Кислотно-основные превращения, кинетические и динамические свойства оксигетероциклических соединений из данных ЯМР тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

Маркова, Марина Михайловна АВТОР
кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ
1991 ГОД ЗАЩИТЫ
   
02.00.04 КОД ВАК РФ
Автореферат по химии на тему «Кислотно-основные превращения, кинетические и динамические свойства оксигетероциклических соединений из данных ЯМР»
 
Автореферат диссертации на тему "Кислотно-основные превращения, кинетические и динамические свойства оксигетероциклических соединений из данных ЯМР"

9 Ь

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ОРДЕНА ЛЕНИНА ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ Н.Н. СЕМЕНОВА

На правах рукописи МАРКОВА МАЕИНА МИХАЙЛОВНА '

УДК 543.422.25:541.124:547.458.2

КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ, КИНЕТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОКСИГЁТЕРОЦИКЛЙЧБСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ДАННЫХ ЯМР

02.00.04 - Физическая химия АВТОРЕФЕРАТ

ч

диссертации на соискание ученой степени кандидата химичесих наук

Москва - 1991

ч

Работа выполнена в ордена Левина Институте химической фазшш им. Н.К.Семвнова АН СССР.

Научшэ руководители: доктор физако-иахеиатачэгашх наук ДАРАГАН В.А., кандидат химических наук ЛЕЗША В.П.

а&щиьлыш8 оппоненты: доктор химических ааук ВАССЕШАН A.U., кандидат ршческих'иаук АНДРОНОВА H.A.

Ведущая организация; Институт влеыэнтоорганичеаптт ппядиядшгс- дн пглР ---

Йщата диссертации состоится " 15 " января 1992 г. в ^ час на заседании Специализированного совета Д.002.26.01 при Институте натеской фазшш AJÍ СССР то адресу: II7977, ГСП-I, г.Москва, В-234, уд. Косыгина, 4 в актовом зале корпуса I.

С диссертацией ыокно ознакошться в библиотеке ИХФ АН

СССР.

Автореферат разослан " 12 я декабря 1991 года.

Учешй секретарь Специализированного совета кандидат ишчаских наук

" Актуальность .темы. Азотистые гетероциклические сое^'ч-нзния^ Ь частности пиридины и пиримидины, ЯВЛЯЕТСЯ основой для синтеза лекарственных препаратов с широким спектром фармакологического действия. Интерес к данной группе соеди-нешШ обусловлен наличием в их молекулах центров, способных к присоединению и отщеплению протонов и образованию водородных связей с соотвегствупдкми рецепторами. Кроме того, моле-кули некоторых гетероииклов (например, пиримидины) содержат несколько центров, способных к .присоединению протонов. Большая часть препаратов на. основе' данных соединений проявляет фармакологическую активность исключительно э ■ катионной •форме. В связи с этим большой научный интерес представляет изучение процессов протонирования и реакционной способности представителей ряда азотистых гетероциклических соединений в широком диапазона рН.

В настоящее время хорошо развиты метода изучения структуры полимеров и биомакромолекул в твердой фазе, но основные биологические процессы происходят в жидкой фазе, и вопрос об изучении их структуры и взаимодействий друг с другом и с другими молекулами является наиболее актуальным. Благодаря наличию активных центров молекулы гетероциклических соединения представляют научный интерес с точки зрения использования в качестве зондов для изучения структуры и поведения биомакромолекул в водных растворах.

Цели_работу - с помощью метода ШР-спектроскопии детально исследовать кислотно-основные превращения соединений ряда пиридина и пиримидина, их реакционную способность и 'возможность применения 3-оксипиридина в качестве зонда для изучения структуры и поведения биомакромолекул в водных растворах.

Научная_новизлал I) Впервые получены сведения о функциональных превращениях метилзамеценнш 3-оксипиридинов, 5-ок-сипиримидинов и их ¡(-оксидов (всего 31 соединение); выяснено

влияние заместителей на способность к протонировзнию различных катионных центров исследованных соединений.

2) Установлены общие закономерности изотопного н/с-обкена протонов метальных групп исследованных соединений.

3) Развит простой метод изучения состояния поверхности полимерных и биомакромолекул.

Выявлена возможность использования 3-сксипиридина в качестве зонда для изучения состояния заряженных групп на поверхности белка.

Практическое значение работы. Новые данные по основности и строении протонированных форм исследованных оксигете-роциклов являются необходимой информационной базой ■ для изучения механизма проникновения лекарственных средств через клеточные мембраны "и их распределения в организме.

Результаты изучения реакционной способности исследован; ных метилзамещенных 5-оксипиримидинов и их н-оксидов могут Сыть использованы для выработки оптимальных условий направленного синтеза фармакологически активных соединений.

Развитый в работе метод молекулярных зондов мохет быть применен для исследования доступности активных центров полимеров и биомакромолекул.

_Апробация_работыл Материалы диссертации докладывались на II Всесоюзном совещании по химии азинов, Свердловск, 1983 г.; 1У Всесоюзной конференция по химии азотсодержащих гетероциклических соединений,. Новосибирск, 1987 г.; Международной школе-семинаре по нетрадиционным методам синтеза полимеров, Алма-Ата, 199О г.; УП Всесоюзной конференции "Магнитный резонанс в биологии и медицине", Черноголовка;-1989 г.; конкурсах молодах ученых ИХ4> АН СССР в 1985-1987 гг.

Публикации^ По результатам диссертации опубликовано 4 статьи и 5 тезисов.

Структ^ра_и_объем_дассе2тации^ Диссертация состоит из к введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, включая 9 таблиц и 20 рисунков. Библиография состоит из 132

-Л,-

наименований.

Содержание работы.

Во возленчи обоснована актуальность выбранной темы и сформулированы основные шли диссертации.

02Е§эя_глэва - обзор литературы, включапциЯ 4 параграфа. §1.1 - материалы по изучении кислотно-основных превращений соединений ряда пиридина и пиримидина; §1.2 - данные по изучения кинотики изотопного н/о-оОмена гетероциклических соединений. В §1.3 изложены основы релаксационной ЯМР-спект-роскопии и приведены примеры использования метода молекулярных зондов для изучения процессов комплексообразования в растворах. В заключительном §1.4 обзора кратко обобщены имв-пдиеся в литературе данные по электронной структуре и геометрии представителей исследуемого ряда соединений.

Во второй главе, состоящей из трех параграфов, описаны методики приготовления образцов и провэдешя измерений методом ШР-спектроскопии.

§2.1 - определение констант ионизации (рКа) исследуемых соединений. Для исследований применили метод ЯМР-спектро-скопии. Величины рКд опредэляли по точке полушнизаиии из зависимости химических сдвигов протонов исследуемых соединений от рН среда.

§2.2 - оценка вффзктквных констант скорости обмена протонов метильних групп. Как и при определении рКа использовали метод 1Н ЯМР-спектроскопга. Степень замещения н/о определяли сравнением отношения шющада сигнала эталона (тетраме-тиламмонийиодида) к площади сигналов протонов исследуемых метильных групп.

В §2.3 описана методика релаксационных измерений с помощью 13С ЯМР-спектроскопии. Использовали импульсную последовательность 1В0°-т-90°. Время спин-решеточной релаксации Т1 определяли по наклону графика зависимости 1п[(1в - хт) / 21т1 от т, где 1г - амплитуда сигнала после 90° импульса, приложенного в.момент т; - равновесное значение импульса.

N I '

Глава III. Исследование кислотно-основных преврадэний азотистых гетероциклических соединений методом ЯМР-спектроскопии■

■§3.1. Замедленные пиридина и пиримидина. В качество объектов исследования были выбраны следуюцие соединения:

О

дж

IIa НО Ив Ilr Ид

Ilia IIIö • Шв

. -if

1Уа

В зависимости от рН среда (рН=0-10) соединения 1-1У могут находиться в-катионной (К) и нейтральной (Н) '.'форме, у азинов II, 1У в щелочной среде при ионизации группы ОН моает существовать анионная (А), не исключено образование биполярной (Б) формы, а в сильнокислых средах (область Н^ соединения III и 1У присутствуют в виде дикатионов (Д) (рис.1).'

- Н-

v4i

(H)

ou он о"

Рис Л.

На рис.2 для примера приведены характерные зависимости химических сдвигов протонов (ХС) от рН среда для соединена lid и 176. Аналогичные зависимости построены для всех исследованных соединения, что позволило оценить величины констант ионизации рК^', pKg и рн|, Ж протонов различных форм (бд, <5К, <5jj, аА) и граниш их перехода. Из сопоставления характера зависимостей ХС протонов от рН среда для сэединений 1-1У, а такте анализа относительных изменения ХС (^д.ц. ^к-И* л<5п_д), КССВ протонов цикла и ХС протонов мвтильных групп при перехода от формы Н к К или А, мы выяснили характер влияния заместителе!* (ОН, Cttj) на параметры спектров ЯМР и ос-тзвнасть атома азота.

Полученные результаты показали, что 3-оксипиридин (ЗОП) является более слабым основанием, чем пиридин (дрК*=0.6). Существенное влияние на основность ЗСП оказывают метильныо заместители. Так, например, при переходе от соединения На к моно- и дизамеценному производному рК* возрастает соответственно на 0.7 и 1.3 ед. рКа. Величина pK* практически не меняется при переходе от соединения Пб к Пв и от Пг к Пд, что подтверждается расчетом п-влектронных плотностей. Уста-, новлена аддитивнось вклада групп 2-СНд и G-CHg в ХС протонов' 4-Н и 5-Н соединения Пг. Средаее изменение = 0.2 м.д.

для протонов групп СН3 азигав Пб-д меньше, чем в случае соединения 16 (0.33 м.д.). . .

< ,'

■. -Г- , ' ■

ó z

Psc. 2

Зависимость хвшчвсгасс сдвигов протонов ¿-иэтшх-З-оксяпнрядпна (•) 1 4-1гетнл-5-окснгшрзаадшт (, б-иетшг-б-окснпярашднн-Г-оксада (а) ; от кисдотностп среды.

-г -1

S Я f И

Рве. 3 *

Завясниость аф£ектншой константы скороста дейтерообнена ''

прогонов групп Qlg 2,4,6-траг.'егЕЛ-5-оисш7зрицяднна от рН средах \

пра 90°С, I - группа 4~СН3; 2 - груши. &-Ш3; 3 - группа 2-Ш3 |

-е- " » . ' Í'

При переходе от пириданов к пиримидинам наблюдается уменьшение основности. рК* пиримидина почти на четыре ед. рКд ниже рКд пиридина. При атом основность 50ПМ выше, ч_м пиримидина. Как и в случае производных пиридина, метиль- ные заместители увеличивают вкранирование протонов и активность пиримидинового ядра. В случае 50ПМ наОлодается линейная зависимость между рКд и числом метильных групп в кольце.

Для пиримидина, 5-аксипиримядина и их метильных производных характерно наличие двух ш!пров протонирования, поэтому необходимо было установить место первоначального протонирования. Ясно, что в случае симметрично замещенных пирими-щюв первое протоннровзте может проходить с равной вероятностью по ляОсгму из атомов и "^у Установить центр 'первого протонирования несимметрично замещенных соединений П1в и 1У6 оказалось возможным на основании анализа парамет-рпэ спзхтрсз *Н и 1ЭС. Установлено, что первое прогони-ровзжз претсходгтг по атому н^. Протонирование одного из атсг:зв ззотз аппгзт ссгйбкость другого, и Образование формы Л проксходтг узе в области Н0.

рк| ЗОЛ почти 1!э ед. рКа выше, чем для 50124, т.е. отрыв протона в ЗОЛ протеходэт в более щелочной среде. Ме-.тильннэ группы в соединениях Пй-д и 1Уб-г повышают основность и С1Г2™авт сигналы протонов в сильное поле. Нетильные . группы оказывает Сольсге влитые на рКд в производных ЗОП, чгп 50Ш.

Вами предясеен спектральный параметр - суммарное

¡ггяэггзгогз ХС протокоз цикла при протонировании, который удошэтБоргугельш коррглгруот с вычисленными значениями рК*. Оцгютгь зизчегетя рй.* для производных 1-1У исходя из данных ®!Р шгш с покщыз уравнений (I ).

ргс* » -1,195345^ 2 + 8,83 - соединения I

рк* » -1,16 ♦ 7,23 - соединения гг(I)

рк* « -1.52 ♦ 4,58 - соединения ш

рК* « -1,45 Е^-Н + 3,80 - соединения IV (г»0,99)

-

\

Линейность зависимости свидетельствует о том, что параметр мохет служить характеристикой изменения электронной структуры исследуемых молекул. Величина уменьшается

при переходе от незамещенных к метилзамещенным производным. Линейная зависимость между Е^-н и числом групп СНд . в кольце для соединений 1-1У описывается уравнениями (2):

Е^К-Н о -о,54п ♦ 2,80

^К-Б " ~°-55п * х'98 (2)

£Д<5К_Н « -0.52п + 2,15

» -0,4бП + 1,38 1.«0,99)

где п - число метидьных групп.

Установлена гакге линейная ¡юрреляиия между ХС протонов форм Н и К. К и Д, н и А, ч'тп

влиянии протошфования азота или ионизации группы ОН на ХС в исследованном ряду азотистых гетероциклов.

Нами получены такхе линейные зависимости меаду значениями рКд и рНд в ряду ЗОН и 50ПМ. Аналогичные зависимости наблюдаются между значениями как рК*, так и рКд производных указанных соединений. Установлена таихе корреляция между экспериментальными величинами и для производных I, II

и III, 1У (3).

Е^к.н(1, и) = I,I4E&5jj_jj(iii, iv) + 0,39 (3)

§3.2. Замещенные пиридин- и пиримидин-1-оксиды.

В качестве объектов исследования мы выбрали следувдие соединения:

-О-

t Уб

УН УПа „-'• УНа' УИв

.он „.„¿Ч он „ „хЧ он

"V 11

и

ЭТИ УШа . УШа' УШв '

В растворе «-оксида исследуемых соединений У-УШ присутствуют в тех ге формах Н, А, К, Д, что и неоксидированные соединения 1-1У (рис.1), характер зависимостей КС протонов кольца и групп СНд от рН среда аналогичен зависимостям для неокисленных аналогов (рис.2).

н-оксиды являются более слабыми основаниями по сравнению с их неоксидированными аналогами. Наличие оксигруппы в З-оксипиридин-1-оксиде (ЗОПко) практически не меняет его основности по сравнению с пиридин-1-оксидом. Группа СН3 в ЗОПно оказывает большее влияние на величину рН*. чем в ме-гилзамещенных лиридин-1 -оксидахНами установлен аддитивный вклад групп 2-СНд и 6-СНд в ХС протонов 4-Н и 5-Н соединения Уб.

В производных пиримидин- и 5-оксипиримидин-1-оксида (50ПМно) вследствие сильного дезэкранируодего аффекта атома азота и группы н+о сигналы протонов цикла расположены в области более слабого поля по сравнению с соответствующими'; сигналами производных пиридин- и З-сксипиридин-1-оксидов. Основность азинов УЦ, УШ ниже основности соединений У и

У1. Гидроксильная группа увеличивает основность SOIBJho по сравнению с пиримидин-1-оксидом на 0,4 ед. рКа и смеедзт сигналы протонов в область Солее сильного поля. В случае мо-нометилпиримидин-I-оксидов группа СН3 в пара-положении по отношении к к-оксидной группе (УПа, УШа) в болшей степени влияет на величину pK*, чем СНд-группа в орто-положении (УПа' и УШа'). Изменение величины pK* при введении групп CHg в гетероароматическое кольцо для оксипроизводных соединений У1 и УШ вырагено сильнее, чем для соединений У и УП.

Центр первого протонирования установили на основании анализа спектров ШР азинов УП и УШ и их неокисле ншх аналогов III и 1У и по изменению значения НССВ мета-протонов через неокисленный атом азота. Первое протонирование осущзс-■тадяется по атому—кжшоридэ группа S5ÖI «-оксидирование пиримидинового кольца значительно снижает основность второго атома азота. Из рис.2 видно, что второе протонирование 6-ме-тил-5-оксипиримидин-1-оксида происходит в области Bq ниае 4; при атом ХС протонов кольца и групп СБд смещается в более слабое поле. Метальные заместители увеличивают константы ионизации рКд и вкранирование всех протонов цикла. Основность атома азота и^ зависит от положения СЕ^-группы: СНд-группа в пара-положении к атому (УПа') увеличивает основность данного соединения на 1,6 ед. рКа, а в случае ррто-полоаения CHg-группы основность атома н^ уменьшается.

Ионизация группы ОН (форма А) сопровождается возрастанием вкранмрования всех протонов кольца и групп СН3> Средние изменения ХС в процессе ионизации для протонов 2-Н, 4-Н и 6-Н ЗОПно близки. В случае ке 50ПМно влиянма иониааши группы ЭН на ХС кольца неоднородно и изменяется в ряду 6 >2 >4. СН3-группы в соединениях У1 и УШ повышают значение рк| и смещают сигналы протонов в сильное поле. Введение второго атома азота в кольцо оксипиридина ведет к уменьшению' рк|, что связано со значительным повышением алектроноакцеп-торных свойств пиримидинового кольца по сравнению с пиридиновым.

- iO-,

Как и в случае пеоксидированных соединений 1-1У, получены удовлетворительные корреляции между различными величинами. Значение рК* для производных У-УШ можно оценить с помощью уравнений (4) из данных ЯМР:

рК* = -О.ЭбСДЛ^ц + 1,74

рК* - -0,951>5К_Н + 2,54 (4)

рК* » -0,б12Лбк_н + 0,57

рк* « -о,77£лб^_л * о,аа (г=о,99)

Б случае монометилзамещенных пиримидин- и 5-оксипирими-дин-1-оксида уравнениям (4) удовлетворяют только значения рК* аэинов УПа* и УШа'. Линейность зависимостей свидетельствует о том, что параметр Е^.д может служить характеристикой изменения электронной структуры исследуемых молекул. для 50ПШ1О меньше, чем для ЗОПио.

Наличие линейных зависимостей меяду значениями рк}, ЗЗ^К-Н и числом групп СН3 в кольце в каждом исследованном ряду азинов их и-оксидов позволило нам оценить значения рК* и ГАб^ц тех производных, которые мы не исследовали.

Удовлетворительная корреляция получена при сопоставлении значений между н-оксидами и неоксидированнымч соединения?«! (5):

Еги5к_н( 1,111) - 1,(V,VII) + 0,40 (5) Между значениями рК* в ряду исследованных азиноь и их

и-оксидов обнаружены линейные зависимости (6):

-рКд(1) = 3,35рКд(У) 4- 2,46

рк^(11) » 1,62рК^(У1) «• 3,44

рК*(П1) » 2,57рК*(VII) 9 9 + 2.71

IV) = 1,99рК*(УШ) + 1,95

- И-

Глава. 1У- Изучение кинетики и/р-обмена метильных групп замещенных. З-оксипиридинов, 5-оксипиримидинов и их. н^дксидов^

№ изучали реакционную способность следущих соединений:

Значения вффективных .констант скоростей дейтерообмена (к3**1), рассчитанные' из данных ЯМР с учетом того, что кинетика изотопного обмена СН^-групп удовлетворительно описывается уравнением псевдопервого порядка относительно исх- цного вещества, представлены в табл.1 и на рис.3, 4, 5.

Обнаружено, что с увеличением кислотности среды скорость изотопного обмена СНд-групп возрастает. При рН>2 скорость обменной реакции на 2 и Солее порядка ниже скорости н/в-оОменэ при более низких рН. Из исследований, описанных в §3.1, 3.2, "звестно, что интервалы рН=0-4 и Н0 от 0 до -2, где исследуемые соединения проявляют наибольшую активность, соответствуют области существования формы К. Если в соединении 1а первое протонирование происходит по атому п^, то для соединений 1а-в наиболее реакционноспособным является пара-положение относительно протонированного атома азота. При нагревании замещенных ЗОЛ более 100 часов при ЭО°С замещения протонов метильных групп не наблюдалось, поэтому мы сделали вывод о том, что скорость обмена протонов метильных групп 3-оксипиридинов на несколько порядков ниже скорости обмена соответствующих протонов производных 50Ш.

В случае к-оксидов Па-в, молекулы исследуемых соедине-

Таблица I)

Эффективные константы скорости и/о-обмена протонов групп СН3 ряда метилзамещенных 5-оксипиримидинов и их н-оксидов (рН=0. Э0°С)

Соединение Положение группы СН3 в кольце Х0Ф. С"1

1а 4 4,70-Ю"3

16 4 6 8,82-Ю~4 4,41-Ю"4

IB . 2 4 6 1,78-Ю"5 4,47-1О"3 2,23-I0"3

Ila 4 1,91-Ю-4

Па' 6 7,оа-ю~4

Пб 4 6 ' 2,95-Ю-5 3,IS-IO~4

Пв 2 4 6 2,43-Ю-5 3,80-ПГ4 2, Ю-Ю-3

ний также находятся преимущественно в форме К (рН<2) (рисЛ), реакционная способность метальных групп возрастает в последовательности 2-СН3<4-СН3<6-СН3.

И в случае и-оксидов ЗОП нагревание при ЭО°С в течение 150 часов не привело к образованию дейтерозамещенных продуктов. Начало H/D-обмена протонов групп 6-СН3 и 4-СН3 наблюдалось лишь при HqS-1,5 (Э0°С). Обмен протонов СН^-групп ЗОП наблюдался лишь при 160°С. Для 2-СН3 ЗОП при pH=I, t=l60°G 0 к8ФФ=5,5-Ю-5с-1, что почтн ца два порядка ниже, чем для гСНдбОШ.

Зависимости на рис.5 показывают влияние температуры на

-/з-

Законность эффективной константы екорозти дгйадрообшаа__ прогонов групп СНд 2,4,б-трдаот1Ш-£-окс:вгшрпзтдш1-1-оксидй от

среда пря 90°С. I - 6-СНя; 2 - 4-С%; 3 - 2-Ш3. ....... ^

5 :_7;.,

Заваскыость вффОКТИШОЙ; 'кшотопты скоростг дайтерси обивна протонов 475-дтао- . :да-5-окси1шраш1Я5па от : рНсреды; .

1б0°с : I - Группа 4-СН3;

2- группа 6-СН3;, 3~- протош 2-Н; 90°С :' 4 - группа 4-СН3;

б - группа "6-СН3.|

> ^

—ь—

ЗОП+П9Н,

Еио.7

Скорости релаксации™ Топшк <• намагниченности ядер Х С ; ' в водных растворах З-окси-1;

пиридина, пиридина п фено-ч зо/?+лЭИ ла с полимерами различной |

' • концентрации. •" ' '¡'

Л+ЛАК,

НеМ В"М

скорость реакции а/о-обывпа. Видно, что с посиявшем температуры скорость обмена протонов СНд-групп возрастает.

Наибольшая реакционноспособность формы К исследуемых соединений I и II объясняется тем, что наличие положительного заряда на атоме азога цикла существенно уменьшает п-злск-тронную плотность в кольцо и на атоме углерода метильных групп, облегчая тем самым отрыв прогонов метилыгай группы. 13 форме Н подвижность протонов С-Н-связи меньше, поэтому и скорость и/о-обмена ниже. В случае же формы л реакция протекает в жестких условиях, и резкое уменьшение скорости реакции в значительной степени обусловлено возрастанием электронной плотности в кольце при ионизации ОИ-группи.

Предложенный при изучении кислотно-основных превращений параметр отраязндий изменение электронной плотности

на атомах углерода кольца и мгтияьшх заместителей, коррелирует со скоростью изотопного и/с-обмена протонов мотильных групп соединений I, II: для производных 1а,б дбк_н шю, чем для произЕодных Па,б.

С595§_2л^сследавание_вэаимд^ействия_3 с ^акдомолекулами^^

В качестве объектов исследования были выбраны 3-оксипи-ридин и два полимера - полиакриловая кислота (ПАК) и поли-втиленимин (ГОИ) (рис.6).

(-СН--СН-1 (-СН,-СН,-НН-СН,-С!1,-Н-)„

2 | П 2 2 2 2 | П

СООИ СИ2-СН2-1Ш2

ПАК ПЭИ

Рис.6.

Выбор данных полимеров обусловлен наличием в них функциональных групп, которые при взаимодействии с ЗОП в форме Б должны будут взаимодействовать преимущественно по фрагменту О" в ЗОП (ПЭИ) или по центру нн+ (в случае ПАК). Для выяснения роли каждого из заряженных Фрагментов в биполярной форме ЗОП мы изучали также взаимодействие фенола (Ф) и пиридина (П) с ПЭИ и ПАК. Результаты исследований представлены в табл.2 и на рис,7.

Таблица 2.

Характеристики взаимодействия 3-оксипиридина, фенола и пиридина с модельными полимерами. (и(1) - скорость релаксации, ± - номер атома С)

Соеди- и, И(1)/И(6) к, моль-1

нения С2 С4 С6 С2 °4 °6

в водных растворах

ЗОП 0,35 0,33 0,46 0,76 0,72 1,00

Ф 0,23 0,23 0,28 0,82 0,82 1,00

П 0,09 0,10 0,09 1,00 1.П 1.00

ЗОП 2,27 2,42 2.77 0,82 0,87 1,00 8,0

П -ю-4

в комплексе с ПАК

ЗОТ 4,74 4,02 4,18 1,13 0,96 1,00 2,0

ф 1,91 .1,91 1.79 1,07 1,07 1.00 0,2

П 2,00 3,40 2,00 1,00 1,70 1,00 0,1

Из рис.7 хорошо видно, что скорость взаимодействия ЗШ с 1Ш и ПАК больше, чем скорость взаимодействия фенола и пиридина с теми же полимерами. Из табл.2 видно, что скорость релаксации ЗОП в и^о самая высокая, а самая низкая скорость релаксации ядер 13С у молекул П (в 4 раза меньше, чем в случае ЗОП, и в 2,Б раз меньше, чем в случае фенола), т.е. введение дополнительных гетероатомов в молекулу меняет характер , ее взаимодействия с окружающими молекулами как целого.

При проведении расчетов по результатам измерений мы остановились на варианте, который наилучшим образом описывал экспериментальные данные. Были сделаны следующие предположения: I) звено полимера содержит п взаимодействующих центров, имеюцих одинаковые константы комплексообразования с мо-

- /е-

лекулами-зондами; 2) 8ффективность взаимодействия одного центра не зависит от состояния соседнего; 3) реакция комп-лексообразования - реакция первого порядка.

Взаимодействие ЗОН с ПАК имеет константу ч того ке порядка, но анизотропия вращения здесь совершенно другая (табл.2). Максимальным становится и(2), что свидетельствует об участии в комплексообразовании и атома азота, и ОН-груп-пы. При взаимодействии с ПЭИ анизотропия вращения ЗОП несколько уменьшается по сравнению со значением в о2о, что свидетельствует о существенной роли ОН-группы во взаимодействии ЗОП с ГОИ. В случае Ф и П взаимодействие значительно слабее (рис.7).

Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования ЗОП в качестве зонда при изучении состояния бо-

Тгблица 3.

Характеристики взаимодействия 3-оксипиридина

и 2,6-диметил-З-оксипиридина с белками. (у - количество молей зонда на I моль белка)

Соединения и, с"1 Щ1)/ЩЬ)

С2 С4 С6 С2 С4 С6

в буферном растворе (рН = 6,8в)

ЗОП 2,6СН330П 0,24 0,42 0,24 0,41 0,2В 0.85 1,02 0,85 1,00 1,00

в комплексе с БСА

ЗОП (»=0,008) 2,6СНз30Пс Х"=0,006) 1,3В 1,18 1,43 1,18 1.41 0,95 1,00 0,99 1,00 ж, 00

в комплексе с лизоцимом

ЗОП (»=0,019) г.бсндзоп (»>=0,034) 0,29 0,58. 0,32 0,50 0,45 0,64 1,16 0,71 1,00 1,00 „

-П-

••чУ-

лее слюкш молекул. «awemm взаимодействия

с

аультати исследован*« преде ^^ ИсполЬзовать «

Оомюю ЗОП в качестве зонда ы гшада 2,6СНз3011. Все измерения проводились в буферн и Р

p]I=G,86. „„„и^тяти можно С помощью данных

Объяснить полученные Р^^таты мол ш 1!3

о количестве полохительно и отрлцэтально р^ ^ ^

поверхности исследуемых ÏL^ 3 раза больше

Шма число положительно ^рп.тешш гРупп в v

-участвует ^ ^ кошм'образом Т^^^Ш ^ для

Таким образом, ЗОН «o^qt.ujjи

ссладовшшя поверхности сиомакромодекул.

m

„ основами изучения кислотно^^J^hx

ОТОРОГО ато-

2) Оценено влияние заместчтелея кссв прото_

TS^Z^sz да ^

числом СН3-групп. поотонирования для 5-окси-

3) Установлено м^то пэра го прог н р ^ в№

, пиримиданов и их »-оксидов. ™к^"°;ир0Баиие осуществляется „Л пиримидин-*«* перша протона по

-и-

4) На основании спектров ШР 1Н определены величины эффективных констант дейтерообмена для протонов групп СН3; выяснено, что наиболее реакционноспособной является катионная форма исследуемых молекул,

5) Легкость вступления протонов групп СН3 в реакцию обмена для исследуемых соединений изменяется а ряда г—си3] > а-си3 (для неоксидарованных соединений) 5 «.-с«3 > г-си^ (для и-оксидов); подвижность СН-свпзей, метильдах групп изменяется

в последовательности: > к*-он > ^н > н*-о~ » Сар0М. .

6) Скорость обмена протонов групп СН3 производных 5-оксипиримидина на несколько- порядков выше скорости обмена соотвегствущих «егилпроиэводных 3-оксипиридина.

7) Из данных по 1 С ЯМР-релаксации рассчитаны константы комплексообразования молекул зонда (3-оксипиридина, пиридина и фенола) с полиакриловой кислотой и полиэтиленимином-, и молекул зонда (3-оксипиридана)- с лизощмом и с былым сывороточным альбуминам. .

8) Установлена, что, молекулы 3-оксипиридина в качестве зонда чувствительна к издают зарязенных групгь ка поверхности молекул бежа,

Список_дабот^_огщОликдваишх_п

1. Лезина В.»и., Гаяев С.Б., Козлова-. (Маркова} М.М., Степанянц А.У., Смирнов Л. Д. Исследование' юкитионзснавных превращений ааинов методом спектроскопии» ЯШ?-» - В сб.: Тезисы докладов II Всесоюзного, совещания! да- химии? азинов. Свердлове;»» 1985, г..,. с. 43.

2. Лезина В.Л..,. Козлова (Маркова)- ■ Ш1„ Гашеа С.Б., Степанянн, А.К,, Смирнов Л.Д. Исследование кислотно-основных превращений азотистых гетероциклов методом! спектроскопии, ЯМР. I, Замененные пиридины и пиримидин». - ХГС, №8', 1;985,. СЛПЩЙ, _ ' *

3. Лзэта В. П., Козлова (Маркова)- ЫМЯзшдв*

Гольцовэ Л.В., Степанянц Л.У., Смирнов Л.Д. Исследование кислотно-основных превращений азотистых гетероциклов методам спектроскопии ЯМР. 2. Замещенные пиридин- и пиримидин-1-ок-сида. - ХГС, iS 10, IS87, C.I369-I37S.

4.- Левина В.П., Козлова (Маркова) М.М., Гашев С.Б., Степанянц А. У., Смирнов Л.Д.,. Дшаев К.М. Исследование реакционной-способности протонов боковой цепи в замещенных азинах методом n/D-обмена. - В сб.: "Тезисы докладов 1У Всесоюзной конференции по химии азотсодеркаядох гетероциклических соединений. Новосибирск, IS37 г., с.85.

5. Панов В.О., Краснова М.М., Еднерал И.В., Маркова М.М., ШимановскиЯ Н.Л. Исследование ЯМР-релаксации для

—1-ww^^^n р^умплрйствия лекарственных средств с компонентами

крсги. - В сб.: Тезисы докладов УП ЗсссоШШй—тнференит-! "Магнитный резонанс в биологии и медицине". - Черноголовка, i : 1939 г., с.228-229.

I 6. Markova М.М., Ednoral I.V., Daragan V-Л., Lezina

i V.P. Non-traditional way of polyraer synthesis: molecular

pre' э method for the -investigation o£ polymer structure and thoir ability for complex formation with low-molecular liganda. - International school-seminar for young | scientists. Alma-Ata, 19S0. p 195-196.

j : ' 7, Маркова М.М., Еднерал И.В., Лезина В.П., Дараган ; , В.А. Исследование взаимодействия З-оксипиридана с макромоле-• ; пулами в растворах методом ЯМР релаксации. - Изв. АН СССР, j ' сер. химическая, И 12, 1990, с.2751-2755.

j i 8. Markova М.М., Edneral I.V., Daragan V.A., Lezina

| ; V.P. Molecular probe method for the investigation of polymer [ structure and their ability for complex formation with small

| ; molecules. - Book of abstracts: 9th European Sympoaiuns on ! ? polymer spectroscopy. - Cologne (FRG), 1990, p.34. | j , 9. Маркова М.М., Лезина В.П., Гашев С.Б., Степанянц А.У., Смирнов Л.Д., Миславский Б.В. Исследование кинетики J ' H/D-оОмеиа метильных групп в ряду гетероциклических азинов ■ методом спектроскопии ПМР. - ХГС, В I, 1991, с.93-96.

- хо -