agitó con éter dietílico hasta su transformación en un sólido pulverulento, que se separó por centrifugación y se secó en la línea de vacío. Tabla 12.9. Complejos de L5 Complejos Sal(g) L5 (g) % Rto. Color [Co2L5](NO3)4·4H2O 0,0293 0,025 71 Rosa [Ni2L5](NO3)4·4H2O 0,0292 0,025 85 Verde [Cu2L5](NO3)4·2H2O 0,0242 0,025 88 Verde [Zn2L5](NO3)4·2H2O 0,0189 0,025 65 Blanco [La2L5](NO3)6·5H2O 0,0417 0,025 64 Blanco [Ce2L5](NO3)6·5H2O 0,0437 0,025 62 Blanco [Pr2L5](NO3)6·4H2O 0,0437 0,025 44 Blanco [Nd2L5](NO3)6·8H2O 0,0441 0,025 55 Blanco [Sm2L5](NO3)6·7H2O 0,0448 0,025 75 Blanco [Eu2L5](NO3)6·5H2O 0,0430 0,025 71 Blanco [Gd2L5](NO3)6·6H2O 0,0454 0,025 70 Blanco E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos . 108 E x p e r i m e n t a l Tabla 12.9. (Continuación) Complejos de L5 [Tb2L5](NO3)6·5H2O 0,0437 0,025 62 Blanco [Dy2L5](NO3)6·4H2O 0,0441 0,025 60 Blanco [Ho2L5](NO3)6·4H2O 0,0444 0,025 59 Blanco [Er2L5](NO3)6·3H2O 0,0446 0,025 51 Blanco [Tm2L5](NO3)6·6H2O 0,0447 0,025 62 Blanco [Yb2L5](NO3)6·3H2O 0,0452 0,025 78 Blanco Síntesis de los ligandos y sus complejos 109 12.10. Síntesis del ligando L6 Sobre una disolución en ebullición de L1 (0,10 g; 0,28 mmol) en 20 mL de acetonitrilo se añadió 0,29 g (2,80 mmol) de carbonato sódico. A la mezcla se le añadió 3,2-bromoetilenindol (0,16 g, 0,70 mmol) disuelto en 20 mL de acetonitrilo. La mezcla resultante se mantuvo en agitación y a reflujo durante 24 horas, se filtró la mezcla en caliente y se concentró a vacío. Se obtuvo un sólido marrón que se extrajo con diclorometano/agua (4x50 mL). La fase orgánica se secó con Na2SO4 anhidro. A continuación la disolución se concentró obteniéndose un sólido de color marrón que se secó y se caracterizó como el ligando L6. Rendimiento: 78% Análisis elemental C40H48N8·CH2Cl2, % experimental (teórico): C: 68,2 (67,8); N: 15,0 (15,4); H: 6,1, (6,0). Punto de fusión: 175-177ºC Espectro IR (KBr, cm-1): [ν(NH)indol]: 3232; [ν(C=N)Py]: 1592; [ν(C=C)Py]: 1457; [ν(C-N)]: 1096. E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos . 110 Espectro de masas ESI (m/z): 641 [L6+H]+. Espectro de RMN de 1H (250 MHz, CDCl3), δ (ppm): 1,25 (s, 4H); 1,61 (s, 6H); 2,17 (s, 4H); 3,25 (t, 4H), 3,34 (t, 4H); 3,64 (t, 4H); 3,78 (t, 4H); 7,10 (s, 2H); 7,14 (t, 2H); 7,21 (t, 4H); 7,26 (m. 2H); 7,38 (d, 4H); 7,60 (d, 2H). Espectro de RMN de 13C (400 MHz, CDCl3), δ (ppm): 15,6; 26,1; 26,9; 32,9; 37,0; 44,6; 46,9; 109;5; 111,4; 117,6; 118,4; 119,5; 121,3; 122,1; 122,2; 136,2; 139,7; 155,7; 174,1; 119,0. E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos 111 12.11. Síntesis de los complejos del ligando L6 Sobre una disolución del macrociclo L6 (0,032g; 0,05 mmol) en 20 mL de CH3CN se adicionó lentamente una disolución de la correspondiente sal metálica M(NO3)x·yH2O, (M = Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Ag+ y Ln3+) (0,05 mmol) en 5 mL del mismo disolvente. La disolución se calentó suavemente y se mantuvo en agitación durante 4 horas. Se concentró en el rotavapor hasta un volumen aproximado de 5 mL, se agitó con éter dietílico hasta su transformación en un sólido pulverulento, que se separó por centrifugación y se secó en la línea de vacío. Tabla 12.11. Complejos de L6 Complejos Sal (g) L6 (g) %Rto Color [CoL6](NO3)2·5H2O 0,0145 0,032 63 Rojo [NiL6] (NO3)2·3H2O 0,0145 0,032 71 Amarillo [CuL6] (NO3)2·5H2O 0,0120 0,032 79 Azul [ZnL6] (NO3)2·3H2O·CH3CN 0,0094 0,032 65 Blanco [CdL6] (NO3)2·3H2O·CH3CN 0,0155 0,032 68 Blanco [AgL6]NO3·3H2O 0,0085 0,032 81 Blanco [LaL6] (NO3)3·6H2O 0,0207 0,032 80 Blanco [CeL6] (NO3)3·7H2O 0,0217 0,032 75 Blanco [PrL6] (NO3)3·6H2O 0,0217 0,032 51 Blanco [NdL6] (NO3)3·6H2O 0,0219 0,032 63 Blanco [SmL6] (NO3)3·10H2O 0,0223 0,032 85 Blanco [EuL6] (NO3)3·10H2O 0,0214 0,032 81 Blanco [GdL6] (NO3)3·7H2O 0,0226 0,032 80 Blanco [TbL6] (NO3)3·8H2O 0,0217 0,032 69 Blanco E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos . 112 Tabla 12.11. (Continuación) Complejos de L6 [DyL6] (NO3)3·6H2O 0,0219 0,032 66 Blanco [HoL6] (NO3)3·5H2O 0,0221 0,032 73 Blanco [ErL6] (NO3)3·6H2O 0,0222 0,032 75 Blanco [TmL6] (NO3)3·9H2O 0,0222 0,032 79 Blanco [YbL6] (NO3)3·10H2O 0,0225 0,032 85 Blanco E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos 113 12.12. Síntesis del ligando L7 Sobre una disolución en ebullición de L1 (0,28 mmol; 0,10 g) en 25 mL de acetonitrilo se añadió 0,29 g (2,80 mmol) de carbonato sódico. A la mezcla se le añadió clorohidrato de 2- (clorometil) piridina (0,11 g, 0,70 mmol) disuelto en 20 mL de acetonitrilo.La mezcla resultante se mantuvo en agitación y a reflujo durante 24 horas, se filtró la mezcla y se concentró a vacío. Se obtuvo un sólido rojizo que se extrajo con diclorometano/agua (4x50 mL). La fase orgánica se secó con Na2SO4 anhidro. A continuación la disolución se concentró obteniéndose un sólido de color rojo que se secó y se caracaterizó como el ligando L7. El sólido se recristalizó en CH3CN, obteniéndose unos cristales transparentes, válidos para su resolución mediante difracción de rayos-X de monocristal y que se caracterizaron como el compuesto [NaL7]I. E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos . 114 Rendimiento: 36% Análisis elemental C32H40N8·CH2Cl2, % experimental (teórico): C: 63,1 (63,8); N: 18,5 (18,0); H: 6,4 (6,8). Punto de fusión: 212-214ºC Espectro IR (KBr, cm-1): [ν(C=N)Py]: 1591, 1578; [ν(C=C)Py]: 1453, 1435; [ν(C-N)]: 1111. Espectro de masas ESI (m/z): 537 [L7+H]+. Espectro de RMN de 1H (250 MHz, CDCl3), δ (ppm): 1,64 (s, 6H); 2,24 (s, 4H); 2,58 (s, 4H); 3,02 (s, 4H); 3,53 (s, 4H); 4,63 (s, 4H); 6,92 (t, 2H); 6,96 (d, 2H); 7,17 (d, 2H); 7,34 (d, 2H); 7,57 (t, 2H), 7,70 (t, 2H); 7,75 (s.a, 2H). Espectro de RMN de 13C (400 MHz, CDCl3), δ (ppm): 44,4; 50,9; 55,2; 59,1; 59,5 ; 122,2; 122,3; 122,6; 123,8; 136,9; 137,8; 149,0; 158,0; 158,3; 158,7. E x p e r i m e n t a l Síntesis de los ligandos y sus complejos 115 12.13. Síntesis de los complejos del ligando L7 Sobre una disolución del macrociclo L7 (0,027 g; 0,05 mmol) en 20 mL de CH3CN se adicionó lentamente una disolución de la correspondiente sal metálica M(NO3)x·yH2O, (M = Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ y Ln3+) (0,05 mmol) en 5 mL del mismo disolvente. La disolución se calentó suavemente y se mantuvo en agitación durante 4 horas. Se concentró en el rotavapor hasta un volumen aproximado de 5 mL, se agitó con éter dietílico hasta su transformación en un sólido pulverulento, que se separó por centrifugación y se secó en la línea de vacío. Tabla 12.13. Complejos de L7 Complejos Sal (g) L7 (g) % Rto. Color [CoL7](NO3)2·2H2O 0,0347 0,027 71 Rosa [NiL7](NO3)2·2H2O 0,0346 0,027 80 Verde [CuL7](NO3)2·2H2O 0.0361 0,027 83 Verde [ZnL7](NO3)2·4H2O 0,0363 0,027 78 Blanco [LaL7](NO3)3·5H2O 0,0209 0,027 72 Blanco [CeL7](NO3)3·6H2O 0,0219 0,027 76 Blanco [PrL7](NO3)3·4H2O 0,0219 0,027 46 Blanco [NdL7](NO3)3·4H2O 0,0221 0,027 65 Blanco E x p e r i m e n t a l Ligando L1 123 13. LIGANDO L1 El objetivo de la síntesis de este ligando, es la obtención del primer ligando hexaazamacrocíclico de 18 miembros transdisustituido, L1, que contiene unidades de piridina. La presencia de estas unidades en el esqueleto macrocíclico aumenta la capacidad de coordinación del ligando con respecto a los ligandos similares que carecen de los anillos piridínicos, por ejemplo, el cyclam. El ligando L1 fue sintetizado con anterioridad al trabajo descrito en esta tesis,148 por lo hay que hacer una mención a la ruta sintética seguida para obtener dicho ligando, ya que L1 fue usado como precursor de todos los compuestos de esta tesis y se utilizó para realizar estudios con los iones lantánidos. Mediante una serie de reacciones, sobre el macrociclo La, se consiguió sintetizar el primer receptor macrocíclico transdisustituido Py2N6, L1, siguiendo el procedimiento puesto a punto en nuestro grupo de investigación, y su integridad y pureza se controló mediante distintas técnicas de caracterización (ver capítulo 11, páginas 90-94). 148 V. García, “Síntesis, caracterización y aplicaciones de nuevos receptores macrocíclicos. Interacción con centros metálicos y aniones, Tesis doctoral. 2014. D i s c u s i ó n Ligando L1 . 124 13.1. Síntesis de los complejos de L1 Con el ligando L1 se sintetizaron diversos complejos metálicos con los iones lantánidos aprovechando la capacidad de coordinación de dicho ligando. La síntesis de los complejos metálicos se llevó a cabo utilizando como disolvente acetonitrilo y relación molar M:L 1:1. Los complejos se caracterizaron utilizando diversas técnicas: análisis elemental, medidas de conductividad, espectroscopia IR, espectrometría de masas y difracción de rayos-X en algunos casos. Se obtuvieron sólidos blancos, cuya solubilidad es similar entre sí. Los complejos son solubles en DMSO, CH3CN y acetona, poco solubles en EtOH, MeOH, CHCl3 y CH2Cl2 e insolubles en H2O y Et2O. Los datos analíticos, recogidos en la Tabla 12.1, indican que los complejos sintetizados, son concordantes con la siguiente fórmula: [LnL1](NO3)3·xH2O. Tabla 13.1. Datos analíticos de los complejos de L1 Complejos AE % experimental (teórico) %C %N %H [LaL1](NO3)3·7H2O 28,1 (29,8) 16,0 (15,6) 4,9 (5,5) [CeL1](NO3)3·7H2O 28,9 (29,8) 15,8 (15,6) 4,9 (5,5) [PrL1](NO3)3·7H2O 29,1 (29,7) 15,3 (15,6) 5,0 (5,5) [NdL1](NO3)3·7H2O 29,3 (29,6) 15,0 (15,5) 5,1 (5,5) [SmL1](NO3)3.7H2O 28,7 (29,4) 16,0 (15,4) 4,9 (5,4) [EuL1](NO3)3·7H2O 28,8 (29,3) 14,9 (15,4) 5,0 (5,4) [GdL1](NO3)3·7H2O 28,4 (29,2) 15,8 (15,3) 4,8 (5,4) [TbL1](NO3)3·7H2O 28,5 (29,1) 16,1 (15,3) 5,0 (5,4) D i s c u s i ó n Ligando L1 125 Tabla 13.1. (Continuación) Datos analíticos de los complejos de L1 [DyL1](NO3)3·4H2O 30,5 (31,0) 16,0 (16,3) 4,7 (4,9) [HoL1](NO3)3·7H2O 28,5 (29,0) 14,8 (15,2) 5,0 (5,3) [ErL1](NO3)3·5H2O 29,7 (30,1) 16,0 (15,8) 4,9 (5,0) [TmL1](NO3)3.7H2O 28,4 (28,7) 14,8 (15,0) 4,9 (5,3) [YbL1](NO3)3·7H2O 28,3 (28,6) 14,7 (15,0) 4,8 (5,3) Las medidas de conductividad molar para los complejos del ligando L1 se realizaron a temperatura ambiente, utilizando CH3CN como disolvente. Los valores obtenidos se encuentran (Tabla 13.2), en algunos casos, en el rango de electrolitos 1:1, y en otros en un intervalo intermedio entre los rangos de los electrolitos 1:1 y 1:2 en este disolvente.149 Tabla13.2. Datos de conductividad molar (CH3CN) de los complejos de L1 Complejos Conductividad/Ω-1.cm2.mol-1 ΛM Electrolito [LaL1](NO3)3·7H2O 191 1:1 [CeL1](NO3)3·7H2O 200 1:1 [PrL1](NO3)3·7H2O 189 1:1 [NdL1](NO3)3·7H2O 187 1:1 [SmL1](NO3)3·7H2O 196 1:1 [EuL1](NO3)3·7H2O 196 1:1 [GdL1](NO3)3·7H2O 198 1:1 [TbL1](NO3)3·7H2O 210 1:1, 2:1 [DyL1](NO3)3·4H2O 202 1:1, 2:1 [HoL1](NO3)3·7H2O 216 1:1, 2:1 [ErL1](NO3)3·5H2O 205 1:1, 2:1 [TmL1](NO3)3·7H2O 193 1:1 [YbL1](NO3)3·7H2O 206 1:1, 2:1 149 W. J. Geary, Coord. Chem. Rev., 1971, 7, 81 D i s c u s i ó n Ligando L1 . 126 Dado que la mayoría de los valores se encuentran en un intervalo de conductividad molar 1:1, y que los que están en la zona intermedia, 1:1–1:2 están más próximos al rango de conductividades 1:1, se propone, para los compuestos la siguiente fórmula en disolución: [LnL1(NO3)2]+(NO3)-, aunque la situación puede ser más compleja. Los espectros de IR de los complejos sintetizados son similares entre sí (Tabla 13.3). Las bandas correspondientes a los modos de vibración de los grupos piridina, ν(C=N) y ν(C=C),150,151 aparecen desplazadas hacia números de onda mayores con respecto a los del ligando libre (1589 y 1460 cm-1, respectivamente), lo que sugiere la coordinación de los nitrógenos piridínicos a los átomos metálicos, del mismo modo, los modos de vibración ν(NH), también aparecen desplazados a números de onda menores con respecto al ligando (3312 cm-1), lo que manifiesta que estos átomos están implicados en el proceso coordinativo.152 El estudio de los espectros de IR, en lo que se refiere a las bandas del grupo NO3-, presenta un gran interés, aunque resulta difícil asignar el tipo de enlace que forma con el metal (mono- o bidentado). 150 Spectrometric Identification of Organic Compounds. Seventh Edition. Silverstein, Blaster and Morril. Ed. Wiley, 2005. 151 N. S. Gill, R. H. Nuttall, D. E.Scaife, D. W. Sharp, J. Inorg. Nucl. Chem.,1961, 18, 79. 152 U. Casselato, S. Tamburini, P. A. Vigato, Inorg. Chem., 1995, 34, 5825. D i s c u s i ó n Ligando L1 127 Figura 13.1. Valores promedio en cm-1 de las bandas de nitrato en IR en función del tipo de interacción del anión con el metal en estado sólido. Un nitrato iónico de simetría D3h tiene tres modos de vibración activos en IR (ν1 1390, ν3 830 y ν4 720 cm-1). El modo ν2 es inactivo en IR, aunque en ocasiones se vuelve débilmente activo debido a interacciones en el estado cristalino. Con la coordinación del anión la simetría disminuye y las vibraciones de mayor y de menor energía se desdoblan en dos componentes, y los cuatro modos de vibración son permitidos en IR, de modo que se pueden observar seis vibraciones en IR: ν5 y ν3 a 710 y 740 cm-1, ν6 a 820 cm-1, ν2 a 1030 cm-1 y ν4 y ν1 a 1300 y 1500 cm-1 (Figura 13.1)153, 154 153 J-C. Bünzli, D. Wessner, Coord. Chem. Rev., 1984, 60, 191. 154 N. F. Curtis, Y. N. Curtis, Inorg. Chem., 1965, 4, 804. D i s c u s i ó n Ligando L1 . 128 La distinción entre los grupos nitrato monodentados y bidentados es bastante difícil, de modo que únicamente la espectroscopia Raman puede proporcionar diferenciación inequívoca entre ambos. En ausencia de estos datos, se propusieron distintos criterios de diferenciación, como puede ser el análisis de las bandas de combinación que suelen aparecer en la región 1700-1800 cm-1,155 o la magnitud de los desdoblamientos [ν1-ν4] y [ν3-ν5]. El criterio más práctico y fácil es medir el desdoblamiento [ν1-ν4]. En la bibliografía se propone que los desdoblamientos de 120 cm-1 son indicativos de grupo nitrato monodentados, mientras que los desdoblamientos de 150-200 cm-1 sugieren la presencia de nitratos bidentados.156,157 Los espectros IR de los nitrato-complejos sintetizados muestran evidencias de la presencia de grupos nitrato iónicos y coordinados (bidentados) al ion central, en estado sólido, ya que en todos ellos se observa una banda muy intensa en torno a 1384 cm-1, correspondiente a un modo de vibración de los nitratos iónicos, además esta banda se desdobla en dos bandas a 1483 y 1306 cm-1 (para el caso de [YbL1](NO3)3·7H2O) lo que confirma la existencia de nitratos coordinados de forma bidentada al átomo metálico central. Sin embargo, la presencia de grupos nitrato iónicos, también puede ser debida al desplazamiento de los iones nitrato de la esfera de coordinación del metal por el ion bromuro procedente de la pastilla de KBr usada en el proceso de sinterización, por lo que dicha asignación debe de ser tomada con cautela. En este caso en concreto, sin embargo, la resolución de las estructuras cristalinas por difracción de rayos-X, demuestra 155 A. B. P. Lever, E. Mantovani, B. S. Ramaswamy, Can. J. Chem. 1971, 49, 1957. 156 W. T. Carnall, S. Siegel, J. R. Ferraro, B. Tani, E. Gerbet, Inorg. Chem. 1973, 12, 560. 157 J. R. Ferraro, J. Inorg. Nucl. Chem. 1959, 10, 319. D i s c u s i ó n Ligando L1 129 D i s c u s i ó n que en estado sólido existen tanto grupos nitrato coordinados como iónicos (para los complejos [CeL1](NO3)3·7H2O y [SmL1](NO3)3·7H2O) Tabla 13.3. Datos de espectroscopia de IR de los complejos de L1 Complejos ν (NH) ν(CH) ν (C=N)py, ν (C=C)py ν (NO3-) [LaL1](NO3)3·7H2O 1605, 1463 1485, 1383, 1305, 1031 [CeL1](NO3)3·7H2O 3256 2966 1601, 1462 1487, 1381, 1037 [PrL1](NO3)3·7H2O 1605, 1464 1486, 1386, 1308 [NdL1](NO3)3·7H2O 1605, 1468 1485, 1383, 1305, 1031 [SmL1](NO3)3·7H2O 3189 2967 1607, 1465 1489,1342, 1306 [EuL1](NO3)3·7H2O 3185 1609, 1466 1480,1384 1310 [GdL1](NO3)3·7H2O 2974 1608, 1468 1480, 1385, 1305 [TbL1](NO3)3·7H2O 3014 2978 1608, 1647 1481, 1386, 1035 [DyL1](NO3)3·4H2O 1643, 1466 1481, 1384, 1035 [HoL1](NO3)3·7H2O 3015 2978 1609, 1468 1487, 1386, 1306 [ErL1](NO3)3·5H2O 1643, 1466 1489, 1384, 1306 [TmL1](NO3)3·7H2O 3187 1608. 1461 1485, 1386, 1306 [YbL1](NO3)3·7H2O 3242 2930 1611, 1468 1483, 1385, 1306, 1034 Ligando L1 . 130 A modo de ejemplo, en la Figura 13.2, se muestra el espectro de IR del complejo [YbL1](NO3)3·7H2O. Figura 13.2. Espectro IR (KBr) del complejo [YbL1](NO3)3·7H2O Los espectros de masas para todos los complejos se realizaron mediante la técnica Maldi positivo utilizando como matriz DCTB. En todos ellos se observan picos que indican la presencia de los complejos esperados. Se ha podido asignar en todos los casos el fragmento [LnL1(NO3)2]+ (correspondiente a la pérdida de un contraión nitrato). D i s c u s i ó n Ligando L1 131 Tabla 13.4. Datos de espectrometría de masas MALDI (DCTB) de los complejos del ligando L1 Complejos m/z Asignación [LaL1](NO3)3·7H2O 617 [LaL1(NO3)2]+ [CeL1](NO3)3·7H2O 618 [CeL1(NO3)2]+ [PrL1](NO3)3·7H2O 619 [PrL1(NO3)2]+ [NdL1](NO3)3·7H2O 622 [NdL1(NO3)2]+ [SmL1](NO3)3·7H2O 630 [SmL1(NO3)2]+ [EuL1](NO3)3·7H2O 631 [EuL1(NO3)2]+ [GdL1](NO3)3·7H2O 636 [GdL1(NO3)2]+ [TbL1](NO3)3·7H2O 637 [TbL1(NO3)2]+ [DyL1](NO3)3·4H2O 642 [DyL1(NO3)2]+ [HoL1](NO3)3·7H2O 643 [HoL1(NO3)2]+ [ErL1](NO3)3·5H2O 644 [ErL1(NO3)2]+ [TmL1](NO3)3·7H2O 647 [TmL1(NO3)2]+ [YbL1](NO3)3·7H2O 652 [YbL1(NO3)2]+ Figura 13.3. Espectro de masas MALDI del compuesto [SmL1](NO3)3·7H2O D i s c u s i ó n Ligando L7 . 234 D i s c u s i ó n Tabla 19.5. (Continuación) Datos analíticos de los complejos de L7 [TbL7](NO3)3·8H2O 37,0 (37,5) 15,3 (15,0) 4,5 (5,5) [DyL7](NO3)3·6H2O 39,2 (38,7) 15,0 (15,5) 4,9 (5,3) [HoL7](NO3)3·5H2O 40,2 (39,3) 15,1 (15,8) 5,0 (5,1) [ErL7](NO3)3·5H2O 38,6 (39,2) 15,1 (15,7) 4,5 (5,1) [TmL7](NO3)3·3H2O 39,9 (40,6) 16,0 (16,3) 4,0 (4,9) [YbL7](NO3)3·3H2O 40,1 (40,5) 15,5 (16,2) 4,2 (4,9) Las medidas de conductividad molar para los complejos del ligando L7, se realizaron a temperatura ambiente, utilizando CH3CN como disolvente. Los valores obtenidos (Tabla 19.6) se encuentran en el rango de electrolitos 1:1 en este disolvente.149 A la vista de los resultados obtenidos, de los datos analíticos y de las medidas de conductividad molar, se postula la existencia de una especie en disolución de fórmula general: [ML7NO3](NO3) para el caso de los metales de transición y de postransición y [LnL7(NO3)2](NO3) para los iones lantánidos. Tabla 19.6. Datos de conductividad molar (CH3CN) de los complejos de L7 Complejos Conductividad/Ω-1.cm2.mol-1 ΛM Electrolito [CoL7](NO3)2·2H2O 120 1:1 [NiL7](NO3)2·2H2O 132 1:1 [CuL7](NO3)2·2H2O 131 1:1 [ZnL7](NO3)2·4H2O 127 1:1 [LaL7](NO3)3·5H2O 165 1:1 [CeL7](NO3)3·6H2O 158 1:1 [PrL7](NO3)3·4H2O 156 1:1 [NdL7](NO3)·4H2O 124 1:1 [SmL7](NO3)·5H2O 165 1:1 [EuL7](NO3)·8H2O 171 1:1 [GdL7](NO3)3·10H2O 144 1:1 [TbL7](NO3)3·8H2O 156 1:1 [DyL7](NO3)3·6H2O 132 1:1 Ligando L7 235 Tabla 19.6. (Continuación) Datos de conductividad molar (CH3CN) de los complejos de L7 [HoL7](NO3)3·5H2O 128 1:1 [ErL7](NO3)3·5H2O 135 1:1 [TmL7](NO3)3·3H2O 139 1:1 [YbL7](NO3)3·3H2O 155 1:1 Los espectros IR de todos los complejos fueron realizados en KBr. Las vibraciones ν(C=N) y ν(C=C) de los grupos piridina aparecen ligeramente desplazadas con respecto al ligando libre (1591, 1578, 1453 y 1435 cm-1). Esto sugiere la coordinación de los cuatro nitrógenos piridínicos a los átomos metálicos.150, 151 Los espectros de IR de todos los complejos sintetizados muestran evidencias de la presencia de grupos nitrato iónicos, ya que en todos ellos se observa una banda muy intensa a 1384 cm-1, sin embargo, la aparición de la banda a 1384 cm-1 también puede ser debida al desplazamiento de iones nitrato de la esfera de coordinación del metal por el ion bromuro procedente del KBr utilizado en el proceso de sinterización, como ya se mecionó anteriormente. Además, aparecen bandas correspondientes a los modos de vibración de los grupo nitrato coordinados bidentados, ya que la banda a 1385 cm-1 se desdobla en dos, en torno a 1500 cm-1 (en los complejos de L7, se aprecian como hombros, debido al gran número de bandas que caen sobre esa zona) y a 1300 cm-1. Otras bandas que confirman la presencia de grupos nitrato coordinado en estado sólido son las que se observan en torno a 815 cm-1. D i s c u s i ó n Ligando L7 . 236 D i s c u s i ó n Figura 19.11. Espectro de IR (KBr) del complejo [SmL7](NO3)3.5H2O Tabla 19.7. Datos de espectroscopia de IR de los complejos de L7 Complejos ν(C=N)py, ν(C=C)py ν(NO3-) [CoL7](NO3)2·2H2O 1593, 1573, 1464 1384, 1304, 815 [NiL7](NO3)2·2H2O 1596, 1577, 1465 1384, 1303, 814 [CuL7](NO3)2·2H2O 1590, 1573, 1460 1385, 1305, 815 [ZnL7](NO3)2·4H2O 1590, 1572, 1460 1385, 1305, 815 [LaL7](NO3)3·5H2O 1590, 1572, 1460 1384, 1330, 818 [CeL7](NO3)3·6H2O 1591, 1569, 1460 1384, 1316, 816 [PrL7](NO3)3·4H2O 1597, 1479 1384, 1306, 815 [NdL7](NO3)3·4H2O 1604, 1577, 1453 1384, 1315, 811 [SmL7](NO3)3·5H2O 1593, 1572, 1464, 1439 1385, 1304, 816 Ligando L7 237 D i s c u s i ó n Tabla 19.7. (Continuación) Datos de espectroscopia de IR de los complejos de L7 Los espectros de masas de todos los complejos metálicos se realizaron mediante la técnica Maldi+ utilizando como matriz DCTB. Los espectros permiten confirmar, en algunos casos, la formación del complejo propuesto, observándose el característico patrón de fragmentación común a este tipo de compuestos, resultado de la pérdida progresiva de los contraiones tal como se ha descrito en casos anteriores. Tabla 19.8. Datos espectrometría de masas MALDI de los complejos de L7 Complejos m/z Asignación [NiL7](NO3)2·2H2O 655 [NiL7NO3]+ [LaL7](NO3)3·5H2O 799 [LaL7(NO3)2]+ [CeL7](NO3)3·6H2O 800 [CeL7(NO3)2]+ [NdL7](NO3)3·4H2O 679 [Nd(L7-2H)]+ [SmL7](NO3)3·5H2O 812 [SmL7(NO3)2]+ [EuL7](NO3)3·8H2O 751 [EuL7(NO3)]+ [GdL7](NO3)3·10H2O 818 [GdL7(NO3)2]+ [DyL7](NO3)3·6H2O 886 [DyL7(NO3)3]+ [EuL7](NO3)3·8H2O 1594, 1478 1384, 1307, 815 [GdL7](NO3)3·10H2O 1594, 1571, 1475 1384, 1304, 814 [TbL7](NO3)3·8H2O 1594, 1478 1384, 1301, 815 [DyL7](NO3)3·6H2O 1594, 1577, 1384, 1303, 814 [HoL7](NO3)3·5H2O 1451 1383, 1315, 809 [ErL7](NO3)3·5H2O 1595, 1578, 1452 1384, 1316, 807 [TmL7](NO3)3·3H2O 1594, 1479 1384, 1307, 814 [YbL7](NO3)3·3H2O 1594, 1477 1384, 1305, 814 Ligando L7 . 238 Figura 19.12. Espectro de masas MALDI del complejo [SmL7](NO3)3·5H2O Figura 19.13. Ampliación (A) y simulación (B) isotópica del conjunto de picos asignados al fragmento [SmL7(NO3)2]+ en el compuesto [SmL7](NO3)3·5H2O D i s c u s i ó n Ligando L7 239 Como se observa en la Figura 19.13, la ampliación del conjunto de picos de interés coincide con la simulación isotópica, lo que confirma la asignación propuesta para la fragmentación de los complejos. 19.3. Cálculos DFT Se ha realizado un estudio teórico de la coordinación del compuesto macrocíclico L7 con los centros metálicos M (Zn2+, Cu2+, Ni2+ y Na+) con el fin de analizar su estructura y la estabilidad relativa de los diferentes compuestos obtenidos. Los cálculos para el sistema [ML7]x+ se han realizado usando el paquete de programas Gaussian 09W171 al nivel de la teoría funcional de la densidad (DFT) por medio del funcional híbrido B3LYP. Se han usado un conjunto de bases LANL2DZ para los metales (M = Zn2+, Ni2+ y Cu2+) en conjunto con los respectivos ECP172 y la base estándar 6-31G (d) para Na+, C, H y N. El punto de partida para estos cálculos ha sido la estructura del compuesto [NaL7]+. Este esquema computacional fue utilizado anteriormente con éxito en el estudio de diferentes complejos metálicos con ligando macrocíclicos.173, 174 171 M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J. A. Montgomery, Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, T. Keith, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S. Dapprich, A. D. Daniels, O. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski, D. J. Fox, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2013. 172 P. J. Hay, W. R. Wadt, J. Chem. Phys., 1985, 82, 270. 173 V. Alexander, Chem. Rev., 1995, 95, 273. 174 M. Dolg, H. Stoll, A. Savin, H. Preuss, Theor. Chim. Acta, 1989, 75, 173. D i s c u s i ó n Ligando L7 . 240 Como se puede apreciar en la Figura 19.14, el ligando puede adoptar dos conformaciones, en una de las estructuras se aprecia una fuerte interacción π-π stacking (Figura 19.14.a) y es la más estable según estos estudios teóricos. Figura 19.14. Representación de las dos conformaciones obtenidas del ligando L7 El ligando modifica su conformación con la complejación, acercándose en todos los casos los grupos pendant-arms a la cavidad central del macrociclo con el fin de completar la coordinación del metal (Figura 19.15). Dependiendo del metal, las estructuras varían; en el caso de los compuestos derivados de níquel y zinc la estructura del complejo es plano cuadrada, coordinándose éste al ligando a través de los cuatro nitrógenos piridínicos; si bien, se puede apreciar más cercanía hacia la estructura octaédrica en el caso del zinc. Mientras que en el caso del cobre la estructura es octaédrica. En el caso del sodio se aprecia una coordinación con todos los átomos de nitrógeno, aunque hay mayor proximidad hacia los nitrógenos de los cuatro anillos piridina (dos del macrociclo y dos de los pendant-arms). D i s c u s i ó n Ligando L7 241 Figura 19.15. Representación de las estructuras de los complejos [ML7]x+ obtenidas mediante cálculos DFT, siendo M = Na+, Zn2+, Cu2+ y Ni2+ (de derecha a izquierda y de arriba abajo). Figura 19.16. Energías de los compuestos relativas al más estable [L7Cu]2+ D i s c u s i ó n Ligando L7 . 242 De dicho estudio se extrae que de los metales estudiados, el que parece dar un complejo más estable es el de Cu2+. Figura 19.17. Superposición de la estructura cristalina del complejo [NaL7]+ de partida (rojo) y la optimización llevada a cabo (verde). 19.4. Conclusiones Por reacción entre el ligando precursor trans-disustituido L1 e hidrocloruro de 2-clorometilpiridina se obtuvo un nuevo receptor macrocíclico trans-tetrasustituido, L7 que fue caracterizado por diversas técnicas Los espectros de RMN de 1H, a altas y bajas temperaturas demuestran la existencia de conformeros en disolución, ya que al variar la temperatura se observa como se estrechan o se anchean las señales de la zona aromática del espectro. D i s c u s i ó n Ligando L7 243 Se obtuvieron cristales de fórmula: [NaL7]I, tras su recristalización en CH3CN, adecuados para su resolución mediante difracción de rayos-X de monocristal. Se llevó a cabo un estudio de la capacidad de coordinación de L7 con diferentes iones metálicos, utilizando para ello sales de metales de transición, de postransición y de lantánidos. Por síntesis directa de L7 con las sales metálicas se obtuvieron los complejos correspondientes con una estequiometria metal:ligando 1:1. Se llevaron a cabos estudios computacionales para determinar el entorno coordinativo de los átomos metálicos centrales para M = Co(II), Ni(II), Cu(II) y Zn(II). D i s c u s i ó n Ligando L8 250 Tabla 20.2. Datos cristalográficos de L9Br2 . Fórmula empírica C40H64Br2N6O8 Peso molecular 916,79 Temperatura 100(2) K Longitud de onda 0,71073 Å Sistema cristalino Triclínico Grupo espacial P-1 Dimensiones de la celdilla unidad a = 10,272(5) Å b = 10,502(5) Å c = 12,493(5) Å α = 104,388(5)º β= 105,881(5)° γ = 100,325(5)º Volumen 1210,6(10) Å3 Z 1 Densidad (calculada) 1,258 Mg/m3 Coeficiente de absorción 1,725 mm-1 F(000) 480 Dimensiones del cristal 0,63 x 0,30 x 0,15 mm3 Intervalo de para la toma de datos 1,79 a 25,35° Intervalo de los índices de Miller -12<=h<=12, - 12<=k<=12, - 15<=l<=15 Reflexiones medidas 28116 Reflexiones independientes 4411 [R(int) = 0,0310] Método de refinamiento Mínimos cuadrados de F2 Datos / restricciones/ parámetros 4411 / 0 / 263 Calidad del ajuste de F21,132 Índices de acuerdo R finales [I>2sigma(I)] R1 = 0,0636, wR2 = 0,1599 Índices R (todos los datos) R1 = 0,0733, wR2 = 0,1635 Densidad electrónica residual max. y min. 0,812 y -0,705 e.Å-3 D i s c u s i ó n Ligando L8 251 20.3. Síntesis de los complejos de L8 A partir del ligando L8, se llevó a cabo un estudio de su capacidad coordinativa, utilizando para ello sales de iones lantánidos. Se realizó la síntesis de los complejos con las sales de nitratos de los lantánidos en acetonitrilo y en una relación molar 2:1 metal:ligando. Los complejos metálicos se aislaron mediante el tratamiento de la disolución resultante con éter dietílico. Los productos se separaron mediante centrifugación y se secaron en la línea de vacío. Se obtuvieron sólidos de color blanco, cuya solubilidad es similar entre sí. Los complejos son solubles en DMSO, CH3CN y acetona, poco solubles en CH2Cl2, CHCl3, EtOH y MeOH e insolubles en H2O y Et2O. Los complejos fueron caracterizados por análisis elemental (C, H, N), espectroscopia IR, espectrometría de masas y medidas de conductividad molar. El estudio de los resultados obtenidos mediante las distintas técnicas de caracterización, nos permite proponer la siguiente fórmula general: [Ln2L8](NO3)6.xH2O.yCH3CN. Tabla 20.3. Datos analíticos de los complejos de L8 Complejos AE % experimental (teórico) %C %N %H [La2L8](NO3)6·4H2O 28,0 (28,2) 13,3 (13,2) 3,9 (4,3) [Ce2L8](NO3)6·3H2O 27,9 (28,6) 12,9 (13,3) 3,8 (4,2) [Pr2L8](NO3)6·5H2O 27,3 (27,8) 13,5 (12,9) 3,9 (4,3) [Nd2L8](NO3)6·4H2O 27,5 (28,0) 12,2 (13,0) 3,6 (4,2) D i s c u s i ó n Ligando L8 252 D i s c u s i ó n Tabla 20.3. (Continuación) Datos analíticos de los complejos de L8 [Sm2L8](NO3)6·4H2O 28,1 (27,7) 12,1 (12,9) 3,5 (4,2) [Eu2L8](NO3)6·4H2O 27,3 (27,7) 13,5 (12,9) 3,7 (4,2) [Gd2L8](NO3)6·CH3CN 30,9 (30,0) 14,6 (14,2) 4,0 (3,9) [Tb2L8](NO3)6·CH3CN 30,6 (29,9) 14,3 (14,2) 3,2 (3,8) [Dy2L8](NO3)6·2CH3CN 29,8 (30,6) 14,6 (14,7) 4,1 (3,9) [Ho2L8](NO3)6 28,2 (28,7) 13,8 (13,4) 4,2 (3,7) [Er2L8](NO3)6·6H2O 26,0 (26,3) 12,3 (12,3) 4,2 (4,3) [Tm2L8](NO3)6·H2O·CH3CN 29,0 (29,0) 13,1 (13,8) 3,6 (3,9) [Yb2L8](NO3)6 28,8(28,3) 13,0(13,2) 3,6 (3,6) Los valores de conductividad molar obtenidos para los complejos en CH3CN, a 25ºC y concentración 10-3M, se encuentran dentro del intervalo definido para los electrolitos 2:1 en este disolvente, lo que podría sugerir que en disolución, alguno de los contraiones está coordinado, bien formando parte de cationes o de aniones complejos.149 Con los datos obtenidos, se postula la existencia de una especie compleja mixta del siguiente tipo: [LnL8(NO3)][Ln(NO3)4](NO3). Tabla 20.4. Datos de conductividad molar (CH3CN) de los complejos de L8 Complejos Conductividad/Ω-1.cm2.mol-1 ΛM Electrolito [La2L8](NO3)6·4H2O 256 2:1 [Ce2L8](NO3)6·3H2O 257 2:1 [Pr2L8](NO3)6·5H2O 286 2:1 [Nd2L8](NO3)6·4H2O 296 2:1 [Sm2L8](NO3)6·4H2O 279 2:1 [Eu2L8](NO3)6·4H2O 263 2:1 [Gd2L8](NO3)6·CH3CN 305 2:1 [Tb2L8](NO3)6· CH3CN 301 2:1 [Dy2L8](NO3)6· 2CH3CN 298 2:1 [Ho2L8](NO3)6 258 2:1 [Er2L8](NO3)6·6H2O 264 2:1 [Tm2L8](NO3)6·H2O·CH3CN 300 2:1 [Yb2L8](NO3)6 307 2:1 Ligando L8 253 En los espectros IR (ATR) de los complejos, las bandas correspondientes a los dos modos de vibración ν(C=N) y ν(C=C) de la piridina aparecen desplazadas a números de onda mayores con respecto al macrociclo libre (1591 cm-1 y 1458 cm-1) debido a la coordinación del nitrógeno piridínico a los átomos metálicos.150, 151 Las bandas debidas a la incorporación de los grupos pendant-arms, ν(CH) y ν(C-O-C), no experimentan un desplazamiento significativo con respecto a las mismas bandas en el ligando libre, proporcionando una evidencia de que los grupos etildioxolano no interaccionan con el átomo metálico. En los nitrato complejos sintetizados se observa una banda muy intensa a 1300 cm-1, atribuible a la existencia de grupos nitrato coordinados. En los espectros de IR, no aparecen bandas que se puedan asociar a los modos de vibración de grupos nitrato iónicos. En la mayoría de los complejos se observan cinco bandas situadas en torno a 735, 765, 833, 1025 y 1300 cm-1, originadas por el desdoblamiento de las bandas originales correspondientes al ion nitrato libre, lo que indica la presencia de grupos nitrato coordinados. D i s c u s i ó n Ligando L8 254 D i s c u s i ó n Figura 20.5. Espectro IR (ATR) de [Eu2L8](NO3)6·4H2O Tabla 20.5. Datos de IR (ATR) de los complejos de L8 Complejos ν(OCHO) ν(COC) ν(C=C)Py ν(C=N)Py ν(NO3)- [La2L8](NO3)6·4H2O 2899 948 1634, 1435 1294, 1033, 817, 770, 736 [Ce2L8](NO3)6·3H2O 2902 946 1634, 1434 1292, 1033, 816, 770, 737 [Pr2L8](NO3)6·5H2O 2903 945 1633, 1434 1290, 1034, 815, 738 [Nd2L8](NO3)6·4H2O 2894 944 1636, 1442 1291, 1031, 815, 764, 738 [Sm2L8](NO3)6·4H2O 2894 946 1631, 1451 1300, 1030, 815, 770, 739 Ligando L8 255 D i s c u s i ó n Tabla 20.5. (Continuación) Datos de IR (ATR) de los complejos de L8 [Eu2L8](NO3)6·4H2O 2895 945 1635, 1456 1296, 1030, 814, 771, 741 [Gd2L8](NO3)6· CH3CN 2895 946 1638, 1455 1292, 1030, 814, 773, 742 [Tb2L8](NO3)6· CH3CN 2894 946 1637, 1457 1291, 1029, 813, 772, 744 [Dy2L8](NO3)6· 2CH3CN 2898 946 1634, 1460 1292, 1029, 814, 769, 744 [Ho2L8](NO3)6 2897 946 1636, 1460 1291, 1029, 813, 771, 745 [Er2L8](NO3)6.3H2O 2898 946 1636, 1456 1290, 1029, 813, 769, 747 [Tm2L8](NO3)6·H2O· CH3CN 2898 946 1636, 1460 1300, 1029, 814, 770, 747 [Yb2L8](NO3)6 2901 946 1636. 1463 1289, 1029, 812, 772, 749 Los espectros de masas de todos los complejos se realizaron mediante la técnica Maldi de ion positivo utilizando como matriz DCTB. El análisis de los espectros, evidencia en la mayoría de los casos, la presencia de los complejos metálicos, observándose picos correspondientes a las especies: [L8+H]+ y [LnL8(NO3)2]+ derivados del ligando protonado y de fragmentos de los complejos metálicos al perder un contraión nitrato. Ligando L8 256 Tabla 20.6. Datos de espectrometría de masas MALDI de los complejos de L8 Complejos m/z Asignación [La2L8](NO3)6·4H2O 817 [LaL8(NO3)2]+ [Ce2L8](NO3)6·3H2O 818 [CeL8(NO3)2]+ [Pr2L8](NO3)6·5H2O 819 [PrL8(NO3)2]+ [Sm2L8](NO3)6·4H2O 830 [SmL8(NO3)2]+ [Eu2L8](NO3)6·4H2O 555, 831 [L8+H]+, [EuL8(NO3)2]+ [Gd2L8](NO3)6·CH3CN 555, 836 [L8+H]+, [GdL8(NO3)2]+ [Tb2L8](NO3)6· CH3CN 837 [TbL8(NO3)2]+ [Dy2L8](NO3)6· 2CH3CN 555 [L8+H]+ [Ho2L8](NO3)6 555, 843 [L8+H]+, [HoL8(NO3)2]+ [Er2L8](NO3)6.3H2O 555 [L8+H]+ [Tm2L8](NO3)6·H2O. CH3CN 555, 847 [L8+H]+, [TmL8(NO3)2]+ [Yb2L8](NO3)6 555 [L8+H]+ Figura 20.6. Espectro de masas MALDI (DCTB) de [Sm2L8](NO3)6·4H2O D i s c u s i ó n Ligando L8 257 Figura 20.7. Simulación (A) y ampliación isotópica (B) del conjunto de picos asignados al fragmento [SmL8(NO3)2]+ en el compuesto [Sm2L8](NO3)6·4H2O Como se observa en la Figura 20.7, la ampliación del conjunto de picos de interés coincide con la simulación isotópica, lo que confirma la asignación propuesta para las fragmentaciones de los complejos. 20.4. Conclusiones Por reacción del ligando L1 con 2-(2-bromoetil)-1,3- dioxolano, en acetonitrilo y en presencia de Na2CO3, se consiguió la alquilación de los grupos NH, obteniéndose así el ligando con pendant-arms L8, que se pudo caracterizar adecuadamente por diferentes técnicas. D i s c u s i ó n Ligando L8 258 Se sintetizaron y aislaron los complejos dinucleares de L8 por reacción directa en acetonitrilo con las sales de los iones lantánidos. Los datos analíticos obtenidos verifican la dinuclearidad de los complejos formados. D i s c u s i ó n Espectro de masas MALDI+ de [TbL1](NO3)3·7H2O Espectro de masas MALDI+ de [DyL1](NO3)3·4H2O Espectro de masas MALDI+ de [HoL1](NO3)3·7H2O Espectro de masas MALDI+ de [ErL1](NO3)3·5H2O Espectro de masas MALDI+ de [TmL1](NO3)3·7H2O Espectro de masas MALDI+ de [YbL1](NO3)3·7H2O Espectro de IR (KBr) de [LaL1](NO3)3·7H2O Espectro de IR (KBr) de [CeL1](NO3)3·7H2O Espectro de IR (KBr) de [PrL1](NO3)3·7H2O Espectro de IR (KBr) de [NdL1](NO3)3·7H2O Espectro de IR (KBr) de [SmL1](NO3)3·7H2O Espectro de IR (KBr) de [EuL1](NO3)3·7H2O Espectro de IR (KBr) de [GdL1](NO3)3·7H2O Espectro de IR (KBr) de [TbL1](NO3)3·7H2O Espectro de IR (KBr) de [HoL1](NO3)3·7H2O Espectro de IR (KBr) de [TmL1](NO3)3·7H2O Espectro de IR (KBr) de [YbL1](NO3)3·7H2O Espectro de RMN de 1H del complejo [LaL1](NO3)3.7H2O Espectro de RMN de 1H del complejo [CeL1](NO3)3.7H2O Espectro de RMN de 1H del complejo [PrL1](NO3)3.7H2O Espectro de RMN de 1H del complejo [NdL1](NO3)3.7H2O Espectro de RMN de 1H del complejo [SmL1](NO3)3.7H2O Espectro de RMN de 1H del complejo [EuL1](NO3)3.7H2O Espectro de RMN de 13C del complejo [LaL1](NO3)3.7H2O Espectro DEPT del complejo [LaL1](NO3)3.7H2O Espectro COSY del complejo [LaL1](NO3)3.7H2O Espectro HSQC del complejo [LaL1](NO3)3.7H2O Espectro COSY del complejo [Ce13](NO3)3.7H2O Espectro HSQC del complejo [CeL1](NO3)3.7H2O Espectro de masas MALDI+ de [LaL2](NO3)3·6H2O Espectro de masas MALDI+ de [CeL2](NO3)3·8H2O Espectro de masas MALDI+ de [PrL2](NO3)3·8H2O Espectro de masas MALDI+ de [NdL2](NO3)3·5H2O Espectro de masas MALDI+ de [SmL2](NO3)3·5H2O Espectro de masas MALDI+ de [EuL2](NO3)3·6H2O Espectro de masas MALDI+ de [GdL2](NO3)3·4H2O Espectro de masas MALDI+ de [TbL2](NO3)3·3H2O Espectro de masas MALDI+ de [DyL2](NO3)3·3H2O Espectro de masas MALDI+ de [HoL2](NO3)3·5H2O Espectro de masas MALDI+ de [HoL2](NO3)3·7H2O Espectro de masas MALDI+ de [TmL2](NO3)3·4H2O Espectro de masas MALDI+ de [YbL2](NO3)3·3H2O Espectro de IR (KBr) de [LaL2](NO3)3·6H2O Espectro de IR (KBr) de [CeL2](NO3)3·8H2O Espectro de IR (KBr) de [PrL2](NO3)3·8H2O Espectro de IR (KBr) de [NdL2](NO3)3·5H2O Espectro de IR (KBr) de [SmL2](NO3)3·5H2O Espectro de IR (KBr) de [EuL2](NO3)3·6H2O Espectro de IR (KBr) de [GdL2](NO3)3·4H2O Espectro de IR (KBr) de [TbL2](NO3)3·3H2O Espectro de IR (KBr) de [DyL2](NO3)3·3H2O Espectro de IR (KBr) de [HoL2](NO3)3·5H2O Espectro de IR (KBr) de [TmL2](NO3)3·4H2O Espectro de IR (KBr) de [YbL2](NO3)3·3H2O Ligando L3 Espectro de IR (KBr) de [Co2L3](NO3)4·5H2O Espectro de IR (KBr) de [Ni2L3](NO3)4·5H2O Espectro de IR (KBr) de [Cu2L3](NO3)4·4H2O Espectro de IR (KBr) de [Zn2L3](NO3)4·5H2O Espectro de IR (KBr) [Cd2L3](NO3)4·5H2O Espectro de IR (KBr) [LaL3](NO3)3·6H2O Espectro de IR (KBr) [CeL3](NO3)3·6H2O Espectro de IR (KBr) [SmL3](NO3)3·7H2O Espectro de IR (KBr) [EuL3](NO3)3·9H2O Espectro de IR (KBr) [GdL3](NO3)3·6H2O Espectro de IR (KBr) [TbL3](NO3)3·9H2O Espectro de IR (KBr) [DyL3](NO3)3·10H2O Espectro de IR (KBr) [HoL3](NO3)3·5H2O Espectro de IR (KBr) [TmL3](NO3)3·6H2O Espectro de IR (KBr) [YbL3](NO3)3·6H2O Ligando L4 Espectro de RMN DEPT del ligando L4 Espectro de RMN COSY del ligando L4 Ligando L5 Espectro de masas MALDI+ de [Tm2L5](NO3)6·6H2O Espectro de masas MALDI+ de [Yb2L5](NO3)6·3H2O Espectro de IR (ATR) de [Co2L5](NO3)4·4H2O Espectro de IR (ATR) de [Ni2L5](NO3)4·4H2O Espectro de IR (ATR) de [Cu2L5](NO3)4·2H2O Espectro de IR (ATR) de [Zn2L5](NO3)4·2H2O Espectro de IR (ATR) de [La2L5](NO3)6·5H2O Espectro de IR (ATR) de [Ce2L5](NO3)6·5H2O Espectro de IR (ATR) de [Pr2L5](NO3)6·4H2O Espectro de IR (ATR) de [Nd2L5](NO3)6·8H2O Espectro de IR (ATR) de [Sm2L5](NO3)6·7H2O Espectro de IR (ATR) de [Eu2L5](NO3)6·5H2O Espectro de IR (ATR) de [Gd2L5](NO3)6·6H2O Espectro de IR (ATR) de [Tb2L5](NO3)6·5H2O Espectro de IR (ATR) de [Dy2L5](NO3)6·4H2O Espectro de IR (ATR) de [Ho2L5](NO3)6·4H2O Espectro de IR (ATR) de [Er2L5](NO3)6·3H2O Espectro de IR (ATR) de [Tm2L5](NO3)6·6H2O Espectro de IR (ATR) de [Yb2L5](NO3)6·3H2O Ligando L6 Espectro de masas MALDI+ de [CoL6](NO3)2·5H2O Espectro de masas MALDI+ de [NiL6](NO3)2·3H2O Espectro de masas MALDI+ de [CuL6](NO3)2·5H2O Espectro de masas MALDI+ de [ZnL6](NO3)2·3H2O·CH3CN Espectro de masas MALDI+ de [AgL6]NO3·3H2O Espectro de masas MALDI+ de [CdL6](NO3)2·3H2O·CH3CN Espectro de IR (KBr) de [CdL6] (NO3)2·3H2O·CH3CN Espectro de IR (KBr) de [LaL6] (NO3)3·6H2O Espectro de IR (KBr) de [CeL6] (NO3)3·7H2O Espectro de IR (KBr) de [PrL6] (NO3)3·6H2O Espectro de IR (KBr) de [NdL6] (NO3)3·6H2O Espectro de IR (KBr) de [SmL6] (NO3)3·10H2O Espectro de IR (KBr) de [EuL6] (NO3)3·10H2O Espectro de IR (KBr) de [GdL6] (NO3)3·7H2O Espectro de IR (KBr) de [TbL6] (NO3)3·8H2O Espectro de IR (KBr) de [DyL6] (NO3)3·6H2O Espectro de IR (KBr) de [HoL6] (NO3)3·5H2O Espectro de IR (KBr) de [TmL6] (NO3)3·9H2O Espectro de IR (KBr) de [YbL6] (NO3)3·10H2O Ligando L7 Espectro de RMN DEPT del ligando L7 Espectro de RMN COSY del ligando L7 Espectro de masas MALDI+ de [CoL7](NO3)2·2H2O Espectro de masas MALDI+ de [NiL7](NO3)2·2H2O Espectro de masas MALDI+ de [CuL7](NO3)2·2H2O Espectro de masas MALDI+ de [ZnL7](NO3)2·4H2O Espectro de masas MALDI+ de [LaL7](NO3)3·5H2O Espectro de masas MALDI+ de [CeL7](NO3)3·6H2O Espectro de masas MALDI+ de [PrL7](NO3)3·4H2O Espectro de masas MALDI+ de [NdL7](NO3)3·4H2O Espectro de masas MALDI+ de [SmL7](NO3)3·5H2O Ligando L8 Espectro de masas MALDI+ de [La2L8](NO3)6·4H2O Espectro de masas MALDI+ de [Ce2L8](NO3)6·3H2O Espectro de masas MALDI+ de [Pr2L8](NO3)6·5H2O Espectro de masas MALDI+ de [Nd2L8](NO3)6·4H2O Espectro de masas MALDI+ de [Sm2L8](NO3)6·4H2O Espectro de masas MALDI+ de [Eu2L8](NO3)6·4H2O Espectro de masas MALDI+ de [Gd2L8](NO3)6·CH3CN Espectro de masas MALDI+ de [Tb2L8](NO3)6·CH3CN Espectro de masas MALDI+ de [Dy2L8](NO3)6·2CH3CN Espectro de masas MALDI+ de [Ho2L8](NO3)6 Espectro de masas MALDI+ de [Er2L8](NO3)6·3H2O Espectro de masas MALDI+ de [Tm2L8](NO3)6·H2O· CH3CN Espectro de masas MALDI+ de [Yb2L8](NO3)6 Espectro de IR (ATR) de [La2L8](NO3)6·4H2O Espectro de IR (ATR) de [Ce2L8](NO3)6·3H2O Espectro de IR (ATR) de [Pr2L8](NO3)6·5H2O r Espectro de IR (ATR) de [Nd2L8](NO3)6·4H2O Espectro de IR (ATR) de [Sm2L8](NO3)6·4H2O Espectro de IR (ATR) de [Eu2L8](NO3)6·4H2O Espectro de IR (ATR) de [Gd2L8](NO3)6·CH3CN Espectro de IR (ATR) de [Tb2L8](NO3)6·CH3CN Espectro de IR (ATR) de [Dy2L8](NO3)6·2CH3CN Espectro de IR (ATR) de [Ho2L8](NO3)6 Espectro de IR (ATR) de [Er2L8](NO3)6·3H2O Espectro de IR (ATR) de [Yb2L8](NO3)6