Комплексные соединения родия и платины с диоксидинитробензофуроксаном тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ
|
Галимзянова, Лилия Рафкатовна
АВТОР
|
||||
|
кандидата химических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Казань
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2013
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
02.00.01
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
ГАЛИМЗЯНОВА ЛИЛИЯ РАФКАТОВНА
КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ РОДИЯ И ПЛАТИНЫ С ДИОКСИДИНИТРОБЕНЗОФУРОКСАНОМ
02.00.01 - Неорганическая химия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискаиис ученой степени кандидата химических наук
7 НОЯ 2013 005537119
Казань 2013
005537119
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»
Научный руководитель доктор химических наук, профессор
Назмутдинов Ренат Равильевич
Официальные оппоненты Михайлов Олег Васильевич,
доктор химических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», кафедра аналитической химии, сертификации и менеджмента качества, профессор
Гибадуллина Эльмира Мингалеевна, кандидат химических наук, ФГБУН Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН, лаборатория элементоорганического синтеза, старший научный сотрудник
Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Удмуртский государствен-
ный университет», г.Ижевск
Защита диссертации состоится "10" декабря 2013 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.03 на базе ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д.68, зал заседаний Ученого совета)
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет».
Автореферат разослан «_>>_2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
А.Я.Третьякова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Интересным типом азотсодержащих гетероциклических соединений являются бензофуроксаны - полифункциональные ли-ганды, содержащие в своем составе различные типы донорных групп. Одним из представителей является 4,6-динитро-1-океобенз-[6,5-с]-2,1,3-оксодиазолдиол-5,7 или диоксидинитробензофуроксан (НгБООМВР). На его основе получены комплексы с катионами щелочных, щелочноземельных и переходных металлов. Известно, что соединения ЩЮОНВР обладают широким спектром биологической активности с разнообразным фармакологическим действием. Комплексы платиновых элементов и азотсодержащих гете-роциклов интересны, прежде всего, с точки зрения исследований противоопухолевой активности. Однако многие из препаратов вызывают сильную интоксикацию организма. НгООООТР обладает низкой токсичностью (3-4 класс) и вероятно при получении комплексов с ионами платиновых металлов следует также ожидать низкой токсичности. Удобным базовым соединением для синтеза комплексов на основе ОООМВР2* - иона является динатриевый комплекс (ИагОООЫВР), который в отличие от Н^ООМВР, устойчив на воздухе и не гигроскопичен. №гООО№р является полифункционапьным соединением. Процессы взаимодействия в системах «полифункциональный лиганд - ион металла» имеют сложный характер, состав и структура выделяемых в твердом виде продуктов зависит от ряда факторов, одним из определяющих является природа иона металла, его электронная структура и до-норно-акцепторные свойства, а также тип используемого растворителя и до-норные свойства функциональных групп при их сочетании в лиганде.
Цель работы. Выявление закономерностей взаимодействия ионов р{(1У) И №(111) с №2ОООШР в растворе, разработка методов синтеза комплексных соединений на основе солей-комплексообразователей (РКГЦ, КЬСЬ-ЗН^О) и №2ООГОгар, выделение полученных индивидуальных комплексов в твердом виде, определение их состава и свойств, установление характера координации лигапда, выявление потенциальной биологической активности.
Научная новизна. На основании данных спектрофотометрии с использованием рН-метрии и кондуктометрии выявлено комплексообразование в водных растворах РЮЦ и Ю1С13-ЗН20 с Ка2ОСЮЫВР. Методом квантово-химичсского моделирования впервые определены структуры и оптимизированы наиболее энергетически выгодные конфигурации комплексов Ка2ОСЮШР с аквахлоридами №(111) и Р1(1У) в растворе. Выявлены закономерности влияния природы иона металла на состав и константы образования комплексных форм.
Предложен оригинальный метод синтеза и выделения в твердом виде комплексов Р1(11), 1*11(11,111), Й(Ш) с ОСЮЫВР2"- ионом. Доказано, что №2П(ЮМВР взаимодействует с РЮ, и №С13-ЗН20 с сохранением бензофу-роксанового цикла и неизменным составом функциональных групп. Под влияние.™ температуры происходит процесс восстановления Р1(1У) в 14(11), которая образует связи с азотом фуроксанового цикла и кислородом одной из нитрогрупп, в результате чего образуется хелатный комплекс. Установлено, что в зависимости от состава растворителя взаимодействие №С13-ЗН20 с №2ОСЮМВР приводит к образованию комплексов полиядерно-полили-гапдного типа со слоистой структурой. В водной среде образуется соединение, в составе которого ионы №(111) и №(11). Молекулы лигандов координируются к ионам родия по двум векторам бензофуроксановых циклов: №(П)-N фуроксанового цикла и Ш)(Н1)-0 оксигруппы. В водно-ацетоновой среде образуется соединение, в составе которого только ионы №(Ш). Координация лигандов с №(Ш) происходит аналогично: за счет атомов азота фуроксанового цикла и кислородов оксигрупп.
Осуществлен компьютерный прогноз биологической акшвпости новых соединений, прогнозирующий проявление высокой противоопухолевой активности и иммуностимулирующие свойства при лечении системной красной волчанки. Мутагенной активности комплексов по прогнозу не наблюдается.
Научпо-практичсская значимость. Экспериментальные данные об условиях образования и моделирования, разработка оригинальных методов синтеза комплексов на основе РЛЦ или №С13-ЗН20 с На2ООБЫВР, а также данные об их свойствах, характере координации лигапда является вкладом в
фундаментальные знания, как в области координационной химии, так и в области супрамолекулярной, физической химии. Поскольку демонстрируют возможности качественного описания процессов комплексообразования в многокомпонентных системах; кроме того, полученные сведения могут быть использованы как основа для изыскания новых потенциально онкоактивных препаратов среди комплексов платины и родия.
На защиту выносятся следующие положения:
• результаты изучения процессов комплексообразования в системах «КЬС1з-ЗН20 - ИагОСШИВР» и «Р1С14- №2ООШЧВР» в воде методами электронной спектроскопии, рН-метрии и кондуктометрии;
• данные квантово-химического моделирования комплексных форм на основе Ш2ОСЮЫВР с КСЦ и 11ЬСЬ'ЗН20: оптимизации структур и геометрических конфигураций;
• данные о составе, строению и свойствах комплексов, синтезированных на основе №2ОСШКВР с Р(С14 и КЬС13-Н20;
• результаты исследования влияния различных факторов (природы и состава растворителя, температуры) на состав и строение образуемых продуктов.
• результаты компьютерного прогнозирования биологической активности новых соединений.
Апробация диссертационной работы. Основные результаты доложены на XXV Международной Чугаевской конференции по координационной химии (II молодежная конференция - школа «Физико-химические методы в химии координационных соединений» (Суздаль, 2011); XI Международной конференции «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Иваново, 2011); молодежной конференции «Международный год химии» (Казань, 2011); VI конференции молодых учёных «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Иваново, 2011); I Всероссийской научной конференции с Международным участием, посвященной 70-летию со дня рождения д-ра хим. наук, профессора Скворцова В.Г. «Химия и современность» (Чебоксары, 2011); Международной заочной научно-практической конференции «Естественные науки: актуальные вопросы и
тенденции развития» (Новосибирск, 2011 г); Всероссийской молодежной конференции «Химия под знаком сигма: исследования, инновации, технологии» (Казань, 2012); научных сессиях КНИТУ (Казань, 2012 г, 2013 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 работы, в т. ч. 17 статей (15 статей по списку журналов, рекомендованных ВАК).
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 161 страницах и содержит 49 рисунков и 31 таблиц и состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 203 библиографические ссылки.
Личное участие автора. Автор проанализировал состояние проблемы к моменту начала исследования, осуществил выполнение экспериментальной части работы, обработал и интерпретировал полученные результаты, сформулировал выводы и участвовал в представлении их к публикации в научных изданиях.
Автор выражает благодарность профессору Назмутдинову P.P. и доценту Гусевой Е.В. за руководство диссертационной работой; доценту Зинкичевой Т.Т. за помощь при проведении кваптово-химических расчетов.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение включает обоснование актуальности работы, формулировку цели и задач диссертационного исследования, характеристику практической значимости и научной новизны. Первая глава посвящена обзору имеющихся в научной литературе данных, близких к тематике диссертационной работы и проведен их анализ. Вторая глава содержит описание свойств исходных реагентов, методов проведения экспериментов и методики исследования свойств полученных продуктов. Третья глава содержит обсуждение результатов по изучению взаимодействия PtCI4 и RhCl3-3H20 с Na2DODNBF в водной среде методом насыщения. Для выбора наиболее оптимальных условий синтеза комплексов изучены равновесия в системах «PtCLi — Na2DODNBF» и «RhCl3-3H20 - Na2DODNBF» в воде методом насыщения с помощью электронной спектроскопии при избытке лигацда (серия А) и при избытке ком-плексообразователей (серия Б) с одновременным измерением рН и электро-
проводности равновесных растворов. Для всех исследуемых систем были зарегистрированы спектры поглощения растворов (пример на рис. 1).
Рис. 1 ЭСП родиевых (а, б) и платиновых (в, г) растворов: 1 - РЮд/КЬСЬ-ЗНгО -Н20, 2 - КагОСШОТР - Н20,3 - суммарный спектр 1+2; 4 - РЮ14/Ю1С1з-ЗН20 -Ыа2ПОП^Р - Н20, где СР,силасп-зи20 = 0.47-10"4 М.Сцагпогжвр = 0.56-10'* М (серия А); Смлроомвр = 0.93-10"* М, Спси/ньси-мсо = 1.88-10"3 М (серия Б); 1=1 см; Г= 293 К.
Обычно доказательством образования комплексов в растворах служит появление качественно новых систем, что приводит чаще всего к возникновению новых полос поглощения (п.п.). Однако для изучаемых систем максимумы поглощения длин волн ОчмО совпадают с Х^,* №2ВОВМВР. Наиболее чётко проявляются интенсивные пики, характерные для лиганда ~345, 380 нм и комплексообразователей в верхней части плеча в диапазоне ~280-250 нм, перекрывающиеся X™,« №2ООБЫВР при 270 нм. Малоинтенсивные, но характеристические Хпи, комплексообразователей в области ~ 370-380 нм и 460-480 нм перекрываются интенсивным поглощением №2ВОВМВР. По форме и положению Хщах спектры рабочих растворов исследуемых систем близки со спектрами лиганда; изобестические точки отсутствуют. Но спектр любого из растворов по интенсивности превышает сумму интенсивностей спектров растворов исходных реагентов в соответствующих концентрациях, что является доказательством взаимодействия в системах и образования комплексов в растворах. Комплексообразование в случае избытка Ыа2ООВЫВР идет интенсивнее и зависит от концентрации лиганда, нежели в случае значительного избытка комплексообразователей. Четвертая глава содержит результаты квантово-химического моделирования процессов взаимодействия
Рис. 2 Стабильная структура лиганда в воде
ИСЦ и Ю1С13-ЗН20 с №2ОООЫВР в водной среде, и выявляются наиболее устойчивые комплексные формы в растворах. Для определения комплексных форм в растворе использованы методы квантово-химического моделирования в рамках теории функционала плотности. На основе данных РСтА оптимизированы структуры комплекса №ЬГОСЮЫВР различными типами потенциалов. Оптимальным для моделирования и совпадающий с данными
РСтА является \vPBEhPBE, с помощью которого проведены расчеты энергетически выгодной структуры №2ОСЮЫВР. Стабильной является структура, где координация ионов натрия происходит по с!й- и Ь^-центрам лиганда (рис. 2), что позволяет использовать структуру для расчетов. Ион ОСЮИВР2" имеет восемь потенциальных координационных центров (рис.3). Расчетами доказано, что ионы натрия остаются в координационной сфере и не мигрируют к другим функциональным группам. При квантово-химическом моделировании комплексных форм плагины в растворах с монодентатным положением лиганда энергетически устойчивы структуры с координацией по а-, Ь-, с-центрам (рис.4 а-в) по ур. 1 (х - центр координации, в соответствии с рис. 3.):
[Р1(н2о)2ац1 + ^оооггог = 1р1(кЯ2ооо1чвП(н2о)С14 + н2о. О)
Образование билигандных изомеров происходит в растворах с избытком лиганда по ур. 2; стабилен изомер с координацией по с, с-центрам (рис. 4г): [Р«Н20)2С1,] + 2Ка2ОООКВК = (Г^ОСШ^КОгСЦ] + 2Н20. (2)
В растворах с избытком комплексообразователя возможно образование бия-дерных комплексных форм, где выгодна координация по (с-,0 и (а-,0-центрам (рис. 4 д-е); оптимизированные структуры рассчитывались по ур. 3: 2[Р»(11гО)2СЦ1 + МЯ2ОООКВК = [Р12(Ка200ПтаК"у')(Н20)2С1,,1 + 2Н20, (3)
где х и у- центры координации. Наиболее термодинамически устойчивой комплексной формой в системе «Р1(Н20)2СЬг-Ма2Б00ЫВР-Н20» является билигандная структура. При квантово-химическом моделировании ком-
Рис. 3 Координационные центры
ОСЮКВР2"-иона
плексных форм родия в растворах с монодентатным положением лиганда устойчива структура с координацией по с-центру (ур.4, рис.4ж): [КЬ(Н20)3С13] + ^ПОВТОР = [Ш^а2(БОП>№К0(Н2О)2СЫ + НгО. (4)
При бидентатном положении лиганда стабилен изомер хелатного типа с координацией по (а-Ь)-центрам (ур.5, рис.4з):
Р1Ь(Н20)зСЫ + Na!DODNBF = [КЬСЧагПООМВГ^аЬО^Ы + 2НгО. (5)
Координация по с,{»-центрам выгодна при образовании биядерного комплекса (ур.6, рис. 4и):
2ри1(Н10)3СЬ] + Ка^ОВОТР = [11112^2(ОООКВВ*'Г)(Н20)2С1«] + 2Н20. (6)
Наиболее термодинамически устойчивой комплексной формой в системе «МС13-ЗН20 - №2ОСЖКВР - Н20» является хелатный комплекс.
(а) ДОр —30 кДж/моль; К^ = 1,82-10'
(б) ДОр —31 кДж/моль; К/ = 2,73-105
[Р1(Тч1а2000НВР")(Н20)Си] [Р1(Ка2000КВРь)(Н20)С14]
(в) Двр =-33 кДж/моль; = 6,13105 [Л(Ыа2000МВРс)(Н20)С14]
(г) Двр—34 кДж/моль;
К, =9,18-105 [Р^а^ООЫШ^СЬ]
(д) Лвр —32 кДж/моль К/ = 4,09-Ю5
(е) Двр —27 кДж/моль К, = 5,43104
[Р11(№2000ЫЯГ/)(Н20)2С1,|] [Р12(Ыа2000ЫВРч/)(Н20)2С18]
Л
(ж) ДОр—22 кДж/моль; (з) ДОр =-64 кДж/моль; (и) ДСР =-6 кДж/моль;
К/ = 7,22'103 К/ = 1,6710" 1^ = 11,3
[КЬ(№200ШВГг)(Н20)2С1з] [М(Ка2000ЫВГ*ХН20)С1,] [Ш12^а2000МВРс'г)(Н20)2Си] Рис. 4 Оптимизированные геометрии изомеров комплексных форм
Пятая глава содержит обсуждение результатов по изучению состава, строения, характера координации лигапда и свойств выделенных в твердом виде комплексов, а также компьютерного прогнозирования биологической активности. Для выделенных в твердом виде комплексов 1-1П в ЭСП присутствуют п.п., относящиеся, как к лиганду, так и к солям-комплексообразо-вателям, указывающие на устойчивость комплексов в растворе (табл. 1).
Таблица 1. Характеристики комплексов І-ПІ
Соединение Цвет Элементный анализ ЭСП, нм (ШЛвО)
Т. пл, "С
I С^НиСІ^О^Рі крас.кор. С 10,22; Н 3,17; С1 5,18; N8,17:1428,23 275,350,379
217
II С2,Н52С1мОиМ,6Ш.,о жел.оранж. С 9,64; Н 1,74; С1 16,64; N 7,50; Ш134,48 285,349,381
136
Ш С48Н6С141СЫЗДи134 темн.крас. С 13,46; Н 0,08; С1 19,43; N 5,98; М146,75 283, 354,380
150
В ИКС соединений 1-Ш наблюдается сохранение всех основных частот, характерных для бициклической структуры бензофуроксанов (табл. 2). Происходит смещение и расщепление некоторых из них; меняется форма и интенсивность колебаний. Появление новых п.п. и исчезновение некоторых указывают на изменения в структуре бензофуроксанового цикла, связанные с эффектами координации другими ионами металла. В комплексе I присутствуют частоты, связанные с поглощением связей Р^Ифд,, Р1-С1, Рн Охооряот При получении комплекса I, кроме обменной реакции, протекает редокс-процесс Р144—»Р^, в результате которого в продукте I координируется ион Р(:2+. Подтверждением является положение частот поглощения связей Р1-С1. В комплексах II и III присутствуют п.п. связей терминальных НЬ-С1 и мости-ковых групп ИЬ-ц-а, КЬ-Оиоркда, КЬ-Оипр, М-Кфур. Спектр ЭПР продукта П содержит сигнал, указывающий на присутствие в комплексе иона Ю1(П): при 298 К <&фф> = 2,36; при 183-248К изменяется незначительно ^Эфф> = 2,42. По данным измерений магнитной восприимчивости (%) наблюдается ее повышение > 40К, что указывает на возрастание числа магнитных центров. Причем, возрастание % происходит при повышении температуры, что не характерно для соединений с парамагнитными свойствами. По-видимому, при синтезе с увеличением температуры частично протекает редокс-процесс КЬ3+-»Ю12+ с участием лигапда.
Таблица 2. Полосы поглощения синтезированных комплексов в области 4000*100 см 1 (по данным ИКС)
Области поглощения Отнесение частот Ка^ОО^ I П III
3750-3200 У(Н20)ч,„СТ.+ У(Н20)ИРД. 3750,3650, 3520,3420 3725,3625,3600,3520 3590 3750,3625,3600,3550, 3525,3275,3200 3441
2400-2300 у(СарилЮН) - 2395,2327 2375,2325 -
1670-1600 У(СЩМ<Г), у(С8=М'->0),У(С9=М3-0) 1642 1660,1625,1600 1710,1600 1664,1600
5(Н20)<„орд/8(Н20)1фИЯ 1640,1650/- 1648/1611 1640,1650/- 1611
1600-1200 у(С!=К1->0),У(С9=Н3-0),У(0-К1->0) 1570,1450,1400 1561,1475,1377 1560,1520, 1460,1377 1558,1430,1399
у(С8=К'->0) и у(С9=Ы3-0) 1217 - - 1230сл.
У.5(М02) 1597, 1563 1570,1561 1595,1541 1600,1558
у,(К02) и 1323, 1265 1338,1300,1250 (ир«гиб) 1300, 1260 1333,1263
у.ОМО)^»™ - 1500 1500 1474
1200-600 - 1100 1080 1040
8(С8=>^-*0), 8(С®=^-0), 8(С9- С8) 1165,1029,977 1155,1024,975 1153,1024,976 1142,1023,977
5(К3-0), 8(С8=М'-»0)* 977,930,760 975,930,760 976,887,782,700 977,918,873,760
б(Ы-О), (С-М), (N40) 877,850,760,621 880,850,723 928,844,721,619 948,691,621,573
470-400 446,427 446,427 " 446 442
360-340 у(М*Ч)Ш1р)* 351 352 355 340
ниже 260 - 255 254 261
380-250 у(Р1-С1), У(Ищ-С1)/ у(М»-С11еп„) - 327 329/371 329/382
ниже 200 8(М -С1)/8(КМС1)+8(ОМС1)+8(ГШО) - 158/122,101 177/133,122,106,101 160/138,131,118, 103
Примечание: * - плюс плоскостные/неплоскостные деформационные и вибрационные колебания циклической системы
По данным ИКС координация №(11) происходит по атому азота фуроксано-вого цикла. Исследования методом ЭПР не фиксируют парамагнитных продуктов в соединениях I и III, что указывает на диамагнитный характер. Для подтверждения характера координации лиганда были проведены исследования методом ЯМР13С. Выявлено, что процесс комплексообразования затрагивает большинство координационных центров (табл. 3).
Таблица 3. Значения хим. сдвигов (8, м.д.) "С
HiDODNBF I Д5 II Д5 III AS
С" 108,67 99,69 -8,98 107,15 -1,52 106,58 -2,09
с4' 146,71 137,18 -9,53 142,02 -4,69 143,18 -3,53
с5 161,65 159,66 -1,99 156,03 -5,62 157,67 -3,98
с" 126,02 127,25 1,23 123,03 -2,99 124,05 -1,97
с' 162,98 163,93 0,95 163,30 0,32 163,41 0,43
с'' 106,57 102,64 -3,95 103,71 -2,86 103,64 -2,93
Примечание: * - цифрами обозначены атомы углерода СН„ - групп (п - 0-2)
Смещение сигналов от 8 в I наблюдаются для С4, С4' и С7, что свидетельствует об участии атомов кислорода -NO группы, связанной с С4, а также N3 фу-роксанового цикла в координации с ионами БЧ(П). Наблюдаемое смещение сигналов от 8 атомов С5 и С7' лиганда свидетельствует об участии -ОН-группы при С5 и N—Ю"(фур) в образовании водородных связей между соседними молекулами координационно-связанной воды. Характер комплексообразования в водной и водно-ацетоновой средах практически не различается для комплексов II и Ш. Полосы, соответствующие сигналам атомов углерода в лиганде, подвергаются слабому смещению и сильному уши рению в II и П1, что свидетельствует о взаимодействии всей я-элекгронной плотности ароматической системы лиганда с ионами родия. Наибольшее смещение сигнала от 8 в П и III наблюдается для атома С5, связанного с оксигруппой, что указывает на участие в координации с ионами родия кислорода -ОН-группы при атоме С5. Смещения сигналов от 8 атомов С4' и С7' лиганда в П и III указывают на координацию ионов родия с атомом N3 фуроксанового цикла.
С помощью масс-спектрометрического исследования (обработка спектров проводилась в программе «Structure Editor») определены пути фрагментации, состав и структура фрагментных ионов комплексов для установления структуры и подтверждения способов координации ионов платины и родия с
лигандом. По результатам элементного анализа, комплексу I соответствует формула следующего состава [Р<:(НС6М408)С1Н201-10Н2О. При нанесении на избыток матрицы капли раствора комплекса I, последний взаимодействует с С6Н41Ч202 с частичной фрагментацией и появлением пиков осколочных ионов [Р1С12НзМ406+Н]+* га/г=495(100%), [Р1С,2Н4Н3Об+Н]+* т/г=482(76%), [Р1С12Н7Ы403+Н]+' т/г=451(43%), [Р1С,2Н81Мз03+пГ т/г=438(32%) и [РЮиНю^О+НГ* т/г=394(12%). Предполагаемая структурная формула приведена на рис.5. В структуре комплекса II выделена но \-°ТСГ Формула: [Шг+2(НС6К408)2(Н20)2-НЬ4+3С17-10н20]2.
^ ^ /° Смешивание образца комплекса II с С6Н4Ы202 в соот-» | V ношении 1:1 приводит к взаимодеиствию фрагмента
Рис. 5 Структура его димерной (т/г=623) структуры (Рис.ба) с матрицей, комплекса I без учета
ионов воды (МАЛДИ) далее с его частичной фрагментацией и появлением пиков осколочных ионов [1Ш:18Н9Н80,4+НГ* ш/г=667(2%), [Ш1С,2Н10К404+НГ т/х=378(54%), [С12Н14К306+Н]+* т/г=299 (100%). По элементному анализу комплексу III соответствует формула: [КЬ4+3(С6Н408)4С116]2И126+3С19-ЗН20. При взаимодействии лиганда с матрицей в соотношении 1:1 происходит
он-/ о "1 взаимодействие фрагмента ^ДсТ4 мономеРного (ш/^362) звена - ° J (рис бб) с матрицей с его
он
(а) т/г =623 (б) т/г = 362 частичной фрагментацией И
Рис. 6 Предполагаем^ фратеет с^уетурного появлением пиков осколочных звена комплексов II (а) и 1П (б) (МАЛДИ)
ионов [И1С12Н10К4О4+Н]+* тп/2=378(100%), |ДЬС12Н9К203]+* ш/г=333(40%) и
[Ш1С,2Н,4Н205]+* т/г=290(23%). На рис.7 приведены структурные формулы
связывания ионов родия с лигандом в комплексах без учета аквахлороком-
плексов родия.
На основании данных ТГ/ДСК выявлено, что комплексы 1-Ш являются термически стабильными в широком диапазоне температур. Метод порошковой дифрактографин указывает на индивидуальность и устойчивость синтезированных продуктов.
О он ^ ( НО о
^ I -У °
о-«
но он
\ t
н-о. ^O-N ио. „» j с" -/\- ^с"--С
- X-----'СГ
■чаД J\
я С^ М—О О—N С ад
/К. ж / V ,? t W
^ L \/ I г4*
о' L
(а)
, „ О—N4 X t
f wr\ / ryv
(б)
Рис. 7 Предполагаемая структура координационного узла комплексов П (а) и Ш (б) без учета аквахлорокомплсксов родия и связанных с ними молекул воды (МАЛДИ) С целью поиска путей возможного практического применения синтезированных соединений был осуществлен компьютерный прогноз спектра биологической активности с помощью программы В.В. Поройкова PASS (http://www.ibmc.msk.ru/PASS). Согласно расчетам для продуктов прогнозируется проявление противоопухолевой активности (I-III) и высокой иммуностимулирующей активности при лечении системной красной волчанки (II и Ш). Мутагенную активность комплексы I-Ш не проявляют.
Основные результаты и выводы
1. В водном растворе изучены условия образования аквахлорокомплексов Pt(IV) и Rh(III) с лигандом методом насыщения. Установлено, что в случае избытка лиганда по отношению к RhCl3-3H20 и Pt(H20)2Cl4 комплексообра-зование идет интенсивнее, нежели в случае значительного избытка комплек-сообразователя. С помощью методов квантовой химии в растворах смоделированы комплексные формы Pt(H20)2Cl4 и RhCl3-3H20 с лигандом, определены их структуры и выявлены наиболее энергетически выгодные конфигурации: билигандный изомер [PttNajDODNBI^hCU], где лиганды образуют связь через кислород нитрогруппы в положении 4 и хелатный комплекс [Rh(Na2D0DNBF*"b)(H20)Clj], где лиганд координируется по азоту фурокса-нового цикла и кислороду нитрогруппы в положении 3.
2. Предложен оригинальный метод синтеза и выделения комплексов:
1. [Pt+2(HC6N408)CI H20]-10H20 или C6II22ClN40i9Pt
2. [Rh+2(HC6N408)2(H20)2 Rh4+3Cl710H20]2 или C24H52ClHO36N16RhI0
3. [Rh4+3(Ce,N408)4Cl,«]2-Rh26+3Cl9-3H20 или QgH^CL) 1067N32Rh34.
Определены структуры полученных комплексов, а также способы координации лиганда с катионами Ш1(П), КЬ(Ш) и 14(11).
3. Показано, что взаимодействие РгСЦ, с лигандом, приводит к образованию в разных растворителях комплексов одинакового состава с сохранением бен-зофуроксанового цикла и неизменным составом функциональных групп. Под влиянием температуры происходит процесс восстановления Р1(1У) в Р^И), которая образует связи с азотом фуроксанового цикла и кислородом одной из нитрогрупп, в результате чего образуется хелатный комплекс.
4. Установлено, что в зависимости от состава растворителя (водная и водно-ацетоновая среда) взаимодействие Ш1С13-ЗН20 с лигандом приводит к образованию комплексов полиядерно-полилигандного типа со слоистой структурой с сохранением бензофуроксановых циклов и неизменным составом функциональных групп.
5. Выявлено, что в водной среде образуется полимолекулярное соединение, в составе которого ионы Шг(Ш) и 101(11). Молекулы лиганда координируются к ионам родия по двум векторам бензофуроксановых циклов: КЬ(П)-К фуроксанового цикла и 11Ь(Ш)-0 оксигруппы. Координация по атомам кислорода нитрогрупп и К—»О" фуроксанового цикла стабилизируется за счет электростатического взаимодействия. Таким образом, комплекс состоит из димер-ных звеньев лиганда с Ш1(Н), сшитых между собой аквахлорокомплексами родия(П1). В водно-ацетоновой среде образуется сложное полимолекулярное соединение, в составе которого только ионы Ш1(Ш). Ионы родия(Ш) взаимодействуют с координационными центрами лиганда по двум векторам бензофуроксановых циклов: за счет атомов азота фуроксанового цикла и кислоро-дов оксигрупп. Координация по атомам кислорода нитрогрупп и N—>0" фуроксанового цикла стабилизируется за счет электростатического взаимодействия. Таким образом, комплекс состоит из тетрамерных звеньев, сшитых между собой аквахлорокомплексами родия(1П).
6. Осуществлен компьютерный прогноз биологической активности новых соединений, прогнозирующий проявление высокой противоопухолевой активности и иммуностимулирующие свойства при лечении системной красной
волчанки. Мутагенной активности для выделенных комплексов по прогнозу не наблюдается.
Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных для размещения материалов диссертации:
1. Guseva E.V. Synfhesis and study of the formation conditions of complex compounds on the basis of platinum tetrachloride and disodium complex 4,6-dinitro-l-oxobenz-[6,5-c]-2,l ,3-oxadiazole-5,7 / E.V. Guseva, L.R. Galimzyanova, A.M. Saifutdinov, Т.Е. Busygina, L.M. Yusupova // Butlerov Communications. - 2011. -T.27. - №15. - C.12-20.
2. Гусева Е.В.Синтез и изучение условий образования комплексных соединений на основе тетрахлорида платины и динатриевого комплекса 4,6-диншро-1-оксобенз-[6,5-с]-2,1,3-оксадиазола-5,7 / EJ3. Гусева, Л.Р. Галимзяиова, А.М. Сайфутдинов, Т.Е. Бусыгина, JI.M. Юсупова // Бутлеровские сообщения. 2011. -Т.27. - №15. - С.12-20.
3.Гусева Е.В. Комплексные соединения родия с динатриевой солью 4,6-динитро-1-оксобенз-[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиола-5,7. Часть 3. Синтез и строение / Е.В. Гусева, Л.Р. Галимзяиова, А.М. Сайфутдинов, В.И. Морозов // Вестник Казан, технол. ун-та. -2012.-№12.- С.26-29.
4. Галимзяиова JI.P. Изучение структуры динатриевого комплекса 4,6-динитро-1-оксобепз-[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиола-5,7 методами масс-спектрометрии и ЯМР13С / Л.Р. Галимзяиова, ЕЛ. Гусева, Б.З. Идиятуллин, Р.З.Мусин, Е.Н. Ва-сютииа, Л.М. Юсупова // Вестник Казан, технол. ун-та. - 2013. - №10. - С.7-11.
5. Галимзяиова Л.Р. Комплексные соединения гидроксипроизводного динитро-бензофуроксана. Часть 1. Спектральные исследования комплексов на основе трихлорида родия и динатриевого комплекса 4,6-динитро-1-оксобепз[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиола-5 / Л.Р. Галимзяиова, Е.В. Гусева // Вестник Казан, технол. ун-та. - 2013. - №10. - С.16-20.
6. Галимзяиова Л.Р. Комплексные соединения гидроксипроизводного динитро-бензофуроксана. Часть 2. Взаимодействие трихлорида родия с динатриевым комплексом 4,6-динитро-1 -оксобенз[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиола-5,7 в водной среде / Л.Р. Галимзяиова, Е.В. Гусева // Вестник Казан, технол. ун-та. - 2013. -№10.-С.21-24.
7. Галимзяиова Л.Р. Комплексные соединения гидроксипроизводного динитро-бензофуроксана. Часть 3. Взаимодействие трихлорида родия с динатриевым комплексом 4,6-динитро-1 -оксобенз[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиола-5,7 в водно-
16
ацетоновой среде / JI.P. Галимзянова, Е.В. Гусева // Вестник Казан, технол. унта. - 2013. - №10. - С.25-28.
8. Галимзянова JI.P. Комплексное соединение гидроксипроизводного дииитро-бегоофуроксана с платиной(П) / JI.P. Галимзянова, Е.В. Гусева // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2013. - №10. - С.12-15.
9. Галимзянова JI.P. Изучение условий образования соединений платины и родия с динатриевым комплексом 4,6-динитро-1-оксобенз[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиола-5,7 в воде / Л.Р. Галимзянова, Е.В. Гусева, P.P. Назмутдинов,
B.К. Половняк // Научно-технический вестник Поволжья. - 2013. - №4. - С. 2029.
10. Галимзянова Л.Р. Изучение структуры платинового комплекса диоксиди-нитробензофуроксана по данным электронной спектроскопии и квантово-химического моделирования. Часть 1. Мононатриевый комплекс диоксидинит-робензофуроксана / Л.Р. Галимзянова, P.P. Назмутдинов, Е.В. Гусева, A.M. Сайфутдинов, Т.Т. Зинкичева // Вестник Казан, технол. ун-та. - 2013. - № 14. -
C.7-8.
11. Галимзянова Л.Р. Изучение структуры платинового комплекса диоксиди-нитробензофуроксана по данным электронной спектроскопии и квантовохими-ческого моделирования. Часть 2. Динатриевый комплекс диоксидинитробензо-фуроксана / Л.Р. Галимзянова, P.P. Назмутдинов, Е.В. Гусева, А.М. Сайфутдинов, Т.Т. Зинкичева //-Вестник Казан, технол. ун-та. - 2013. - № 14. - С.9-10.
12. Галимзянова Л.Р. Изучение структуры платинового комплекса диоксиди-нитробензофуроксана по данным электронной спектроскопии и квантовохими-ческого моделирования. Часть 3. Комплексы платины с диоксидинитробензофу-роксаном в водной среде / Л .Р. Галимзянова, Е.В. Гусева, P.P. Назмутдинов, A.M. Сайфутдинов, Т.Т. Зинкичева // Вестник Казан, технол. ун-та. 2013.- № 14. - С.16-18.
13. Галимзянова Л.Р. Изучение структуры платинового комплекса диоксиди-нитробепзофуроксана по данным электронной спектроскопии и кваптовохими-ческого моделирования. Часть 4. Хелатные, полилигандые и полиядерные комплексы платины с диоксидшнпробензофуроксаном; возможность восстановления Pt(IV) в Pt(II) в водной среде / Л.Р. Галимзянова, Е.В. Гусева, P.P. Назмутдинов, A.M. Сайфутдинов, Т.Т. Зинкичева // Вестник Казан, технол. ун-та. -2013.-№ 14.-С.19-21.
14. Галимзянова Л.Р. Изучение структуры родиевого комплекса диоксидинит-робензофуроксана по данным электронной спектроскопии и кваотовохимиче-ского моделирования. Часть 1. Комплекс родия с диоксидинитробензофурокса-ном в водной среде; монодентатная форма / Л.Р. Галимзянова, Е.В. Гусева, Т.Т. Зинкичева, A.M. Сайфутдинов, P.P. Назмутдинов // Вестник Казан, технол. унта. -№ 14.- С.11-12.
15. Галимзянова Л.Р. Изучение структуры родиевого комплекса диоксидинит-робензофуроксана по данным электронной спектроскопии и квантовохимиче-ского моделирования. Часть 2. Хелатный и биядерный комплексы родия с ди-оксидинигробензофуроксаном в водной среде / Л.Р. Галимзянова, Е.В. Гусева, Т.Т. Зинкичева, A.M. Сайфутдинов, P.P. Назмутдинов // Вестник Казан, технол. ун-та.-№ 14.-С.13-15.
Материалы научных конференций:
16. Галимзянова Л.Р. Синтез, исследование строения и свойств нового комплексного соединения Rh(III) с 4,6-динитро-1-оксобенз-[6,5-с]-2,1,3-оксадиа-золдиолом-5,7 // Естественные науки: актуальные вопросы и тенденции развития: материалы Международной заочной научно-практической конференции, Новосибирск. 2011. С.111-116.
17. Галимзянова Л.Р. Синтез и структура комплексных соединений трихлорида
родия с 4,6-динитро-1-оксобенз-[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиолом-5,7 / Л.Р.
Галимзянова, Е.В. Гусева, A.M. Сайфутдинов, Т.Е. Бусыгина, P.A. Юсупов, P.P. Назмутдинов // Материалы Всероссийской научной конференции с Международным участием, посвященная 70-летию со дня рождения д-ра хим. наук, профессора Скворцова В.Г. «Химия и современность»: сборпик научных статей. Чебоксары. - 2011. - 261с.
18. Галимзянова Л.Р. Изучение равновесий в системах «динатриевый комплекс 4,6-динитро-1 -оксобенз-[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиола-5,7 - катион металла переходного ряда [Rh(II), Rh(III), Pd(II), Pt(II) И Pt(IV) - H20]» методом насыщения / Л.Р. Галимзянова, Е.В. Гусева, Т.Е. Бусыгина, Л.М. Юсупова // Тезисы докладов на XXV Международной Чугаевской конференции по координационной химии. II молодежная конференция школа «Физико-химические метода в химии координационных соединений», Суздаль. - 2011. -С. 408-409.
19. Галимзянова Л.Р. Изучение условий комплексообразования соединений на основе тетрахлорида платины и динатриевой соли 4,6-динитро-1-оксобенз-[6,5-
с]-2,1,3-оксадиазола-5,7 / JI.P. Галимзянова, Е.В. Гусева, A.M. Сайфутдинов, Т.Е. Бусыгина, P.A. Юсупов, Л.М. Юсупова // Тезисы докладов Молодежной конференции «Международный год химии», Казань. - 2011. - С.25-26.
20. Галимзянова JI.P. Изучение условий комплексообразования соединений на основе трихлорида родия и динатриевой соли 4,6-динитро-1-оксобенз-[6,5-с]-2,1,3-оксадиазола-5,7/ J1.P. Галимзянова, Е.В. Гусева, A.M. Сайфутдинов, Т.Е. Бусыгина, P.A. Юсупов, P.P. Назмутдинов // XI Международная конференция «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» и VI конференция молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Крестовские чтения), Иваново. - 2011. - С.163.
21. Галимзянова JI.P. Синтез и структура комплексных соединений Pt(IV) с 4,6-динитро-1 -оксобенз-[6,5-с]-2Д ,3-оксадиазолдиолом-5,7 / Л.Р. Галимзянова, Е.В. Гусева, A.M. Сайфутдинов, Т.Е. Бусыгина, Р.Р. Назмутдинов, P.A. Юсупов // VI Конференция молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем, Иваново. - 2011. - С.30.
22. Галимзянова JI.P. Комплексообразование Rh(III) с 4,6-динитро-1-оксобега-[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиолом-5,7 в различных средах / JI.P. Галимзянова, Е.В. Гусева, A.M. Сайфутдинов, Т.Е. Бусыгина, P.P. Назмутдинов, P.A. Юсупов // VI конференция молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем, Иваново. - 2011г. - С.30-31.
23. Сайфутдинов А.М Модель комплексообразования родия(Ш) с динатриевой солью 4,6-динитро-1-оксобенз-[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиола-5,7 в водной среде / A.M. Сайфутдинов, Е.В. Гусева, JI.P. Галимзянова // Материалы Всероссийской молодежной конференции «Химия под знаком сигма: исследования, инновации, технологии», г. Казань. - 2012. - С.69-70.
24. Галимзянова JI.P. Синтез и строение комплексных соединений родия с динатриевой солью 4,6-динитро-1-оксобенз-[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиола-5,7 / JI.P. Галимзянова, Е.В. Гусева, А.М. Сайфутдинов // Материалы Всероссийской молодежной конференции «Химия под знаком сигма: исследования, инновации, технологии», г. Казань. - 2012. - С.70-72.
Формат 60x84/1 б Тираж II®. Подписано к печати 29 .10.2013г.
Печать офсетная. Усл.пл. 1,00. Заказ 223.
Издательство КГАУ/420015 г.Казань, ул.К.Маркса, д.65 Лицсизия на издательскую деятельность код 221 ИДЛа06342 от28.! 1.2001 г. Отпечатано в типографии КГАУ 420015 г.Кшань, ул.К.Млркса, д.65. Казанский государственный аграрной университет
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
04201 453031
На правах рукописи
ГАЛИМЗЯНОВА ЛИЛИЯ РАФКАТОВНА
КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ РОДИЯ И ПЛАТИНЫ С ДИОКСИДИНИТРОБЕНЗОФУРОКСАНОМ
02.00.01 - Неорганическая химия
Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук
Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Назмутдинов Р.Р.
Казань - 2013
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 1
1.1
1.1.1
1.1.2
1.2
1.3
1.4
1.5
1.5.1
1.5.2
1.6
Глава 2
2.1 2.2
2.3
2.4
2.4.1
2.4.2
2.5
Глава 3
Стр.
Список сокращений 5
Введение 7
Комплексы родия(Ш) и платины(1У) с гетероциклическими
азотсодержащими лигандами (литературный обзор) 11
К вопросу о реакционной способности хлоридов 1111(111) и Р1(1У) 12
Электронное состояние родия и платины в соединениях 12 Хлориды и хлорокомплексы Ю1(Ш), Р1(1У) в кристаллическом
состоянии в растворах 12 Особенности строения и свойств азот- и кислородсодержащих
лигандов 16 Характер координации КЬ(Ш) и Р^У) с гетероциклическими
азот- и кислородсодержащими лигандами 18 ИК и КР спектроскопия хлорокомплексов ЯЪ(Ш) и Р1(1У),
основные характеристики 26
Комплексы на основе бензофуроксанов и его производных 28 Спектроскопия фуроксановых соединений и комплексов на их
основе 32
Комплексы на основе H2DODNBF с катионами б-, ^элементов 35
Применение бензофуроксанов и комплексов Ре(П) и РЬ(Н) 42
Объекты и методы исследования (экспериментальная часть) 45
Постановка задачи исследования 45
Исходные вещества 46
Методы исследования комплексообразования в растворе 46
Методы синтеза комплексов 48
Синтез комплексов платины с 48
Синтез комплексов родия с Na2DODNBF 49 Физико-химические методы и спектральные исследования
синтезированных комплексов 50 Изучение условий образования соединений платины и родия с
Na2DODNBF в воде (обсуждение результатов) 53
3.1
Глава 4
4.1
4.2
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.3.4
4.4
4.4.1
4.4.2
4.4.3 Глава 5.
5.1
5.2
5.2.1
5.2.2
Изучение условий образования комплексов в растворе Квантовохимическое моделирование взаимодействий Р1(Н20)2С14 и КЬС13-ЗН20 с КагБСЮЫВР в водном растворе (обсуждение результатов)
Квантовохимическое моделирование структуры КаНООБИВР Квантовохимическое исследование структуры Ка2ОСЮКВР Квантовохимическое моделирование взаимодействий Р^Н20)2С14 с Ыа2БОБКВР
Образование комплексов при замещении молекулы воды в координационной сфере [Р1(Н20)2С14]
Образование комплексов при замещении хлорид-иона в координационной сфере [Р1(Н20)2С14]
Хелатные, полилигандные и полиядерные комплексы Р1(Н20)2С14 сЫагБОБШР
Наиболее термодинамически устойчивые формы комплексов в системе "РКН20)2С14 - Ыа2ВОБКВР "
Квантовохимическое моделирование взаимодействий Ш1С13-ЗН20 с Ыа2БОБМВР
Образование комплексов состава М : №2ВОБКВР =1:1 Хелатные и полиядерные соединения 1И1С13-ЗН20 с Ка2ОООКВР
Наиболее термодинамически устойчивые формы комплексов в системе "Ш1С13-ЗН20 - Ыа2ООВ№Р
Комплексные соединения на основе Р1С14 и КЪС13-ЗН20 с №2ВООЫВР (обсуждение результатов)
Изучение структуры Ма2ООБКВР методами ЯМР13С и масс-спектрометрии
Изучение взаимодействия РЮЦ и КЬС13-ЗН20 с №2ВООНВР Исследование комплекса (I) на основе РЮ4 и Na2DODNBF Исследование комплекса (II) на основе КЬС13-ЗН20 и Ка2БООЫВР
53
65 65
67
68 69
71
72
76
77
78
79
81
82
82 89 92
5.2.3 Исследование комплекса (III) на основе RhCl3'3H20 и
Na2DODNBF 120 5.3 Прогнозирование биологической активности синтезированных
соединений на основе родия и платины с Na2DODNBF 135
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 139
Список литературы 141
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
Ыа^ООШР динатриевый комплекс 4,6-динитро-1-оксобенз-[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиола-5,7
БОБ^Р2- дианион 4,6-динитро-1-оксобенз-[6,5-с]-2,1,3-окса-диазолдиола-5,7;
НБООШР- моноанион 4,6-динитро-1-оксобенз-[6,5-с]-2,1,3-окса-диазолдиола-5,7;
Н2ООБШР - 4,6-динитро-1 -оксобенз-[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиол-5,7
КаГОООШР мононатриевый комплекс 4,6-динитро-1-оксобенз-[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиола-5,7
Р1С14 - тетрахлорид платины
Ш1С13-ЗН20 - триаквахлорид родия
п.п. - полоса поглощения
ИК - инфракрасная спектроскопия
КР - комбинационное рассеяния
ЭСП - электронные спектры поглощения
ЭПР - электронный парамагнитный резонанс;
ЯМР^С - ядерный магнитный резонанс на углероде 13С
ЯМР'Н ядерный магнитный резонанс на углероде 'Н
МАЛДИ матрично-активированная лазерная десорбция/ ионизация
ТГ/ДСК термогравиметрия/дифференциальная сканирующая калометрия
РЭС - ренттеноэлектронная спектроскопия
РСтА - рентгеноструктурный анализ
РФА - рентгенофлуоресцентный анализ
РФЭС - рентгеиофотоэлектронная спектроскопия
А - оптическая плотность
ДМ80 - диметилсульфоксид
^тпах - максимум поглощения в области длин волн
г - магнитная восприимчивость
v - валентные колебания
5 - деформационные колебания
as - ассимметричный
s - симметричный
M - металл
Аг - ароматический заместитель
s - диэлектрическая проницаемость
Kb константа основности
Ph - заместитель СбН5
УФ - ультрафиолетовый
PASS Prediction of Activity Spectra for Substance (программа В.В. Поройкова) - прогноз спектров биологической активности органических соединений
Pa - вероятность проявления активности
Pi - вероятность проявления неактивности
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Интересным типом азотсодержащих гетероциклических соединений являются бензофуроксаны - полифункциональные лиганды, содержащие в своем составе различные типы донорных групп. Одним из представителей является 4,6-динитро-1-оксобенз-[6,5-с]-2,1,3-оксодиазолдиол-5,7 или диоксидинитробензофуроксан (Н2БОБНВР). На его основе получены комплексы с катионами щелочных, щелочноземельных и переходных металлов. Известно, что соединения Н2БОВЫВР обладают широким спектром биологической активности с разнообразным фармакологическим действием. Комплексы платиновых элементов и азотсодержащих гетероциклов интересны, прежде всего, с точки зрения исследований противоопухолевой активности. Однако многие из препаратов вызывают сильную интоксикацию организма. Н2ВОБКВР обладает низкой токсичностью (3-4 класс) и вероятно при получении комплексов с ионами платиновых металлов следует также ожидать низкой токсичности. Удобным базовым соединением для синтеза комплексов на основе БОБ^Р2" иона является динатриевый комплекс (На2ВОВЫВР), который в отличие от Н^ОБИВ?, устойчив на воздухе и не гигроскопичен. №2ВОБКВР является полифункциональным соединением. Процессы взаимодействия в системах «полифункциональный лиганд - ион металла» имеют сложный характер, состав и структура выделяемых в твердом виде продуктов зависит от ряда факторов, одним из определяющих является природа иона металла, его электронная структура и донорно-акцепторные свойства, а также тип используемого растворителя и донорные свойства функциональных групп при их сочетании в лиганде.
Цель диссертационной работы. Выявление закономерностей взаимодействия ионов Р1(1У) и 11Ь(1П) с Ка2ВОБНВР, разработка методов синтеза комплексных соединений на основе солей-комплексообразователей (РЮЦ, Ш1С13-ЗН20) и №2ВОВМВР, выделение полученных индивидуальных комплексов в твердом виде, определение их состава и свойств, установление характера координации лиганда, выявление потенциальной биологической активности.
Научная новизна работы. На основании данных спектрофотометрии с использованием рН-метрии и кондуктометрии выявлено комплексообразование в водных растворах Р1С14 и МС13-ЗН20 с Ма2БООКВР.
Методом квантово-химического моделирования впервые определены структуры и оптимизированы наиболее энергетически выгодные конфигурации комплексов Na2DODNBF с аквахлоридами Rh(III) и Pt(IV) в растворе. Выявлены закономерности влияния природы иона металла на состав и константы образования комплексных форм.
Предложен оригинальный метод синтеза и выделения в твердом виде комплексов Pt(II), Rh(II, III), Rh(III) с диоксидинитробензофуроксаном. Доказано, что Na2DODNBF взаимодействует с PtCl4 и RhCl3-3H20 с сохранением бензофуроксанового цикла и неизменным составом функциональных групп. Под влиянием температуры происходит процесс восстановления Pt(IV) в Pt(II), которая образует связи с азотом фуроксанового цикла и кислородом одной из нитрогрупп, в результате чего образуется хелатный комплекс. Установлено, что в зависимости от состава растворителя взаимодействие ШгС1з-ЗН20 с Na2DODNBF приводит к образованию комплексов полиядерно-полилигандного типа со слоистой структурой. В водной среде образуется соединение, в составе которого ионы Rh(III) и Rh(II). Молекулы лигандов координируются к ионам родия по двум векторам бензофуроксановых циклов: Rh(II)-N фуроксанового цикла и Rh(III)-0 оксигруппы. В водно-ацетоновой среде образуется соединение, в составе которого только ионы Rh(III). Координация лигандов с Rh(III) происходит аналогично: за счет атомов азота фуроксанового цикла и кислородов оксигрупп.
Осуществлен компьютерный прогноз биологической активности новых соединений, прогнозирующий проявление высокой противоопухолевой активности и иммуностимулирующие свойства при лечении системной красной волчанки. Мутагенной активности для комплексов по прогнозу не наблюдается.
Практическая значимость. Экспериментальные данные об условиях образования и моделирования, разработка оригинальных методов синтеза комплексов на основе PtCl4 или RhCl3-3H20 с Na2DODNBF, а также данные об их свойствах, характере координации лиганда является вкладом в фундаментальные знания, как в области координационной химии, так и в области супрамолекулярной, физической химии. Поскольку демонстрируют возможности качественного описания процессов комплексообразования в многокомпонентных системах; кроме того, полученные сведения могут быть использованы как основа
для изыскания новых потенциально онкоактивных препаратов среди комплексов платины и родия.
На защиту выносятся следующие положения;
- результаты изучения процессов комплексообразования в системах «Ш1С13-ЗН20 - Ка2БСЮШР» и «РЮ14 - ^2БСЮКВР» в воде методами электронной спектроскопии, рН-метрии и кондуктометрии;
- данные квантово-химического моделирования комплексных форм на основе №2ОСЮ№}Р с РЮ14 и Ш1С13-ЗН20: оптимизации структур и геометрических конфигураций;
- данные о составе, строению и свойствах комплексов, синтезированных на основе Ка2ОООКВР с РЮ14 и Ш1С13-Н20;
- результаты исследования влияния различных факторов (природы и состава растворителя, температуры) на состав и строение образуемых продуктов.
- результаты компьютерного прогнозирования биологической активности новых соединений.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 24 научные работы, в том числе 15 статей в журналах, входящих в «Перечень...» ВАК, 2 - в сборниках научных статей, 7 информативных тезисов докладов на научных Международных и Всероссийских конференциях.
Апробация диссертационной работы. Основные результаты доложены на XXV Международной Чугаевской конференции по координационной химии (II молодежная конференция - школа «Физико-химические методы в химии координационных соединений» (Суздаль, 2011); XI Международной конфереции «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Иваново, 2011); молодежной конференции «Международный год химии» (Казань, 2011); VI конференция молодых учёных «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Иваново, 2011); I Всероссийской научной конференции с Международным участием, посвященной 70-летию со дня рождения д-ра хим. наук, профессора Скворцова В.Г. «Химия и современность» (Чебоксары, 2011); Международной заочной научно-практической конференции «Естественные науки: актуальные вопросы и тенденции развития» (Новосибирск, 2011 г); Всероссийской
молодежной конференции «Химия под знаком сигма: исследования, инновации, технологии» (Казань, 2012); научных сессиях КНИТУ (Казань, 2012 г, 2013 г).
Личное участие автора. Автор проанализировал состояние проблемы к моменту начала исследования, осуществил выполнение экспериментальной части работы, обработал и интерпретировал полученные результаты, сформулировал выводы и участвовал в представлении их к публикации в научных изданиях.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 161 страницах и содержит 49 рисунков и 31 таблиц и состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 203 библиографических ссылок. Первая глава посвящена обзору имеющихся в научной литературе данных, близких к тематике диссертационной работы и проведен их анализ. Вторая глава содержит описание свойств всех исходных реагентов, используемых в работе, методов проведения экспериментов и методики исследования свойств полученных продуктов. Третья глава содержит обсуждение результатов по изучению взаимодействия PtCI4 и RhCl3-3H20 с Na2DODNBF в водной среде методом насыщения. Четвертая глава содержит результаты квантово-химического моделирования процессов взаимодействия PtCl4 или RhCl3-3H20 с лигандом в водной среде, и выявляются наиболее устойчивые комплексные формы в растворах. Пятая глава содержит обсуждение результатов по изучению состава, строению, характера координации лиганда и свойств выделенных в твердом виде комплексов, а также компьютерного прогнозирования биологической активности.
Автор выражает глубокую признательность профессору Назмутдинову P.P. и доценту Гусевой Е.В. за руководство диссертационной работой; доценту Зинкичевой Т.Т. за помощь при проведении квантово-химических расчетов.
Глава 1.
КОМПЛЕКСЫ РОДИЯ (III) И ПЛАТИНЫ (IV) С ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИМИ АЗОТСОДЕРЖАЩИМИ ЛИГ АНДАМИ
Разработка новых соединений с ценными химическими свойствами для их практического использования относится к одной из актуальных задач современной координационной химии. Среди большого числа лигандов в координационной химии азотсодержащие гетероциклические соединения занимают одно из важных мест.
1-оксобенз-[1,2-с]-2,1,3-оксадиазолы или бензофуроксаны являются одним из интересных классов азотсодержащих гетероциклических соединений и проявляют широкий спектр биологической активности (фунгицидной, акарицидной, противомикробной) [1, 2]. В то же время они являются потенциально комплексообразующими системами, поскольку гетероциклическое кольцо содержит донорные атомы азота и кислорода. Введение в бензольное кольцо функциональных групп, выступающих в качестве доноров электронной пары, таких как, гидроксогруппы, представляет интерес для получения новых металлокомплексов. Одним из представителей гидроксипроизводных бензофуроксана является H2DODNBF, на основе которого были получены комплексы с катионами металлов I А, II А, II В и VIII В групп [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]. Часть из этих соединений проявляет определенную бактериостатическую и фунгистатическую активность.
Комплексы на основе азотсодержащих гетероциклов и платиновых элементов интересны, прежде всего, с точки зрения исследований противоопухолевой активности. Широко известно биологическое действие различных производных платины, например, цисплатин, карбоплатин, циклоплатам. Первый из перечисленных препаратов был испытан и внедрен в клиническую практику цисплатин, обладающий высокой противоопухолевой активностью, но при его применении наблюдаются серьезные побочные эффекты. Na2DODNBF обладает малой токсичностью (3-4 класс). Поэтому при его комплексообразовании с солями платиновых металлов могут быть получены комплексы с более низкой токсичностью. Однако Na2DODNBF является полифункциональным лигандом. Поэтому процессы взаимодействия в системах
"полифункциональный лиганд - ион металла" имеют сложный характер, а состав и структура выделяемых в твердом виде продуктов зависит от ряда факторов. Одним из определяющих является природа иона металла, его электронная структура и донорно-акцепторные свойства, тип используемого растворителя, а также донорные свойства функциональных групп при их сочетании в лиганде.
1.1 К вопросу о реакционной способности хлоридов Rh(III) и Pt(IV)
1.1.1 Электронное состояние родия и платины в соединениях
Для родия в соединениях наиболее характерной и устойчивой является степень окисления +3 (d6). Низкое состояние окисления 0 (d9) реализуются в
5 3
карбонильных производных; высшие степени окисления +4 (d3), +6 (d ) реализуются во фторидах и оксосоединениях. Промежуточные состояния
8 7
окисления +1 (d ), +2 (d ) относительно неустойчивы и реализуются в соединениях с лигандами о-донорного и л-акцепторного типа. Значения окислительно-восстановительных потенциалов гидратированных ионов родия
Ч0.60Д „ QU* у -Ю.60Д „ +I.20B „ р/.З» N
{юг <->кп <->Kfl <->Ю1 ) показывают устойчивость состояния
окисления родия +3; относительно устойчивы также соединения Rh+ и наименее устойчивы соединения Rh2+. Для платины устойчивыми и характерными являются степени окисления +2 (d8) и +4 (d6), на что указывает близость значений
, р. 10.7:65 ■ pt 2* . р, 2+ у t0.758g ч Р/ 0 .
окислительно-восстановительных потенциалов < >п > <->Jl )
гидратированных ионов платины [11, 12, 13, 14, 15].
