Синтез и исследование комплексных соединений родия (III) с аминокислотами, пиримидиновыми и пуриновыми основаниями тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ
|
Малага Муссаву Уилфрид
АВТОР
|
||||
|
кандидата химических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2012
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
02.00.01
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
Малага Муссаву Уилфрид
«Синтез и исследование комплексных соединений родия (III) с аминокислотами, пиримидиновыми и пуриновыми основаниями»
02.00.01.- неорганическая химия
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук
з май тг
Москва 2012
005018810
Работа выполнена на кафедре неорганической химии факультета физико-математических и естественных наук Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский университет дружбы народов»
Защита диссертации состоится 15 мая 2012 года в 15 час. ЗОмин. на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.203.11 при Российском университете дружбы народов по адресу: 117923, Москва, ул. Орджоникидзе, д.З, зал №2.
С диссертацией можно ознакомиться в Учебно-научном информационном библиографическом центре Российского университета дружбы народов по адресу: 117923, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6.
Научный руководитель:
кандидат химических наук, доцент
Есина Наталья Яковлевна
Официальные оппоненты:
доктор химических наук, профессор Ильин Евгений Григорьевич
Автореферат разослан « » апреля 2012 года.
Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций^^-—
кандидат химических наук, доцент В.В.Курилкин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. Актуальность темы. Комплексные соединения переходных металлов с аминокислотами, пуриновыми и пиримидиновыми основаниями играют существенную роль в биохимических процессах. Для координационной химии аминокислоты являются весьма интересными лигандами, так как содержат как минимум две функциональные группы, способные к комплексообразованию с атомом металла. Интерес к аминокислотам обусловлен не только их биологической ролью, но и разнообразием типов соединений, образуемых аминокислотами в роли лигандов. Особенности пиримидиновых, пуриновых оснований и их производных как лигандов проявляются в их амбидентатном характере, склонности к образованию гомо- и гетерополиядерных комплексов с мостиковыми связями и связями металл-металл. На различных стадиях биохимических процессов возможно образование разнолигандных комплексов, в которых ион металла является мостиком между анионом аминокислоты и нуклеотидфосфатом. Этим соединениям принадлежит существенная роль в биохимических реакциях. Разнолигандные комплексные соединения играют важную роль в процессе накопления и транспорте ионов металлов и биоактивных веществ в живых организмах. Функционирование ферментов сопровождается образованием своеобразных разнолигандных комплексов, в которых ион металла координирует нуклеотид и боковые цепи аминокислот, в связи с этим в последние годы все большее внимание привлекает изучение подобных соединений переходных металлов с аминокислотами, пептидами, белками, нуклеотидами, моделирующими работу ферментов и других биологических систем. Разнолигандные комплексы могут быть использованы в качестве моделей металло-ферментов и при исследовании других биологических объектов и процессов. При исследовании разнолигандных комплексов платиновых металлов, где в качестве одного из лигандов выступают аминокислоты, а в качестве другого — пуриновые и пиримидиновые основания, найдены соединения, обладающие потенциальной биологической и медицинской активностью. Данные о комплексах родия (III) с биологически
активными лигаидами весьма ограничены. Всё вышеперечисленное делает исследования соединений родия (III) с аминокислотами, пиримидиновыми и пуриновыми основаниями актуальными и целесообразными.
Цель работы заключалась в разработке методов получения координационных однороднолигандных и разнолигандных соединений родия (Ш) с аминокислотами и нуклеооснованиями, выделении их в индивидуальном состоянии, установлении их физико-химических свойств и строения. Для этого необходимо было решить следующие задачи:
- изучить методом потенциометрического титрования комплексообразование в водных растворах ионов родия (III) с аланином, серином, аспарагиновой кислотой, аденином, гипоксантином, цитозином и урацилом; определить состав, условия образования комплексов и константы их устойчивости;
- исходя из полученных данных, выбрать оптимальные условия и осуществить синтез новых однороднолигандных и разнолигандных комплексных соединений;
- получить данные о физико-химических свойствах комплексов и способе координации родием (П1) органических лигандов.
Научная новизна работы. Методом потенциометрического титрования изучено комплексообразование Rh(III) с исследуемыми лигандами в водных растворах. Определены условия и константы образования однороднолигандных комплексов Rh(III) с аминокислотами, цитозином, урацилом, аденином и гипоксантином, состава 1:1, 1:2 и 1:3. Синтезировано комплексных соединений - 28, из них разнолигандных - 12. Изучены некоторые физико-химические свойства полученных соединений, установлен характер координационной связи иона родия (III) с аминокислотами, пуриновыми и пиримидиновыми основаниями.
Практическая значимость работы. Экспериментальные данные об
условиях образования и выделения в индивидуальном виде, о составе и
константах устойчивости комплексных соединений Rh(III) с аминокислотами, 4
пиримидиновыми и пуриновыми основаниями, а также об их свойствах, характере координации органических лигандов являются справочными и могут быть использованы при проведении научно-исследовательских работ, а также в спецкурсах и спецпрактикумах по неорганической и координационной химии в ВУЗах. Результаты диссертации используются на кафедре неорганической химии РУДЫ в курсах «Бионеорганическая химия» и «Координационная химия платиновых металлов».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на XLV-XLVI научных конференциях факультета физико-математических и естественных наук Российского университета дружбы народов (г.Москва, 2009-2010 гг.) / International Symposium on Metal Complexes (ISMEC2010). (Bilbao (Spain) 2010 г.) / Инновационные химические технологии и биотехнологии материалов и продуктов». II международная конференция Российского химического общества имени Д.И.Менделеева (г.Москва, 2010 г.) / XIX международная Черняевская конференция по химии, аналитике и технологии платиновых металлов (г.Новосибирск, 2010г.) / «Успехи синтеза и комплексообразования». Всероссийская научная конференция с международным участием, посвященная Международному году химии. РУДН (г.Москва, 2011 г.) / XXV международная Чугаевская конференция по координационной химии и II молодежная конференция-школа. «Физико-химические методы в химии координационных соединений» (г.Суздаль, 2011г.) / XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (г.Волгоград, 2011 г.). Материалы диссертации вошли в отчеты кафедры неорганической химии РУДН.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части и обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложения.
Работа изложена на 135 страницах печатного текста, содержит 74 рисунка и 38 таблиц. Приложение содержит 36 рисунков и 45 таблиц. Библиография насчитывает 75 наименований.
Основное содержание работы.
Во введении дано обоснование актуальности работы, новизны, научной и практической значимости выбранной темы.
Литературный обзор состоит из 2 глав и содержит общую характеристику свойств и строения исходных лигандов, краткий анализ комплексных соединений родия (III) с аминокислотами, пиримидиновыми и пуриновыми основаниями и их производными с описанием свойств и строения данных соединений, а также области их применения. Особое внимание уделено исследованиям биологической активности комплексных соединений родия (III) с различными лигандами.
Определение констант ионизации аланина, серина, аспарагиновой кислоты, цитозина, урацила, аденина и гииоксантина. Константы ионизации аминокислот, пиримидиновых и пуриновых оснований определялись с использованием потенциометрического титрования по методу А.Альберта и Е.Сержента. Сходимость полученных нами констант ионизации лигандов с ранее опубликованными результатами достаточно высока, что свидетельствует о надежности выбранной методики и правомерности её использования.
Изучение комплексообразования родия (III) с аланином, серином,
аспарагиновой кислотой, цитозином, урацилом, аденином и гипоксантином
в водных растворах. Изучение комплексообразования родия (III) с
аминокислотами, пиримидиновыми и пуриновыми основаниями в водных
растворах, а также определение констант устойчивости образующихся
соединений в водных растворах проводили методом рН-метрического
титрования на иономере И-500, с использованием хлорсеребряного и
стеклянного электродов. Титрование растворов лигандов в присутствии иона
металла проводили раствором КОН с концентрацией 0,097 моль/л при
температуре 20-21°С, начальный объем титруемых растворов - 50,00 мл, ц-0,2
(IM KNO3) в широком интервале pH. Были изучены системы с соотношением
реагентов 1:1, 1:2 и 1:5. Расчет констант устойчивости образующихся
комплексов был проведен по методу Я.Бьеррума. В системах Rh(III)-6
аминокислота, Ш1(Ш)-пиримидиновое основание, Ш1(Ш)-пуриновое основание
при концентрации реагентов 2-10"3*1-10'3 моль/л (родий), 2-Ю"3 -^5-10"3 моль/л
(лиганд) было зафиксировано образование комплексов состава 1:1, 1:2 и 1:3.
Комплексообразование родия (III) с аминокислотами происходит в области
3,93<рН<9,62; с пиримидиновыми основаниями - в области 3,10<рН<10,64; и с
пуриновыми основаниями - в области 3,39<рН<8,26. Образование комплексов
состава 1:3 фиксировалось при пятикратном избытке лиганда, причём было
показано, что это максимальное число лигандов, координированных ионом
родия при данных условиях. Следует отметить, что при титровании системы
Rh-Hyp третья константа не была обнаружена даже при соотношении 1:5.
Таблица №1. Константы устойчивости комплексов родия (III) с аланином, серином, аспарагиновой кислотой, цитозином, урацилом, аденином и
гипоксантином.
Лиганд Состав IgK, IgK2 IgK, Igß
системы
Алании 1:1 7,06
1:2 7,03 4,54
1:5 7,05 4,49 2,84 14,38
Серии 1:1 6,48
1:2 6,49 4,07
1:5 6,53 4,05 2,61 13,19
Аспарагиновая 1:1 8,16
кислота 1:2 8,14 5,12
1:5 8,16 5,14 3,70 17,00
Цитозин 1:1 9,96
1:2 9,85 8,08
1:5 9,85 7,95 6,10 23,90
Урацил 1:1 6,57
1:2 6,56 4,46
1:5 6,54 4,45 3,41 14.40
Аденин 1:1 8,34
1:2 8,34 5,41
1:5 8,33 5,40 4,36 18,09
Гипоксантин 1:1 6,82
1:2 6,83 5,37 - 12.20
*В системах 1:5 фиксируются 3 константы образования.
При сравнении первых констант устойчивости образующихся комплексов металла была установлена следующая последовательность уменьшения устойчивости комплексов: Cyí>Ade >Asp > Ala > Hyp > lira >Ser. Комплексы родия (III) с цитозином и аденином более устойчивы, чем с аминокислотами, так как пиримидиновые и пуриновые основания являются сильными комплексообразующими агентами за счёт атомов азота гетероцикла. Высокая
устойчивость комплексных соединений родия (III) с аспарагиновой кислотой обусловлена наличием в молекуле лиганда двух карбоксильных групп. В литературе указывается на то, что часто наблюдается линейная корреляция между рКа лиганда и lgß комплексообразования. Полученные нами данные подтверждают эту зависимость.
Рис.1. Зависимость lgß комплексов родия от рКа,+рКа2 и рК^+рК^+рК^ лигандов
17.0 16,0 15,0 К,О
I
13,0 12.0 11.0
« M'iiW^lft
R^OOZO-fi Aip
20,0 18,0 16.0 0114,0 12,0 10,0
13.0 14,0
F.' = 0,93S2 * W
A-tfra
жн»р
10,0 12,0 14,0 16,0 1S.0 pK„«pKu
Таким образом, полученный нами ряд устойчивости комплексов с аминокислотами и нуклеооснованиями объясняется зависимостью констант образования комплексов от кислотно-основных свойств лигандов. Полученные нами корреляции указывают на то, что природа связи лиганд-водород и лиганд-металл однотипна.
Синтез комплексных соединений родия (III) с аминокислотами, пуриновыми и пиримидиновыми основаниями. В качестве исходных веществ использовались аминокислоты (аланин, серин и аспарагиновая кислота), пиримидиновые основания (цитозин, урацил) и пуриновые основания (аденин, гипоксантин), 0,0IM раствор хлорида родия (III). Исходные растворы смешивали в молярных соотношениях, выпаривали на водяной бане до выпадения кристаллов, при этом постоянно проводили контроль pH смеси. В зависимости от pH (2-^6) раствора были выделены соединения разного состава: рН=5-6
[RhCl3(H20)3] + Ala [RhCl3(H20)3] + 2Ala [RhCl3(H20)3] + Ala ■
рН<5
рН<2
Rh(Ala")Cl2-2H20 +НС1+Н20 - Rh(Ala)(Ala")Cl2H20 + HCl + 2Н20 Rh(Ala)Cl3-2H20 + Н20
При синтезе комплексных соединений Ш1(Ш) с пуриновыми и пиримидиновыми основаниями рН исходной смеси поддерживали в интервале 4^6 раствором ИаОН.
[Ю1С13(Н20)3] + ЗСу1 рН=4"6 >- И1(Су1)3С13 + ЗН20 [И1С13(И20)3] +ига рН~4"6 ■» КЬ(ига)С13-2Н2СН-Н20 [КЬС13(Н20)3] + 2Ас1е рН=4-$ „ ЩАёе)2С13-Н20+ 2Н20
[Ш,С13(Н20)3] + Пур рН=4"6 » ЩНур)С13 Н202Н20
Был проведен химический анализ всех синтезированных соединений, выделенных в твердом виде, на содержание водорода, углерода, азота и хлора. Таблица №2. Результаты химического анализа комплексных соединений родия
Соединение Мг Найдено/Вычислено,%
N Г Н
I. Ю1(А1а)С13-2Н20 334,36 31,94 4,41 10,60 3,30
М(С,Н,Ы0,)С1,-2Н,0 30,78 4,19 10,77 3,29
II. Ю1(А1а)зС1з 476,56 22,20 8,80 22,50 4,40
М1(С,Н71\ГСЦ,С1, 21,59 8,81 22.66 4,41
III. Ш1(А1а')С12-2Н20 297,91 35,80 4,45 12,44 3,10
Ш1(С,Н,,Ж>,)СЬ-2Н,0 34,54 4,70 12,08 3,36
IV. Ю1(А1а)(А1а)С12Н,0 369,01 26,45 7,61 20,02 4,08
Ю1(С,Н^0,)(С,Н^0,)С1,Н,0 27,89 7,59 19,51 4,06
V. Ю1(5ег),С1-Н,0 364,56 29,68 7,62 19,70 3,79
И1(С,Н^0,)^С1Н,0 28.23 7,68 19,75 3,84
VI. Ш1(А5р)С1г-2НгО 341,91 31,80 3,98 13,94 2,77
Ш1(С4НЛГЧО,)С1,-2НгО 30,01 4,01 14,04 2,92
VII. Ш1(А8р"):С1-Н20 420,56 24,81 6,45 22,60 3,22
1!|1(СЛ1Л0л),С1Н,О 24,47 6,66 22,83 3.33
Таблица №3. Результаты химического анализа комплексных соединений родия
Соединение мг Найдено/Вычислеио,® /о
1!Ь N С Н
VIII. 1ЩСу0С1зН2О 338,38 30,33 12,35 14,05 2,04
1ЩС,,Н<ГЧ,0)С1,-Н20 30,41 12,41 14,19 2,07
IX. Я1.(Су1)2С1зН20 449,46 23,04 18,51 21,29 2,57
Ш|(С4Н,1Ч,0),С1,Нг0 22.87 18.69 21,36 2,67
X. Ш.(Су1)зС13 542,56 17,37 23,23 26,56 2,79
КЬ(С4Н^,0),С1, 18,97 23,22 26,54 2,76
XI. 1Щига)С1з-2Н20 357,36 30,10 7,69 13,35 2,25
т1(с,н,|Г<,о,)С1,-2н,о 28.80 7,83 13.43 2,24
XII. КЬ(11га)зС1з 545,56 19,54 15,41 26.42 2,22
1111(С4Н41Ч202),С1, 18,86 15,40 26,39 2,20
XIII. 1ЩАс1е)С1зН20 380,36 29,88 18,12 15,61 1,76
Ш|(С.1МЧ,)С1,Н,0 27.06 18,40 15,77 1.84
XIV. Ш1(Ас1е)2аз-Н20 497,46 21,10 28,21 24,17 2,51
20,68 28,14 24,12 2.41
XV. Ш1(Нур)С1з'2Н20 381,36 31,60 14,52 15,51 2,11
Ш1(С*Н41Ч40)С1з-2Н!0 27,00 14.68 15,73 2.10
XVI. К11(11ур);С1зН;0 499,46 21,80 22,10 23,96 2,31
вдс.нлоьа, н,о 20,60 22.42 24,03 2,40
Хлор в соединениях при аргентометрическом титровании не обнаруживался, что позволяет сделать вывод о том, что он находится во внутренней сфере комплекса. И только в соединениях XIV, XVI данным
9
методом определялся один ион хлора. Родий определяли термогравиметрически. Результаты химического анализа комплексных соединений представлены в таблицах №2 и №3 (Жирным шрифтом выделены полученные нами впервые соединения).
Характер дифрактограмм синтезированных соединений и их отличие от дифрактограмм исходных соединений подтвердили индивидуальность выделенных соединений.
Дифференциально-термический анализ. Для изучения термической устойчивости синтезированных комплексных соединений были записаны термограммы на приборе «МОМ Q-1500D» (Венгрия) при нагревании от 20°С до 1000°С. Скорость нагрева 10 град/мин. Точность измерения температуры ±5 град. На основании исследований поведения соединений при нагревании установлено, что синтезированные комплексные соединения подвергаются термолизу в несколько стадий. На первой стадии термолиза соединения, содержащие в своем составе молекулы воды, подвергаются дегидратации при 50-100°С. На второй стадии термолиза все соединения плавятся с одновременным удалением хлороводорода (200-350°С). Затем плавление переходит в разложение, связанное с выгоранием органической части молекулы, что характеризуется на кривых нагревания сильным экзотермическим эффектом. Окончательное разложение комплексных соединений Rh(III) с аминокислотами и пиримидиновыми основаниями отмечается при температуре 500°С. Для комплексов родия (III) с аденином и гипоксантином процесс термолиза заканчивается выше 700°С. Конечным продуктом термической деструкции всех однороднолигандных соединений является родий. Синтезированные комплексы разлагаются в широком интервале температур (50-750°С), не образуя устойчивых промежуточных фаз по следующим схемам:
200-300°С 300-450°С Rh(Ala),Cl, -»- Rh-орг-Rh, 22,20%
-ЗНС1, 22,95% -Opr. 54,85%
Rh(Cyt)2Cl3H20 ^2^Rh(Cyt)2Cb 200-300°C> Июрг Rh, 24,81%
-H20,4,00% -3HC1,23,66% -Орг, 47,53%
Rh(Adc)2Cl3 H20 50-100°C. RKAdebOi 20°-300°C. Rh^pr Rh, 21,10%
-H20,3,90% -3HQ, 21,38% -Opr, 53,62%
ИК-спектры поглощения комплексных соединений родия (III) с аминокислотами, ииримидииовыми и пуриновыми основаниями. Для
получения данных о наличии связи металл-лиганд и установления способа координации последних были сняты ИК-спектры поглощения исходных веществ, и однороднолигандных комплексов Rh(III) на спектрофотометре «Nexus Nicollet» (в области 200-4000 см"1) и на спектрофотометре Specord М-82 (в области 400-4000 см"1). ИК-спектры синтезированных соединений принципиально отличаются от спектров чистых лигандов. На основе анализа ИК-спектров однороднолигандных комплексов Rh(III) и, учитывая литературные данные, можно высказать предположение, что аминокислоты в соединениях Rh(Ala*)a2-2H20, RKSeffeCl-HA Rh(Asp")Cl2-H20, ЩМр},СШ20 являются бидентатными лигандами, осуществляя взаимодействие с ионом металла за счет карбоксильной и амино-групп. В ИК-спектрах соединений Rh(Ala)Cl3-2H20, Rh(Ala)3Cl3 присутствуют полосы неионизированной карбоксильной группы аланина, что свидетельствует о монодентатном характере координации за счет NH2-rpynnbi аминокислоты (синтез данных соединений проводился в кислой среде). В соединении Rh(Ala)(Ala")Cl2-H20 аланин выступает как моно - и бидентатный лиганд. В спектрах соединений родия (III) с пиримидиновыми основаниями (цитозин, урацил) существенные изменения по сравнению с чистыми лигандами испытывают частоты поглощения, относящиеся к валентным и деформационным колебаниям пиримидинового кольца. Можно предположить, что взаимодействие Rh(III) с лигандами происходит за счет N-3 или N-1 гетероциклов. Вероятно, что вся л-электронная система пиримидинового кольца тем или иным способом реагирует с металлом. Анализ изменения волновых максимумов полос поглощения в комплексных соединениях Rh(Ade)Cl3-H20, Rh(Ade)2Cl3-H20, Rh(Hyp)Cl3-H20 и Rh(Hyp)2Cl3-H20 по сравнению с соответствующими полосами в спектрах чистых лигандов дает нам возможность предположить, что Rh(III) координирует с аденином и гипоксантином через атом азота N-7 или N-1, по
11
всей вероятности, МН2-группа аденина и С=0 группа гипоксантина не принимают участия в координации с ионом металла. Необходимо отметить, что основные изменения испытывают частоты поглощения, относящиеся к валентным и деформационным колебаниям пуринового кольца, поэтому можно предположить взаимодействие л-электронной системы пуринового цикла с ионом Ш1(Ш). Ввиду сложности и неоднозначности в интерпретации ИК-спектров комплексов, необходимо провести изучение синтезированных соединений с помощью ЯМР спектроскопии.
Спектры ЯМР ,3С однороднолигандных соединений. Для подтверждения характера взаимодействия ионов родия (П1) с лигандами были получены спектры ЯМР |3С на импульсном спектрометре с Фурье-преобразованием высокого разрешения Вгикег "АУА>ГСЕ-300" (с рабочей частотой протонов 200,13 МГц) и на спектрометре ЖМ-ЕС8400 (с рабочей частотой протонов 400 МГц) по одноимпульсной методике с широкополосным подавлением протонов. Строение лигандов (аминокислот, пиримидиновых и пуриновых оснований) с обозначением атомов углерода СНп-групп (п=0-3) и атомов азота представлено в таблице №4.
Таблица №4. Строение лигандов с соответствующим обозначением ЯМР-эквивалентных атомов углерода и азотсодержащих координационных центров.
Лиганд Нумерация атомов С Лиганд Нумерация атомов С
Алании (11=СНз) Серии (Н=СН2ОН) 3 2 ./> и-сн—с мнг ОН Цитозин 1ЧН2 N ,СН 1 \ .11 1 « сн уУ N о н
Аспарагиновая кислота Оч П Ч" 3 2 V:—сн2—сн—с нох ¿н, ОН
Гипоксантин (Х=ОН) Аденин (Х=1чГН2) X 1 \\■ II 7>н НС^З С !>/ N 4 N Н Урацил о II Н, 4 СН Уг
Для исследования синтезированных комплексных соединений методом ЯМР высокого разрешения были приготовлены водные и неводные (ДМСО) растворы комплексов, а также растворы соответствующих лигандов. Точность определения составляла ±0,1 м.д. Интерпретацию ЯМР-спекгров поглощения
исходных лигандов и выделенных комплексных соединений проводили на основании литературных данных.
В табл. №5 приведены значения химических сдвигов комплексов Rh(Ala)Cl3-2H20, Rh(Ala)3Cl3 и Rh(Ala")Cl2-2H20 (Н20) и аланина, а также их изменения. В комплексном соединении Rh(Ala)Cl3-2H20 смещение линии углерода, относящегося к а-аминогруппе С2 (Д8= -1,26 м.д.), говорит об участие этой группы в процессе связывания металла. При этом незначительные изменения для ядер углерода карбоксильной группы (Д5(СООН)=ОД4м.д.), указывают на её неучастие в образовании химической связи с родием (III). В комплексе Rh(Ala)3Cl3 мы наблюдаем такой же вид ЯМР спектра. Молекула аланина выступает в качастве монодентатного лиганда.
В спектре Rh(Ala")Cl2-2H20 наибольшее изменение наблюдается для атомов углерода карбоксильной и аминогрупп (А8(СОО")= -1,68 м.д., Д5(С2)=1,09 м.д.), что говорит о бидентатной координации аланина в данном соединении.
Таблица №5. Значения хим. сдвигов (м.д.) 13С СН„-групп аланина в свободном состоянии и в составе комплексов Rh(Ala)Cl3-2H20, Rh(Ala)3Cl3 и
Rh(Ala")Cl2-2H2Q (Н20).
сн„- группы Химические сдвиги 1JC (м.д.)
Алании Rh(Ala)Cl3-2H,0 Д8 Rh(Ala)3Cl3 Д5 Rh(Ala-)Cl,-2H20 Д5
СООН/ СОО" 177,50 177,36 0,14 177,28 0,22 175,82 -1,68
С2 51,3 52,56 -1,26 52,52 -1,22 52,39 -1,09
СЗ 17,59 17,31 0,28 17,32 0,27 17,09 0,50
Положение атома углерода в зависимости от номера см. табл.4
В табл. №6 приведены значения химических сдвигов комплексов
Rh(Cyt)Cl3-H20, Rh(Cyt)2Cl3-H20 и Rh(Cyt)3Cl3 (ДМСО) и цитозина, а также их изменения.
Таблица №6. Значения хим. сдвигов (м.д.) 13С СНп-групп цитозина в свободном состоянии и в составе комплексов Ш1(Су1)С13-Н20, Ш1(Су1)2С13-Н20 и Шг(Су1)3С13 (ДМСО).__
СНП-группы Химические сдвиги IJC (м.д.)
Цитозин Wi(Cyt)CI3-H20 Д5 Rh(Cyt)2Cl3H20 Д8 Rh(Cyt)3Cl3 Д5
С=0 160,76 150,60 10,16 152,44 8,32 149,95 10,81
С4 168,79 163,08 5,71 162,08 6,71 162,78 6,01
С5 96,56 94,87 1,69 95,56 1,00 94,87 1,69
С6 144,58 148,59 -4,01 1 138,6 5,98 148,93 -4,35
Положение атома углерода в зависимости от номера см. табл.4
Наибольшие изменения химических сдвигов ядер молекулы цитозина наблюдаются для С2 (Д6=10,16; 8,32; 10,81 м.д.), С4 (Д5=5,71; 6,71; 6,01 м.д.), С6 (Д5= -4,01; 5,98; -4,35 м.д.). В меньшей степени отмечается химический сдвиг у С5 (Д6=1,69; 1,0; 1,69 м.д.). Можно высказать предположение, что цитозин образует связь с металлом через N-3 гетероцикла. В то же время химический сдвиг испытывают все углеродные атомы гетероцикла, поэтому взаимодействует с Ш1(Ш) вся молекула (я-электронная система) цитозина. Пики хим. сдвигов урацила смещаются относительно исходного лиганда, при этом наибольшее изменение наблюдаются у атомов углерода С4 и Сб. Это указывает на то, что урацил координирован ионом родия через атом азота N-3.
В табл. №7 приведены значения химических сдвигов комплекса ИЬ(Аёе)2С13 • Н20 (ДМСО) и аденина, а также их изменения. Таблица №7. Значения хим. сдвигов (м.д.) 13С СНп-групп аденина и
СНп-группы Химические сдвиги UC (м.д.)
Ade Rh(Ade)2Cl3H20 A5(Ade)
С'-Н 152,51 151,22 -5,17
С6-Н 139,39 145,60 6,21
С" 150,67 147,45 -3,22
с3 117,84 115,59 -2,25
с0 155,56 153,47 -2,09
Положение атома углерода в зависимости от номера см. табл.4
Как видно из таблицы, большое смещение испытывают все атомы углерода. Поэтому можно предположить, что аденин является полидентатным лигандом и взаимодействует с ионами Rh(III) всей л-электронной системой гетероциклов. Итак, проводя анализ ЯМР спектров однороднолигандных координационных соединений, можно сделать заключение, что в соединениях Rh(Ala")Cl2-2H20, Rh(Ser)2Cl-H20, Rh(Asp")Cl2-2H20 и Rh(Asp")2Cl-H20 аминокислоты выступают в качестве бидентатных лигандов (СОО" и NH2). В соединениях Rh(Ala)Cl3-2H20, Rh(Ala)3Cl3 молекула аланина взаимодействует с ионом металла за счет ЫН2-группы, то есть является монодентатным лигандом.
ЯМР спектры комплексов Rh(III) с цитозином и урацилом показывают
изменение химического сдвига у всех углеродных атомов гетероцикла, поэтому можно предположить, что взаимодействие с металлом происходит не только через N-3 (или N-1) цикла, но подключается во взаимодействие вся молекула лиганда. Аденин и гипоксантин в комплексных соединениях, вероятно, являются полидентатными лигандами, так как химические сдвиги испытывают все углеродные атомы данных гетероциклов.
Разнолигандные комплексные соединения. Для определения возможности и условий образования смешаннолигандных комплексов было исследовано комплексообразование в водных системах различного состава методом потенциометрического титрования. Было проведено титрование систем с соотношением компонентов 1:1:1. Исходная концентрация металла и лигандов 2-10"3 моль/л. Расчет констант устойчивости разнолигандных комплексов был проведен по программе SCOGS (Simultaneous calculation of general species; версия 1). В расчетах использовались предварительно рассчитанные константы ионизации лигандов, а также константы устойчивости соответствующих однороднолигандных комплексов. Результаты исследования представлены в табл. № 8.
Таблица №8. Устойчивость разнолигандных комплексов родия (III) с аминокислотами и пиримидиновыми и пуриновыми основаниями.
Система Igß Система Igß
Rh-Cyt-Ala 21,29 Rh-Ade-Ala 17,02
Rh-Cyt-Ser 21,61 Rh-Ade-Ser 14,73
Rh-Cyt-Asp 23,63 Rh-Ade-Asp 18,84
Rh-Ura-Ala 12,02 Rh-Hyp-Ala 16,61
Rh-Ura-Ser 11,89 Rh-Hyp-Ser 14,69
Rh-Ura-Asp 15,77 Rh-Hyp-Asp 18,71
Устойчивость тройных комплексных соединений с учетом нуклеоснований уменьшается в следующим порядке: Су1>Ас1е>Нур>ига, а для однотипных оснований изменяется по ряду Азр>А1а>8ег, что согласуется с зависимостью, полученной для однороднолигандных систем. Построенные графики корреляций подверждают одинаковую природу связи металл-лиганд для данных систем.
Синтез разнолигандных комплексных соединений Rh(III) с аминокислотами, цитозином, урацилом, гипоксантином и аденином. Для
выделения в твердом виде разнолигандных комплексных соединений родия (III) с аминокислотами и нуклеооснованиями с соотношением M:Li:L2 равным 1:1:1 были использованы 2 методики получения смешаннолигандных комплексов: метод вытеснения (или замещения) одного из лигандов, и получение комплексов путем добавления в раствор, содержащий ионы металла смеси 2 лигандов (в случае с получением разнолигандных комплексов родия (III) на основе урацила с серином). Схемы синтеза смешаннолигандных комплексов:
рН=4-6
[Rha3(H20)3] + Cyt(Ura) + Ala(Ser) -Rh(Cyt)(Ala")Cl2-H20+ 2H20 + HQ
: [RhCl3(H20)3] + Ade(Hyp) + Asp PH=4"6>. Rh(Ade)(Asp2")Cl-H2CH- 2HzO + 2HC1
Результаты химического анализа синтезированных комплексных соединений представлены в табл. №9.
Рентгенофазовый анализ разнолигандных комплексов подтвердил индивидуальность выделенных соединений.
Дифференциально-термический анализ разнолигандных комплексных соединений Rh(III). Термограммы разнолигандных комплексов носят более сложный характер по сравнению с однороднолигандными комплексными соединениями. Термическая деструкция комплексных соединений проходила в соответствии со следующими схемами:
50-100°С 200-300°С 300-400°С-А1а, 22 24%
Rh(Cyt)(AlalClyH,0-Rh(C\t)(Ala")Clj-»Rh-opr ^ ' » Rh,25,26%
-H20,4,68% -2HCI, 18,64% 600-650°C,Cyt,29,18%
, 50-100°С , 200-300°С 300-400°C-Asp, 34,47% „,
Rh(Ade)(Asp )С1Н20-*-Rh(Ade)(Asp2")Cl -»~Rh-opr-^ Rh,23,45%
-H20,4,30% -HCl, 8,59% 600.650oc,Ade, 32,19%
Таблица №9. Результаты химического анализа разнолигандных комплексных
Соединение Mr Найдено/Вычислено,%
Rh N С Н
XVII. Rh(Cyt)(Ala")Cl2'H20 Rh(C4H,N,0)(C,H6N02)Cl2Hj0 391,10 25,26 26,31 14,41 14,32 21,53 21,47 3,37 3,32
XVIII. Rh(Cyt)(Ser")Cl2-H20 Rh(C4H5N,0)CC,H6N0,)Cl2H20 407,10 25,16 25,28 13,77 13,75 20,82 20,63 3,16 3,19
XIX. Rh(Cyt)(Asp'2)CI*H20 Rh(C4H<N,0)(C4H5N04)CIH20 398,61 25,71 25,82 13,99 14,05 23,74 24,08 3,06 3,01
XX. Rh(Ura)(Ala-)Cl2-H:0 Rh(C4H4N202)(C,II6N02)CI2H20 392,11 2657 26,25 10,65 10,71 21,37 21,42 3,10 3,06
XXI. Rh(Ura)(SeOCl2H20 Rh(C4H4N202)(C,H6N0,)CI2-H20 408,11 26,83 25,22 9,53 10,29 19,94 20,58 2,65 2,94
XXII. Rh(Ura)(Asp'2)ci*H20 Rh(C4H4N202)(C4H,N04)ClH20 399,61 25,75 25,62 10,31 10,51 24,18 24,02 2,60 2,75
XXIII. Rh(Ade)(Ala")Cl2*H20 Rh(C5H5N5)(C,H6N02)Cl2H20 415,11 24,65 24,79 19,97 20,24 22,80 23,13 2,75 3,13
XXIV. Rh(Ade)(Ser")Cl2-H20 Rh(C!H5Ns)(C,HtN0,)CIJ-H,0 431,11 23,55 23,87 19.47 19.48 21,80 22,27 2,71 3,02
XXV. Rh(Ade)(Asp"2)Cl*H20 Rh(C,H,Ns)(C4IbN04)ClH20 422,61 23,45 24,35 18.87 19.88 22,45 25,56 2,70 2,84
XXVI. Rh(Hyp)(Ala")Cl2*H20 Rh(C5H4N40)(C,H6N02)CI2H20 416,11 24,70 24,73 16,54 16,82 22,94 23,07 2,56 2,88
XXVII. Rh(Hyp)(Ser")CI2'H20 Rh(C,H4N40)(C,H6N0,)CI2H20 432,11 23,79 23,82 16,18 16,20 22,25 22,22 2,70 2,78
XXVIII. Rh(Hyp)(Asp"2)Cl*H20 Rh(C!H4N40)(C4H5N04)CIH20 423,61 24,25 24,29 16,29 16,52 25,00 25,50 2,94 2,60
На основании исследований поведения соединений при нагревании установлено, что синтезированные комплексные соединения, содержащие в своем составе молекулы воды, вначале подвергаются дегидратации при ~50-100°С. При последующем повышении температуры характер дериватограмм всех синтезированных комплексов идентичен: в интервале ~200-300°С удаляется хлороводород, в интервале ~300-400°С происходит плавление, переходящее в разложение комплексов, связанное с деструкцией органической части молекулы, что характеризуется на кривых нагревания экзотермическим эффектом в интервале ~400-750°С. Потеря основной массы вещества составляет от 60 до 80%. Конечным продуктом термолиза является металлический родий.
Синтезированные комплексы разлагаются в широком интервале температур (50-750°С). Устойчивых промежуточных фаз не образуется. ИК-спектры поглощения разнолигандных комплексных соединений Rh(III). Проводя анализ ИК спектров разнолигандных координационных соединений родия (III), следует отметить чрезвычайную сложность в отнесении частот поглощения ввиду наличия у лигандов однотипных функциональных групп, способных координировать с ионом металла. Можно высказать предположение, что аминокислоты (аланин и серии) ведут себя как бидентатные лиганды за счет карбоксильной группы СОО" и аминогруппы NH2.
Аспарагиновая кислота, вероятно, во всех соединениях выступает в качестве трехдентатного лиганда (2 СОО" группы и NH2-rpynna). Пиримидиновые основания (цитозин и урацил), по-видимому, взаимодействуют с ионом родия (III) за счет азотов гетероцикла N-3 или N-1 и С=0 цитозина. Изменение полос поглощения, относящихся к валентным и деформационным колебаниям гетероцикла, дает возможность предположить, что вся л- электронная система пиримидинового кольца тем или иным способом реагирует с родием. Пуриновые основания (аденин и гипоксантин) реагируют с металлом азотами N-7, N-9 или N-3. В ИК-спектрах отмечается изменение полос поглощения валентных и деформационных колебаний гетероцикла. Вероятно, и в этом случае во взаимодействии с ионом родия принимает участие вся я- электронная система пуринового цикла. Для того чтобы однозначно определить координацию лигандов с ионом металла, были сняты -ЯMP спектры.
Спектры ЯМР разнолигандных соединений. В таблицах №№10-13 приведены значения химических сдвигов ядер углерода комплексных соединений и лигандов, а также их изменения.
Таблица №10. Значения хим. сдвигов (м.д.) 13С СН„-групп цитозина, аспарагиновой кислоты в свободном состоянии и в составе комплекса Rh(Cyt)(Asp2')Cl;H2Q (ДМСО).
Химические сдвиги UC (м.д.)
СНп-группы Цитозин A5(Cyt) Rh(Cyt)(Asp2" )С1Н20 Аспарагиновая кислота A5(Asp)
СООН/ 171,12 174,49 -3,37
СОО' 170,23 172,39 -2,16
С" 48,00 52,34 -4,34
с1 160,76 -12,52 Под ДМСО 35,49 -
с=о 96,56 -3,67 148,24
С5-Н 144,58 2,19 92,89
С6-Н 168,79 -7,79 146,77
с4 168,79 -7,79 161,04
Положение атома углерода в зависимости от номера см. табл. 4
Таблица №11. Значения хим. сдвигов (м.д.) свободном состоянии и в составе комплекса Б
С СНп-групп урацила, аланина в
СН„-группы Химические сдвиги |3С (м.д.)
Урацил Д5 (Ига) ЯЬ(ига)(А1а")СЬ-Н20 Аланин Д5(А1а)
СООН/ СОО" 173,68 177,38 -3,70
С 52,71 51,31 1,4
С1 17,44 17,54 -0,1
С(2)=0 151,63 2,42 154,05
С(4)=0 164,47 3,78 168,25
С(5)-Н 100,35 -1,55 98,80
С(6)-Н 142,32 -1,37 140,95
Положение атома углерода в зависимости от номера см. табл. 4
Таблица №12. Значения хим. сдвигов (м.д.) |3С СНп-групп аденина, аспарагиновой кислоты в свободном состоянии и в составе комплекса Ш1(Аае)(А5р2')С1-Н20 (ДМСО)._
СН„-группы Химические сдвиги 13С (м.д.)
Аденин Д8(Ас1е) Ю1(Аае)(А8р2")С1Н20 Аспарагинова: кислота Д5(А5р)
СООН/ СОО" 171,07 170,12 174,49 172,39 -3,42 -2,27
С 48,75 52,34 -3,59
С1 Под ДМСО 35,49 -
с--н 152,51 2,26 154,77
с4 150,67 -0,81 149,86
с3 117,84 0,92 118,76
сй 155,56 1,90 157,46
с"-н 139,39 -3,40 135,99
Положение атома углерода в зависимости от номера см. табл. 4
Таблица №13. Значения хим. сдвигов (м.д.) 13С СНп-групп гипоксантина, серина
СНп-группы Химические сдвиги "С (м.д.)
Гипоксантин Дб(Нур) Ш1(Нур)(8ег")С12Н20 Серин Д5(Бег)
СООН/ СОО" 170,00 173,75 -3,75
С 63,33 61,61 1,72
С1 57,95 57,63 0,32
&-Н 142,91 4,21 147,12
с4 152,10 -0,10 152,00
с3 117,74 -2,74 115,00
с" 153,85 0,60 154,45
с8-н 138,30 7,47 145,77
Положение атома углерода в зависимости от номера см. табл. 4
На основании совокупности проведенных исследований было установлено: Аминокислоты (аланин, серин) являются бидентатными лигандами (в координации принимают участие карбоксильная группа и
аминогруппа). Аспарагиновая кислота в разнолигандных комплексных соединениях родия (Ш) - трехдентатна (в координации с ионом металла принимают участие аминогруппа и обе карбоксильные группы). Цитозин координируется ионом Rh(III) через атом азота N-3 (N-1), а также нельзя исключать участие в координации С=0 группы пиримидинового основания. В молекуле цитозина наибольшие сдвиги ядер 13С наблюдаются для С(2) (А8= -12,52), С(6) (А8=2,19), С(4) (Д5= -7,79), что указывает на координацию с ионом Rh(ni) атомов азота N-3 (N-1), вероятно, во взаимодействии принимает участие С=0 группа пиримидинового основания. Урацил координирован ионом родия (Ш) через атом N(3). Несколько меньшие химические сдвиги атомов С(5) и С(6), говорят о том, что во взаимодействии с ионом родия принимает участие и N(1), а также, возможно, и одна из С=0 групп. Аденин координирован ионом металла через атомы азота N(3) и N(7), а также возможно через N(9). На это указывают максимальные сдвиги у атомов С(8), С(2) и С(6). Наибольшие изменения химических сдвигов в молекуле гипоксантина наблюдаются у атомов С(2), С(5) и С(8), что говорит о том, что в координации с ионом металла задействованы все атомы азота гетероцикла. Можно высказать предположение, что молекулы пиримидиновых и пуриновых оснований взаимодействует с Rh(III) всей я-электронной системой гетероциклов, процесс связывания металлом лиганда затрагивает все центры координации молекул.
Выводы
1. Исследовано комплексообразование родия (П1) с аминокислотами (аланин,
серин, аспарагиновая кислота) и нуклеооснованиями (цитозин, урацил, аденин
и гипоксантин) в водных растворах. Методом потенциометрическош
титрования установлена возможность образования комплексов состава 1:1, 1:2,
1:3 (для гипоксантина 1:1 и 1:2). Определены константы ионизации исходных
лигандов и константы образования однороднолигандных комплексов. Согласно
полученным константам образования была установлена следующая
последовательность изменения устойчивости координационных соединений:
Cyt > Ade > Asp> Hyp > Ala >Ser ~ Ura. 20
2. Методом потенциометрического титрования установлено в системах родий (Ш)-аминокислота-нуклеооснование образование разнолигандных комплексов состава 1:1:1. С использованием определенных констант ионизации лигандов и констант образования монолигандных комплексов Rh(III) с данными лигандами были определены константы образования разнолигандных комплексных соединений. Было установлено:
а) разнолигандные комплексные соединения родия (П1) являются более устойчивыми, чем соответствующие однороднолигандные комплексы на основе аминокислот;
б) разнолигандные комплексы родия (III) с цитозином более устойчивы, чем аналогичные комплексы с другими нуклеооснованиями, устойчивость изменяется по ряду: Cyt>Ade>Hyp>Ura;
в) разнолигандные комплексы с аспарагиновой кислотой более устойчивы, чем соответствующие комплексы с аланином и серином.
3. Из водных растворов выделены в кристаллическом индивидуальном виде 16 однороднолигандных и 12 разнолигандных комплексных соединений родия (III) с аминокислотами и нуклеооснованиями. Причем впервые выделены 23 соединения, (VI-XXVIII). Идентификация синтезированных соединений проведена методами химического, рентгенофазового, термогравиметрического анализов, ИК- и ЯМР-спектроскопии.
4. Определена схема термической деструкции однороднолигандных и разнолигандных соединений родия (III). На первой стадии комплексные соединения, содержащие молекулы воды, подвергаются дегидратации при 50-100°С. Дальнейшее повышение температуры приводит к разложению комплексов, процесс деструкции которых носит одинаковый характер. В температурном интервале 200-300°С удаляется хлороводород, в интервале 300-400°С происходит плавление, переходящее в разложение комплексов, связанное с деструкцией органической части молекулы, что сопровождается выраженным экзоэффектом на кривой ДТА. Устойчивых промежуточных фаз не образуется. Конечным продуктом термолиза является металлический родий.
5. На основании проведенных физико-химических исследований установлено наличие и характер координации органических лигандов ионом родия (III). Результаты всех проведенных исследований синтезированных комплексных соединений указывают на участие всех атомов азота гетероциклов пуриновых и пиримидиновых оснований в координации с ионом Rh(III). Аспарагиновая кислота в однороднолигандных комплексах выступает в качестве бидентатного лиганда (ос-КГНг-группа и СОО-группа), в разнолигандных соединениях -трехдентатный лиганд (одна NH2- и две СОО'-группы). Серин является бидентатным лигандом как в монолигандных, так и в разнолигандных комплексных соединениях. Алании в соединениях Rh(Ala)Cl3-2H20, Rh(Ala)3Cl3 координируется с ионом металла через NH2-rpynny. В остальных соединениях аланин является бидентатным лигандом (a-NH2-rpynna и СОО'-группа).
6. Синтезированные координационннные соединения родия (III) с аминокислотами, пиримидиновыми и пуриновыми основаниями могут являться объектом исследования на антибластомную активность.
7. Теоретические и экспериментальные результаты исследований могут быть использованы в монографиях, учебниках, справочниках, при чтении курсов по соответсвующим разделам неорганической и координационной химии и проведении НИР в ВУЗах.
Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях.
1. Уилфрид Малага, Тачаев М.В, Есина Н.Я. Изучение комплексообразования Rh(III) с аденином. // XLV Всероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии. Москва. РУДН. 20-24 апреля 2009г. / Тезисы докладов. С.23-24.
2. Малага У.М, Курасова М.Н., Есина Н.Я. Изучение комплексообразования Rh(III) с цитозином и гипоксантином. // XLVI Всероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии. Москва. РУДН. 19-23 апреля 2010г. / Тезисы докладов. С.82-83.
3. Molodkin А.К., Esina N.Ya., Andreeva O.I., Rurasova M.N., Tachaev M.V.,
Malaga W.M. Complex compounds of Palladium (II), Nickel (II), Iridium (IV) and 22
Platinum (IV) with amino acids, hypoxanthine and cytosine. // International Symposium on Metal Complexes (ISMEC2010). Bilbao (Spain). 7-11 June 2010. / Book of abstracts. P.71-72.
4. Тачаев M.B., Курасова M.H., Малага У.М., Есина Н.Я. Комплексообразование металлов платиновой группы с аденином, цитозином и гипоксантином. // «Инновационные химические технологии и биотехнологии материалов и продуктов». II международная конференция Российского химического общества имени Д.И.Менделеева. Москва. 28 сентября 2010г. / Тезисы докладов. С.176-177.
5. Малага У.М, Курасова М.Н., Есина Н.Я. Изучение комплексообразования Rh(III) с цитозином и гипоксантином. // XIX международная Черняевская конференция по химии, аналитике и технологии платиновых металлов. Новосибирск. 4-8 октября 2010г. / Тезисы докладов. С.60-61.
6. Малага У.М., Курасова М.Н., Тачаев М.В., Лучкова И.А., Есина Н.Я. Изучение комплексообразования Rh(III) с цитозином, урацилом, аденином и гипоксантином. // «Успехи синтеза и комплексообразования». Всероссийская научная конференция с международным участием, посвященная Международному году химии. Москва. РУДН. 18-22 апреля 2011г. / Тезисы докладов. С.231.
7. Малага У.М., Курасова М.Н., Тачаев М.В., Лучкова И.А., Есина Н.Я. Синтез и исследование комплексных соединений Rh(III) с пуриновыми и пиримидиновыми основаниями. // XXV международная Чугаевская конференция по координационной химии и II молодежная конференция- школа. «Физико-химические методы в химии координационных соединений». Суздаль. 6-11 июня 2011г. / Тезисы докладов. С.147-148.
8. Малага У.М., Курасова М.Н., Тачаев М.В., Андреева О.И., Молодкин А.К., Есина Н.Я. Координационные соединения палладия (II), родия (III), иридия (IV) и платины (IV) с пуриновыми и пиримидиновыми основаниями. // XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Волгоград. 25-30 сентября 2011г. / Тезисы докладов. С.280.
9. Есина Н.Я., Курасова М.Н., Малага У.М., Молодкин А.К., Тачаев М.В., Шаповалова В.Е. Комплексообразование родия (III) с гипоксантином и адеиином. // Научно-технический вестник Поволжья. №6. Казань. 2011г. С.71-75.
Малага Муссаву Уилфрид Синтез и исследование комплексных соединений родия (III) с аминокислотами, пиримидиновыми и пуриновыми основаниями.
Методом потенциометрического титрования исследовано
комплексообразование Rh(III) с аминокислотами (аланином, серином, аспарагиновой кислотой), пиримидиновыми (цитозином, урацилом) и пуриновыми (аденином, гипоксантином) основаниями в водных растворах. Установлено образование комплексов состава 1:1, 1:2 и 1:3. Определены их константы устойчивости. Установлено образование, и определены константы устойчивости разнолигандных комплексных соединений Ш1(Ш)-цитозин-аминокислоты, Ш1(Ш)-урацил-аминокислоты, Ш1(Ш)-аденин-аминокислоты и И1(Ш)-гипоксантин-аминокислоты состава 1:1:1. Синтезировано 23 новых комплексных соединения, из них 12 разнолигандных. Изучены их физико-химические свойства, установлен характер координации аминокислот и нуклеоо снований ионом Rh(III).
Malaga Moussavou Wilfrid Synthesis and studies ofrodhium (III) complexes with amino acids, pyrimidine and purine bases.
Complex formation of Rh(III) with amino acids (alanine, serine, aspartic acid), pyrimidine and purine bases in aquatic solution has been studied by potentiometric titration. Complex of ratio 1:1, 1:2, 1:3 has been proved. Their stability constants have been determined. The formation of mixed-ligand complex compounds was found and the stability constants of complexes Rh(III)-cytosine-amino acids (ratio 1:1:1), Rh(III)-uracil-amino acids (ratio 1:1:1), Rh(III)-adenine-amino acids (ratio 1:1:1) and Rh(III)-hypoxantine-amino acids (ratio 1:1:1) were caculated. 23 new complex compounds were synthesized, 12 of them were mixed-ligand complexes. The physical and chemical properties of these complexes were studied. Type of coordination of amino acids and nucleobases by Rh(III) ion was identified.
Подписано в печать 05.04.2012 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Бумага офсетная. Гарнитура Тайме.
_Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. 3аказ383._
Российский университет дружбы народов
_115419, ГСП-1, г. Москва, ул. Орджоникидзе, д. 3_
Типография РУДН 115419, ГСП-1, г. Москва, ул. Орджоникидзе, д. 3, тел. 952-04-41
61 12-2/437
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ»
На правах рукописи
Малага Муссаву Уилфрид
«Синтез и исследование комплексных соединений родия (III) с аминокислотами, пиримидиновыми и пуриновыми основаниями»
специальность: 02.00.01.-неорганическая химия
Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических
наук
Научный руководитель Кандидат химических наук, доцент
Есина Наталья Яковлевна
Москва 2012
Автор выражает свою глубокую благодарность за всестороннюю помощь и поддержку при написании диссертационной работы доктору химических наук, профессору Молодкину Алексею Константиновичу, кандидату химических наук Маргарите Николаевне Курасовой, кандидату химических наук Максиму Владимировичу Тачаеву, сотрудникам ИОНХ им. Н.С.Курнакова: В.И.Привалову, И.П.Столярову, Л.И.Дёминой.
Также автор благодарит посла республики Габон в Российской Федерации Рене Маконго, кроме того Мамбунду Симон, Бивигу Муссаву Медиат.
Содержание
Условные обозначения 5
Введение 6
I. Литературный обзор 9
1. Общая характеристика лигандов 9
1.1. Алании 9
1.2. Серин И
1.3. Аспарагиновая кислота 13
1.4. Цитозин 15
1.5. Урацил 18
1.6. Аденин 20
1.7. Гипоксантин 23
2. Комплексные соединения родия (III)
с аминокислотами, пиримидиновыми и пуриновыми
основаниями и их производными. 25
2.1. Комплексные соединения родия (III) с аминокислотами 25
2.2. Комплексные соединения родия (III)
с пиримидиновыми и пуриновыми основаниями
и их производными 30
3. Заключение 34 II. Экспериментальная часть и обсуждение результатов 36
1. Исходные вещества 36
2. Методы исследования 36
3. Однороднолигандные комплексные соединения 38 3.1. Изучение комплексообразования родия (III) с аланином, серином, аспарагиновой кислотой, цитозином, урацилом, аденином и гипоксантином в водных растворах 38 3.1.1. Определение констант ионизации аланина, серина, аспарагиновой кислоты, цитозина, урацила, аденина
и гипоксантина 38
3.1.2. Комплексообразование родия (III) с аминокислотами, пиримидиновыми и
пуриновыми основаниями 40
Комплексообразование ионов родия (III) с аланином 41
Комплексообразование ионов родия (III) с серином 42 Комплексообразование ионов родия (III)
с аспарагиновой кислотой 43
Комплексообразование ионов родия (III) с цитозином 45
Комплексообразование ионов родия (III) сурацилом 46
Комплексообразование ионов родия (III) с аденином 47
Комплексообразование ионов родия (III) с гипоксантином 48
3.2. Синтез комплексных соединений родия (III)
с аминокислотами, пуриновыми и пиримидиновыми
основаниями 52
3.2.1. Синтез комплексных соединений Rh(III) с аминокислотами 52
3.2.2. Синтез комплексных соединений Rh(III)
с пуриновыми и пиримидиновыми основаниями 53
3.3. Изучение свойств и строения синтезированных комплексных соединений 56
3.3.1. Рентгенофазовый анализ однороднолигандных комплексов 56
3.3.2. Дифференциально-термический анализ 57 Комплексные соединения родия (III) с аминокислотами 57 Комплексные соединения родия (III) с пиримидиновыми основаниями 60
Комплексные соединения родия (III) с пуриновыми основаниями 61
3.3.3. ИК-спектры поглощения комплексных соединений родия (III) с аминокислотами, пиримидиновыми
и пуриновыми основаниями 63
ИК-спектры поглощения свободных лигандов 63
ИК-спектры поглощения однороднолигандных комплексов родия (III) с аминокислотами, пиримидиновыми и пуриновыми основаниями 69
3.3.4. Спектры ЯМР 13С однороднолигандных соединений 79
4. Разнолигандные комплексные соединения 90
4.1. Комплексообразование родия (III) с аминокислотами, цитозином, урацилом, аденином и гипоксантином 90
4.2. Синтез разнолигандных комплексных соединений Rh(III) с аминокислотами, цитозином, урацилом, гипоксантином и аденином 96
4.3. Рентгенофазовый анализ разнолигандных комплексов 98
4.4. Дифференциально-термический анализ 100
4.4.1. Разнолигандные комплексные соединения Rh(III)
на основе цитозина 100
4.4.2. Разнолигандные комплексные соединения Rh(III)
на основе урацила 101
4.4.3. Разнолигандные комплексные соединения Rh(III)
на основе аденина 102
4.4.4. Разнолигандные комплексные соединения Rh(III)
на основе гипоксантина 103
4.5. ИК-спектры поглощения разнолигандных комплексных соединений Rh(III) 105
4.6. Спектры ЯМР 13С разнолигандных соединений 116 Выводы 127 Список литературы 129
Приложения 136
Условные обозначения
А1а-аланин,
Ala" -ион аланина
Ser- серии,
Ser" - ион серина,
Asp- аспарагиновая кислота,
Asp" -моноион аспарагиновой кислоты,
Asp2" -биион аспарагиновой кислоты,
Cyt- цитозин,
Ura-урацил,
Ade- аденин,
Hyp- гипоксантин
Орг-органическая часть.
Введение.
Комплексные соединения переходных металлов с аминокислотами, пуриновыми и пиримидиновыми основаниями играют существенную роль в биохимических процессах.
Интерес к комплексным соединениям, содержащим в качестве лигандов природные а-аминокислоты, не ослабевает на протяжении многих лет и, начиная с работ Стекера и Видемана [1], впервые идентифицировавших координационные соединения аминокислот в середине XIX в., в научной литературе имеется большое количество исследований, посвященных разнообразным по формулам и составу комплексам. Для координационной химии аминокислоты являются весьма интересными лигандами, так как содержат как минимум две функциональные группы, способные к комплексообразованию с атомом металла. Интерес к аминокислотам обусловлен не только их биологической ролью, но и разнообразием типов соединений, образуемых аминокислотами в роли лигандов.
Особенности пиримидиновых, пуриновых оснований и их производных как лигандов проявляются в их амбидентатном характере, склонности к образованию гомо- и гетерополиядерных комплексов с мостиковыми связями и связями металл-металл.
На различных стадиях биохимических процессов возможно образование разнолигандных комплексов, в которых ион металла является мостиком между анионом аминокислоты и нуклеотидфосфатом.
Этим соединениям принадлежит существенная роль в биохимических реакциях. Разнолигандные комплексные соединения играют существенную роль в процессе накопления и транспорте ионов металлов и биоактивных веществ в живых организмах. Функционирование ферментов сопровождается образованием своеобразных разнолигандных комплексов, в которых ион металла координирует нуклеотид и боковые цепи аминокислот, в связи с этим в последние годы все большое внимание привлекает изучение подобных
соединений переходных металлов с аминокислотами, пептидами, белками, нуклеотидами, моделирующими работу ферментов и других биологических систем. Разнолигандные комплексы могут быть использованы в качестве моделей металло-ферментов и при исследовании других биологических объектов и процессов.
При исследовании разнолигандных комплексов платиновых металлов, где в качестве одного из лигандов выступают аминокислоты, а в качестве другого -пуриновые и пиримидиновые основания, найдены соединения, обладающие потенциальной биологической и медицинской активностью [2,3,4,5,6,7,8,9,10,].
Данные о комплексах родия (III) с биологически активными лигандами весьма ограничены.
Все вышеперечисленное делает исследования соединений родия (III) с аминокислотами, пиримидиновыми и пуриновыми основаниями актуальными и целесообразными.
Цель данной работы заключается в разработке методов получения координационных однороднолигандных и разнолигандных соединений родия (III) с аминокислотами (аланином, серином, аспарагиновой кислотой) и нуклеооснованиями (аденином, гипоксантином, цитозином, урацилом), выделение их в индивидуальном состоянии, установление их физико-химических свойств и строения. Для этого необходимо было решить следующие задачи:
- изучить методом потенциометрического титрования комплексообразование в водных растворах ионов родия (III) с аланином, серином, аспарагиновой кислотой, аденином, гипоксантином, цитозином и урацилом; определить состав, условия образования комплексов и константы их устойчивости;
- исходя из полученных данных, выбрать оптимальные условия и осуществить синтез новых однороднолигандных и разнолигандных комплексных соединений;
- получить данные о физико-химических свойствах комплексов и способе
7
координации родием (III) органических лигандов. Научная новизна работы: методом потенциометрического титрования изучено комплексообразование Rh(III) с исследуемыми лигандами в водных растворах. Определены условия и константы образования однороднолигандных и разнолигандных комплексов Rh(III) с аминокислотами, цитозином, урацилом, аденином и гипоксантином, состава 1:1, 1:2 и 1:3. Синтезировано однороднолигандных комплексных соединений - 16, разнолигандных - 12. Из них 23 новых.
Изучены некоторые физико-химические свойства полученных соединений, установлен характер координационной связи иона родия (III) с аминокислотами, пуриновыми и пиримидиновыми основаниями.
I. Литературный обзор. 1. Общая характеристика лигандов.
1.1. Алании.
а-Аланин - одна из самых распространенных аминокислот. Впервые аланин был выделен из фиброина шелка в 1888 году, а синтезирован Штреккером омылением нитрилаланина [11].
а-Аланин (Ala, а-аминопропионовая кислота, CH3-CH(NH2)-COOH (C3H7O2N)) существует в виде двух оптических изомеров - L-аланин и D-аланин.
соон соон
h2n-c-h h-c-nh2
С Н J СН3
L - alanine D - alanine
Соединение представляет собой белые полупрозрачные кристаллы, растворимые в воде, плохо в этаноле и нерастворимые в эфире. Мг=89,09. Температура плавления рацемической смеси составляет 295°С, L-аланина - 315-316°С, D-аланина - 291-293°С (плавится с разложением).
L-аланин - кодируемая аминокислота, которая встречается во всех организмах в свободном виде и в составе белков. D-аланин обнаружен только в бактериях и в опиодных пептидах, выделенных из кожи южноамериканских лягушек. Аланин способствует сохранению устойчивых спиральных структур в белке [12]. Биосинтез L-аланина происходит в результате аминирования и переаминирования пировиноградной кислоты или ß-декарбоксилирования аспарагиновой кислоты [11], катализируемого ферментами микробного происхождения (например, (Bacillus subtilis) [13]:
СООН
сн9 СН3 + ! 2 + 1 H3N-C-COO --H3N-C-COO +С02
н Н
В некоторых организмах обнаружены трансаминазы, превращающие пируват в аланин:
соын2 соон
I I
с Н С н
Н3С-С-СООН + НС — NН2 "иридоксальфосфа^ „С-СН-СООИ + НС-КН,
I I I ^ 3 | I 2
0 СООН N Н2 СООН пируват аспарагин аспарагиновая
кислота
СОМН2 соон
* * 9н2
Н3С^С-СООН + сн2 пиридоксальфосфат^ д с_сн н + ¿д
1 I I А ■'I I 2
о НС-ЫН2 ын2 Н С —N Н2
пируват СООН СООН
глутамин глутаминовая
кислота
соон соон
сн2 сн
„ _____ , 1тт пиридоксальфосфат I 2
н,с-с-соон + сн2 -^-^—н,с-сн-соон + сн,
3 I I I 3 I 1 2
о нс-ын, ПН, с = о
1 2 I
пируват СООН СООН
глутаминовая а-кетоглутаровая
кислота кислота
а-Аланин получают аммонолизом а-хлор(бром)пропионовой кислоты. Ь-аланин применяют для синтеза пептидов, в смеси с другими аминокислотами -для парентерального питания.
В растворе аланин, как и все аминокислоты подвергается обратимой ступенчатой ионизации. В зависимости от рН среды аминокислота существует в трех формах: молекулы, имеющей биполярно-ионную структуру, катиона и аниона.
ТТ+ ТТ+
н3^-сн(сн3)-соон-<-н3^-сн(сн3)-соа н2м-сн(сн3>соа
Аланин имеет две активные функциональные группы (амино- и карбоксильную), способные к образованию химических связей с ионами переходных металлов. Константы ионизации аланина приведены ниже:
Таблица № 1.
Константы ионизации а-аланина.
рК! (СООН) Рк2 №) Литература
2,35 9,69 [13]
2,35 9,87 [14]
2,34 9,79 [15]
2,50 9,84 [16]
2,50 9,81 [17]
2,50 9,87 [18]
1.2. Серии.
Серии (2-амино-З-гидроксипропановая; а-амино-Р-оксипропионовая кислота; Ser); HO-CH2-CH(NH2)-COOH, C3H7NO3. (Mr= 105,1) [14]. Серии имеет сладковатый вкус, кристаллизуется в виде призм или пластинок. L-Ser ТПЛ=228°С (с разд.), DL ТПЛ=246°С (с разл.).
Серин был обнаружен Крамером в 1863 году в серицине шелка [19]. Серин можно получить синтезом Штреккера из гликолевого альдегида [20].
СН2-С-Н +HCN-► СНо-
I II г
ОН О он ОН ОН NH,
Н
-с-
-CN Шз » СН2-
Н
-с-
-CN
9,275 Н20; 0,0006725 в спирте;
2Н^0(Н+) > СН2—g—COO- + NH3 ОН NH3+ Растворимость DL-серина 5,025,
л/ч
нерастворим в эфире; L-серина 25 Н20, нерастворим в спирте, в эфире.
Разрушается горячей разбавленной щелочью. Рацемизуется в водных растворах при рН=9.
соон соон
н-
-nh2
nh2-
-н
сн2он сн2он
Э-серин Ь-серин
Разделение антиподов Б,Ь-серина, помимо химических реакций, может быть достигнуто ферментативно с помощью карбоксипептидазы, которая расщепляет К-ацильные производные только для Ь-серина [21].
В растворах серин существует в виде биполярного иона (НО)СН2СН(КН3+)СОО\ Константы ионизации представлены в таблице №2.
В серине имеется три функциональные группы, способные к взаимодействию с ионами металлов: -N112, -СООН и -ОН.
Таблица №2.
Константы ионизации серина.
рК! (СООН) рК2 (1ЧН2) Литература
2,21 9,15 [13]
2,21 9,18 [14,15]
2,21 9,24 Г22]
2,21 9,12 [23]
2,21 9,12 [24]
Для Ь-серина характерны все свойства типичных аминокислот. Он является амфотерным электролитом, способен образовать соли как с кислотами, так и с щелочами и другими основаниями, вступает в реакции а,р-элиминации и дегидратации:
-Н,0
сн9-сн—соон
I I
ОН 1ЧН2
сн,
+Н20
:с-СООН -^СН3-С
-мъ
"СООН
о
Альдольное расщепление серина приводит к образованию глицина и формальдегида:
ТСР
СН?
н -с-
-соон
— >Ш2-
-сн9
соон + нсно
ОН 1МН2
где ТвБ - тетрагидрофолат, который является акцептором формальдегида. При взаимодействии с Р285 серин превращается в цистеин:
уО О
# //
сн2—сн—с —н2с—сн—с' \ \
О"
ОН мн3+ о- 8Н
При энергичном восстановлении (например: Н1, Р) серин переходит в аланин [19].
Н1,Р
СН,
-СН-СООН
Н3С-СН-СООН
№12
ОН Ш2
Характерная цветная реакция на серин - действие йодной кислоты и
реактива Несслера (дает красно-коричневый цвет).
Серии, одна из важнейших аминокислот, входит в состав почти всех белков, особенно много серина в фиброине и в серицине шелка.
Активность ряда ферментов (трипсин, химотрипсин, холинэстераза) связана со специфической реакционной способностью оксигруппы серина, входящего в структуру их активных центров.
В организме серин образуется в результате трансаминирования и последующего фосфорилирования 3-фосфопировиноградной кислоты, участвует в биосинтезе триптофана и серосодержащих аминокислот.
Характерной особенностью фосфопротеидов, таких как вителлин яйца, хитулин икры рыб и некоторых других, является то, что фосфорная кислота оказывается связанной сложноэфирной связью с белковой молекулой через гидроксильные группы (3-гидроксиаминокислот, главным образом, серина и в меньшей степени треонина:
СН2-
I
сн-
-он
соон
L-серин
он
nh2 + НО-р=0
он
-НоО
сн2-
I
СН—
-о-
-nh2
он
он
соон
Серин-фосфорная кислота (фосфосерин)
В животных тканях и в печени человека открыты три специфических фермента, катализирующих неокислительное дезаминирование серина, треонина, цистина.
Важные антибиотики - азосерин и циклосерин - являются производными серина. Из серина синтезируются в организме этанол и холин [25].
Учитывая важную роль серина в биохимических процессах, большой интерес представляет изучение его взаимодействия с металлами. 1.3. Аспарагиновая кислота.
Аспарагиновая кислота (аминоянтарная кислота, Asp, C4H7O4N) НООС-CH2CH(NH2)-COOH относится к числу наиболее распространенных
аминокислот. Она была впервые выделена Риттхаузеном в 1868 году из белков конглутина и легумина [26].
Аспарагиновая кислота известна в виде следующих оптических изомеров: L-аспарагиновая кислота, плавится при 270°С (с разложением), [a]20D=+4,36 (в водных растворах) и D-аспарагиновая кислота с температурой плавления 280°С (с разложением), [a]20D=-25,5 [27,28]. Мг=133,12.
Аспарагиновая кислота по внешнему виду представляет собой белый порошок. L-изомер обладает характерным горьковатым вкусом. D-изомер безвкусен. Каррер установил конфигурационную эквивалентность аспарагиновой кислоты и аспарагина с L-треонином. Было показано, что природная аспарагиновая кислота относится к L-аминокислотам [29].
Аспарагиновая кислота плохо растворима в воде, нерастворима в спирте и эфире.
Разработаны хроматографические, химические и микробиологические методы выделения и определения аспарагиновой кислоты, основанные на нерастворимости ее кальциевой и бариевой солей [30].
Аспарагиновую кислоту получают из аспарагина путем кислотного гидролиза или из белковых гидролизатов. Синтетически аспарагиновую кислоту получают конденсацией аминомалонового эфира с эфиром хлоруксусной
кислоты с последующим гидролизом и декарбоксилированием:
ос2н5 ос2н5
с=о с=о
H2N-C-H + CICH2-C=O H2N-C-ch2-C=O 3HJ°h(H0>h =
С=0 OC2Hs с=о oc2H5 2 5
ос2н5 ос2н5
он он
с=о с=о
- H20(Hi, H,N-C-CH,-C=0 t[ H,N-CH -ЗС2Н6ОН . ^ 26н -С02 .Hj
он соон
Аспарагиновая кислота относится к моноаминодикарбоновым кислотам. Она содержит три донорные группы и может быть moho-, би- и тридентатным лигандом. Константы ионизации кислоты в водном растворе имеют значения приведенные в таблице №3.
Таблица №3.
Константы ионизации аспарагиновой кислоты.
рК, (а-СООН) рК2 (Р-СООН) рК3 (1ЧН2) Литература
1,65 3,65 9,56 [1]
2,09 3,86 9,82 Г13]
1,99 3,90 9,90 [14]
1,95 3,68 9,63 [29]
1,94 3
