Síntesis, estructura molecular cristalina, propiedades fotofísicas y quimiosensoras de 4-(4-dimetilaminofenil)-6-(4-fluorofenil)-pirimidina

Autores

Mellado, M. (UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE) ; Saldias, M. (UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE) ; Villaman, D. (UNIVERSIDAD DE CONCEPCION) ; Sobarzo-sanchez, E. (UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE)

Resumo

Las pirimidinas son privilegiadas estructuras heterocíclicas que han demostrado diversas aplicaciones en campos de las ciencias químicas, destacando las propiedades fluorescentes y electroquímicas que sitúan a estos compuestos como pigmentos aptos para su uso en las ciencias biológicas. Debido a esto en el presente trabajo fue sintetizada la 4-(4-dimetilaminofenil)-6-(4-fluorofenil)- pirimidina (3). Los cristales fueron obtenidos por evaporación lenta usando CH₂Cl₂, mientras que las propiedades de absorción y emisión fueron evaluadas en acetonitrilo encontrando que λ_Abs= 370 nm, mientras que λ_Em= 500 nm. Esta emisión se apaga selectivamente en presencia de iones de Fe(III), por lo que podría ser usado para detectar y cuantificar este ion.

Palavras chaves

Pirimidinas; Estructura cristalina; Quimiosensor fluorescente

Introdução

Durante las décadas pasadas, el uso de la fluorescencia en las ciencias químicas, biológicas y ambientales ha tenido un amplio crecimiento, tanto así, que los investigadores usan esta herramienta comúnmente para el desarrollo de metodologías y obtención de resultados en tiempo real (WU et al, p. 3394, 2010). Entre las ventajas que presenta la utilización de técnicas basadas en fluorescencia, destacan la alta sensibilidad, su uso sencillo, un bajo costo económico de implementación y una respuesta rápida y no destructiva, por lo que su aplicación en imágenes ópticas es la herramienta más común para la detección de iones en células vivas, proporcionando una efectiva respuesta en tiempo real ( SURYAWANSHI et al, p. 681, 2013). Si bien el desarrollo de moléculas fluorescentes ha sido exponencial en los últimos años, el desarrollo de quimiosensores basados en pirimidinas es incipiente, aunque con un gran potencial en aplicaciones biomédicas y ambientales. Desde el punto de vista químico, el núcleo de pirimidina juega un rol importante en la química de coordinación debido a que la presencia de más de un átomo de nitrógeno permite una efectiva transferencia de carga metal-ligando (ZHANG et al, p.574, 2016). Debido a estos antecedentes, se sintetizó el compuesto 4-(4- dimetilaminofenil)-6-(4-fluorofenil)-pirimidina (3) y obtuvo la estructura molecular cristalina. Adicionalmente, se evaluaron las propiedades fotofísicas y su aplicación como quimiosensor de metales pesados.

Material e métodos

Síntesis Para la obtención de la pirimidina (3), fue condensada la chalcona (E)-3-(4-(dimetilamino)fenil)-1-(4-fluorofenil)prop-2-en-1-one con guanidina en medio alcalino a reflujo por 8 horas. La mezcla de reacción fue separada por cromatografía en columna usando CH₂Cl₂:EtOAc en polaridad creciente. Estructura Cristalina Un monocristal del compuesto (3) fue obtenido por evaporación lenta usando CH₂Cl₂ como solvente. La estructura cristalina fue obtenida en un difractómetro Bruker D8 QUEST. Propiedades fotofísicas y quimiosensoras La pirimidina (3) fue disuelta en DMSO a concentración 1x10^-2 M, y luego diluida a 100 µM en Acetonitrilo. Las propiedades de absorción fueron medidas en un espectrofotómetro Shimadzu UV-1900 en una cubeta de 10 mm de paso óptico registrando las variaciones de absorción entre 200 y 700 nm. Las propiedades de emisión fueron registradas en un espectrofluorímetro Shimadzu RF- 6000 a temperatura ambiente, registrando las variaciones de emisión entre 400- 700 nm. Las propiedades quimiosensoras fueron evaluadas usando LiCl, NaCl, MgCl₂x6H₂O, CaCl₂x2H₂O, SrCl₂x6H₂O, BaCl₂x2H₂O, AlCl₃, Pb(NO₃)₂, CrCl₃x6H₂O, MnCl₂x4H₂O, FeCl₃x6H₂O, CoCl₂x6H₂O, NiCl₂x6H₂O, CuCl₂x2H₂O, ZnCl₂, CdCl₂x2½H₂O, y Hg(NO₃) ₂.

Resultado e discussão

Síntesis La pirimidina (3) fue sintetizada a partir de la chalcona (E)-3-(4- (dimetilamino)fenil)-1-(4-fluorofenil)prop-2-en-1-ona (1) y guanidina hidrocloruro en medio alcalino a reflujo por 8 horas (Figura 1), obteniendo el producto deseado con un 30% de rendimiento, concordante con los reportes anteriores (MELLADO et al, p.129340, 2021). La estructura fue identificada por resonancia magnética nuclear, mostrando una señal singlete ancho a δ= 5.0 ppm y la ausencia de dos señales doblete a campo bajo con constante de acoplamiento J= 15 Hz. Estructura cristalina La estructura molecular (Figura 2) presenta una desviación del anillo de 4- dimetilaminofenil con un ángulo diedro de 20.77(5)° con respecto al plano del núcleo pirimidina, mientras que en el fragmento 4-fluorofenil la desviación es más pronunciada con un ángulo diedro de 30.12(5)° al mismo plano. Comparando los ángulos con el derivado sin fluor (MELLADO et al, p.129340, 2021), el compuesto (3) muestra un incremento de ambos ángulos dihedros en 11.53°. Propiedades fotofísicas y quimiosensoras Las propiedades de fotofísicas de 4-(4-dimetilaminofenil)-6-(4-fluorofenil)- pirimidina (3), muestra una longitud de onda de absorción λ_Abs= 370 nm, mientras que su emisión se encuentra a λ_Em= 500 nm. La evaluación de las propiedades quimiosensoras del compuesto (3) un incremento del color amarillo y un apagamiento de la intensidad de fluorescencia selectivamente al interactuar con iones de Fe(III) en un corto tiempo (1 minuto).

Esquema de síntesis de la pirimidina (3)


Estructura molecular del compuesto (3).

Conclusões

El compuesto (3), fue obtenido con un 30% de rendimiento y determinada su estructura mediante técnicas de resonancia magnética y difracción de rayos X. La estructura cristalina mostró un incremento de los ángulos dihedros de los anillos 4-fluorofenil y 4-dimetilaminofenil respecto del derivado sin fluor. Las propiedades fotofísicas y quimiosensoras del compuesto (3) mostró un incremento del color amarillo al interactuar con iones de hierro (III), mientras que emisión se apaga en presencia del mismo analito. Este compuesto podría ser usado para detectar y cuantificar este ion.

Agradecimentos

Este trabajo es financiado por la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID) a través de la Subvención en la Academia SA77210078.

Referências

MELLADO, M.; SARIEGO-KLUGE, R.; VALDÉS-NAVARRO, F.; SÁNCHEZ-GONZÁLEZ, R.; FUENTEALBA, M.; BRAVO, M.A.; AGUILAR, L.F. Synthesis, Crystal Structure, and Photophysical Properties of 4-(4-(Dimethylamino)phenyl)-6-phenylpyrimidin-2-amine. Journal of Molecular Structure, n.1226, 129340, 2021.
SURYAWANSHI, V. D.; GORE, A. H.; DONGARE, P. R.; ANBHULE, P. V.; PATIL, S. R., KOLEKAR, G. B. A novel pyrimidine derivative as a fluorescent chemosensor for highly selective detection of Aluminum (III) in aqueous media. Spectrochimica Acta Part A-Molecular and Biomolecular Spectroscopy, n.114, 681-686, 2013.
WU, Y. C.; LI, H. J.; YANG, H. Z. A sensitive and highly selective fluorescent sensor for In3+. Organic and Biomolecular Chemistry, n.8, 3394-3397, 2010.
ZHANG, Q.; TIAN, X. H.; WANG, H.; HU, Z. J.; WU, J. Y.; ZHOU, H. P.; ZHANG, S. Y.; YANG, J. X.; SUN, Z. Q.; TIAN, Y. P.; UVDAL, K. NIR-region two-photon fluorescent probes for Fe3+/Cu2+ ions based on pyrimidine derivatives with different flexible chain. Sensors and Actuator B-Chemistry, n.222, 574-578, 2016.