Steric control over cobalt oxidation state and coordination geometry in Schiff base complexes: Synthesis, crystal structures, spectroscopic properties and urease inhibitory activity of tris-chelate Co(III) and bis-chelate Co(II) complexes
Questo studio dimostra che l'ingombro sterico dei sostituenti N-alchilici nei leganti di tipo base di Schiff determina la geometria di coordinazione e lo stato di ossidazione dei complessi di cobalto, dove il gruppo ciclopentile, meno ingombrante, produce un tris-chelato di Co(III) ottaedrico, mentre il gruppo cicloesile, più voluminoso, forma un bis-chelato di Co(II) tetraedrico, con quest'ultimo che esibisce una superiore attività inibitoria della ureasi.
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Nel mondo della chimica, gli scienziati studiano spesso come i minuscoli mattoni chiamati molecole si uniscano per formare strutture più grandi. Un tipo popolare di mattone è noto come base di Schiff, che viene creato quando un tipo specifico di aldeide si mescola con un'ammina, un composto contenente azoto. Queste molecole sono flessibili e possono avvolgersi attorno agli atomi metallici, agendo come una morsa per tenerli in posizione. Questa capacità di afferrare e trattenere i metalli è utile perché i metalli come il cobalto possono cambiare il proprio comportamento a seconda di come vengono trattenuti. A volte un atomo metallico cede un elettrone per diventare carichi positivamente, un processo chiamato ossidazione, e questo cambiamento può alterare il modo in cui l'intera struttura agisce. I ricercatori sono particolarmente interessati a questi complessi metallici perché possono impedire a certi enzimi di funzionare. Un tale enzima, chiamato ureasi, si trova in molti batteri e aiuta a scomporre l'urea, un prodotto di scarto nel corpo. Quando l'ureasi è troppo attiva, può causare problemi di salute come ulcere gastriche o calcoli renali, quindi trovare modi per rallentarla è un obiettivo della scienza medica.
Un team di ricercatori della Sichuan University of Arts and Science si è proposto di vedere se potessero controllare esattamente come un atomo di cobalto si comporta semplicemente cambiando la forma della molecola che lo trattiene. Sono partiti da un ingrediente comune, un liquido giallo chiamato 4-bromosalicilaldeide, e l'hanno mescolato con due diverse ammine. Un'ammina proveniva da un anello di cinque atomi di carbonio, e l'altra proveniva da un anello a sei atomi. Sebbene questi anelli sembrino simili, quello a sei lati è leggermente più ingombrante e occupa più spazio. Gli scienziati hanno mescolato ciascuna di queste nuove molecole con un sale di cobalto in un semplice contenitore di vetro riempito di metanolo e le hanno lasciate riscaldare all'aria aperta. Si aspettavano che la chimica fosse semplice, ma i risultati furono sorprendentemente diversi.
Quando è stato usato l'anello a cinque lati meno ingombrante, l'atomo di cobalto ha afferrato tre delle molecole, formando una stretta gabbia esagonale attorno a sé. In questa disposizione, l'atomo di cobalto ha cambiato il suo stato, diventando una versione più carica nota come cobalto(III). Tuttavia, quando i ricercatori hanno usato l'anello a sei lati più ingombrante, lo spazio extra occupato da esso ha impedito l'inserimento di una terza molecola. Invece, l'atomo di cobalto ha afferrato solo due molecole, lasciandolo in una forma più aperta a quattro lati. Fondamentalmente, in questo secondo caso, l'atomo di cobalto è rimasto nel suo stato originale, meno carico, noto come cobalto(II). I ricercatori hanno scoperto che la dimensione dell'anello da sola era sufficiente a decidere sia quante molecole si sarebbero attaccate, sia quale tipo di stato di carica l'atomo metallico avrebbe adottato, anche se entrambi gli esperimenti avvennero nella stessa aria e sotto le stesse condizioni.
Il team ha poi esaminato attentamente i cristalli che avevano fatto crescere per confermare queste forme. Hanno visto che il primo complesso, con le tre molecole, formava una forma ottaedrica ordinata dove il metallo era strettamente compresso. Il secondo complesso, con solo due molecole, formava una forma tetraedrica più aperta e ritorta. Questa differenza di forma e carica non era una supposizione; è stata misurata direttamente analizzando come i raggi X rimbalzavano sui cristalli. Gli scienziati hanno anche testato quanto bene queste nuove strutture potessero bloccare l'enzima ureasi. Hanno scoperto che il complesso a due molecole, più ingombrante, era molto più efficace nel bloccare l'enzima rispetto alla versione a tre molecole più stretta. Il complesso a due molecole bloccava l'enzima circa il 91 percento del tempo a una concentrazione molto bassa, mentre la versione a tre molecole bloccava l'enzima solo circa il 73 percento delle volte.
Il motivo di questa differenza di prestazioni sembra essere la forma della "casa" del metallo. La struttura aperta a quattro lati del complesso più efficace lascia il centro metallico più esposto, rendendo più facile l'interazione con il sito attivo dell'enzima. La struttura più stretta a sei lati del complesso meno efficace nasconde il metallo, rendendo più difficile il raggiungimento da parte dell'enzima. Questa scoperta dimostra che semplicemente scegliendo un anello leggermente più grande o più piccolo per il ligando, gli scienziati possono dettare non solo la forma del complesso metallico, ma anche la sua carica elettrica e la sua capacità di combattere le malattie. Lo studio suggerisce che questo metodo di utilizzare l'ingombro sterico, o la dimensione fisica, per controllare il comportamento chimico potrebbe essere uno strumento potente per progettare nuovi medicinali che mirano a enzimi specifici senza la necessità di complessi trucchi chimici.
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