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
|
||
|
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
1а
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
1Г
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 -