Photophysics of ruthenium (II) complexes as potential photosensitizers in photodynamic therapy

Abstract

Neste trabalho fizemos estudos computacionais de três complexos de rutênio (II) como fotossensibilizadores em potencial para terapia fotodinâmica para o câncer (PDT). Como a maioria dos tratamentos são baseados em compostos derivados da porfirina, que apresenta baixa janela de absorção, os complexos de rutênio podem suprir tais limitações, o que poderia levar a uma mais efetiva aplicação da terapia fotodinâmica, com menos efeitos colaterais. O primeiro complexo, [Ru(NH3)4dppz]2+ (dppz = dipyrido[3,2-a:2’,3’-c]phenazine) foi usado em um estudo comparativo para melhor otimizar o método, já que sua estrutura é mais simples que os demais sistemas estudados. Os parâmetros estruturais e os resultados espectroscópicos mostraram que o funcional PBE0 foi mais efetivo para este tipo de estudo, pois os resultados estão mais de acordo com dados experimentais e corroborado por outros estudos na literatura com este tipo de complexo e funcional. Portanto, para os estudos posteriores, o funcional PBE0 foi utilizado. Resultados dos parâmetros estruturais mostraram diferenças significativas nas polaridades entre os diferentes estados e quando computados com o modelo CPCM, o que é esperado, já que os grupos amina do complexo interagem fortemente com a água. Os efeitos do solvente foram avaliados com base no modelo contínuo CPCM o por simulação clássica de Monte Carlo, mas neste caso, como o complexo apresenta fortes ligações de hidrogênio com a água, estudos adicionais são necessários para melhor entender a supressão da emissão deste complexo, já que este não deveria emitir luz em solução. Os parâmetros estruturais para [Ru(BPY)2dppz]2+ mostraram que os comprimentos de ligação e os ângulos foram similares, mas as polaridades foram bem diferentes, quando comparados os diferentes estados e o sistema em fase gasosa ou em solução aquosa. Estudos espectroscópicos mostraram que há três estados excitados tripletos com energia menor que o singleto S1, com forte acoplamento Spin-Órbita (SOC) entre os estados S1 com T2 e T3, sendo que T3 apresenta as maiores taxas de cruzamento intersistema (ISC), o que pode indicar um possível mecanismo de desativação via fosforescência. Este resultado indica que este complexo pode atuar em reações na PDT. [Ru(BPY)2(HAT)]2+ (HAT = 1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene) apresentou resultados similares para os parâmetros estruturais quando comparado ao anterior, sendo que os comprimentos e ângulos de ligação variaram pouco, mas as polaridades variaram mais em relação aos estados fundamental, e estados excitados singleto e tripleto, e também em relação à aplicação do modelo contínuo de solvatação CPCM. Cálculos de SOC trouxeram entendimentos sobre a fluorescência e fosforescência do complexo, o que pode explicar o ISC e as reações subsequentes que podem ocorrer na PDT. Corroborando estes resultados, os estudos da termodinâmica das reações com espécies oxigenadas, nitrogenadas e monofosfato de guanosina mostraram que muitas destas reações são favoráveis, o que pode indicar que o complexo pode atuar na PDT tanto pelo mecanismo tipo I quando pelo tipo II.