ДИЗАЙН И СИНТЕЗ БИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ АУРОФИЛЬНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ЛИГАНДОВ И КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ИХ ОСНОВЕ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.10 ВАК РФ

На правах рукописи

МАЖУГА Александр Георгиевич

ДИЗАЙН И СИНТЕЗ БИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ АУРОФИЛЬНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ЛИГАНДОВ И КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ИХ ОСНОВЕ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

02.00.10 - Биоорганическая химия 02.00.03 - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора химических наук

2013

005061058

Москва-2013

005061058

Работа выполнена в лаборатории биологически активных органических соединений на кафедре органической химии химического факультета Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова".

Официальные оппоненты:

Синяшин Олег Герольдович, академик РАН, профессор Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра Российской академии наук, директор

Кочетков Константин Александрович, доктор химических наук Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук, заведующий лабораторией

Орецкая Татьяна Семеновна, доктор химических наук, профессор Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова"

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологически активных веществ Российской Академии наук

Защита состоится 25 июня 2013 года в 16 часов на заседании Диссертационного совета Д 501.001.41 по химическим наукам при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские Горы, д.1, стр.40, НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ имени М.В. Ломоносова, аудитория 501.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУ имени М.В. Ломоносова. Автореферат разослан «_; 2013 года.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат химических наук, доцент

Смирнова И.Г.

Актуальность темы. Поиск низкомолекулярных модельных систем, способных осуществлять различные процессы синтетической органической химии с эффективностью, сравнимой с биохимической, является актуальной задачей. Большое число важных органических реакций являются редокс-процессами, сопровождающимися одно- или двухэлектронным переносом. В живой природе процессы этого типа протекают с исключительно высокими скоростями и избирательностью благодаря участию метаплоферментов, в активных центрах которых атомы переходных металлов координированы донорными группами (обычно донорами являются атомы N,8,0). Моделирование активных центров металлоферментов и создание их синтетических аналогов - одно из быстро развивающихся направлений современной химии, находящееся на стыке биоорганической химии, координационной химии и биохимии. Ключевой задачей в таком моделировании в большинстве случаев является правильный подбор полидентатного лиганда, который определяет все важнейшие характеристики активного центра - тип координационного полиэдра, распределение электронной плотности, возможность координации молекулы-субстрата, окислительно-восстановительный потенциал (динамические характеристики координационного окружения). В последние десятилетия были развиты теоретические и экспериментальные представления об адсорбции серосодержащих соединений на золотой поверхности и получении на их основе самоорганизующихся монослоев (СОМ). Образующиеся при адсорбции организованные тонкие органические пленки потенциально могут обладать широким кругом полезных свойств, связанных с биологической активностью, фотохимической активностью, сверхпроводимостью, каталитической активностью и транспортом заряда. Большой интерес вызывают СОМ, получающиеся в результате адсорбции органических молекул, содержащих одновременно серосодержащий фрагмент и способную к координации с катионом переходного металла хелатирующую группировку. После "привязывания" к поверхности за счет серосодержащего фрагмента лиганды подобного типа при комплексообразовании с ионами металлов дают металлокомплексные поверхности, интересные для использования в катализе и для моделирования механизма действия природных металлоферментов, встроенных в биологические мембраны. Модифицирование наночастиц золота металлокомплексами придает им новые

свойства - оптические, химические, электрохимические, каталитические; на их основе возможна разработка новых функциональных гибридных материалов и создание супрамолекулярных структур. Однако к моменту начала наших исследований (2000 г.) в научной литературе встречались лишь единичные примеры получения монослоев координационных соединений на поверхности золотого носителя. Медленный рост числа публикаций в данной области связан с недостатком синтетических подходов к новым аурофильным органическим лигандам, способным к одновременной адсорбции на поверхности и координации иона металла, а также с отсутствием методологического исследования образующихся металлокомплексных поверхностей. Перечисленный круг проблем и определяет актуальность настоящей диссертационной работы.

Цель работы: Разработка подходов к синтезу бифункциональных аурофильных органических лигандов и координационных соединений на их основе, моделирующих активные центры окислительно-восстановительных металлоферментов (Си, Со, №). Направленное конструирование бифункциональных серосодержащих органических лигандов и их применение для получения самоорганизующихся монослоев на золотой поверхности. Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

• Разработка методов синтеза и получение бифункциональных органических лигандов с хелатрующими донорными фрагментами различного состава и геометрии.

• Синтез и установление структуры модельных координационных соединений.

• Синтез структурно подобных бифункциональных органических серосодержащих лигандов, состоящих из трех структурных фрагментов: серосодержащая группировка, линкер, донорный по отношению к иону металла фрагмент.

• Адсорбция полученных лигандов на поверхности золота и исследование свойств образующихся монослоев.

• Тестирование биологической активности полученных бифункциональных лигандов и координационных соединений на их основе.

В результате выполнения работы создано новое научное направление - химия координационных соединений переходных металлов с органическими аурофильными лигандами - функциональными моделями активных центров металлоферментов. Научное направление реализовано на основе данных по синтезу более 250 органических соединений и более 60 координационных соединений, часть из которых была протестирована на биологическую активность.

Научная новизна. Впервые предложена новая методология исследования металлокомплексных поверхностей, заключающаяся в систематическом изучении дискретных и адсорбированных на поверхности золота структурно подобных координационных соединений. На основании проведенных экспериментов сформулированы структурные критерии для бифункционального органического лиганда: молекула должна иметь в составе серосодержащий фрагмент, донорный по отношению к иону металла фрагмент и группировку «линкер», обеспечивающую связь двух первых фрагментов. Разработаны препаративные методики получения бифункциональных органических лигандов различных структурных типов, в том числе: систематизированы способы синтеза S-содержащих производных имидазола, пиридина, дипиколиламина, пиридилбензимидазола, терпиридина; впервые синтезирован широкий круг пиридилзамещенных производных 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов; открыты две новые реакции получения арилметилензамещенных 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов; впервые получены аурофильные серосодержащие лиганды на основе диамино-бис-сульфидов, иминотиолов и оптически активных аминокислот. Синтезированы различные типы дискретных и полимерных координационных соединений Cu(II), Cu(I), Ni(II), Co(II), Rh(III). Впервые установлено, что при взаимодействии лигандов ряда 2-алкилтио-5-пиридилметилен-3,5-дигидро-4#-имидазол-4-онов с хлоридом меди(П) протекает необычная реакция восстановления Cu(II) до Cu(I) в процессе комплексообразования, что открывает новые возможности синтеза смешанновалентных биядерных комплексов. Открыто новое медь-катализируемое превращение в ряду имидазолметиленсодержащих 2-тиогидантоинов. Впервые проведена модификация поверхности золота синтезированными серосодержащими лигандами и координационными соединениями на их основе и проведено сравнение строения координационных соединений на поверхности и в растворе. Предложен новый

подход для конструирования низкомолекулярных ингибиторов теломеразы, найден новый класс ингибиторов теломеразы ряда смешанновалентных координационных соединений меди с производными 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов. Практическая значимость. Разработан общий подход к синтезу серосодержащих бифункциональных лигандов на основе производных имидазола, пиридина, дипиколиламина, пиридилбензимидазола, терпиридина, 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-она, диамино-бис-сульфидов, иминотиолов, трифенилфосфина и оптически активных аминокислот. Созданы новые материалы, содержащие бифункциональные органические лиганды и координационные соединения на их основе, перспективные с точки зрения дальнейшего использования в медицине, сенсорике, молекулярной электронике и хроматографии. В частности, полученные координационные соединения катализируют восстановление оксида азота (I) до азота, электрокатализируют димеризацию алкил- и арилгалогенидов. Найдена уникальная сепарационная система на основе модифицированных наночастиц золота, нанесенных на поверхность неорганического носителя. Координационные соединения меди с производными (52, 5 '2)-2,2'-(этан-1,2-диилдисульфанилдиил)бис(5-(2-

пиридилметилен)-3,5-дигидро-4Н-имидазол-4-она) являются эффективными и селективными ингибиторами фермента теломеразы и перспективны для дальнейших доклинических испытаний. Показано, что монослои, образованные 1,16-ди(4-(2,6-дигидроксикарбонил)пиридил)-1,16-диокса-8,9-дитиагексадеканом и бис[6-(2,2';6',2"-терпиридин-4'-ил-окси)гексил]дисульфидом могут быть использованы для иммобилизации гистидинсодержащих белков на поверхность золота, что было продемонстрировано на примере рекомбинантной люциферазы.

Результаты работы используются автором в лекционных спецкурсах для студентов Химического факультета МГУ, в чтении которых автор принимает участие. Апробация работы. Результаты исследования были представлены и докладывались в период с 2002 по 2012 гг на 22-и Всероссийских научных конференциях, 15-и международных научных конференциях, 3-х международных научных симпозиумах. Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 44 печатных работах в реферируемых отечественных и зарубежных периодических изданиях, в том числе в 2-х обзорных, и 60 тезисах докладов на конференциях, совещаниях, чтениях и семинарах всероссийского и международного уровня.

Личный вклад автора. В цикле исследований, составляющих диссертационную работу, автору принадлежит решающая роль в выборе направлений исследований, разработке экспериментальных подходов и обобщении полученных результатов. В работах, выполненных в соавторстве, личный вклад автора заключается в непосредственном участии во всех этапах исследования - от постановки задачи, проведения экспериментов до обсуждения и литературного оформления полученных результатов. Большая часть экспериментальных исследований получена сотрудниками лаборатории Биологически активных органических соединений н.с. Юдиным И.В., м.н.с. Рудаковской П.Г., Фроловым В.В., при непосредственном участии автора, а также аспирантами Ромашкиной Р.Б., Юдиной A.B. В ходе выполнения представленной работы под руководством автора были подготовлены и успешно защищены две диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук.

Рентгеноструктурный анализ выполнен к.х.н. Стариковой З.А., д.х.н. Лысенко К.А., к.х.н. Нелюбиной Ю.В. ЯМР исследования проводились к.х.н. Антипиным P.JI., к.х.н. Борисенко A.A. Электрохимическое исследование полученных лигандов и комплексов проведено к.х.н. Моисеевой A.A. и к.х.н. Рахимовым Р.Д.; биологические испытания полученных координационных соединений проведены к.х.н. Зверевой М.Э., к.х.н. Рубцовой М.П., к.х.н. Скворцовым Д.А. под руководством член-корр. РАН Донцовой O.A.; хроматографическое исследование полученных сорбентов выполнено к.х.н. Ананьевой И.А. и асп. Елфимовой Я.А. под руководством член-корр. РАН Шпигуна O.A.; исследование поведения модифицированных магнитных наночастиц проведено совместно с д.х.н. Клячко H.JI. и д.х.н. Кабановым A.B.; измерение статистических изгибов микробалки с золотым напылением проведено к.х.н. Горелкиным П.А. под руководством д.ф.-м.н. Яминского И.В.; измерения краевых углов натекания капель воды на золотых пластинах проведено к.х.н. Должиковой В.Д.

Автор выражает искреннюю признательность своим глубокоуважаемым учителям заслуженному деятелю науки профессору, д.х.н. Зыку Н.В. и профессору, д.х.н. Белоглазкиной Е.К. за постоянную помощь и поддержку данной работы. Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ 12-04-00988-а, 12-03-33148, Министерства образования и науки РФ (ГК 11.G34.31.0004), гранта Президента

Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых МК-1621.2012.3.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, главы, посвященной обзору литературы по тематике исследования, обсуждения полученных результатов, выводов, экспериментальной части, списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на 500 страницах, содержит 47 таблиц и 94 рисунка. Библиография насчитывает 365 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Окислительно-восстановительные реакции (с переносом электронов) играют большую роль в жизненно важных процессах. Более тысячи ферментов катализируют биохимические реакции, среди которых около двухсот представляют собой класс окислительно-восстановительных металлоферментов. Последние катализируют чрезвычайно важные биохимические реакции, например: железосодержащая оксидаза, окисляющая воду до кислорода в фотосистеме II; медьсодержащая цитохром с-оксидаза, функцией которой является восстановление кислорода с помощью электронов цитохрома с и транспорт протонов сквозь клеточную мембрану; дегидрогеназа (с цинком в активном центре), катализирующая реакции отщепления гидрид-ионов от различных субстратов и т.д.

Создание металлокомплексных катализаторов, моделирующих действие металлоферментов, привлекает в настоящее время внимание исследователей. Ферментативные процессы в живых организмах осуществляются с чрезвычайно высокой эффективностью, которая, как правило, значительно выше достигнутой с помощью синтетических катализаторов. В отличие от многих химических реакций, требующих специфических условий (повышенной температуры, присутствия сильных кислот или оснований, иногда - безводных растворителей и отсутствия кислорода), ферментативные реакции осуществляются в весьма мягких условиях: при температуре близкой к комнатной, атмосферном давлении, в присутствии воды и кислорода воздуха и при сравнительно небольшой кислотности и основности среды. К важнейшим преимуществам ферментативных катализаторов относятся их высокая субстратная специфичность (т. е. способность катализировать реакции только одного

из близких по строению веществ), исключительная селективность (превращение затрагивает только строго определенные группировки и связи в молекуле субстрата), строгая стереоспецифичность процессов. Многие ферменты, выступающие в качестве прототипов для таких катализаторов, содержат в своём составе ионы металлов, координированные атомами азота и серы. В настоящее время усилия большого числа исследователей направлены на преодоление все еще существующего значительного отставания синтетических катализаторов по уровню основных характеристик от ферментов.

Для создания функциональных аналогов природных оксидаз и редуктаз нами впервые предлагается использовать адсорбцию координационных соединений на базе бифункциональных серосодержащих органических лигандов с терминальной координирующей ион металла группировкой на поверхности золота. Достоинством и новизной данного подхода является то, что возможен контроль процесса окисления/восстановления иона металла, например при адсорбции, на поверхности золотого электрода. По своей каталитической способности ионы двухвалентных металлов располагаются во многих модельных реакциях в следующий ряд: Си > N1 > £п > Со > Не > Мп > Mg > Са, в связи с этим в настоящей работе наибольшее внимание уделено координационным соединениям меди, никеля и кобальта. При выборе органического лиганда прежде всего предпочтение отдавалось азот- и серосодержащим лигандам, способным образовывать координационные и ковалентные связи с ионами металлов. При этом создаваемые катализаторы как по своей структуре и природе активных центров, так и по реакциям, могут и не иметь ничего общего с ферментами. В данном случае ферментативный катализ, скорее, не объект моделирования, а источник идей, способных помочь в создании более эффективных химических катализаторов.

В соответствии с предложенной методологией исследования целью первого этапа работы является разработка синтеза органических бифункциональных лигандов различных структурных типов, общая схема строения которых представлена на рис.1.

Производные имидазола и пиридина

О О ОЮ

Производные имидазолидина

н не 14»^

н и.

Тиолы Сульфиды Дисульфиды

®н шнкер

Координирующий узел

Производные диамино-бис-сульфидов и диамидо-бис-сульфидов

ГЛ ГЛ

СС"00 СО »00

(А-—--^о

Рисунок 1. Общая схема строения бифункционального аурофильного лиганда.

Все синтезированные лиганды имеют в своем составе серосодержащий фрагмент, необходимый для адсорбции на поверхности золота, донорную группировку, способную координировать ионы металлов, и связывающий эти группы фрагмент-линкер. В качестве линкеров использовались полиметиленовые, арильные, алкиларильные, алкоксиарильные, алкоксикарбонильные и виниларильные группировки.

В качестве фрагментов, осуществляющих координацию металла, нами были выбраны незамещенные и замещенные производные пиридина, имидазола, бензимидазола, дипиколиламина, терпиридина, имидазолидина и бензимидазолидина, 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-она, диамино-бис-сульфидов и диамидо-бис-сульфидов.

• Выбор производных имидазола и пиридина в качестве координирующих группировок объясняется тем, что подобные соединения образуют комплексы с большинством ионов металлов. Изменение количества атомов азота в донорной группировке меняет устойчивость координационного соединения (1о§Куст = 1.3-2.6

для Ь2М, где Ь=Ру; 1о£Куст = 9.1-12.1 для Ь2М, где Ь=ТегРу), что важно при изучении адсорбции полученных лигандов и комплексов на поверхности золота.

• Производные имидазолидина, существующие в равновесии со своей иминотиольной формой, диамино-бис-сульфиды, диимино-бис-сульфиды и диамидо-бис-сульфиды - представители лигандов N,8- и N282 типов - представляют интерес для получения функциональных аналогов активных центров природных металлоферментов, в которых координация иона металла осуществляется донорными атомами серы и азота, как например в никелевой ацетилкоэнзим синтазе/СО дегидрогеназе или кобальтовой нитрил гидратазе.

• 2-Тиогидантоины (4-оксоимидазолидин-2-тионы) и их 8-алкилированные производные (2-алкилтио-3,5-дигидро-4Н-имидазол-4-оны) привлекают внимание исследователей в связи с широким спектром проявляемой ими биологической активности. Различные 5-замещенные тиогидантоины также используются в терапевтической практике. Во многих случаях координация серо- и азотсодержащих соединений с ионами переходных металлов повышает их антивирусную и противоопухолевую активность. С этой точки зрения 2-тиогидантоины и их алкилированные производные, содержащие эндо- и экзо-циклические донорные атомы различной природы, и способные существовать в форме либо нейтральных молекул, либо моноанионов, представляют интерес в качестве лигандов для получения хелатных металлических комплексов - низкомолекулярных моделей природных металлоферментов.

При исследовании координационных соединений на основе упомянутых органических лигандов для отбора наиболее перспективных молекул использовались следующие критерии:

• Электрохимический критерий: учитывалась близость потенциала восстановления металла в модельном координационном соединении к нативному ферменту, а также обратимость восстановления по металлу

• Функциональный критерий: способность катализировать модельную реакцию аналогично природному ферменту.

1. ПОЛУЧЕНИЕ БИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ АУРОФИЛЬНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ЛИГАНДОВ И КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА

ИХ ОСНОВЕ

Для получения лигандов требуемых структурных типов использовались следующие реакции:

• восстановительное аминирование;

• модифицированная реакция Крёнке;

• реакция Витгига (в модификации Хорнера-Эммонса-Уодсворда);

• реакция Мицунобу;

• каскадные гетероциклизации;

• карбодиимидный синтез;

• нуклеофильное присоединение к карбонильным соединениям;

• И-, О- и С-алкилирование ароматических гетероциклических субстратов и нуклеофильное замещение галогена на дисульфидную группу.

1.1. Лиганды - производные имидазола, пиридина и терпиридина В соответствии с предложенной методологией на первом этапе исследования в качестве модельных бифункциональных аурофильных лигандов были синтезированы производные имидазола, пиридина, пиридин-2,6-дикарбоновой кислоты, 2-(2-пиридил)бензимидазола и терпиридина (Таблица 1).

Таблица 1. Производные имидазола, пиридина и терпиридина.

X О. а я о скА -А- сАо

У СН2 сн2 СОО о сн2 сн2 о 0

п 10 11, 13 5 1,5, 10, 11 2, 6, 11 6,8

№ 1 2-4 5 6-9 10-12 13,14

Производные терпиридина 15-19, содержащие в своем составе ароматические фрагменты-линкеры, были получены конденсацией Крёнке исходя из 2-ацетилпиридина и ароматических альдегидов, содержащих в своем составе метилтио-или отре/я-бутилтио-группировки:

15, Я=Н 16,11= СН38 17, Я^-ВиЗ

18,11=

19,

1.2. Синтез координационных соединений с лигандами - производными имидазола, пиридина и терпиридина

В литературе описаны координационные соединения лигандов на основе имидазолов, пиридинов и терпиридинов с переходными металлами. В данном разделе отметим лишь получение координационных соединений, содержащих лиганды ряда терпиридина с терминальной серосодержащей функцией. Было показано, что терпиридиновые лиганды 15-19 способны образовывать с ионами Со(П), N¡(11) и Ш1(Ш) комплексные соединения состава Ь : М = 2 : 1 (симметричного или несимметричного строения) или 1: 1 в зависимости от типа металла-комплексообразователя и условий реакции.

1.3. Синтез лигандов - производных 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов Производные 2-тиогидантоинов, содержащих дополнительные донорные по отношению к иону металла группировки, были представлены единичными примерами. Для исследования реакций комплексообразования с ионами переходных металлов была синтезирована библиотека производных 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов, представленная на рис. 2. Получение тиогидантоинов заключается в осуществлении цепочки превращений изотиоциенатгиомочевина —> 2 тиогидантоин —> 5-арилметилензамещенный тиогидантоин. Также нами были разработаны два альтернативных метода получения 5-арилметилензамещенных 213

тиогидантоинов, основанные на трехкомпонентной конденсации изотиоционатоэтилацетата, амина и ароматического альдегида или глицина, изотиоционата и ароматического альдегида. Предложенные новые методы получения целевых соединений являются препаративно удобными способами синтеза 2-тиогидантоинов.

¿г Кі

20, Я=Ме, Я,=2-Ру, 73%; 21, Я=Рг, Я,=2-Ру, 70%; 22, Я=А11, Я,=2-Ру, 52%; 23, Я=РІі, Я,=2-Ру, 73%; 24, Я=р-Вг-СбН4-, Я,=2-Ру, 73%; 25, Я=РЬ, Я,=3-Ру, 73%; 26, Я=Р1і, Яі=4-Ру, 73%; 27, циклопропил, Я,=2-Ру, 90%; 28, 11=2-антранил, Я,=2-Ру, 89%; 29, Я=9-антранил, Я,=2-Ру, 92%; 30, Я=2-флуоресцеинил, Яі=2-Ру, 73%; 31, Я=Рг, К,=2-С2иі, 85%; 32, Я=А11, К,=2-(5ш, 83%; 33, Я=Р1і, Я|=2-(}ш, 88%; 34, Я=2-флуоресцеинил, К|=2-(Зш, 74%; 35, Я=р-ЕЮОС-С6Н4-, Я,=2-Ру, 73%; 36, Я= СН2СН2, 21%; 37, Я=СН2СН2СН2, 91%; 38, Я= СН2(СН2)3СН2, 96%; 39, Я= СН2(СН2)4СН2, 82%; 40, Я= СН2(СН2)6СН2, 80%; 41, Я= СН2СН2ОСН2СН2ОСН2СН2, 83%; 42, СН2СН2СН2ОСН2СН2ОСН2СН2, 45%; 43, Я=2,7-дифлуоренил, 82%; 44, 11=4,4'-дифенил-4,4-флуоренил, 85%;

Рисунок 2. Строение полученных в работе 5-арилметилензамещенных 2-тиогидантоинов.

Наличие в молекуле 2-тиогидантоина тионной группировки позволяет модифицировать молекулу, алкилируя ее алкилгалогенидами. Данная реакция значительно изменяет координационные свойства тиогидантоиновых лигандов. Замещенные в 3-положении 2-тиогидантоины вводились нами в реакции алкилирования метилиодидом. В результате с высокими выходами образуются продукты 5-алкилирования (рис.3).

R A О-,/ V___S—Me •Y Me Me 4S S NS=\ /SSN N/SSS\ OJ-^-yU^

45, R=Ph, R'=2-Py, 65%; 46, R=p-Br-C6H4, R'=2-Py, 67%; 47, R=Ph, R'=o-t-BuS-C6H4-, 65%; 48, R=Ph, R'=3-Py, 65%; 49, R=Ph, R'=4-Py, 69%; 50, R=Me, R'=2-Py, 77%; 51, R=Pr, R'=2-Py, 80%; 52, R=A11, R'=2-Py, 74%; 53, R=Ph, R'=2-Py, 65%; 54, R=l-нафтил, R'=2-Py, 85%; 55, R=2-aнтpaнил, R'=2-Py, 69%; 56, R=флyopecцeин, R'=2-Py, 68%; 57, R=Pr, R'=2-Qui, 79%; 58, R=AU, R'=2-Qui, 74%; 59, R=Ph, R'=2-Qui, 72%; 60, R=l-нaфтил, R'=2-Qui, 85%; 61, R=флyopecцeин, R'=2-Qui, 69%; 62, R=циклoпpoпил, R'=2-Py, 65%;63, R=Ph, R^N-метилимидазолил, 66%;64, R=Ph, R'=2-(5-Br-Py), 54%;65, R=A11, R'=2-(5-Br-Py), 45%;66, R=Pr, R'=2-(5-Br-Py), 65%; 67, R=флyopeн-2,7-диил, 81%; 68, R=4,4'-дифeнил-4,4-флyopeнил, 79%; 69, R= CH2CH2CH2, 84%; 70, R=l,4-C6H4, 79%; 71, R=CH2CH2CH2CH2CH2, 72%; 72, R=(CH2 )6, 65%; 73, R=(CH2)8, 25%; 74, R= CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2, 50%; 75, R=(CH2CH2S)2, 31%;

R Л OEt хгпг R'

76, R=Ph, R'=2-Py, 72%; 77, R=p-Br-C6H4-, R'=2-Py, 75%; 78, R=AU, R'=2-Py, 68%; 79, R=Ph, R'=o-t-BuS-C6H4-, 56%; 80, R=Ph, R'=2-Py, n=2, 73%; 81, R=Ph, R'=2-Py, n=4, 64%; 82, R=Ph, R'=2-Py, n=6, 62%; 83, R=p-BrC6H4-, R'=2-Py, n=2, 67%; 84, R= p-BrC6H4-, R'=2-Py,

п=4, 71%; 85, Я= р-ВгС6Н4-, Я'=2-Ру,

п=6, 69%; 86, Я=Ме, Я'=2-Ру, п=2, 64%;

87, Я=Ме, Я'=2-Ру, п=4, 58%; 88, Я=Ме,

11'=2-Ру, п=10, 67%; 89, Я=Ме, Я'=2-Ру,

п=6, 67%; 90, Я=Рг, Я'=2-Ру, п=2,

82%;91, К=А11, Я'=2-Ру, п=2, 92%; 92,

Я=1-нафтил, Я'=2-Ру, п=2, 68%; 93, Я=

2-антранил, Я'=2-Ру, п=2, 81%; 94,

Я=А11, Я'=2-Ру, п=4, 76 %; 95, 11=А11,

Я'=2-Ру, п=6, 81%; 96, Я=Рг, Я'=2-(Зш,

п=2, 83%; 97, Я=АП, 1Г=2-0>ш, п=2,

78%; 98, Я=циклопропил, Я'=2-Ру, п=2;

Рисунок 3. Строение продуктов алкилирования полученных в работе 5-арилметилензамещенных 2-тиогидантоинов.

Соединения 20-98 представляют собой новый класс бифункциональных органических лигандов, перспективных с точки зрения их дальнейшего использования в реакциях комплексообразования.

1.4. Синтез координационных соединений на основе производных 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов

Интерес к тиозамещенным имидазолонам и имидазолинонам, содержащим пиридиновый и имидазольный фрагмент, связан в первую очередь с изучением координационной химии подобных соединений. Причем, если небольшое число комплексов тиогидантоинов с переходными металлами в литературе описано, то сведений о координационных возможностях Б-алкилированных тиогидантоинов до настоящего времени нет. Соединения данного типа могут координировать ионы металлов атомом азота, атомом серы или одновременно атомами азота и серы. Полученные нами лиганды в соответствии с типами донорных систем можно разделить на 2 группы: производные 2-тиогидантоинов 20-44 и производные 2-алкилтио-5-(арилметилен)-3,5-дигидро-4Я-имидазол-4-онов 45-98. Нами было получено более 60 координационных соединений, 15 из которых удалось

охарактеризовать данными рентгеноструктурного анализа. В качестве примера рассмотрим координационное соединение 99, полученного из калиевой соли лиганда 23 и хлорида кобальта (рис. 4).

Рисунок 4. Молекулярная комплекса 99 (сплошная линия). Пунктирной

структура соединения 99. линией изображена вольтамперограмма после

добавления Bul.

В комплексе 99 ион металла имеет искаженное тетраэдрическое лигандное

окружение четырьмя атомами азота. Координационное соединение 99 было

исследовано электрохимическими методами; на кривой ЦВА в катодной области для

него наблюдаются 2 обратимых пика восстановления, третья стадия является

квазиобратимой, остальные - необратимые (рис. 5). Факт существования

одноэлектронного обратимого восстановления свидетельствует об устойчивости

образующегося на этой стадии анион-радикала. Известно, что подобные комплексы

могут являться катализаторами алкилирования трудноалкилируемых соединений.

При электрохимическом восстановлении комплекса в присутствии

трудноалкилируемого соединения происходит образование анион-радикала

комплекса, в реакции с AlkX образующего соединение Alk-Co(III), обладающее

гораздо большей алкилирующей способностью, чем исходный AlkHal. Этот

промежуточный комплекс способен алкилировать трудноалкилируемые соединения,

высвобождая при этом анион-радикал исходного комплекса переходного металла.

Аналогично описанному процессу, витамин B,2 принимает участие как кофермент в

реакции трансметилирования, в которых метилкобаламин выполняет роль

промежуточного переносчика метальной группы (реакции синтеза метионина и

ацетата). Руководствуясь полученными данными по обратимости первой стадии

17

электрохимического восстановления комплекса 99, мы исследовали его способность катализировать реакции алкилирования. При добавлении в электрохимическую ячейку избытка п-Ви1 на кривой ЦВА наблюдается новый пик восстановления с потенциалом -1.2В, соответствующий восстановлению нового соединения; о протекании алкилирования дополнительно свидетельствовует исчезновение обратимости первого пика восстановления и появление на ЦВА при обратном сканировании потенциала пика окисления иодид-иона.

Сходство лигандного окружения, расстояния Со-Ы и потенциала восстановления Со(П)/Со(1) в соединении 99 с аналогичными характеристиками серии коферментов на основе витамина В12, а также возможность имитировать процесс переноса алкильной группы, позволяет утверждать о получении низкомолекулярного аналога данной биомолекулы. Комплекс 99 представляет собой потенциальный катализатор реакций алкилирования.

Лиганды 45, 46, 50-66 и 76-79 содержат а -пиридиновый или 2-имидазольный фрагменты в 5-ом положении тиогидантоинового кольца. Образующиеся в результате реакций комплексы имеют состав Ь*МС12. Кобальтовый комплекс 100 (получен из лиганда 45), а также медные комплексы 101 (получен из лиганда 45), 102 (получен из лиганда 62) удалось охарактеризовать рентгеноструктурно. В полученных координационных соединениях ион металла имеет искаженное тетраэдрическое окружение (рис. 6-8). В координации помимо пиридинового и тиогиднатоинового атомов азота незаряженного органического лиганда участвуют два хлорид-аниона.

Рисунок 6.

Молекулярная структура соединения 100.

Рисунок 7. Молекулярная структура соединения 101.

Рисунок 8.

Молекулярная структура соединения 102.

В последние десятилетия предлагается использовать моно- и биядерные комплексы Со(П) с хелатными азотсодержащими лигандами в качестве переносчиков молекулярного кислорода. В кристаллической структуре молекул полученных нами комплексов (например, для соединения 100) геометрия координационного окружения кобальта близка к тригональной бипирамиде с одним удаленным аксиальным лигандом. Поэтому представляется возможной координация комплексом дополнительной донорной молекулы, например, растворителя или молекулярного кислорода. В связи с этим нами была исследована каталитическая активность комплекса 100 в реакции эпоксидирования алкенов действием перекиси водорода, кислорода и иодозобензола (Таблица 2). В модельной реакции эпоксидирования норборнена в присутствии 5 мол.% катализатора выход эпоксида достигал 80%. При эпоксидировании других алкенов (норборнен, циклогексен, гексен-1), выходы эпоксидов составили от 40 до 75%.

Таблица 2. Эпоксидирование алкенов иодозобензолом или перекисью водорода в присутствии соединения 100.

н—А

Алкен Окислитель Катализатор Выход, %

Циклогексен Ph-I=0 100 40

100* 70

н2о2 100 44

100* 73

Норборнен Ph-I=0 100 38

100* 71

н2о2 100 74

Гексен-1 Н202 100 10

Н202 100* 85

* Катализатор ковалентно иммобилизован на смолу Меррифилда

При использовании комплексного соединения 100, ковалентно иммобилизованного на поверхности сверхсшитого полистирола, выходы эпоксидов составили от 70 до 85% (Таблица 2).

Замена 8-метилтио-группировки на в-карбэтоксиметильную группировку в структуре исходного лиганда при проведении комплексообразования позволило получить ранее не описанный класс смешанновалентных Си''5Си'5 комплексов (Схема 1).

По данным РСА при образовании комплекса 103 происходит дезалкилирование органического фрагмента с образованием анионного тиогидантоинового лиганда, координирующего ионы меди атомом серы и двумя атомами азота. В состав молекулы комплекса входит также мостиковый хлорид-анион. Медьсодержащий фермент Ы20-редуктаза отвечает за восстановление N20 до N2 на последней стадии круговорота азота в природе. Известно, что в данном ферменте в активном центре Сиг-типа содержится 4 атома меди, каждый из которых связан с двумя атомами азота гистидина и атомом серы; расстояние Си-Си составляет 2.5-2.6 А.Полученный нами комплекс 103 имеет сходную геометрию, что позволяет считать его упрощенной моделью данного фермента (рис.9). Для подтверждения данного предположения была изучена каталитическая активность комплекса 103 и структурно подобных координационных соединений в модельной реакции трифенилфосфина с N20 в присутствии 5 мол. % комплекса и без него, а также в присутствии неорганических солей меди(1 и II). Полученные данные представлены в таблице 3. В присутствии комплекса 103 оксид трифенилфосфина был получен с выходом 100%.

103

Рисунок 9.

Молекулярная структура комплекса 103.

Таблица 3. Выходы продуктов реакции окисления трифенилфосфином в присутствии 5 мол. % комплекса.

РЬ3Р СНзС^, 25°С,4 часа^ р(цр=0 / комплекса, N20 N2

Лиганд Соль Выход рь3р=о Лиганд Соль Выход рь3р=о

80 СиС12-2Н20 5% 45 СиС12-2Н20 5%

80 Си(СН3С^(СЮ4) 16% - СиС12-2Н20 8%

80 Си(СЮ4)2-6Н20 10% - Си(СН3СЫ)(СЮ4) 5%

76 СиС12-2Н20 100% - Си(СЮ4)2-6Н20 8%

Была обнаружена возможность использования координационных соединений Со(П) и Си(П) с производными 2-тиогидантоинов для катализа превращения оксида азота(1) в азот в условиях электрокаталитической реакции в монослое адсорбированного комплекса. На примере координационного соединения 100, закрепленного в монослое цетилтриметиламмоний бромида, была установлена предполагаемая схема протекающих в электрохимической ячейке процессов (схема 2).

Схема 2.

п N20 „ ЬСоиС12.1Ч20 -<—-- ЬСопС12

+ 2 е

ЬСо°С12.^0

ЬСо°С12

Лиганды, содержащие два имидазолоновых фрагмента, разделенные мостиком с различным числом метиленовых звеньев, способны образовывать биядерные металлокомплексы. При проведении реакций комплексообразования хлорида меди (II) с лигандами 80-82, 86-88, 90, 91, 98 нами неожиданно были выделены

координационные соединения состава Ь*Си2С13. По данным РСА были получены комплексы, содержащие два иона меди различных степеней окисления (Си+ и Си2+) (рис. 10). Геометрия координационного окружения иона меди(П) - искаженная тетраэдрическая, меди(1) - тригональная. Полученный результат является необычным примером спонтанного получения смешанновалентных комплексов меди(1,П) и открывает новые возможности синтеза таких координационных соединений.

X)

Рисунок 10. Молекулярная структура комплекса 104

Принимая во внимание биомиметическую активность полученных координационных соединений, одной из целей нашего исследования являлось изучение их физиологической активности. В качестве модели для биотестирования был выбран фермент теломераза - фермент, добавляющий особые повторяющиеся последовательности ДНК на участках теломер, которые располагаются на концах хромосом в клетках эукариот. Теломераза экспрессируется в 80% раковых опухолей, что делает ее перспективной мишенью противораковой терапии. Большая часть низкомолекулярных ингибиторов данного фермента содержат в своем составе сопряженную планарную ароматическую систему, способную взаимодействовать с структурой С4-квадруплексов, локализованных на концах теломер. Исходя из геометрического строения производных 2-тиогидантоинов, а также присущих им электронных характеристик, мы предположили, что данный класс соединений, а также комплексные соединения на их основе, могут связываться с О-квадруплексом. Для подтверждения данной гипотезы нами первоначально было проведено качественное моделирование совпадения геометрических параметров квартета азотистых оснований и полученных комплексов (рис. 11, 12).

Рисунок 11. Наложение квартета азотистых оснований и комплекса 103 (вид сверху).

Рисунок 12. Наложение квартета азотистых оснований и комплекса 104 (вид сбоку).

Для тестирования ингибирования теломеразы полученными соединениями был использован метод амплификации добавленных теломерных повторов. Для определения 1С5о (концентрация вещества при которой происходит ингибирование теломеразной активности на 50%) проводили реакции при различных концентрациях препаратов (Таблица 4). Нами был проведен анализ значений IC50 и установлено соотношение структура-активность, было найдено, что для наибольшего эффекта необходимо наличие аллильной группировки в 3-ем положении 2-тиогидантоинового цикла, пиридинового фрагмента в 5-ом, а оптимальный «линкер», связывающий два тиогидантоиновых фрагмента, должен содержать два атома углерода.

Таблица 4. Результаты тестирования теломеразной активности методом TRAP для серии соединений.

Номер Соединение IC50 Номер Соединение IC50

105 ж \\ Л \ 7 MKM 109 > } 1 ,(CHJ. / 4" n.,0 <pN curt 20 MKM

106 1 лен,),. 1 Т >" ^ т f N Cu2CI3 ¿-Ч i Vх) ( / 14 MKM 110 20 mkM

104 ^ г" Y Y "ij "Л CUjClj VN N—/ \ ч) 7 2 мкМ 103 VrsiA vi 1". >200 мкМ

107 Y >-• -Yr X—N N—k . N\ CUjCI, \—N N—/ \ N) ( / 4 мкМ 80-98 R >200 мкМ

108 9 9 v^vr <f " "Л Co,CI, 4 мкМ - Pt(NH3)2Cl2 7 мкМ

Комплекс 104, содержащий два иона меди в разных степенях окисления, был выбран нами в качестве соединения-лидера. Сравнение значений концентрации ингибитора, при которой происходит уменьшение активности фермента на 50% (2 мкмоль/л), превосходят описанные в литературе данные для известных ранее координационных соединений, способных ингибировать теломеразу. Для соединения «лидер» нами были проведены дополнительные эксперименты по исследованию селективности по отношению к другим ферментам (Таблица 5).

Таблица 5. Значения 1С50 для соединения 104 при ингибировании различных

ферментов.

Фермент 1С5„, цМ

Обратная транскриптаза ВИЧ 4

Т7 RNA полимераза 50

E.coli RNA полимераза 30

DNA полимераза ß 20

Taq DNA полимераза 100

Соединение 104 оказалось селективным ингибитором фермента теломераза. Для комплекса 104 была получена формуляция на основе блок-сополимеров F127, F85, F23, что позволило существенно повысить растворимость гидрофобного

24

координационного соединения в воде (0.65 мг/мл для 104, 3 мг/мл для формуляции). Средний размер образующихся мицелл составил 96 нм. Была исследована цитотоксичность синтезированного ингибитора 104 по отношению к клеточным линиям карциномы печени человека, клеточной линии рака простаты человека и клеточной линии рака молочной железы. Во всех перечисленных случаях были получены близкие значения 1С5о, находящиеся в диапазоне от 2 до 4 мкмоль (рис. 1315).

Данные конфокальной микроскопии подтвердили трансфекцию координационного соединения в клетку и локализацию комплекса 104 в ядре клетки Б ¡На. Таким образом, полученный нами класс координационных соединений меди на основе 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов представляется перспективным для дальнейших доклинических исследований.

1.5. Синтез лигандов - производных тиазолидина и тиазола

Соединения 105-127 ряда производных тиазолидина и тиазола (рис. 16) были получены реакцией соответствующих ароматических альдегидов с 2-аминоэтинтиолом или о-аминотиофенолом.

бензотиазолидинов и бензотиазолов.

С целью получения металлокомплексных монослоев была синтезирована также серия бензотиазолинов 128-136, имеющих в своем составе серосодержащую группировку:

128, п=2, 62%; 129, п=6, 51%; Н 130, п=10, 59%;131,п=2, 91%;

О— (CH2)n—SCOCH3 132, п=6, 90%; 133, п=10, 85%;

134, п=2, 72%; 135, п=6, 76%; 136, п=10, 80%;

1.6. Синтез координационных соединений на основе производных тиазолидина и

тиазола

Производные тиазолидинов и тиазолов склонны образовывать координационные соединения с переходными металлами состава 2:1 или 1:1. В качестве примера рассмотрим образование координационных соединений меди с 2-(2-пиридил)бензотиазолом. В комплексе лиганда 125 с нитратом меди координация

металла осуществляется атомами азота пиридинового и бензотиазольного циклов. Атом меди в комплексе 137 находится в октаэдрическом лигандном окружении. В координации помимо атомов азота принимают участие две нитрогруппы, каждая из которых связывается с ионом металла двумя атомами кислорода (рис. 17).

Рисунок 17. Молекулярная структура комплекса 137. Рисунок 18. Молекулярная структура комплекса 138.

Замена исходной соли в реакции комплексообразования с нитрата меди на перхлорат меди приводит к образованию координационного соединения 138 (рис. 18). В комплексе 138 атом меди имеет искаженное квадратно-пирамидальное окружение и координирован четырьмя атомами азота пиридинового и бензимидазольного циклов двух лежащих в основании молекул лиганда и атомом кислорода, находящейся в вершине пирамиды молекулы воды. Координационное соединение 138 потенциально является низкомолекулярной функциональной моделью фермента 2п-Си супероксид дисмутазы, в связи с близостью геометрических параметров и потенциала восстановления Си(ІІ) в Си(І) в комплексе и в природном ферменте.

1.7. Синтез лигандов ^82-типа

Нами были синтезированы диимино-бис-сульфиды и диамино-бис-сульфиды, содержащие в своем составе пиридиновые фрагменты, а также терминальные

серосодержащие функции:

ОСГХ) ООО > 1 1! ІІ С^р мн мн > 1 К И

139, п=0; 140, п=1; 141, п=2; 142, п=0, Я=Р1і; 143, п=0, Я=2-Ру; 149, Я=РЬ; 150, Я=2-Ру; 151,

144, n=0, R=3-Py

145, n=0, R=4-Py

146, n=l, R=Ph

147, n=l, R=3-Py

148, n=l, R=4-Py;

R=3-Py; R=4-Py;

152,

153

Содержащие структурный фрагмент ор/ио-аминотиофенола производные диамидо-бис-сульфидов 154-158, , представляющие новый класс органических лигандов, и координационные соединения на их основе - перспективные соединения для моделирования активных центров природных металлоферментов:

ЗВгбпЭ,

ГГ П _ /Ч

.АА.

SB. b.V ¡ГЛ HN^VJ"

ОСдЭ ОС. „О ¿<S н ь

АА > ( Г

154 155 156

157 (п=1),

158 (п=2)

Лиганды, содержащие диамино-бис-сульфидные фрагменты, и координационные соединения, содержащие упомянутые лиганды, потенциально могут быть использованы для моделирования окислительно-восстановительных процессов, происходящих в металлсодержащих ферментах. Нами был разработан метод получения данного класса соединений реакцией алкилирования ациклического диаминобиссульфида 159 а,ю-дибромалканами, с образованием циклических диаминобиссульфидов 160-162 (Рис.19):

.SH н:

„ NHj 2Н.. _ ^

Ici® ^s-^^-nh hn'

OCNH HN^O

160, n=l; 161, n=2; Рисунок 19. Молекулярная

162, n=3; структура соединения 159.

1.8. Синтез координационных соединений с участием лигандов Г^^-типа.

В качестве примера рассмотрим координационное соединение 163, полученное реакцией диамина 159 с хлоридом никеля. Строение комплекса 163 было подтверждено данными РСА (Рис.20).

Избранные длинны связей, Л

Комплекс 163 Активный центр коэнзим А-синтазы (Ni центр, Hegg et al.,2004)

Рисунок 20. Молекулярная Ni-Nl 1.952(3) 1.9

структура NÎ-N2 1.958(3) 1.9

комплекса 163. Ni-Sl 2.1517(11) 2.1

Ni-S2 2.1622(11) 2.1

Атом никеля в соединении 163 координирован двумя атомами серы и двумя атомами азота органического лиганда, и имеет плоско-квадратное лигандное окружение. С использованием метода ЦВА было найдено, что комплекс 163 обратимо восстанавливается при потенциале -1.61 В. Особо отметим, что возможность обратимого восстановления комплексов данного типа, установленная плоскоквадратная геометрия окружения иона металла (а, значит, возможность координации дополнительных аксиальных лигандов с образованием октаэдрического комплекса), близость длин связей Ni-S и Ni-N в комплексе и активном центре нативных никельсодержащих ферментов, делает координационные соединения с лигандами N2S2 типа перспективными для дальнейшего исследования в качестве катализаторов окислительно-восстановительных реакций.

Таким образом, нами были разработаны синтетические подходы к азот- и серосодержащим органическим лигандам различных структурных типов: производным имидазола, пиридина, дипиколиламина, пиридинбензимидазола, терпиридина, 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-она, диамино-бис-сульфидов, иминотиолов. Были получены органические лиганды для синтеза модельных

координационных соединений (20-74, 76-98, 105-123, 139-152, 154, 155, 159-162), а

29

также бифункциональные органические лиганды, способные к адсобции на поверхности золота(1-19,75,128-136,153,156-158).

2. Исследование адсорбции синтезированных лигандов и координационных соединений на планарной поверхности золота

В качестве модельных соединений для исследования адсорбционных свойств на поверхности золотых пластин и изучения их взаимодействия с ионами переходных металлов нами были выбраны лиганды различных структурных типов 1-19, 75, 128136, 153, 156-158. Для изучения адсорбции использовались различные физико-химические методы, такие как измерение краевых углов натекания, ИК-спектроскопия отражения с поверхности, циклическая вольтамперометрия, измерение статического изгиба кантилевера, электронная спектроскопия в УФ- и видимой области, метод динамического рассеяния света и просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ). Для получения самоорганизующихся монослоев (СОМ) синтезированных бифункциональных лигандов кремниевые пластинки с вакуумно напыленным слоем золота выдерживали в растворах дисульфидов в метаноле или диметилформамиде с концентрацией 10"3 М в течение различных промежутков времени. Процесс химической адсорбции тиолов и дисульфидов на поверхности золота можно представить как окислительное присоединение тиола к золотой поверхности и последующее восстановительное элиминирование водорода. С целью изучения процессов формирования самоорганизующихся монослоев полученных серосодержащих соединений на поверхности золота было проведено измерение краевых углов натекания для капель воды на поверхности, модифицированных лигандами (2-4,7,11,13) золотых пластин (рис. 21).

Аи^ 15 цА

" ІІ4^. : " •

" \С * — Е/у

а о-■—--о • ■ во '' 0 -Ь0

Рисунок 21. Зависимость углов натекания капель воды на поверхность модифицированных золотых пластин от времени адсорбции для лигандов (3, 4, 2, 11, 7,13 сверху вниз). Рисунок 22. Циклические вольтамперограммы лиганда 17 на золотом электроде; первая кривая записана через 1 мин после модификации, последняя через 20 мин.

Во всех случаях уменьшение краевых углов с течением времени по сравнению с

углом, измеренным для чистой золотой поверхности, говорит о постепенном

заполнении поверхности и её гидрофилизации. Метод циклической

вольтамперометрии является важным инструментом для подтверждения

формирования и установления структуры монослоя на золоте. На примере лиганда 17

нами было продемонстрировано, что первоначально процесс адсорбции на Аи

протекает, по-видимому, за счет координации атомов азота терпиридинового

фрагмента и лишь затем происходит «переориентация» с адсорбцией атомов серы и

результирующим образованием связи Аи-8: в пользу этого предположения

свидетельствует наличие на кривой ЦВА в первые часы контакта золотого электрода

с раствором 17 пика восстановления координированного с Аи терпиридинового

фрагмента при Ерс = -1.47, которые постепенно исчезает, приблизительно через 20

часов полностью сменяясь пиком Ерс = -0.82 В (рис.22). Таким образом, основываясь

на данных ЦВА и величин краевых углов натекания капель воды, найдено

оптимальное время модификации поверхности золота, которое составило от 3 до 10 ч.

Помимо исследования адсорбции тиолов и дисульфидов, нами впервые была

исследована адсорбция тиазолидинов 105-117. Как было отмечено ранее,

тиазолидины и бензотиазолины в растворе существуют в равновесии со своей

31

ациклической формой, которая может адсорбироваться на поверхности золота тиольным атомом серы. При электрохимическом исследовании упомянутых лигандов в растворе электролита и в монослое на золотом электроде можно отметить следующие особенности: при окислении лиганда наблюдается ранняя квазиобратимая волна, по-видимому, соответствующая окислению тиолятного фрагмента лиганда. При исследовании лиганда, адсорбированного на поверхности золотого электрода, данная волна не наблюдается, что свидетельствует об образовании прочной связи БАи. В отличие от анодной области, катодная область вольтамперной кривой практически не отличается для лиганда как в растворе, так и на золотой поверхности. Данный новый метод модификации поверхности золота открывает возможность использования широкого круга карбонильных соединений (прекурсоров в синтезе тиазолидинов) для получения монослоев.

В соответствии с предложенной методологией исследования одной из целей данной работы является установление строения координационного соединения на поверхности золота. В качестве критерия сравнения строения модельного комплексного соединения в растворе и его аналога на поверхности была использована величина потенциала окисления/восстановления иона металла в составе растворенного комплекса с модельным лигандом и аналогичного комплекса с содержащим лигандом, адсорбированном на золотом электроде:

координацио

соединение

Модельное

иное

Си(П) /Си(1)

Си(П) /Си(1) Ерс= +0.32/+0.49 В

Ерс =+0.36/+0.45 В Си(П) /Си(1)

-рс

Е„с = +0.45/+0.51 В

'рС

/~л

уЗ в.

а, х>

н ІН

Структурный

аналог координацио

иного соединения на

поверхности золота

I і

Си(ІІ) /Си(1) - = +0.35/+0.39 В

Си(ІІ) /Си(1)

Ерс= +0.28/+0.34 В

Си(Н) /Си(1) Ере = +0.37/+0.58 В

Сравнение потенциалов восстановления исследуемых комплексов подтверждает аналогичное строение координационных соединений, образующихся в растворе и на поверхности электрода. Заметим также, что строение металлокомплексной поверхности в большинстве случаев не зависит от порядка получения адсорбированного на Аи комплекса (вначале - получение комплекса и затем его адсорбция, или вначале - получение слоя лиганда на золотом электроде и далее адсорбция соли металла из раствора): при обоих способах получения Аи-связанных комплексов их потенциалы восстановления и окисления одинаковы. Важно также, что величины потенциалов восстановления ионов меди близки к природным системам. Идея использования монослоев координационных соединений для моделирования действия окислительно-восстановительных металлоферментов была

продемонстрирована на примере исследования электрохимического поведения медного комплекса лиганда 75, моделирующего активный центр фермента нитрит редуктазы. Для получения координационного соединения на поверхности золотой электрод с иммобилизованным лигандом 75 выдерживался в растворе хлорида меди (II) (рис. 23).

electrode

Au

О

N

S

•s

CH,

CuClj

о

A

u

LCu"

N02 + 2H

NO + H20

electrode immobilized layer solution

Au Au Au Au

Au Au Au Au

В

Рисунок 23. Схема образования монослоя координационного соединения (А) и схема восстановления нитрит иона (В).

После восстановления ионов меди на поверхности и последующего добавления нитрит-иона, используя электрохимические методы, нам удалось зафиксировать образование N0 из N0?, что свидетельствует о протекании реакции восстановления в монослое. Таким образом, с использованием разработанной методологии исследования координационных соединений, адсорбированных на поверхности золота, было установлено, что строение координационных соединений в растворе и на поверхности аналогично, а комплексы переходных металлов, закрепленные на поверхности, могут быть рассмотрены как биомиметики природных окислительно-восстановительных металлоферментов.

2.1. Применение СОМ координационных соединений на планарной поверхности

золота

Системы на основе наномеханических кантилеверов широко используются в настоящее время для создания физических, химических и биологических сенсоров. Микрокантилеверы обладают способностью изгибаться при молекулярной адсорбции, протекающей на одной из сторон его балки. При образовании на поверхности золотого кантилевера самоорганизующихся монослоев серосодержащих органических соединений наблюдается положительный или отрицательный изгиб кантилевера в зависимости от природы терминальных функциональных групп в адсорбированных молекулах. Мы исследовали динамику изменения статического изгиба микробалки при адсорбции на ее поверхности бис-(4-(2-пиридилметилениминофенил))дисульфида 164, полученного по реакции 2-пиридинкарбальдегида с бис(4-аминофенил)дисульфидом (Схема 3).

Схема 3.

>2 С6Н„ С4Н,М

d"

-о

0 0 0 2 0.4 0.6 0 8 1.0 1.2 1.4 1 6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2 8 3.0

Time, hours

Рисунок 24. Отклонение микробалки при взаимодействии модифицированного лигандом 164 кантилевера с Со(С104)2 (I) и после промытия раствором соляной кислоты (II).

При хемосорбции дисульфида происходит положительное отклонение микробалки,

что свидетельствует об образовании СОМ на поверхности. Нам удалось показать, что

полученный монослой дисульфида 161 может быть использован в качестве сенсора на

ионы переходных металлов, что было продемонстрировано на примере реакции с

солями Со(П). Предел обнаружения ионов кобальта составил 10"6 М (рис. 24). Кроме

того, было изучено взаимодействие адсорбированного на поверхности микробалки

лиганда 14 с ионами Cu(II) и полученного координационного соединения - с

гистидином (рис. 25).

Рисунок 25. Отклонение микробалки при взаимодействии монослоя лиганда 14 с хлоридом меди(П) и гистидином.

При хемосорбции дисульфида 14 на поверхности микробалки наблюдалось положительное отклонение («сжатие») кантилевера, что свидетельствует об образовании адсорбционного слоя исследуемого сероорганического соединения на поверхности. Изгиб кантилевера на величину порядка 600 нм (±60 нм) в противоположную сторону наблюдался при выдерживании кантилевера, модифицированного лигандом 14, в растворе СиС12*2Н20. В настоящей работе мы предлагаем новый способ иммобилизации гистидин-зависимых белков на поверхности золотого кантилевера, основанный на координационных взаимодействиях молекул гистидина с комплексами Си(Н), адсорбированными на поверхности золота. В качестве модельного соединения был выбран Ь-гистидин. При выдерживания кантилевера, модифицированного комплексом Си(П) с терпиридином, в растворе Ь-гистидина происходило «сгибание-разгибание», что свидетельствует об иммобилизации гистидина. Предложенный метод иммобилизации гистидинсодержащих соединений на поверхности золота и получения тонких пленок, закрепленных на поверхности носителя, перспективен для создания химических и биологических сенсоров. Описанный подход был применен для изучения адсорбции на поверхности золота гистидинсодержащего рекомбинантного белка люциферазы с образованием комплекса производного приридин-2,6-дикарбоновой кислоты 11 и N¡(11) (Схема 4).

Схема 4.

enzyme

I Au Au Au I

I Au Au Au I

I Au Au Au

Адсорбция дисульфида 11 на поверхности золота и взаимодействие полученного монослоя с ионами Ni(II) были изучены электрохимическими методами. На основании полученных данных было рассчитано, что степень заполнения поверхности белком составляет 1 молекула/600 нм2. Предложенный метод может быть использован для иммобилизации гистидинсодержащих белков на поверхности золота.

3. Изучение адсорбции синтезированных лигандов на поверхности наночастиц

золота

Для получения модифицированных наночастиц (НЧ) использовали два подхода: метод Туркевича (Turkevich et al., 1951), в котором в качестве восстановителя и стабилизатора при получении наночастиц золота используют цитрат натрия; и метод Бруста-Шифрина (Brust et al.,1995), где в качестве восстановителя применяют боргидрид натрия, а для стабилизации поверхности НЧ используют тиолы и дисульфиды. По методу Туркевича первоначально были получены НЧ золота, стабилизированные цитрат-анионом и таниновой кислотой, размером 10-12 нм, имеющие в электронном спектре характерную полосу плазмонного резонанса при 516-519 нм. Для получения НЧ золота, стабилизированных органическими лигандами с терминальными азотсодержащими группировками, предпочтительным оказался метод Бруста-Шифрина, который позволяет получать устойчивые, практически монодисперсные НЧ, стабилизированные серосодержащими органическими лигандами:

HAuCLt

1) (Oct)4N В г/толуол, Н20

2) L/толуол

3) NaBH4/H20

Au

L =

R

Сведения о строении, размере и спектральных характеристиках полученных модифицированных НЧ суммированы в Таблице 6.

Таблица 6. Строение, средний размер и спектральные данные полученных модифицированных наночастиц золота.

Схема НЧ Средний размер НЧ, нм (данные ПЭМ) Количество атомов золота (модель Леффа) Полоса плазмонног о резонанса, нм

All s 2.2 328 509 нм

Г"" Аи .........^......................../■-.J' - 9.2 23983 583 нм

N Au 2.4 426 504 нм

о Au s . • _ N 1.8 180 505 нм

О г""414 Au 1.7 151 503 нм

Au "^х^ 4.8 3406 599 нм

3.1. Исследование взаимодействия модифицированных НЧ золота с ионами переходных металлов

В настоящей работе мы предлагаем новый способ получения агрегатов НЧ за счет координационных взаимодействий адсорбированных на поверхности металлических

наночастиц лигандов с ионами переходных металлов. Преимуществом предложенной методологии является возможность контролируемого получения ансамблей НЧ различной степени агрегированности и обратимости их образования. Для получения ансамблей НЧ было исследовано два возможных подхода: (1) взаимодействие наночастиц, модифицированных органическим лигандом, с растворами солей переходных металлов; (2) адсорбция на НЧ заранее полученных комплексных соединений органических лигандов с теми же ионами металлов. При взаимодействии модифицированных лигандами 2 и 13 по методу Бруста НЧ золота с Си(С104)2*6Н20 по данным просвечивающей электронной микроскопии были получены агрегаты сферической формы со средним размером около 100 нм, состоящие из исходных НЧ небольшого размера (рис. 26).

. ::: мк ■ ^¿ШШЩШшшк'-- - . 1

Рисунок 26. Данные ПЭМ - агрегаты, Рисунок 27. Димерные агрегаты НЧ

полученные взаимодей-ствием золота, полученные при взаимодействии

модифицированных лигандом 2 НЧ НЧ с комплексом бензимидазола 31 и

золота с Си(СЮ4)2. Си(П) (данные ПЭМ).

С целью получения димерных агрегатов НЧ с использованием бензимидазола 7 нами были исследованы два альтернативных метода: добавление раствора соли металла к НЧ, модифицированным лигандом 7, и адсорбция заранее полученного координационного соединения. Как и в случае производного пиридина 2, при взаимодействии полученных по методу Туркевича НЧ золота, с лигандом 7 происходит их постепенная агрегация. При адсорбции на поверхности НЧ, стабилизированных цитрат-анионами и танниновой кислотой, заранее приготовленного комплексного соединения бензимидазола 7 с СиС12*2Н20 удалось выделить устойчивые агрегаты меньшего размера. По данным динамического

рассеяния света, агрегаты имели средний размер 30 нм, на основании чего можно предположить для них димерную или тримерную структуру. Образование димеров и тримеров было подтверждено данными просвечивающей электронной микроскопии (рис.27). Димерные агрегаты были также получены с использованием координационных соединений производных терпиридина 15-19, содержащих в своем составе аурофильные группировки различной природы (-БМе, -8-/Ви, -8Н), и ионов Со(П). Таким образом, в данной части работы разработаны методы получения ансамблей НЧ золота различной степени агрегированности и установлено, что степень агрегации НЧ определяется концентрацией раствора комплекса, используемого для получения агломератов.

3.2. Изучение каталитической активности модифицированных наночастиц

Наночастицы золота, модифицированные производным терпиридина 13, были исследованы в реакции комплексобразования с Си(СН3СМ)4СЮ4. Изучение комплексообразования лиганда 13 на поверхности золотых наночастиц с Си(СН3СЫ)4С104 в растворе СН3СМ и возможности связывания образующимся комплексом молекулярного кислорода было проведено методом электронной спектроскопии. Каталитические свойства НЧ золота, модифицированных лигандом 13, были исследованы нами на модельной реакции окисления 2,4-дн-трет-бутилфенола кислородом воздуха в присутствии перхлората одновалентной меди. По данным ГХ-МС, был получен 4,4',6,6'-тетра-«грет-бутилфенил-2,2'-диол с выходом 30% (Схема 5).

30%

Отметим, что при этом не наблюдается образования других возможных продуктов окисления исходного фенола (о-хинонов, гидрохинонов и т.п.). Таким образом,

золота

Схема 5.

образующийся комплекс селективно катализирует окисление 2,4-ди-трет-бутилфенола до соответствующего бифенила с умеренным выходом.

4. Исследование адсорбции биомолекул на наночастицы типа «ядро-оболочка»

Среди большого спектра наночастиц, исследуемых для применения в биологии и медицине, наибольшее внимание привлекают магнитные наночастицы. Такие наночастицы в настоящее время используются в качестве средств адресной доставки физиологически активных соединений, контрастных агентов для магнитно-резонансных исследований и т.д. В качестве объекта исследования нами были выбраны частицы с магнитным ядром (Fe304) и золотой оболочкой, которые были получены модификацией наночастиц магнетита АиСЦ" ионами с последующим восстановлением золота на поверхности. В настоящей работе мы провели синтез водорастворимых core-shell наночастиц Fe304@Au, их очистку методом эксклюзионной хроматографии и модификацию серией серосодержащих органических соединений (L-цистеин, меркаптопропионовая кислота, 11-меркаптоундекановая кислота, липоевая кислота, HS-PEG-COOH, 2-аминоэтантиола и т.д.). Наличие карбоксильной группы на поверхности наночастиц Fe304@Au позволяет ковалентно иммобилизовать различные по природе биомолекулы, что было продемонстрировано нами на примере фермента химотрипсина. Полученные наноматериалы были охарактеризованы комплексом физико-химических методов, включающих просвечивающую электронную микроскопию, электронную спектроскопию в УФ и видимой области, динамическое светорассеяние.

В работе впервые показано, что слабые низкочастотные (50 Гц) негреющие магнитные поля могут воздействовать на конформацию и активность молекулы фермента, ковалентно иммобилизованного на поверхности магнитной наночастицы. Обнаруженный эффект может быть использован при исследованиях динамики и сценариев биохимических реакций методами наномеханической силовой спектроскопии, при объяснении механизмов влияния слабых магнитных полей на живые организмы, для адресной доставки лекарств и диагностики болезней.

5. Практическое применение разработанных подходов Новые хроматографические системы на основе наночастиц золота

Одним из направлений в современной нанотехнологии является исследование физико-химических свойств наночастиц металлов. Перспективной, но малоизученной научной задачей является использование наночастиц металлов для получения новых материалов для развития методов разделения, концентрирования и последующего определения органических соединений. В данной работе мы впервые предлагаем использовать закрепленные на неорганических и органических носителях наночастицы металлов, стабилизированные органическими лигандами, в качестве сорбентов для хроматографическоо разделения различных классов соединений. Целью исследования было направленное формирование микроструктур (на примере матрица (силикагель, оксид алюминия, полистирол) - наночастицы металла (золото) -серосодержащий лиганд) для получения селективных и эффективных сорбентов для ВЭЖХ, в том числе хиральных. При модификации поверхности силикагеля наночастицами золота в ряде случаев использовали предварительную обработку оксида кремния 3-аминопропилтриметоксисиланом или 3-

меркаптопропилтриметоксисиланом. На заключительном этапе синтеза серосодержащие соединения были адсорбированы на поверхность наночастиц. В качестве лигандов для модификации были выбраны Ь-цистеин, метиловый эфир Ь-цистеина, 4-меркаптопиридин, лиганд 13, бычий сывороточный альбумин и ванкомицин. Структура синтезированных сорбентов была исследована методами сканирующей электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии, атомно-абсорбционной спектроскопии, спектроскопии диффузного отражения.

Показана принципиальная возможность и оптимизированы условия разделения энантиомеров р -блокаторов на тиолированном силикагеле (8Ю2-8Н), модифицированном наночастицами золота с иммобилизованным БСА или ванкомицином в обращено-фазовой ВЭЖХ, причем большей энантиораспознавательной способностью обладает сорбент на основе ванкомицина.

Основные результаты и выводы

1. Сформулировано новое междисциплинарное направление исследований: химия координационных соединений переходных металлов с органическими аурофильными лигандами - функциональными моделями активных центров металлоферментов. Найдены перспективные области биологического применения адсорбированных и дискретных координационных соединений.

2. Впервые создана общая стратегия синтеза бифункциональных серосодержащих лигандов, которая основана на найденных эмпирическим путем надежных методах синтеза и включает выбор структурных блоков, методы их создания, последовательность и способы включения этих блоков в структуру молекулы. Найдены пути синтеза, которые в широких пределах позволяют варьировать структуру базовых модельных соединений и являются оптимальными.

3. Предложены новые и оптимизированы известные методы направленного синтеза органических бифункциональных аурофильных лигандов - серосодержащих производных пиридина, имидазола, 4-гидроксипиридин-2,6-дикарбоновой кислоты, бензимидазола, дипиколиламина, терпиридина, 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов, диамино-бис-сульфидов, диамидо-бис-сульфидов и диимино-бис-сульфидов.

4. Выполнено многоплановое исследование, включающее комплексное изучение строения и физико-химических свойств координационных соединений переходных металлов, адсорбированных и не адсорбированных на поверхности золота. Показана идентичность строения координационных соединений, иммобилизованных на поверхности золота, и в растворе.

5. Найдено, что координационные соединения переходных металлов (Си(П). N¡(11) и Со(П)), адсорбированные на поверхности золота, могут быть использованы для функционального моделирования активных центров металлсодержащих ферментов. На примере исследования электрохимического поведения адсорбированного медного комплекса лиганда 75 показана возможность его использования в качестве модели нитрит редуктазы.

6. Исследована адсорбция полученных серосодержащих пиридинов, имидазолов, дипиколиламинов и терпиридинов на поверхности золота методами измерения краевых углов натекания, ИК-спектроскопии отражения с поверхности, кварцевого микровзвешивания, циклической вольтамперометрии. Установлено, что

первоначально молекулы данных соединений связываются с золотой поверхностью как серосодержащей группировкой, так и гетероциклическим атомом азота, однако, со временем на поверхности формируется однородный адсорбционный слой за счет образования ковалентных связей Аи-8. Полученные данные существенно расширяют представления о природе адсорбции азот- и серосодержащих соединений на поверхности золота.

7. Установлена возможность связывания адсорбированных на поверхности золота комплексов меди (II) с лигандом 14 с гистидином и комплекса никеля (II) с лигандом 11 с гистидинсодержащим белком люциферазой. Предложен метод иммобилизации гистидинсодержащих белков на поверхности золота за счет образования координационных связей с адсорбированными координационными соединениями.

8. Показано, что качественное моделирование структуры в4-квадруплексов может быть использовано для создания низкомолекулярных ингибиторов теломеразы. Найден новый класс низкомолекулярных ингибиторов теломеразы на основе координационных соединений Си(П) и Си(1) с производными 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов.

9. Предложен общий метод синтеза смешанновалентных координационных соединений меди на основе реакции 2-алкилтио-5-пиридилметилен-3,5-дигидро-4Н-имидазол-4-онов с хлоридом меди(П). Найден новый класс смешанновалентных [Си1'5 Си''5]-комплексов, являющихся низкомолекулярными функциональными моделями фермента Ы20 редуктаза.

10. Разработана новая сепарационная система на основе модифицированных наночастиц металла и неорганического носителя. Найдены оптимальные условия разделения стереоизомеровр -адреноблокаторов с использованием наногибридного материала в качестве стационарной фазы в ВЭЖХ.

11. Предложен новый способ получения агрегатов наночастиц, отличающийся от известных тем, что процесс димеризации происходит за счет координационных взаимодействий лигандов, адсорбированных на поверхности металлических наночастиц, с ионами переходных металлов. На примере координационных соединений пиридилбензимидазола и терпиридина с ионами Си(П) и Со(П) найдены оптимальные условия реакции димеризации наночастиц.

12. Получены координационные соединения и модифицированные наночастицы золота, проявляющие каталитическую активность в реакциях восстановления оксида азота(1) до азота, окисления алкенов до эпоксидов и электрокаталитическую активность в реакциях димеризации алкил- и арилгалогенидов.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Majouga A. G., Beloglazkina Е. К., Vatsadze S. Z., Moiseeva A. A., Butin K. P. and Zyk N. V. Synthesis, structure and electrochemistry of Co"LCb 0.5CH3CN (L = [2-(methylthio)-3-phenyl-5-(pyridine-2-ylmethylene)-3,5-dihydro-4H-imidazole-4-onj). Il Mendeleev Commun., 2004, v. 14, N 3, p. 115-117.

2. Мажуга А.Г., Белоглазкина E. К., Вацадзе C.3., Фролова H.A., Зык H. В. Синтез изомерных 3-фенил-5-(пиридилметилен)-2-тиогидантоинов и их S-метилированных производных. Молекулярная и кристаллическая структура (52)-3-фенил-5-(пиридин-2-ил-метилен)-2-тиоксоимидазолин-4-она и (52)-2-метилтио-3-фенил-5-(пиридин-2-ил-метилен)-3,5-дигидро-4Я-имидазол-4-она. IIИзв. АН. Сер. Хим., 2004, N 12, с. 2734-2739.

3. Majouga A. G., Beloglazkina Е. К., Vatsadze S. Z., Moiseeva A. A., Moiseev F. S., Butin K. P. and Zyk N. V. The first example of reversibly reducible Со(п) complex with anionic 2-thiohydantoin type ligand. // Mendeleev Commun., 2005, v. 15, N 1, p. 48 - 50.

4. Мажуга А. Г., Белоглазкина E. К., Юдин И.В., Зык Н.В., Моисеева А. А., Бутин К. П. Синтез и электрохимическое исследование комплексов 2-алкилтио-5-(пиридилметилен)-3,5-дигидро-4Я-имидазол-4-онов с переходными металлами. (Сообщение 2.) (5Z, 5'Z)-2,2'-(алкан-а,ш-диилдисульфанилдиил)бис(5-(2-пиридилметилен)-3,5-дигидро-4Н-имидазол-4-оны и их комплексы с хлоридом кобальта (II). II Изв. АН. Сер. Хим., 2005, N 9, с. 2099-2104.

5. Белоглазкина Е. К., Вацадзе С.З., Мажуга А.Г., Фролова H.A., Ромашкина Р.Б., Зык Н.В., Моисеева A.A., Бутин К.П. Синтез и электрохимическое исследование комплексов 2-метилтио-5-(пиридилметилен)-3,5-дигидро-4Я-имидазол-4-онов с переходными металлами (Со, Ni, Си). Молекулярная и кристаллическая структура Cu"l'C12 (L1 = (52)-2-метилтио-3-фенил-5-(а-пиридилметилен)-3,5-дигидро-4Я-имидазол-4-он) и CoHL2Cl2 (L2 = (5Z)-2-метилтио-3-метил-5-(а-пиридилметилен)-3,5-дигидро-4Я-имидазол-4-он. II Изв. АН. Сер. Хим., 2005, N 12, с. 2679-2689.

6. Мажуга А.Г., Вацадзе С.З., Фролова H.A., Зык Н.В. Синтез 3-пиридилзамещенных производных 2-тиогидантоина. // Вестник МГУ. Сер.2. Химия. 2005. т. 46. N 5. с. 300-303.

7. Белоглазкина Е. К., Мажуга А.Г., Юдин И.В., Фролова Н.А., Зык Н.В., Должикова В.Д., Моисеева А.А., Рахимов Р.Д., Бутин К.П. 5-Пиридилметилензамещенные 2-тиогидантоины и их комплексы с Cu(II), Ni(II), Co(II): синтез, электрохимическое исследование, адсорбция на модифицированной цистеамином поверхности золота // Изв. АН. Сер. Хим., 2006, N 6, с. 978990.

8. Beloglazkina Е. К., Majouga A. G., Romashkina R. В., Zyk N. V. A novel catalyst for alkene epoxidation: polymer-supported C0IILCI2 {L=3-phenyl-5-(2-pyridylmethylene)-2-thiohydantoin} complex. // Tetrahedron Lett., 2006, v. 47, p. 2957-2959.

9. Белоглазкина E.K., Юдин И.В., Мажуга А.Г., Моисеева А.А., Турсина А.И., Зык Н.В. Синтез и электрохимические исследование комплексов 2-(2-пиридил)бензотиазол с переходными металлами (Со", Ni", Си"). Молекулярная структура аквабис[2-(2-пиридил)бензотиазол]медь(Н) диперхлората. ИИзв. АН. Сер. Хим., 2006, N 10, с. 1738-1744.

10. Beloglazkina Е. К., Majouga A. G., Romashkina R. В., Moiseeva A. A., Zyk N. V. The preparation, crystal structure and electrochemistry of (5Z, 5'Z)- 2, 2'-(alkane-a,co-diylsulfanyldiyl)bis(5-(3-pyridilmethylene)-3,5-dihydro-4H-imidazole-4-ones) and their complexes with cobalt (II) chloride. //Polyhedron, 2007, v. 26, p. 797-802.

11. Beloglazkina E. K., Majouga A. G., Zyk N. V., Rahimov R. D., Yaminsky I. V., Gorelkin P.V., Kiselev G.A., Kutateladze A.G. Bis-(4-(2-pyridilmethyleneiminophenyl))disulfide - A chelating ligand capable of self-assembly on gold surface and its complexes with M(BF4)2 and M(C104)2; M= Co, Cu and Ni. Experimental and theoretical study. // Thin Solid Films, 2007, v. 515, p. 4649-4661.

12. Белоглазкина E.K., Мажуга А.Г., Моисеева A.A., Цепков М.Г., Зык Н.В. 5-[2-(метилтио)этил]-2-тиоксо-3-фенилимидазолидин-4-он и его комплексы с переходными металлами (Со", Ni", Си"). Синтез и электрохимическое исследование. // Изв. АН. Сер. Хим., 2007, N2, с. 339-343.

13. Vatsadze S. Z., Majouga A. G., Beloglazkina Е. К., Mironov А. V., Zyk N. V. First organic-inorganic hybrid material based on AgNC>3 and 3-pyridine containing 2-thiohydantoin. // Mendeleev Commun., 2007, v. 17, p. 77-79.

14. Beloglazkina E. K., Majouga A. G., Yudin I. V., Rahimov R. D., Tarasevich B.N., Zyk N. V. Bis[4-(methylthio)phenylmethyleneaminophenyl]disulfide, 2-[4-methylthio)phenyl]-2,3-dihydro-1,3-benzothiazole. And its nickel (II) and cobolt (II) complexes: Synthesis, Adsorption on gold surface and electrochemical characterization. // Journ. of Sulfur Chemistry, 2007, v. 28, N 2, p. 201210.

15. Белоглазкина E.K., Мажуга А.Г., Моисеева A.A., Юдин И.В., Моисеев Ф.С., Шматова О.И., Зык Н.В. Синтез и электрохимическое исследование комплексов 1,2-бис(2-

(пиридилметиленамино)фенилтио)этанов с переходными металлами ( Co(II), Ni(II), Cu(II)). // Изв. АН. Сер. Хим., 2008, N 3, с. 565-571.

16. Белоглазкина Е.К., Юдин И.В., Мажуга А.Г., Моисеева А.А., Затонский С.В., Зык Н.В. Синтез и электрохимическое исследование комплексов 3- и 4-пиридин-2-ил-1,3-бензотиазола с переходными металлами ( Co(II), Ni(II), Cu(II)). Молекулярная структура тетраацетата (бис(4-пиридин-2-ил-1,3-бензотиазол)меди(П)). // Изв. АН. Сер. Хим., 2008, N 2, с. 350-355.

17. Ромашкина Р.Б., Должикова В.Д., Белоглазкина Е.К., Мажуга А.Г., Зык Н.В.. Модифицирование поверхности золота производными 2-тиогидантоинов и их комплексами с кобальтом(П). // Вестник МГУ. Сер.2. Химия., 2008, т. 49, N 5, с. 317-321.

18. Белоглазкина Е. К., Шиморский А.В., Мажуга А.Г., Зык Н.В.. Координационные свойства 1,3-бензотиазолов. Образование полимерного комплекса с плоско-квадратной геометрией координационного окружения иона меди(П) в реакции СиСЬбНгО с этан-1,2-диил-6ис[2-(1,3-бензотиазол-2-ил)-фенил]сульфидом. //Химия Гетероцикл. Соедин., 2008, N 10, с. 15761580.

19. Мажуга А.Г., Белоглазкина Е.К., Ромашкина Р.Б., Антипин Р.Л., Зык Н.В. Ансамбли на основе наночастиц золота. // Перспективные материалы, 2008, N 6, с .272.

20. Белоглазкина Е.К., Шиморский А.В., Мажуга А.Г., Шилова О.В., Тафеенко В.А., Зык Н.В Образование Cu(I) (CH3CN4) CIO4 в реакциях перхлората меди (II) с ацетонитрилом в присутсвии серосодержащих органических соединений. // Ж. Орг. Химии, 2009, т. 79, N 7, 1147-1152.

21. Мажуга А.Г., Белоглазкина Е. К., Фролов В.В., Моисеева А.А., Зык Н.В. (2-Пиридил)-4-апкоксикарбонил-замещенные тиазолы и их комплексные соединения с Си (II) и Со (II). Молекулярная и кристаллическая структура 2-(2-пиридил)-4-этоксикарбонилтиазолмедь дихлорида. ИИзв. АН. Сер. Хим., 2009, N 4, с. 826-832.

22. Majouga A. G., Beloglazkina Е. К., Moiseeva A. A., Zyk N. V., Zefirov N. S. Oxidation of triphenylphosphine and norbornene by nitrous oxide in the presence of ConLCl2 [L=3-phenyl-5-(2-pyridylmethylene)-2-thiohydantoin]:the first example of Co"-catalyzed alkene oxidation by N2O. // Mendeleev Commun., 2009, v. 19, N 2, p. 69-71.

23. Majouga A. G., Beloglazkina E. K., Moiseeva A. A., Zyk N. V., Zefirov N. S. First example of the ring-opening transformation of thiazolidines to iminothiols on gold surface. // Mendeleev Commun., 2009, v. 19, N 2, p. 92-93.

24. Белоглазкина E. К., Мажуга А.Г., Моисеев Ф.С., Фролов B.B., Моисеева А.А., Зык Н.В., Егоров М.П. Тетрадентатные диамидо-бис-сульфидные лиганды на основе о-аминотиофенола и их комплексообразование с хлоридами Ni", Со", Си" в растворе ДМФА и на поверхности золотого электрода. // Изв. АН. Сер. Хим., 2009, N 8, с. 1655-1660.

47

25. Мажуга А.Г., Белоглазкина Е. К., Шилова О.В., Моисеева А.А., Зык Н.В.. Тетрадентатные азотсодержащие лиганды — бис-5-(2-пиридилметилиден)-3,5-дигидро-4Н-имидазолон-4-оны — и их координационные соединения с Си1 и Си". // Изв. АН. Сер. Хим., 2009, N 7, с. 13531360.

26. Ромашкина Р.Б., Белоглазкина Е.К., Мажуга А.Г., Зык Н.В. Получение наночастиц золота, модифицированных бис[13-(пиридин-4-ил)тридецил]дисульфидом и изучение их взаимодействия с ионами Cu(II) и Cu(I). // Российские Нанотехнологии, 2009, т. 4, N 9-10, с. 52-55.

27. Шаповалова Е.Н., Ананьева И.А., Мажуга А.Г., Зык Н.В., Шпигун О.А Применение наночастиц золота для иммобилизации L-цистеина на пластинки для тонкослойной хроматографии. // Вестник МГУ. Сер.2. Химия. 2009. т. 50, N 2, с. 200-207.

28. Фролов В. В., Мажуга А. Г., Белоглазкина Е. К., Зык Н. В., Егоров М. П. N,N-Ehc(2-меркаптофенил)пропан-1,3-диамин — новый органический лиганд N2S2- типа и его координационное соединение с никелем(11). // Изв. АН. Сер. Хим., 2010, N 3, с. 532-537.

29. Rudakovskaya P.G., Beloglazkina Е.К., Majouga A.G., Zyk N.V. Synthesis and characterization of terpyridine-type ligands protected gold-coated FC3O4 nanoparticles. // Mendeleev Commun, 2010, Vol. 20, N 3, p. 158-160.

30. Мажуга А.Г., Ромашкина Р.Б., Катаев A.C., Белоглазкина Е. К., Рахимов Р.Д., Зык Н.В. Новые органические лиганды терпиридинового ряда: модификация наночастиц золота, получение координационных соединений с Си1, катализ реакций окисления. // Химия Гетероцикл. Соедин., 2010, Vol. 46, N 9, с. 1335-1344.

31. Majouga A., Pichugina D., Ananieva I., Kirilova S., Shpigun O., Kuz'menko N. and Zyk N. New separation materials based on gold nanoparticles. // Journ. of Manufacturing Technology Management, v. 21, N. 8, 2010, p. 950-955.

32. Gorelkin P. V., Mukhin D. S„ Majouga A. G., Romashkina R. В., Beloglazkina E. K., Yaminsky I. V. and Zyk N. V. New self-assembled monolayer coated cantilever for histidine-tag protein immobilization. II Mendeleev Commun., 2010, v. 20, N 6, p. 329-331.

33. Golubina E. V., Pichugina D. A., Majouga A. G., Aytekenov S. A. Role of deposition technique and support nature on the catalytic activity of supported gold clusters: experimental and theoretical study. // Studies in Surface Science and Catalysis, 2010, v. 175, p. 297-300.

34. Romashkina R. В., Beloglazkina E. K., Khlobystov A. N. Majouga A. G., Pichugina D. A., Terenin V. I., Zyk N. V., and Zefirov N. S. Copper (II) coordination compounds as building blocks for the formation of gold nanoparticle dimmers. // Mendeleev. Commun., 2011, v. 21, N 3, p. 129131.

35. Мажуга А.Г., Ромашкина Р.Б., Кашаев A.C., Белоглазкина Е. К., Моисеева A.A., Зык Н.В. Новые органические лиганды ряда дипиколиламина и электрохимическое исследование их комплексообразования с Cu'(CH3CN)4C104. // Изв. АН. Сер. Хим., 2011, N 2, с. 255-262.

36. Ананьева И.А., Елфимова Я.А., Мажуга А.Г.№ Рудаковская П.Г., Шаповалова E.H., Зык Н.В., Шпигун O.A. Новый наногибридный функциональный материал для ВЭЖХ на основе наночастиц золота стабилизированных L-цистеином. // Сорбционные и хроматографические процессы, 2011, т. 11, в. 3, с. 281-291.

37. Белоглазкина Е.К., Мажуга А.Г., Манжелий Е.А., Зык Н.В., Зефиров Н.С. 2-Тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-оны, 2-алкилтио-3,5-дигидро-4Н имидазол-4-оны и их координационные соединения с ионами переходных металлов. // Обзорный журнал по химии, 2011, т. 1, N 4, с. 299-333.

38. Юдина A.B., Мажуга А.Г., Белоглазкина Е.К., Юдин И.В., Родин И.А., Зык Н.В. Необычный результат реакции 4-(1-метил-1Н-имидазол-2-ил)метилен-замещенного 2-апкилтиоимидазол-5(4Н)-она с хлоридом меди (II). // Изв. АН. Сер. Хим., 2011, N 10, с. 20832085.

39. Majouga A. G., Udina А. V., Beloglazkina Е. К., Skvortsov D. A., Zvereva M. I., Dontsova О. A., Zyk N. V., Zefirov N. S. Novel DNA fluorescence probes based on 2-thioxo-tetrahydro-4H-Imidazol-4-ones: synthetic and biological studies. // Tetrahedron Lett., 2012, v. 53, N 1, p. 51-53.

40. Белоглазкина E.K., Мажуга А.Г., Ромашкина Р.Б., Зык Н.В., Зефиров Н.С. Наночастицы золота, модифицированные координационными соединениями металлов: синтез и применение. // Успехи химии, 2012, т. 81, N 1, с. 65.

41. Мажуга А.Г., Волкова Н.В., Манжелий Е.А., Белоглазкина Е.К., Зык Н.В., Зефиров Н.С. Новый наногибридный материал на основе наночастиц золота и 1,4-бис(терпиридин-4'-ил) бензола. II Российские нанотехнологии, 2012, т. 3-4, с. 76-77.

42. Елфимова Я. А., Пичугина Д. А., Ананьева И. А., Мажуга А. Г., Шпигун О. А. Закономерности удерживания аминопиридинов на силикагеле, модифицированном наночастицами золота. // Журн. Физ. Химии, 2012, т. 86, N 9, с. 1-8.

43. Шаповалова E.H., Ананьева И.А., Елфимова Я.А., Гринева JI.A., Мажуга А.Г., Шпигун O.A. Разделение азотсодержащих соединений методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на силикагеле, модифицированном наночастицами золота, стабилизированными хитозаном. // Вестник МГУ. Сер.2. Химия, 2012, т.53, N 2, с. 108-114.

44. Klyachko N. L., Sokolsky-Papkov M., Pothayee N., Efremova M. V., Gulin D. A., Kuznetsov A. A., Majouga A. G., Riffle J. S., Golovin Y. I., Kabanov A. V. Change of the Enzyme Reaction

Rate in Magnetic Nanosuspensions by Non-Heating Magnetic Field. // Angew. Chem. Int. Ed. 2012, v. 51, N48, p. 12016-12019. И патентах:

45. Мажуга А. Г., Ананьева И. А., Шпигун О. А., Шаповалова Е. Н., Белоглазкина Е. К., Зык Н. В., Зефиров Н. С. / Наногибридные функциональные сепарационные материалы на основе модифицированных наночастиц металлов и способ их получения. // Патент на изобретение N 2366502 от 10 сентября 2009 г.

46. Мажуга А. Г., Зверева М. Э., Агрон. Л. А., Белоглазкина Е. К., Ворожцов Н. И., Донцова О. А., Зык Н. В., Киселев Ф. JI., Скворцов Д. А. / Ингибиторы теломеразы и способ их получения. // Патент на изобретение N 2010113946 от 9 апреля 2010 г.

47. Mazhuga A.G., Zvereva M.I., Agron L.A., Beloglazkina E.K., Vorozhtcov N.I., Dontsova O.A., Zyk N.V., Kiselev F.L., Slvortsov D.A. / Telomerase Inhibitors and a Method for the Preparation Thereof. // WIPO Patent Application W072011/126409.

Заказ № 132-Р/05/2013 Подписано в печать 08.05.2013 Тираж 150 экз. Усл. п.л. 2,4

"Цифровичок", тел. (495) 649-83-30 www.cfr.ru; e-mail:info@cfr.ru

ч/

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА

ХИМИЧЕСКИИ ФАКУЛЬТЕТ

05201351014

МАЖУГА Александр Георгиевич

ДИЗАЙН И СИНТЕЗ БИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ АУРОФИЛЬНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ЛИГАНДОВ И КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ИХ ОСНОВЕ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

02.00.10 - биоорганическая химия 02.00.03 - органическая химия

Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук

Москва-2013

Оглавление

1. Введение 7

2. Обзор литературы 10

2.1. Введение 10

2.2. Методы синтеза 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов (2- 11 тиогидантоинов)

2.2.1. Синтезы на основе изотиоцианатов 11

2.2.1.1. Реакции изотиоцианатов с а-аминокислотами и их производными 11

а) Реакции изотиоцианатов с эфирами а-аминокислот 11

б) Реакции изотиоцианатов с а-аминокислотами 15

в) Реакции изотиоцианатов с Ы-алкилированными а-цианоаминами 18

г) Реакции изотиоцианатов с эфирами а-азидокислот 19

2.2.1.2. Реакции изотиоцианатокарбоксилатов с аминами 20

2.2.2. Синтез на основе производных тиомочевины 21

2.2.2.1. Реакции производных тиомочевины с 1,2-дикетонами 21

2.2.2.2. Другие синтезы на основе тиомочевины и ее производных 23

2.2.3. Прочие методы синтеза 2-тиогидантоинов 25

а) Конденсации амидов а-аминокислот с тиокарбонилдиимидазолом 25

б) Взаимодействие производных а-аминокислот с имидазолдитиоацетатом 28

в) Замещение кислорода на серу в реакции с реактивом Лавессона 29

2.2.4. Синтез 5-метилензамещённых 2-тиогидантоинов 29

2.2.4.1. Трехкомпонентная конденсация производных а-аминокислот, 29 ароматических альдегидов и изотиоцианатов

2.2.4.2. Реакции эфиров 2-изотиоцианофумаровой кислоты с первичными 31 аминами

2.2.4.3. Взаимодействие эфиров З-фенилпроп-2-иновой кислоты с производными 31

тиомочевины

2.2.4.4. Реакции конденсации производных 2-тиогидантоина 32

а) Конденсации 2-тиогидантоинов с альдегидами 32

б) Конденсации 2-тиогидантоинов с кетонами 37 2.3. Получение и реакции 2-алкилтио-3,5-дигидро-4Н-имидазол-4-онов 38 2.3.1. Синтез 2-алкилтио-3,5-дигидро-4Н-имидазол-4-онов 39

2.3.1.1. Синтез 2-метилтио-3,5-дигидро-4Н-имидазол-4-онов 39

2.3.1.2. Синтез других 2-алкилтио-3,5-дигидро-4Н-имидазол-4-онов 41

2.3.2. Синтез 2-замещенных 3,5-дигидро-4Н-имидазол-4-онов из 2-алкилтио-3,5- 44 дигидро-4Н-имидазол-4-онов и 2-тиогидантоинов

2.3.2.1 Реакции замещения алкилтио-группы в 2-алкилтио-3,5-дигидро-4Н- 44 имидазол-4-онах

2.3.2.2. Реакции замещения в 2-тиогидантоинах 46

2.4. Реакции комплексообразования с участием тиогидантоинов и 3,5-дигидро- 49 4Н-имидазол-4-онов

2.5. Производные 2-тиогидантоинов, обладающие физиологической активностью 57

а) Противотуберкулёзная активность 57

б) Болезнь Альцгеймера 57

в) Противомикробная активность 59

г) Ингибитор гликогенфосфолипазы 60

д) Противоопухолевая активность 62

е) Гормональная активность 63

ж) Тиогидантоины как маркеры токсичности 65

2.6. Заключение 66 3. Обсуждение результатов 67 3.1. Получение бифункциональных аурофильных органических лигандов и 70 координационных соединений на их основе

3.1.1. Получение бифункциональных органических лигандов - производных 70 имидазола, пиридина и терпиридина

3.1.1.1. Синтез исходных соединений 71

3.1.1.2. Лиганды - производные пиридина и имидазола 72

3.1.1.3. Лиганды - производные 4-гидроксипиридин-2,6-дикарбоновой кислоты 73

3.1.1.4. Лиганды - производные бензимидазола 75

3.1.1.5. Лиганды - производные дипиколиламина 77

3.1.1.6. Лиганды - производные терпиридина 80

3.1.1.7. Синтез комплексных соединений лигандов терпиридинового ряда 83

3.1.1.8. Изучение адсорбции синтезированных лигандов на поверхности золота 88

3.1.1.8.1. Измерение краевых углов натекания 88

3.1.1.8.2. ИК-спектроскопия отражения с поверхности 90

3.1.1.8.3. Электрохимическое исследование синтезированных лигандов и 93 комплексных соединений на их основе

3.1.1.8.3.1 Электрохимическое исследование производных 4-гидроксипиридин- 93 2,6-дикарбоновой кислоты и бензимидазола

3.1.1.8.3.2. Электрохимическое исследование производных дипиколиламина 95

3.1.1.8.3.3. Электрохимическое исследование производных терпиридина 100

3.1.1.8.4. Изучение адсорбции лиганда 52 на поверхности золотого кантилевера 111

3.1.1.8.5. Применение адсорбированного на поверхности золота производного 4- 115 гидроксипиридин-2,6-дикарбоновой кислоты для иммобилизации гистидин-содержащих белков

3.1.1.9. Изучение адсорбции синтезированных лигандов на поверхности 116 наночастиц золота

3.1.1.9.1. Получение наночастиц золота, модифицированных органическими 116 лигандами

3.1.1.9.2. Изучение взаимодействия модифицированных НЧ золота с ионами 122 переходных металлов

3.1.1.9.3. Изучение каталитической активности модифицированных наночастиц 134 золота

3.1.2. Получение бифункциональных органических лигандов ряда 2-тиоксо- 136 тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов

3.1.2.1. Синтез 2-тиогидантоинов с алкильными и арильными заместителями в 3 137 положении

3.1.2.2. Синтез замещенных в 3-ем положении 5-арилметиленовых производных 139 2-тиогидантоина.

3.1.2.3. Алкилирование производных 2-тиогидантоинов. 142

3.1.2.4. Синтез координационных соединений на основе производных 2-тиоксо- 145 тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов.

3.1.2.4.1. Получение комплексных соединений с лигандами Типа 1 147

3.1.2.4.2. Получение комплексных соединений с лигандами Типа 2 149

3.1.2.4.3. Получение комплексных соединений с лигандами Типа 3 157 3.1.2.5 Исследование каталитической активности полученных координационных 165 соединений - производных 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов в реакциях окисления

3.1.2.6. Исследование каталитической активности полученных координационных 167 соединений - производных 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов в реакциях восстановления оксида азота (I) до азота.

3.1.2.7. Электрохимическое исследование полученных лигандов и комплексных 169 соединений.

3.1.2.8. Адсорбция органических лигандов ряда 2-тиоксо-тетрагидро-4Н- 183 имидазол-4-онов на поверхности золота.

3.1.2.9. Исследование физиологической активности полученных 187 координационных соединений

3.1.3. Синтез лигандов - производных тиазолидина и тиазола. 193 3.1.3.1. Синтез лигандов N,S-THna. 194

3.1.3.2. Синтез координационных соединений с лигандами N,S-rana. 205

3.1.3.3. Синтез лигандов N,N- и N-типа 212

3.1.3.4. Синтез координационных соединений с лигандами N,N-типа и N-типа 214

3.1.3.5. Получение и электрохимическое исследование самоорганизующихся 233 слоев бис-(4-(2-пиридилметилениминофенил))дисульфида и координационных соединений на его основе

3.1.4. Синтез органических бифункциональных лигандов N2S2 - типа 240

3.1.4.1. Синтез соединений I группы 243

3.1.4.2. Синтез соединений II группы 244

3.1.4.3. Синтез диамидо-бис-сульфидов 245

3.1.4.4. Синтез диимино-бис-сульфидных лигандов 251

3.1.4.5. Синтез циклических диамино-бис-сульфидных лигандов 253

3.1.4.6. Синтез координационных соединений 258

3.1.4.6.1. Синтез координационных соединений на основе а,со-бис-[(2-амино- 259 фенил)тио] дитиаалканов.

3.1.4.6.2. Синтез координационных соединений с диамидо-бис-сульфидными 261 лигандами.

3.1.4.6.3. Синтез координационных соединений с диимино-бис-сульфидными 262 лигандами.

3.1.4.6.4. Синтез координационных соединений с лигандами ряда диамино- 264 дитиолов.

3.1.4.7.1. Изучение окислительно-восстановительных свойств диамидо-, 268 диимино- и диамино-бис-сульфидов.

3.1.4.7.2. Изучение окислительно-восстановительных свойств комплексов 275 лигандов с хлоридом меди.

3.1.4.7.3. Изучение окислительно-восстановительных комплексов с хлоридами 282 никеля и кобальта

3.1.5. Сравнение полученных координационных соединений в растворе и на 289 поверхности золотого электрода

3.2. Синтез магнитных наночастиц "ядро-оболочка" для биологического 295 применения

3.3. Практическое применение разработанных подходов. 302

Новые хроматографические системы на основе наночастиц золота.

4. Экспериментальная часть 317

4.1.1. Получение бифункциональных органических лигандов - производных 318 имидазола, пиридина и терпиридина

4.1.2.Синтез комплексных соединений лигандов терпиридинового ряда 352

4.1.3. Адсорбция синтезированных лигандов на золотых пластинах 357

4.2.1. Получение бифункциональных органических лигандов ряда 2-тиоксо- 360 тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов

4.2.2. Синтез комплексных соединений 408

4.2.3. Адсорбция производных 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов на 418 поверхности золота

4.2.4. Исследование биологической активности полученных координационных 420 соединений

4.2.5. Исследование каталитической активности некоторых координационных 422 соединений на основе 2-тиогидантоинов

4.3.1. Синтез лигандов производных тиазолидинов, бензотиазолидинов и 423 бензотиазолов.

4.3.2. Синтез координационных соединений с производными тиазолидина, 435 бензотиазолидина и бензотиазола.

4.4.1. Синтез органических лигандов N282 типа. 441

4.4.2.Синтез координационных соединений на основе органических лигандов 459 N282 типа.

4.4. Получение наночастиц типа "ядро-оболочка" Аи@Еез04 465

4.5. Практическое применение разработанных подходов. Новые 466 хроматографические системы на основе наночастиц золота

5. Основные результаты и выводы 468

6. Список литературы 470

1. Введение

Поиск низкомолекулярных модельных систем, способных осуществлять различные процессы синтетической органической химии с эффективностью, сравнимой с биохимической, является актуальной задачей. Большое число важных синтетических органических реакций протекает как редокс-процессы, сопровождающиеся одно- или двухэлектронным переносом [1]. В живой природе процессы этого типа протекают с исключительно высокими скоростями и избирательностью благодаря участию металлоферментов, в активных центрах которых атомы переходных металлов координированы донорными трупами (обычно донорами являются атомы N,8,0). Большинство N1, Со и Си-содержащих ферментов действуют по механизму переноса электрона (редокс-ферменты): так, например, гидрогеназа №-А из Вези1йтЬго gigas регулирует равновесие Нг •<-» 2Н+ + 2е~ [2], углеродмонооксиддегидрогеназы (СОЭН) катализируют реакцию СО с водой (СО + НгО <-» СО2 + 2Н+ + 2е") и сопряженный с ней синтез ацетил-8-СоА [3], а метил-Б-СоМ-редуктаза превращает метилкофермент М в метан и дисульфид [4] и т.п.. Моделирование активных центров металлоферментов и создание их синтетических аналогов - одно из быстро развивающихся направлений современной химии, находящееся на стыке биоорганической химии, координационной химии и биохимии. Ключевой задачей в таком моделировании в большинстве случаев является правильный подбор полидентатного лиганда, который определяет все важнейшие характеристики активного центра - тип координационного полиэдра, распределение электронной плотности, возможность координации молекулы-субстрата, окислительно-восстановительный потенциал (динамические характеристики координационного окружения).

Самоорганизующиеся монослои (СОМ) поверхностно активных органических молекул на поверхности металлов, открытые в 1946 году [5], обычно получают методом Лэнгмюра-Блоджетт, т.е. путем адсорбции из раствора. Образовавшиеся при адсорбции организованные тонкие органические пленки потенциально могут обладать широким кругом полезных свойств, связанных с транспортом заряда, фотохимической активностью, сверхпроводимостью и биологической активностью [6]. В 1980-х годах была установлена способность тиолов и дисульфидов образовывать прочные пленки на поверхности металлического золота (см., например [7, 8]).

В последние годы объектами интенсивных исследований являются материалы на основе наночастиц (НЧ) золота, которые находят применение в различных областях

современной химии, технологии и материаловедения [9, 10, 11]: для создания оптических [12, 13, 14], наноэлектронных [15, 16, 17] и фотонных [18, 19] устройств, химических и биологических сенсоров [20, 21, 22], катализаторов [23, 24]. Помимо этого, НЧ могут быть использованы в медицине для доставки лекарств [25] и в качестве маркеров в клинической диагностике [26, 27], а также в качестве окрашивающих добавок, меняющих отражательные и поглощающие свойства цветных стекол [28].Главная проблема при получении НЧ металлов заключается в том, что они неустойчивы в растворе и склонны к агломерации с образованием более крупных агрегатов. Для получения устойчивых НЧ необходимо использовать стабилизирующие агенты, которые, адсорбируясь на поверхности частиц, препятствуют их ассоциации [29, 30, 31]. Поэтому актуальной задачей является поиск органических лигандов, способных стабилизировать НЧ благородных металлов.

В качестве таких стабилизаторов НЧ золота чаще всего выступают различные серосодержащие органические соединения (тиолы и политиолы, сульфиды, дисульфиды, производные тиомочевины, ксантогенаты, дитиокарбаматы, и др.) [32, 33, 34, 35, 36, 37, 38]. Для функционализации и стабилизации золотых НЧ могут быть использованы также соединения других классов - амины, тиоцианаты, карбоксилаты и т.д. Полипиридиновые соединения, в частности, терпиридины и бипиридилы, также используются для модификации золотых НЧ [39, 40, 41].

Модификация НЧ золота функционализированными органическими лигандами позволяет придать им необходимые заданные свойства. В настоящее время основное внимание уделяется лигандам, содержащим в своем составе дополнительные функциональные группы (флуорофор, хромофор, рецептор или электрохимически активную группу), связанные через фрагмент-линкер с серосодержащей группой [42, 43]. При этом непосредственное взаимодействие «активного» фрагмента молекулы с поверхностью НЧ золота является нежелательным, так как это приводит к потере активности адсорбируемого соединения (блокирование активной функциональной группы) или даже необратимой агрегации НЧ [44, 45, 46].

Большой интерес вызывают СОМ, получающиеся в результате адсорбции органических молекул, содержащих одновременно серосодержащий фрагмент и способную к координации с катионом переходного металла хелатирующую группировку. После "привязывания" к поверхности за счет серосодержащего фрагмента СОМ лигандов подобного типа при комплексообразовании с ионами металлов дают металлокомплексные

поверхности, интересные для использования в катализе и для моделирования механизма действия природных металлоферментов, встроенных в биологические мембраны. Модифицирование наночастиц золота металлокомплексами придает им новые свойства -оптические, химические, электрохимические, каталитические; на их основе возможна разработка новых функциональных гибридных материалов и создание супрамолекулярных структур. Однако к моменту начала наших исследований (1996 г.) в научной литературе встречались лишь единичные примеры получения монослоев координационных соединений на поверхности золотого носителя. Медленный рост числа публикаций в данной области связан с недостатком синтетических подходов к новым аурофильным органическим лигандам, способным к одновременной адсорбции на поверхности и координации иона металла, а также методологическому исследованию образующихся металлокомплексных поверхностей. Перечисленный круг проблем и определяет актуальность настоящей диссертационной работы.

2. Обзор литературы

2-Тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-оны, 2-алкилтио-3,5-дигидро-4Н-имидазол-4-оны и их координационные соединения с ионами переходных металлов: синтез и физиологическая активность

2.1. Введение

2-Тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-оны (тиогидантоины) и их производные привлекают внимание исследователей уже более ста лет [47, 48], однако исследования в области тиогидантоинов продолжаются до настоящего времени, что объясняется их бифильной реакционной способностью и широким спектром фармакологической активности: антиконвульсивной, антибактериальной, противовирусной,

антигипертензивной, противодиабетической [49, 50, 51, 52, 53]. В аналитических целях широко применяются реакции получения тиогидантоиновых циклов для определения строения полипептидов деградацией по методу Эдмана с 1950 г [52] вплоть до настоящего времени [53, 54, 55, 56, 57]. Комплексы на основе 2-тиогидантоинов и их производных с переходными металлами могут выступать в качестве эффективных моделей активных центров некоторых металлоферментов [58], являются катализаторами окислительно-восстановительных реакций, например, реакции эпоксидирования под действием закиси азота [59].

В настоящем обзоре представлены литературные данные по методам получения, свойствам и применению 2-тиоксо-тетрагидро-4Н-имидазол-4-онов, продуктов их Б-алкилирования - 2-алкилтио-3,5-дигидро-4Н-имидазол-4-онов, а также рассмотрены их координационные соединения с ионами переходных металлов. 2-Алкилтио-3,5-дигидро-4Н-имидазол-4-оны были выделены среди других производных тиогидантоина, поскольку они представляют собой наиболее перспективные лиганды в реакциях комплексообразования вследствие наличия в них планарного атома азота З-Ы в комбинации с мягким донорным сульфидным атомом серы(П) при соседнем углеродном атоме. Кроме этого, продукты 8-алкилирования 2-тиогидантоинов представляют особый интерес в синтетическом плане, вследстви�