Взаимодействие железа (III) с лигандами пиразолонового ряда тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

1. КОМПЛЕКСЫ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ С ОРГАНИЧЕСКИМИ ЛИГ АНДАМИ И ИХ УЧАСТИЕ В ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЯХ.

1.1. Комплексы переходных металлов.

1.2. Участие комплексов железа в окислительно-восстановительных реакциях.

1.3. Биологическая роль железа.

2. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ С ЛИГАНДАМИ ПИРАЗОЛОНОВОГО РЯДА.

2.1. пиразолоны — слабые органические основания./.

2.2. Антипирин.

2.3. Пирамидон, анальгин.

3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ В РАСТВОРАХ.

3.1. спектро- и фотометрический методы установления состава комплекса.

3.2. определение количества протонов в комплексе и его устойчивости спектро- и фотометрическим методами.s.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

4.1. Определение состава, заряда и устойчивости комплексов железа (III) с пирамидоном.

4.2. Определение состава, заряда и устойчивости комплексов церия (IV) с пирамидоном.

4.3. Определение состава, заряда и устойчивости комплексов железа (III) с антипирином.

4.4. Определение состава, заряда и устойчивости комплексов железа (III) с анальгином.

РЕКОМЕНДАЦИИ ИО ПРАКТИЧЕСКОМУ ПРИМЕНЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы. Биологически активные комплексные соединения переходных металлов привлекают внимание различных ученых - химиков, физиков, биологов, медиков. Это определяется их значением в процессах жизнедеятельности живых организмов, в фармакологии и медицине. Одной из актуальных задач химии является всестороннее физико-химическое изучение взаимодействия биогенных элементов-металлов с биологически активными ли-гандами, что позволяет решать ряд теоретических и прикладных задач. В качестве лигандов применяют различные классы химических соединений: производные салициловой и антраниловой кислот; производные пиразолона, пиразо-лидина, хинолина; производные карбоновых кислот и т.д., способных взаимодействовать с металлами.

Для понимания характера взаимодействия металлов с биолигандами необходимо оценивать равновесия, которые устанавливаются в содержащих их системах, а также кинетическую стабильность систем. Наиболее важной термодинамической характеристикой комплекса металла является константа устойчивости, величину которой можно использовать для предположения о ден-татности лиганда. Кинетическая стабильность комплексов связана с реакциями замещения лиганда во внутренней сфере или с протеканием внутримолекулярных процессов окисления-восстановления, ведущими к образованию новых продуктов, что необходимо учитывать при реакциях комлексообразования металлов с биолигандами. Кинетические параметры реакций дают сведения о числе частиц, участвующих в лимитирующей стадии.

Установление кинетических закономерностей окислительно-восстановительных реакций с участием комплексов переходных металлов позволяет учитывать наличие этих реакций при планировании путей синтеза комплексных соединений с биолигандами и их применение. Препараты железа на основе комплексных соединений отличаются небольшой токсичностью и дают лучшие результаты в лечении анемии. Биологическая активность комплексов зависит от свойств металла-комплексообразователя и природы лиганда. Поскольку железо (III), как d-катион должен давать прочные комплексные соединения с кислород- и азотсодержащими лигандами (аминокислоты, белки, ДНК) и как окислитель вступать в окислительно-восстановительные реакции с некоторыми органическими веществами, то физико-химическое изучение указанных систем является актуальным.

Целью работы являлось установление связи между составом комплексов, кислотно-основными, окислительно-восстановительными свойствами лигандов, термодинамической и кинетической устойчивостью комплексов, образующихся при взаимодействии железа (III) с лигандами пиразолонового ряда - анальгетиками (антипирином, пирамидоном, анальгином), а также рекомендации по использованию полученных результатов в фармакологии и медицине.

В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:

-изучить физико-химические закономерности равновесия комплексооб-разования; процесс внутримолекулярного редокс-распада комплексов;

- установить механизм взаимодействия компонентов (железо (III) -анальгетик): процесс обратимого образования комплексов как предравновесие внутримолекулярного редокс-распада промежуточного комплекса и кинетические параметры этого процесса в различных средах;

- определить степень превращения Fe3+ и анальгина при ионной силе I = 0,17 на хлоридном фоне в системе железо (Ш)-анальгин с целью моделирования реакций взаимодействия железа (III) с анальгетиками;

- найти условия выделения комплексных ионов из системы лабильных комплексов железа (III) с антипирином, пирамидоном при их ступенчатом комплексообразовании (подбор растворителя, противоиона).

Научная новизна. Впервые проведено исследование взаимодействия биометалла железа (III) с лигандами пиразолонового ряда - анальгетиками, получены данные о механизме их взаимодействия, которые объясняют превращения этих веществ в организме. Экспериментально установлено образование комплексов состава 1:1 и 1:2 железа (III) с анальгетиками и окислительно-восстановительный распад их во времени; определена термодинамическая устойчивость комплексов в растворе и кинетические характеристики редокс-распада (порядок реакции, эффективная константа скорости, энергия активации). Впервые показано, что комплексы железа(Ш) с антипирином в кислой среде подвергаются редокс-распаду.

Обнаружена связь между устойчивостью комплексов состава 1:1 и:

- природой лиганда (его основностью) в сульфатной среде; с ростом константы протонизации лиганда в ряду антипирин - анальгин - пирамидон увеличивается значение логарифма константы устойчивости соответствующего комплекса, что связано со строением лиганда и характером его функциональных групп;

- составом среды; отличие рассчитанных значений констант устойчивости для комплексов одинакового состава в различных средах

SO4" , СГ, NO3) объяснено образованием смешаннолигандных комплексов.

Установлено, что при одинаковых условиях (постоянства среды, температуры, ионной силы, рН, соотношения компонентов) более высокая эффективная константа скорости окислительно-восстановительного распада комплекса [FeAnal]3+ по сравнению с комплексами [FePir]3+ и [FeAnt]3+ обусловлена более выраженными восстановительными свойствами анальгина за счет присутствия в его молекуле не только атома азота диметиламиновой группы, но и 80з-группы.

По данным анализа электронных спектров поглощения в видимой области высказано предположение об образовании комплексов с переносом заряда типа ML в системах, содержащих железо (III), церий (IV) и пиразолоны.

Практическая ценность работы. Данные по изучению процессов взаимодействия железа (III) с анальгетиками, указывающие на образование комплексов средней устойчивости, подвергающихся окислительно-восстановительному распаду, образование смешаннолигандных комплексов, определение глубины реакции между взаимодействующими компонентами в физиологических условиях могут быть использованы фармакологами для расширения знаний о механизме действия анальгетиков в организме.

Разработанная методика фотометрического определения небольших количеств антипирина (CAnt= 1,0 • 10"4-1 ?0-10"3 моль/л) является более простой и удобной в отличии от известного иодометрического метода и может быть использована для анализа фармакологических препаратов.

Выводы

1. Изучено равновесие комплексообразования железа (III),церия (IV) с ли-гандами пиразолонового ряда с образованием комплексов состава 1:1 и 1:2. Установленный факт влияния среды (NO3, SO^, СГ) на величину константы устойчивости комплексов связывается со смешаннолигандным комплексообразо-ванием.

Согласованность результатов.'различных методов (D-pH, Бенеши-Хильдебранда) определения констант устойчивости комплексов свидетельствует о правильном учете основных равновесий в растворе.

2. Установлена взаимосвязь между устойчивостью комплексов состава 1 : 1 и основностью лиганда в сульфатной среде: с ростом константы протони-зации лиганда (антипирин < анальгин < пирамидон) увеличивается значение логарифма константы устойчивости соответствующего комплекса. Константа устойчивости комплекса состава 1 : 2 более высоко заряженного комплексооб-разователя церия (IV) выше, чем у комплекса железа (III) того же состава.

3. Впервые в указанных комплексообразующих системах железо (III) -анальгетик изучено окислительно-восстановительное взаимодействие. Показано, что при одинаковых условиях (сульфатная среда, 1 = 2, р[Н] = 1,72) более высокая эффективная константа скорости окислительно-восстановительного

3~Ь 3+ 3+ распада комплекса [FeAnal] по сравнению с комплексами [FePir] и [FeAnt] обусловлена более выраженными "восстановительными свойствами анальгина за счет присутствия в его молекуле не только атома азота диметиламиновои группы, но и замещенного атома водорода на SO3 -группу. Эффективная константа скорости окислительно-восстановительного распада комплекса [FePir] о. • * выше, чем у комплекса [FePir2] ,что может быть связано с более высокой кинетической активностью комплексов низшего состава.

4. По анализу электронных спектров поглощения комплексов железа (III) с пиразолонами в видимой области сделано предположение об образовании смешанновалентных соединений железа (II, III), которая объясняется переносом заряда с лиганда на металл.

5. Из системы лабильных комплексов выделены ионы в составе соединений [FePir]С1з ■ Н20, [FeAnt6](C104)3, [FeAnt]2Glut3, [FeAnt3]Cl3 • Н20. Смещение частоты валентных колебаний v(CO) в полученных солях в низкочастотную область по сравнению с v(CO) в ИК-спектрах свободных антипирина и пирамидона позволяет сделать предположение об участии в координации атома кислорода С = О группы антипирина и пирамидона.

6. Предложена методика фотометрического определения антипирина в химических и фармакологических препаратах.

7. Изучена глубина реакции по железу (III) и анальгину во времени в физиологических условиях (1 = 0,17; NaCl). Уменьшение содержания железа (III) и анальгина во времени должно быть учтено при использовании препаратов анальгетического действия.

1. Пузаков С.А. Химия. — М.: Медицина, 1995. — 623 с.

2. Скорик Н.А., Кумок В.Н. Химия координационных соединений. — М.: Высш. шк., 1975. —207 с.

3. Sillen L.G. Stability constans of metal-ion complexes.;— London.: The Chemical society, Burlington House, 1964. — r. 1.2. — 758 p.

4. Координационные соединения металлов в медицине. / Под ред. Е.Е.Крисс. — Киев: Наук, думка, 1986. — 215 с.

5. Биологические аспекты координационной химии. /Под ред. К.Б. Яцимирского. — Киев: Наук, думка, 1979. — 266 с.

6. Неорганическая биохимия: Ред. Эйхгорн Г.М. Пер. с англ. / Под ред. М.Е.Вольпина, К.Б.Яцимирского. — М.: Мир, 1978. — Т.1. — 711 с.

7. Васильева Л.Ю. Взаимосвязь структуры и функций биологически активных комплексных соединений. Тверь, 1995. — 63 с.

8. Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия. — М.: Изд. МГУ, 1991. —4.1.— С. 329-333.

9. Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия. — М.: Изд. МГУ, 1994. — 4.2. — 623 с.

10. Ю.Новоселов Р.И., Соколовская И.П., Макотченко Е.В. О промежуточных соединениях в окислительно-восстановительных реакциях с участием комплексов //Извест. сибир. отдел, академии наук СССР. — 1976. — №2. — С. 40-46.

11. П.Тоуб М. Механизмы неорганических реакций: Пер. с англ. /Под ред. К.Н.Семененко. —М.: Мир, 1975. — 275 с.

12. Скорик Н.А., Евтушенко Д.Н., Плотников В.М. О взаимодействии ионов железа (II, III) с аскорбиновой кислотой //Журн. неорган, химии. — 1997. — Т.42. № 1. —С. 71-75.

13. Курбатова Г.Т., Крисс Е.Е., Алексеев Ю.В. и др. Синтез и исследование ас-корбинатов ванадия (IV) и железа (II) //Журн. неорган, химии. — 1979. — Т.24., вып.7. — С. 1891-1895.

14. Афанасьев И.Б. Анион-радикал кислорода в химических и биохимических процессах // Успехи химии. — 1979. — Т.48. № 6. — С. 1014.

15. Григорьева А.С., Канахович Н.Ф., Крисс Е.Е. и др. Взаимодействие между трифенилвердазильным радикалом и комплексами меди, железа, алюминия и цинка с N -3-трифторметилфенилантрониловой кислотой // Коорд. химия. — 1985, —Т.11, вып. 12. —С. 1620-1625.

16. Комиссаров В.Д., Денисов Е.Т. Кинетика и механизм окисления метилэтил-кетона в присутствии комплексов Fe(III) и о-фенантролина // Журн. физич. химии. — 1970. — Т.44. № 2. — С: 390-395.

17. Козлов А.В., Егоров Д.Ю., Владимиров Ю.А. и др. Механизм взаимодействия десферала с ионами Fe2+ в присутствии кислорода воздуха // Журн. физич. химии. — 1990. — Т.64, вып.1. — С. 225-228.

18. Von Th. Kaden, D.Walz, S.Fallab. Reaktivitat von Koordinationsverbindungen IV. Uber die Autoxydation von Eisen (II) — Salz Losungen // Helvetica Chimica Acta. — 1960. —Vol.18. Fasc.6. —No. 1639-1645.

19. Дука Г.Г., Батыр Д.Г., Романчук Jl.C. и др. Фотохимическая трансформация оксикислот в присутствии ионов железа (III) //Журн. коорд. химии. — 1990. — Т.16., вып.1. — С. 93-105.

20. Хакимов Х.Х., Татарская А.З. Периодическая система и биологическая роль элементов. — Ташкент: Медицина, 1985.'— 185 с.

21. Хартли Ф., Бёргес К., Олкок Р. Рвновесие в растворах: Пер. с англ. / Под ред. О.М.Петрухина. — М.: Мир, 1983. — 360 с.

22. Блюменфельд JI.A. Гемоглобин // Соросов, обозр. журн. — 1998. — № 4. — С. 33-38.

23. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Основы' неорганической химии: Пер. с англ. / Под ред. Ю.А.Устынюка. — М.: Мир, 1979. — 677 с.

24. Макаров К.А. Химия и медицина. — М.: Просвещение, 1981. — 141 с.

25. Копылова В.Д., Астанина А.Н. Ионитные комплексы в катализе. — М.: Химия, 1987. — 191 с.

26. Яцимирский К.Б. Введение в бионеорганическую химию. — Киев: Наук, думка, 1976. — 144 с.

27. Диантипирилметан и его гомологи как аналитические реагенты // Ученые записки № 324. — Пермь, 1974, — 280 с.

28. Нейланд О.Я. Органическая химия. — М.: Высш. шк., 1990. — 743 с.

29. Бусев А.И., Акимов В.К., Сайд Алеша Сабер. Галогеиидиые комплексные соединения висмута и кадмия с некоторыми производными пиразолона. Фотометрическое определение висмута // Журн. аналит. химии. — 1970. — Т.25,№5.с. 918-923.

30. Бусев А.И., Акимов В.К., Гусев С.И. Производные пиразолона как аналитические реагенты // Успехи химии. — 1965. — Т.34, № 3. — С. 565-579.

31. Бусев А.И., Зайцев Б.Е., Акимов. В.К. О строении соединений антипирина и его производных с ацидокомплексами металлов // Журн. общ. химии. — 1965. Т.35, вып.9. — С. 1548-1551.

32. Акимов В.К., Бусев А.И., Зайцев Б.Е. и др. О строении соединений антипирина и некоторых его производных с металлами // Журн. общ. химии. — 1967. — Т.37, вып.З. — С. 658-662.

33. Мелентьева Г.А. Фармацевтическая химия. — М.: Медицина, 1968. — 775 с.

34. Канаев Н.А. Антипирин и некоторые его производные как аналитические реагенты на четырехвалентный церий //Журн. аналит. химии. — 1963. — Т. 18, вып.5. — С. 575-583.

35. Медведев Ю.Н., Зайцев Б.Е., Кузнецов M.JI. и др. Комплексообразование безводных нитратов лантанидов с амидопирином // Журн. неорган, химии.1994. —Т.39,№9. —С. 1505-1509.%

36. Еремин Ю.Г., Каточкина B.C. Методы синтеза и растворимость комплексных соединений роданида скандия с антипирином и пирамидоном // Журн. неорган, химии. — 1970. — Т.15, вып. 11. — С. 2960-2963.

37. Еремин Ю.Г., Каточкина B.C., Комиссарова JI.H. Синтез новых соединений роданида и перхлората скандия с органическими аминами // Журн. неорган, химии. — 1970. — Т.15, вып.8. — С. 2067-2070.

38. Физикохимическое изучение некоторых биокомплексов антипирина. Physicochemical studies on some antipyrine biocomplexes / Sharma U.S.P., Choudhary G.L., Singh B. // J.Indi an Chem. Soc. — 1995. —72. №9. C. 32-35. Англ.

39. Голуб A.M., Копа M.B., Цинцадзе Г.В. Координационные соединения селе-ноцианатов лантана, церия, празеодима и неодима с диантипирилметаном и уротропином //Журн. общ. химии. — 1971. — Т.41, вып.1. — С. 15-20.

40. Акимов В.К., Бусев А.И., Мурачашвили У.А. Гексафторотанталаты антипирина и его производных // Журн. неорган, химии. — 1971. — Т. 16, вып.З. — С.680-684.

41. Живописцев В.П.,Вержбицкий Ф.Р., Петров Б.И. и др. Высокочастотное титрование солей диантипирилметана // Ученые записки №289. Химия. Пермь. — 1973. — С. 73-80.

42. Комплексы иодидов редкоземельных элементов с 4-(2', 4'-диоксифенилазо) антипирином. Thomas marykuttu, Nair M.K.Muraludharan, Radhakrichnan

43. Р.К.//Synth, and Rcact. Inorg. and Metal-Org. Chem. — 1995. — 25. №3. C. 471-479.

44. Файгель Ф. Капельный анализ органических веществ. — М.: Госхимиздат, 1962, —836 с.

45. Мелентьева Г.А., Антонова JI.A. Фармацевтическая химия. — М.: Медицина, 1993. —С. 347-350.

46. Яцимирский К.Б., Костромина Н.А. и др. Химия комплексных соединений редкоземельных элементов. — Киев: Наук, думка, 1966. — 494 с.

47. Бабко А.К., Евтушенко Н.П., Тананайко М.И. Инфракрасные спектры и строение соединений роданидных ацидокомплексов металлов с пирамидоном и диантипирилметаном // Укр. хим. журнал. — 1968. — Т.34, №11. — С. 1156-1162.

48. Lenarcik В., Wisniewscki М., Gabryszewski М. Complexation capacity of some Biologically Active Derivatives of 5-pyrazolone //Pol. J. Chem. — 1980. — v. 54. № 10.—P. 1869-1874.

49. Зайцев Б.Е., Акимов B.K., Бусев А.И. и др. О строении комплексов пирамидона с металлами //Журн. общ. химии. — 1965. — Т.35. № 12. — С. 21192123.

50. Воскресенская О.О., Наприенко Е.Н., Скорик Н.А. Изучение взаимодействия церия (IV) с диметилантипирином//Журн. неорг. химии. — 1999. — Т.44.№9. —С. 1507-1510.

51. Черкасов В.М., Петрова В.А. Новый объемный полумикрометод определения пирамидона //Журн. аналит. химии. — 1950. — Т.5, вып.5. —1. С. 305-307.

52. Большая медицинская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1962. — Т.24. — 1247 с.

53. Буду Г.В., Тхоряк А.П. Координационные соединения переходных металлов. — Кишинев: Штиинца, 1983. — С. 7-11.

54. Акимов В.К., Бусев А.И., Емельянова И.А, Константы ионизации антипирина и его производных. Н-комплексы с бутилфенолом и энергия Н-связи //Журн. общ. химии. — 1971.—Т.41, вып. 1. —С. 196-199.

55. Акимов В.К., Зайцев Б.Е., Гусев А.И. и др. ИК-спектры производных диан-типирилметана и их соединений //Журн. общ. химии. — 1970. — Т.40, вып. 12. — С. 2711-2713.

56. Преображенский Н.А., Генкин Э.И. Химия органических лекарственных веществ. — M.-JL: Госкомиздат; 1953. -— 592 с.

57. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. — М.: Химия, 1990. —Т.2. —846 с.

58. Шлефер Г.Л. Комплексообразование в растворах: Пер. с нем. / Под ред. А.А.Гринберга. — М.: Мир, 1964. — 379 с.

59. Костромина Н.А., Кумок В.Н., Скорйк Н.А. Химия координационных со• ♦единений. — М.: Высш. шк. 1990. — 432 с.

60. Крисс Е.Е., Курбатова Г.Т. Комплексообразование ванадия (IV) с аскорбиновой и дегидроаскорбиновой кислотами // Журн. неорган, химии. — 1976. — Т.21, —С. 2368.

61. Бабко А.К. Физико-химический анализ комплексных соединений в растворах. —Киев: Изд. АН УССР, 1955. — 326 с.

62. Кумок В.Н., Скорик Н.А. Лабораторные работы по химии комплексных соединений. — Томск: Изд. ТГУ, 1983. — 140 с.

63. Скорик Н.А., Чернов Е.Б. Расчеты с использованием программируемых микрокалькуляторов "Электроника" в курсе химии комплексных соединений // Методические указания и прикладные программы. — Томск, 1987. — 54 с.

64. Перминов П.С., Федоров С.Г., Матюха В.А. и др. О поведении церия (IV) в оксалатных растворах //Журн. неорган, химии. — 1968. Т. 13. №2. — С. 472-477.

65. Фиалко М.Б. Неизотермическая кинетика в термическом анализе. — Томск: Изд. ТГУ, 1981. — 108 с.

66. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений: Пер. с англ. / Под ред. А.А.Мальцева, т— М.: Мир, 1965. — 216 с.

67. Накамото К. ИК-спектры неорганических и координационных соединений: Пер. с англ. / Под ред. Ю.А.Пентина. — М.: Мир, 1966. — 411 с.

68. Инцеди Я. Применение комплексов в аналитической химии: Пер. с англ.

69. О.М.Петрухина, Б.Я.Спивакова. — М.: Мйр, 1979. — С. 295.

70. Шарло Г. Методы аналитической химии. Количественный анализ неорганических соединений. — М.: Изд. Химия, 1965. — С. 897, 621, 435.

71. Саратиков A.C., Прищеп Т.П., Яворовская В.Е. Противовоспалительные средства группы пиразола.- Томск: Изд. ТГУ, 1975.-198с.

72. Кольтгоф И.М., Белчер Р., Стенгер В.А., Матсуяма Дж. Объемный анализ,-М.: Госхимиздат, 1961 .- Т.З.- С.200.

73. Шемякин Ф.М., Карпов А.Н., Брусенцов А.Н. Аналитическая химия.-М.: Высш.шк., 1973.-С.195.

74. Трубачёва JI.B., Печурова Н.И. Изучение гидролиза церия (IV) в сульфатном растворе // Журн. неорган, химии. 1981. -Т.26, № 12. - С.3254 . 3258.

75. Органикум: Пер. с нем. / Под ред. Е.В. Ивойловой. М.: Мир, 1992. - С. 133 -136.

76. Марк Г., Рехниц Г. Кинетика в аналитической химии: Пер. с англ. / Под ред. К.Б. Яцимирского. М.: Мир, 1972. -368 с.

77. РОСС V! VK" f. И'Л ГО-СУД Л PC • :?£Нг} -6-PJ