Os ésteres fosfóricos apresentam uma função vital nos sistemas biológicos, são responsáveis pelo armazenamento e transmissão da informação genética (DNA e RNA), participam na estrutura de coenzimas e anidridos fosfóricos, servem como reserva de energia e participam em diversos processos de sinalização e regulação da atividade biológica. Também têm aplicações como plastificantes, reagentes na preparação de polímeros organofosforados, complexantes para a extração de metais pesados, inseticidas, pesticidas e armas de guerra. Os monoésteres de fosfato são compostos muito estáveis, por exemplo, a hidrólise de um alquilfosfato em 1M KOH tem um tempo de vida média (t1/2) de 1012 anos a 25 ºC. Já o t1/2 para a hidrólise espontânea do DNA, um diéster de fosfato, está estimado na ordem de bilhões de anos. Formas para acelerar a clivagem destes compostos são interessantes para uma melhor elucidação dos mecanismos de hidrólise, primordiais para a compreensão dos mecanismos enzimáticos e também no desenvolvimento de métodos de destruição de inseticidas e gases de guerra. Neste trabalho estudou-se a reação do 2-(2’-imidazol) fenilfosfato de sódio (IMPP) com água e hidroxilamina em diferentes pHs e na presença de La(III)/H2O2 e Bis-Tris-Propano (BTP).

As titulações potenciométricas foram realizadas em um sistema fechado, sob agitação, com fluxo contínuo de nitrogênio a uma temperatura de 25°C e com força iônica 0,1 M (KCl). A base utilizada foi bombeada para a célula de vidro através de um DOSIMAT 765 e o pH medido através do METROHM (713). O tratamento dos resultados experimentais foi realizado utilizando os programas BEST7 e SPECIES, que permitem determinar as constantes de dissociação e distribuição de espécies, respectivamente. Na titulação espectrofotométrica, as medidas experimentais foram realizadas em um espectrofotômetro UV/VIS HP 8453 acoplado a um banho termostatizado (25°C), utilizando-se cubetas de quartzo com caminho ótico de 1 cm e volume total de solução de 3 mL. O estudo cinético foi realizado em um espectrofotômetro de UV/VIS Cary em meio aquoso com uma concentração de IMPP 6,67x10-5M. O aparecimento dos produtos da reação foi acompanhado em 310 nm. A reação foi estudada na presença e ausência de hidroxilamina (1,0M) em diferentes pHs, sendo a temperatura 60 °C e a força iônica 1,0. As reações na presença de La(III)/H2O2 foram realizadas na presença do bis-tris propano (BTP), o qual além de atuar como tampão, evita a precipitação de hidróxidos de La(III).

Através da titulação potenciométrica foram obtidos os valores de pKas de 4,67 e 7,47. Para a titulação espectrofotométrica, observou-se uma pequena variação espectral para o primeiro pKa em relação ao segundo pKa. Isto sugere que o segundo pKa corresponde à desprotonação do grupo imidazolínio, que está mais conjugado ao sistema. Este equilíbrio de desprotonação foi confirmado por RMN de 31P, onde é observada uma maior mudança no deslocamento químico do fósforo na faixa de pH do primeiro pKa. Os estudos cinéticos permitiram encontrar constantes de velocidade na ordem de 10-6 s-1, que corresponde a um tempo de meia-vida longo em água, em torno de 30 horas. Observou-se ainda, na ausência de hidroxilamina, que a espécie zwiterriônica do IMPP é mais reativa que a espécie monoaniônica. Na presença de hidroxilamina a reação procede com um máximo em pH 6, onde se observa um aumento 17 vezes na velocidade de reação em relação à hidrólise da espécie zwiteriônica. Foi estudado também o efeito catalítico de La3+/H2O2 na reação de hidrólise do IMPP onde se observou que a espécie cataliticamente ativa possui mais de um íon metálico associado. A kobs também se mostrou dependente da concentração de H2O2 demonstrando saturação nas maiores concentrações. Foi obtido também o perfil de pH que apresentou duas regiões que dependem da concentração do íon hidróxido. Até pH 7,1 observou-se que a reação é de 2ª ordem em relação ao OH-, enquanto que entre os pHs 7,7 e 8,1 é de 1ª ordem.

As técnicas de titulação mostraram valores de pKa de 4,67 e 7,47 para o grupo fosfato e imidazol, respectivamente. Esta distinção dos equilíbrios de desprotonação foi primordial para os estudos cinéticos, pois permitiu avaliar quais espécies são mais reativas, elucidando um possível mecanismo de reação. Estudou-se a reação de hidrólise do IMPP na presença e ausência de hidroxilamina, sendo que em água a espécie zwiterriônica é mais reativa. Na presença de hidroxilamina a reação procede com um máximo na constante de velocidade em pH 6, onde se observa um aumento de até 17 vezes. Ao avaliar o efeito catalítico de La3+/H2O2 na reação de hidrólise do IMPP, observa-se a existência de duas espécies catalíticas diferentes [IMPP.La2O2]2- e [IMPP.La2O2.O2H]-. Constatou-se um alto efeito catalítico na hidrólise do IMPP na presença de La3+/H2O2, chegando a ser em torno de 104 vezes mais rápida que na ausência de catalisador.

Instituição de fomento: PIBIC/CNPq-BIP-UFSC, UFSC e CNPq

Trabalho de Iniciação Científica