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

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 ОКСИГЕТЕРОЦШИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ДАННЫХ ЯМР 02.00.04 - Физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химичесих наук

I

Москва - 1991

Работа выполнена в ордена Ленина Институте химической фазшда Н.К.Сеыенова АН СССР.

Научные руководители: доктор физико-математических наук ДАРАГАН В.А., кандидат химических наук ЛЕ2ША В.П.

Официальные оппоненты: доктор хшичесюа наук ВАССЕРМДН А.Ы., кандидат рынческих" наук АНДРОНОВА H.A.

Ведущая организация: Институт алеыентаорганнческих соединений АН СССР

Защита диссертации состоится " 15 " января 1992 г. в час на заседании Специализированного совета Д.OQ2.26.01 при Институте химической физики АН СССР по адресу: II7977, ГСП-I, г.Москва, В-334, ул. ГЕосыгина, 4 в актовом зале корпуса I.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ШСФ АЛ

СССР.

Автореферат разослан " 12 " декабря 1991 года.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат химических наук

В.Н. Корчак

0Шэя_характе£истика_12абогы^

^ктуальность^текы^ Азотистые гетероциклические соединения. в частности пиридины и пиримидины, являются основой для синтеза лекарственных препаратов с широким спектром фармакологического действия. Интерес к данной группе соединений обусловлен наличием в их молекулах центров, способных к присоединению и отщеплению протонов и образованию водородных связей с соответствующими рецепторами. Кроме того, молекулы некоторых гетероциклов (например, пиримидины) содержат несколько центров, способных к .присоединению протонов. Большая часть препаратов на.основе" данных соединений, проявляет фармакологическую активность исключительно в - катионной •форме. В связи с этим большой научный интерес представляет изучение процессов протонирования и реакционной способности представителей ряда азотистых гетероциклических соединений в широком диапазоне 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 соединений представляют научный интерес с точки зрения использования в качестве зондов для изучения структуры и поведения биомакромолекул в водных растворах.

Цели работы - с помощью метода ЯМР-спектроскапии 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 новизна. I) Впервые получены сведения о функциональных превращениях метилзамещенных 3-оксипиридинов, 5-ок-сипиримидинов и их н-оксидов (всего 31 соединение); выяснено

I

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

2) Установлены общие закономерности изотопного н/в-обмена протонов метальных групп исследованных соединений.

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

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

Практическое значение работы. Ноше данные по основности и строению протонированных форм исследованных оксигете-роциклов являются необход^ой информационной базой для изучения механизма проникновения лекарственных средств через клеточные мембраны и их распределения в организме.

Результаты изучения реакционной способности исследован-• них метмлзамещенных 5-оксипиримидинов и их н-оксидов могут быть использованы для выработки оптимальных условий направленного синтеза фармакологически активных соединений.

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

-Апвобация_работы^ Материалы диссертации докладывались на II Всесоюзном совещании по химии ззинов, Свердловск, 1985 г.; 1У Всесоюзной конференции по химии азотсодержащих гетероциклических соединений, Новосибирск, 1987 г.; Международной школе-семинаре по нетрадиционным методам синтеза полимеров, Алма-Ата, 1990 г.; УН Всесоюзной конференции "Магнитный резонанс в биологии и медицине", Черноголовка;-1989 г.; конкурсах молодых ученых ИХФ АН СССР в 1985-1987 гг.

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

Ст£уктуда_и_дбъем_^ссертацтк Диссертация состоит из ». 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

%

- ¿-

наименований.

Содержание работы.

Возведении обоснована актуальность выбранной темы и сформулированы основные цели диссертации.

Первая глава - обзор литературы, включаодий 4 параграфа. §1.1 - мзтериада по изучению кислотно-основных превращений соединений ряда пиридина и пиримидина; §1.2 - данные по изучению кинетики изотопного н/1>-обмена гетероциклических соединений. В 51.3 изложены основы релаксационной ЯМР-спектроскопии и приведены примеры использования метода молекулярных зондов для изучения процессов комплексообразования в растворах. В заключительном §1.4 обзора кратко обобщены име-яциеся в литературе данные по электронной структуре и геометрии представителей исследуемого ряда соединений.

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

§2.1 - определение констант йонизации (рКа) исследуемых соединений. Для исследований применили метод ПМР-спектро-скопии. Величины рКа определяли по точке полуионизации из зависимости химических сдвигов протонов исследуемых соединений от рН среда.

§2.2 - оценка аффективных констант скорости обмена протонов метильных групп. Как и при определении рКд использовали метод 1Н дар-спектроскопии. Степень замещения н/о определяли сравнением отношения площади 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 180°-г-90°. Время спин-решеточной релаксации Т1 определяли по наклону графика зависимости 1п[(1в - 1т) / 21т1 от т, где 1т - амплитуда сигнала после 90° импульса, приложенного в. момент т; х^ - равновесное значение импульса.

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

§3.1. Замещенные пиридины и пиримидины. В качестве объектов исследования были выбраны следующие соединения:

1а 10 1в

IIa 116 IIb Иг Ид

1Уа 1У6 1Ув 1Уг

В зависимости от pH среда (рН=0-10) соединения 1-1У мо- ' гут находиться вкатионной (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 Hg) соединения III и 1У присутствуют в виде дикатионов (Д) (рисЛ).'

-Ч-

Vi»

(Н)

он . он о

Рис.1.

На рис.2 для примера приведены характерные зависимости химических сдаигов протонов (ХС) от рН среда для соединеий ПО и 176. Аналогичные зависимости построены для всех исследованных соединений, что позволило оценить величины констант ионизации рК^', рКд и pK*, ХС протонов различных форм (<5д, 6К' ЙН' 6а' и гРаницы их перехода. Из сопоставления характера зависимостей ХС протонов от рН среда для соединений 1-1У, а также анализа относительных изменений ХС (Д£д_к, Д^-Н' Дйд_д), КССВ протонов дата и ХС протонов метильных групп при переходе от Форш Н к К или А, мы выяснили характер влияния заместителей (ОН, СНд) на параметры спектров ЯМР и основность атома азота.

Полученные результаты показали, что 3-оксипиридин (ЗОП) является более слабым основанием, чем пиридин (дрК*=0.6). Существенное влияние на основность ЗОП оказывают метильные заместители. Так, например, при переходе от соединения Па к моно- и дизамещенному производному рК* возрастает соответственно на 0.7 и 1.3 ед. рКд. Величина pK* практически не меняется при переходе от соединения 116 к Ив и от Пг к Нд, что подтверждается расчетом п-влектронных плотностей. Уста-, новленз аддитивнось вклада групп 2-СНд и 6-СН3 в ХС протонов' 4-Н и 5-Н соединения Пг. Среднее изменение * 0.2 м.д.

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

ч

-Г-

-ч -ь о г.

Рас. 2

Зависимость химических сдвигов протонов 2-ывткл-З-окснпзфвдяна (») 4-иетнл-5-оксвпнр5шядш1а (°) , б-ивтЕЛ-5-оксетшря1шдвя-1-оксвда (а) _ <2Т.кислотности среда.

О в < * ** V 6Г « 3

Рис. 3 *

Зависимость эффектишой константы скорости двйтерообыеяа прогонов групп СНд 2,4,6-тргшвтнл-5-окстшр!шядвяа от рН с ради пря 90°С. I - группа 4-СН3; 2 - груши. 6-СН3; 3 - группа 2-СНд

' •• -б- - »

При переходе от пиридинов к пиримидинам наблюдается уменьшение основности. рКд пиримидина почти на четыре ед. рКд низ® рКд пиридина^ При этом основность 50ПМ выше, ч^м пиримидина. Как и в случае производных пиридина, метиль- ные заместители увеличивают экранирование протонов и активность пиримидинового ядра. В случае 50ПМ наблюдается линейная зависимость между рКд и числом метильных групп в кольце.

Дот пиримидина, 5-оксипиримидана и их метильных производных характерно наличие двух центров протонирования, поэтому необходимо было установить место первоначального протонирования. Ясно, что в случае симметрично замещенных пирими-дииов первое протонирование мозет проходить с равной вероятностью по любому из атомов н^ и Установить центр первого протонирования несимметрично замещенных соединений Шб и IУО оказалось возмогным на основании анализа парзмет-рсз спзктроз К!£Р 1Н и "С, Установлено, что первое протони-ровггкг происходят по этому Протонирование одного из этоков азотз сюзгзт основность другого, и образование Форш Л происходят узэ в области Н0.

рК^ ЗОП почти из дез ед. рКа выше, чем для 50ПМ, т.е. отрыв протона а ЗОП происходит в более щелочной среде. Ме-таяьгагз группы в соединениях 11б-д и 1Уб-г повышают основ-тсть и смецаот сигналы протонов в сильное поле. Матильные группы оказывают больззе влияние на рКд в производных ЗОП, чем 501Е1.

Вгми предложен спегстралышй параметр - суммарное

кгггнеягз ХС протоков шхла при протонировании, который ^дзв-тэтЕорстелько коррглкрует с вычисленными значениями рК^. Сцзюггь значения рН* для производных 1-1У исходя из данных ЯМ? шззго с помотав уравнений (I).

р"1 = * в -1'19 ^К-Н + в. 03 соединения I

<~- -1,16 5>5К.Н + 7, 23 соединения и(1)

РКа = -1,52 2>5К Н + 4, 58 соединения III

РКа » -1.45 ЕЛ<5КЧ1 + 3, во соединения IV (г=0,99)

Линейность зависимости свидетельствует о том, что параметр Е^к_н может служить характеристикой изменения електронной структуры исследуемых молекул. Величина уменьшается

при переходе от незамещенных к метилзамещенным производным. Линейная зависимость между и числом групп . в

кольце для соединений 1-1У описывается уравнениями (2):

J>5J£_jj ■ -0,54п ♦ 2,80

зе^к-н " _0'?5n + 1,98 -

Z>5K_H - -0,52п + 2.15

3>sK_JJ » -0,46n + 1,30 l-0,99)

где n - число метильных групп.

Установлена также линейная корреляция между ХС протонов форм Ни К, КиД, НиА, что свидетельствует об одинаковом влиянии протонирования азота или ионизации группы ОН на ХС в исследованном ряду азотистых гетероциклов.

Нами получены также линейные зависимости между знамени-. ями pKg и pKg в ряду ЗОИ и 50НМ. Аналогичные зависимости наблюдаются между значениями как рК*, так и рк| производных указанных соединений. Установлена та ¡асе корреляция между экспериментальными величинами Е^.д и для производных I, II и III, 1У (3).

J>sK_H(i. и) = I,I4E^k_h(iu. iv) + 0,39 (3)

В качестве объектов исследования мы выбрали следущие соединения:

-О-

t t Уа Уб

ч-

У1 У1б У1в

Ш1 УШа . У1Па' У111в

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

н-оксида являются более слабыми основаниями по сравнению с их неоксидированными аналогами. Наличие оксигруппы в З-оксипиридин-I-оксида (ЗОПко) практически не меняет его основности по сравнению с пиридин-1-оксидрм. Груша СНд в ЗОПно оказывает большее влияние на величину рКа, чем в ме-тилзамещенных пиридин-1-оксидах. Нами установлен аддитивный вклад групп Z-CHq и 6-СН3 в ХС протонов 4-Н и 5-Н соединения Уб. "••

В производных пиримидин- и 5-оксипиримидин-1-оксида (50пм»о) вследствие сильного дезекранирупцего аффекта атома азота и группы »»о сигналы протонов цикла расположены в области более слабого поля по сравнению с соответствупцими'! сигналами производных пиридин- и З-оксипиридин-I-оксидов. Основность азинов УП, УШ нихе основности соединений У и

■ч

У1. Гидроксильная группа увеличивает основность 50ПМно по сравнению с пиримидин-I-оксидом на 0,4 ед. рКа и смещает сигналы протонов в область более сильного поля. В случае мо-нометилпиримидин-1-оксидов группа СНд в пара-положении по отношению к n-оксидной группе (УПа, УШа) в большей степени влияет на величину рК*. чем СНд-группа в орто-полохении (УПа1 и УШа'). Изменение величины pH* при введении групп Cllg в гетероароматическое кольцо для оксипроизводных соединений У1 и УШ выражено сильнее, чем для соединений У и УН.

Центр перЕого протонирования установили на основании анализа спектров ПМР азинов УН и УШ и их неокисленшх аналогов III и 1У и по изменению значения КССВ мета-протонов через неокисленный атом азота. Первое протонирование осуществляется по атому кислорода группы н+о. м-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 Н0 ниже 4; при атом ХС протонов кольца и групп СНд смещаются в более слабое поле. Метильные заместители увеличивают константы ионизации рКд и экранирование всех протонов цикла. Основность атома азота н^ зависит от положения СНд-группы: СНд-группа в пара-положении к атому н^ (УПа') увеличивает основность данного соединения на 1,6 ед. рКа, а в случае дрто-положения CHg-группы основность атома н^ уменьшается.

Ионизация группы ОН (форма А) сопровождается возрастанием экранирования всех протонов кольца и групп СНд. Средние изменения ХС в процессе ионизации для протонов 2-Н,

4-Н и 6-Н ЗОПно близки. В случае se 50Шно влиянЧб ионизации группы ОН на ХС кольца неоднородно и изменяется в ряду 6>2>4. CHg-групш в соединениях У1 и УШ повышает значение рКд и смещают сигналы протонов в сильное поле. Введение второго атома азота в кольцо оксипиридина ведет к уменьшению", рКд, что связано со значительным повышением алектроноакцеп-торных свойств пиримидинойого кольца по сравнению с пиридиновым.

-JD-,

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

рК* « -0,Э55>5К_Н ♦ 1,74

рКд - +2,54 (4)

рК* -0,612>5К_Н + 0,57

рК* - -0,77^^ + 0,В8 (Г=0,99)

В случае мокометилзамещенных пиримидин- и 5-оксипирими-дин-1-оксида уравнениям (4) удовлетворяют только значения рКд азинов У11а' пУШа'. Линейность зависимостей свидетельствует о том, что параметр может служить характеристикой изменения электронной структуры исследуемых молекул. 1>5К_Н для 50Шно меньше, чем для ЗОПно.

Наличие линейных зависимостей мезду значениями рк!, Е^К-Н н чИслом групп СН3 в ¡сольце в каждом исследованном ряд/ азинов их н-оксидов позволило нам оценить значения рК* и тех производных, которые мы не исследовали.

Удовлетворительная корреляция получена при сопоставлении значений Е^к-Н между и-оксидами и неоксидированнымч соединениями (5):

Елак_н( 1,ш) - 1.021>5К_Н(У,У11) + о,40 (5)

UMH_IJCII.IV) = 1Л1ЕД«5К_Н(УХ,УП1)

Между значениями рК* в ряду исследованных aзинoL и их н-оксидов обнаружены линейные зависимости (6):

-рКд(1) « 3,35рК*(У) !+ 2,46

рК^(II) = 1,б2рК^(VI) + 3,44 (6)

а . а

рКд(Ш) » 1, 57рК^ (VII ) + 2,71 рК*(1У) » 1,99рК^(VIII) + 1,95

- а-

Глава 1У. Изучение кинетики н/р-обмена метильных групп замещенных 3-оксипиридинов. 5-оксипиримидинов и их. н-оксидов.

№ изучали реакционную способность следупцих соединений:

Па , 116 Па' Ив

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

Обнаруженоь что с увеличением кислотности. среда скорость изотопного обмена СВ^-групп возрастает. При рН>2 скорость обменной реакции на 2 и более порядка ниже скорости . н/о-обмена при более низких рН. Из исследований, описанных в §3.1, 3.2, -звестно, что интервалы рН=0-4 и Н0 от О до -2, где исследуемые соединения проявляют наибольшую активность, соответствуют области существования формы К. Если в соединении 1а первое протонирование происходит по атому то для соединений 1а-в наиболее реакционноспособным является пара-положение относительно протонированногоатома азота. При нагревании замещенных ЗОП более 100 часов при 90°С заме-I ' щения протонов метильных групп не наблюдалось, поэтому мы ■ л сделали вывод о том, что скорость обмена протонов метильных I групп З-оксипиридинов на несколько порядков ниже скорости-

■ обмена соответствующих протонов производных 50ПМ. г В случае н-оксидов Па-в, молекулы исследуемых соедине-

-и-

Таблица I '.

Эффективные константы скорости н/о-обмена протонов групп СН^ ряда метилзамещенных 5-оксипиримидинов и их N—оксидов (рН=0, 90°С)

Соединение Положение группы . кэФ, с"1

• ■ СН3 в кольце

1а 4 4,70 10" -3

16 4 8,82 10" -4

6 4,41 10" ■4

IB 2 1,78 10" -5

4 4,47 Ю-3

6 2,23 10" -а

Па 4 1,91 10" -4

На' 6 7,08 10" -4

Иб 4 2,95 10" ■5

6 3,16 10" -4

Ив 2 2,43 10" -5

4 3,80 10" ■4

6 2,10 ю-3

ний также находятся преимущественно в форме К (рН<2) (рис.1), реакционная способность метильных групп возрастает в последовательности 2-СНо<4-СНч<6-СНо.

И в случае н-оксидов ЗОП нагревание при 90°С в течение 150 часов не привело к образованию дейтерозамещенных продуктов. Начало н/ц-обмена протонов групп 6-СН3 и 4-СН3 наблюдалось лишь при Н0=-1,5 (90°С). Обмен протонов СН3-групп ЗОП

наблюдался лишь при 160°С. Для 2-СНч ЗОП при pH=I, t=l60°C° mWh -Я -1

kolw=5,5-I0 с , что почти на два порядка ниже, чем длл 2СНз50ПМ.

Зависимости на рис.5 показывают влияние температуры на

-i3~

' ■ '

-г. ч о < ч. ч г * г а я г)|

Рпс.4

Еыштюсть Эффективной копстанти скорости Дбйтерообыеиа прсгкюа групп СН3 2,4,6-тркыот'.гл-?-оксгго1р:тадЕ11-1-оксвда от ■ средц нр:г 90°С. I - б-СНя; 2 - 4-СН3; 3 - 2-СЯ3.

Рпс. 5

N

^—»-I- г

-ь—,

■ •А ** 5 I А 3 ^ г. С Т <]Гц

л-}.. 1. „■>

ЗаБ2сикость_ аффзктншюй: копстанти скоростл дзйтерсн обиена протонов .

;тнл-5-окслшзрзюдриа от _рНсрада;

160°С : I - группа 4-СН3;

2 - группа 6-СН3;, 3~-прот01Щ 2-Н; 90°С :' 4 - группа 4~СНЯ;

5 - группа б-Ш3.

Рио.7

Скопости релаксации™ зоп+лчк I намагниченности ядор С ' в водных растворах 3-окси-

ппрздина, шридана и фено-зя/7+ПЭИ ла с полимерами различной

' концентрации.

Фт-ПАК, и П+ЛАК,

V г,'

_ 'Ко/кй-м

скорость реакции н/о-обмена. Видно, что с повышением температуры скорость обмена протонов СН3-групп возрастает.

Наибольшая реакционноспособность формы К исследуемых соединений I и II объясняется тем, что наличие положительного заряда на атоме азота цикла существенно уменьшает п-элек-тронную плотность в кольце и на атоме углерода метильных групп, облегчая тем самим отрыв протонов метальной группы. В форме Н подвижность протонов С-Н-связи меньше, поэтому и скорость н/о-обмена ниже. В случае ге формы л реакция протекает о жестких условиях, и резкое уменьшение скорости реакции в значительной степени обусловлено возрастанием здсет-роииой плотности в кольце при нонизации ОН-группы.

Предяожешшй при изучении кислотно-основных превращений параметр отражающий изменение электронной плотности

на атомах углерода кольца и метильных заместителей, коррелирует со скоростью изотопного H/D-обмена протонов метильных групп соединений I, И; Мя производных 1а,б выше, чем для производных Па,б.

Глава,.У... Исследование .взаимодействия 3-оксипиридина„с £^§КЕ°идлекулами_в_раст§ора^

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

(-сн,-сн-)„ (-ch_-ch--nh-ch_-ch_-h-)„

с I П 2 л 2 2 | П

соон сн2-си2-нн2

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 0~ 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 пиридми (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. - скорость релаксации, 1 - номер атома С)

Соеди- и, Н(1)/И(6) к, МОЛЬ-*

нения °2 С4 С6 С2 С4 С6

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

в комплексе с !Ш

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 ЗОП с ГОИ и ПАК больше, чем скорость взаимодействия фенола и пиридина с теми же полимерами. Из табл.2 видно, что скорость релаксации ЗОП в ь^о самая высокая, а самая низкая скорость релаксации ядер 13С у молекул П (в 4 раза меньше, чем в случае ЗОП, и в 2,6 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 взаимодействуют« центров, имеющих одинаковые константы комплексообразования с мо-

- /б-

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

Взаимодействие ЗОП с ПАК имеет константу к того хе 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 ПЗИ анизотропия вращения ЗОП несколько уменьшается по сравнению со значением в о2о, что свидетельствует о существенной роли ОН-группы во взаимодействии ЗОП с ПЭИ. В случае Ф и П взаимодействие значительно слабее (рис.7).

Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования ЗОП в качестве зонда при изучении состояния <5о~

Таблица 3.

Характеристики взаимодействия 3-оксипиридина

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

Соединения и, с-1 и(1)ак6)

С2 С4 1 С6 С2 С4 С6

в буферном растворе (рН = 6,86)

ЗОП 2,6СНд30П 0,24 0,42 0,24 0,41 0,28 0,85 1,02 0,85 1,00 1,00

в комплексе с БСА

ЗОП (у=0,008) 2,6СНдЗОП! ^=0,006) 1,36 1,18 1,43 1,18 1.41 0,95 1,00 0,99 1,00 ;,оо

в комплексе с лизоиимом

ЗОП (у=0,019) 2,6СНзЗОП <р=€,034) 0,29 0,58. 0,32 0,50 0,45 0,64 1,16 0,71 1,00 1,00 _

-а-

лее сложных молекул. •

Нами была сделана попытка по изучению взаимодействия ЗОЛ с лизоцимом и бычьим сывороточным альбумином (БСА). Результаты исследований представлены в табл. 3.

Помимо ЗОП в качестве зонда мы пытались использовать и 2,601^3011. Все измерения проводились в буферном растворе с рН=»6,85.

Объяснить полученные результаты можно, с помощью данных о количестве положительно и отрицательно заряженных групп на поверхности исследуемых белков. При рН=6,86 в молекуле лизо-цима число положительно заряженных групп в 3 раза больше числа отрицательно заряженных групп, в БСА эти величины при, ' мерно одинаковы. Поэтому в случае лизоцима у ЗОП в биполяр-. ной форме во взаимодействии участвует фрагмент 0", что приводит к существенному- изменению анизотропии • вращения ? (табл.3), а в случае БСА оба заряженных фрагмента ЗОП одина-; косым образом участвуют во взаимодействии. ; . Таким образом, ЗОП может.Сыть использован как зонд для ! « исследования поверхности Оиомакромолекул.

' ', Основные результаты и выводы.

I) На основании изучения кислотно-основных превращений ; метильных производных З-оксипиридина, 5-оксипиримидина и их н-сксидрв (всего 31 соединение) методом 1н ЯМР спектроскопии ; оценены коьстанты протонирования и ионизации. | . 2) Оценено влияние заместителей (СН3, ОН), второго ато-

. ; мз азота в кольце или группы н-»о на величины ХС, КССВ прото-' ; нов кольца и величину рКа; установлено аддитивное влияние , заместителей на ХС протонов; предложен спектральный параметр ; < Е^к-Н' Удовлетворительно коррелирующий с величинами рК* и

числом СНд-групп. | ; 3) Установлено место первого протонирования для 5-окси-

| . - пиримидинов и их »-оксидов; показано, что в случае производ-':' ?■ • пых пиримидин-н-оксидоа первое протонирование осуществляется с V- по атому кислорода группы к+о, а присоединение протона по ч , : неоксидироеанному атому азота наблюдается при Нц ниже -е.

4) На основании спектров ЯМР определены величины аффективных констант дейтерообкенз для протонов групп СН3; выяснено, что наиболее ре'акционноспособной является катионная форма исследуемых молекул.

.5) Легкость вступления протонов групп СНд в реакции обмена для исследуемых соединений изменяется а рдад *

а-сн3 (для неоксидированных соединений)* » Шя

я-оксидов); подвижность СН-связей. метидьных групп изменяется

в последовательности: > «+-оп >, ^н > н+-сГ » Сар0М .

6) Скорость обмена протонов групп СН3 производных 5-оксипиримидина на несколько порядков выше скорости обмена соответствующих метилпроизводных 3-оксипнридкна.

7) Из данных по 1 С ЯМР-релаксации рассчитаны константы комплексообразования молекул зонда (3-оксипиридина,. пиридина и фенола) с полиакриловой кислотой и полиэтиленимииом, и молекул зонда (3-оксиширидина) с лизо'цимом н с быяызд сывороточным альбумином.

8) Установлено.,, что молекулы. 3-оксипиридана в канвствё зонда чувствительны к валичию заряженных групп на поверхности молекул белка.

Список работ;,, опубликованных по. теме- диссе^тэвдэд'.

1. Лезина В.Д., ГашевС.Б., Козлова (Маркова)1 М.М., Степэнянц А.У.,. Смирнов Л.Д. Исследование.' кислотно-основных превращений азкнов методом' спектроскопии' ЯМРч. - В сб.: Тезисы докладов Ц Всесоюзного совещания! ко. химию азинов. Свердлове»» 1935. г..,. с. 43.,

2. Лезщз В..П.., Козлова. (Маркова:)- М<.!&.„ Гащев. С,Б., Степанянц А.У:, Смирнов Л.Д. Исследование,- кислотно,-основных превращений азотистых гетероциклов методом, спектроскопии, ЯМР. I, Замещенные пиридины и. пиримидиньи. - Х1?С» »81, 1Э8В,„ с.1Ш-Ш7ч С

а, Дйзина В-П., Козлова (Маркова-).- ИА.„ Гашев. е.Б.,,

о

Гольцова Л.В., Степанянц А.У., Смирнов Л.Д. Исследование ; кислотно-основных превращений азотистых гетерОциклов методом спектроскопии ЯМР. 2. Замещенные пиридин- и пиримидин-1-ок-сиды. -ХГС, » 10,. 1987, с.1369-1376.

4.-Лезина В.П., Козлова (Маркова) М.М., Гэшев . С.Б., Степанянц А.У., Смирнов Л.Д., Днмаев К.М. Исследование реакционной-способности протонов боковой цепи в замещенных азинах методом н/о-обмена. - В сб.: Тезисы докладов 1У Всесоюзной конференции по химии азотсодержащих гетероциклических соединений. Новосибирск, IS87 г., с.85.

5. Панов В.0., Краснова М.М., Еднерал И.В., Маркова М.М., Шимановский Н.Л. Исследование ЯМР-релаксации для

i изучения взаимодействия лекарственных средств с компонентами крсги. - В сб.: Тезисы докладов УП Всесоюзной конференции ! "Магнитный резонанс в биологии и медицине". - Черноголовка, j ■ 1989 г., с.228-229.

j 6. Markovs М.М., Edneral -I.V., Daragan V.A., Lezina

I V.p. Kon-traditional way of polymer synthesis: molecular

j pro' 3 method for the invesnigation of polymer structure and

! their ability for complex formation with low-molecular

Uganda. . - International school-seminar for young ( > scientists. Alma-Ata, 1S90, p 195-196. : I : ' 7. Маркова М.М., Еднерал И.В., Лезина В.П., Дар^ган ! , В.А. Исследование взаимодействия 3-оксипиридина с макромоле; ; кулами в растворах методом ЯМР релаксации. - Изв. АН СССР, | ! сер. химическая, Ji 12, 1990, с.2751-2755.

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

! : V.P. Molecular probe method for the investigation of polymer j structure and their ability for complex formation with small

j '•■ molecules. - Book of abstracts: 9th European Symposium on S ! polymer spectroscopy. - Cologne (FRG), 1990, p.34. I ' 9. Маркова М.М., Лезина В.П., Гашев С.Б., Степанянц

! : А.У., Смирнов Л.Д., Миславский Б.В. Исследование кинетики. J : H/D-оймеиа метальных групп в ряду гетероциклических аэинов методом спектроскопии ПМР. - ХГС, H I, 1991, с.93-96.

- 1.0-