Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Физиологическое значение и биохимия оксида азота и его форм 7
1.1.1. Методы определения NO in vivo и in vitro 16
1.1.2. Роль оксида азота в неопластическом процессе 25
1.2. Эндогенные и экзогенные доноры оксида азота 29
1.3. Комплексы железа в биологических системах 39
1.3.1. Железо-серные комплексы 40
1.3.2. Нитрозильные железо-серные комплексы - аналоги биорезервуаров N0. Методы синтеза, строение и свойства 43
1.4 Функциональные лиганды в синтезе нитрозильных железо-серных комплексов 54
1.4.1 Координационная способность и биологические свойства гетероциклических тиолов ряда имидазола 58
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Синтез нитрозильных комплексов железа 62
2.2. Физико-химические методы исследования
2.2.1. Рентгеноструктурный анализ 63
2.2.2. ИК-спектроскопия 64
2.2.3. Мессбауэровская спектроскопия 65
2.2.4. Масс-спектроскопия 65
2.2.5. Магнитные измерения 66
2.2.6. Электрохимическое определение N0 при разложении нитрозильных железо-серных комплексов 66
2.2.7. Реакции сера-нитрозильных комплексов железа с гемоглобином в водных растворах ДМСО / вода 67
Глава 3. Синтез, исследование физжо-химических свойств и no-донорной способности тиосульфатного нитрозильного комплекса железа как исходного соединения для срштеза нитрозильных комплексов железа с 2-меркаптоимидазолами 69
Глава 4. Синтез и физико-химические свойства нитрозильных комплексов железа с 2-меркаптоимидазолами
4.1. Синтез и исследование молекулярного и кристаллического строения нитрозильных комплексов железа с производными 2-меркаптоимидазола 79
4.2. Магнитные свойства нитрозильных комплексов железа с 2-меркаптоимидазолами 92
Глава 5. NO-донорная активность нитрозильных комплексов железа с 2-меркаптоимидазолами
5.1. Масс-спектры газовой фазы при разложении поликристаллов нитрозильных комплексов железа с 2-меркаптоимидазолами 97
5.2. Реакции сера-нитрозильных комплексов железа с гемоглобином в растворах ДМСО / вода 98
5.3. NO-донирование нитрозильных комплексов железа с 2-меркаптоимидазолами в растворах ДМСО / вода 104
Выводы 107
Литература 109
Приложение 131
- Нитрозильные железо-серные комплексы - аналоги биорезервуаров N0. Методы синтеза, строение и свойства
- Реакции сера-нитрозильных комплексов железа с гемоглобином в водных растворах ДМСО / вода
- Синтез и исследование молекулярного и кристаллического строения нитрозильных комплексов железа с производными 2-меркаптоимидазола
- Реакции сера-нитрозильных комплексов железа с гемоглобином в растворах ДМСО / вода
Введение к работе
Открытие монооксида азота как важнейшего регулятора многих
физиологических процессов в организмах млекопитающих и человека явилось
одним из значительных достижений современной мировой науки и привлекло
большое внимание исследователей в области химии, биологии и медицины.
Многие эффекты воздействия N0 в организме удалось выявить благодаря
созданию и исследованию экзогенных доноров N0 - соединений, способных в
ходе метаболитических процессов генерировать оксид азота. Это хорошо
известные нитроглицерин, нитропруссид натрия, молсидомин, нитрозоцистеин
и др. В настоящее время ведется активный поиск новых доноров N0 с целью
создания лекарственных препаратов нового поколения для лечения социально-
значимых заболеваний (онкологических, сердечно-сосудистых,
нейродегеративных) с улучшенным спектром активности и уменьшенными
побочными эффектами по сравнению с уже используемыми клиническими
препаратами.
На сегодняшний день огромное количество работ так или иначе касаются темы изучения оксида азота. Половина из них посвящена синтезу нитрозильных металлокомплексов. И это количество ежегодно увеличивается вдвое. В связи с этим особое внимание уделяется синтезу нитрозильных комплексов железа с серосодержащими лигандами, поскольку эти соединения образуются in vivo в организмах многих живых существ, начиная с бактерий и заканчивая высшими растениями и млекопитающими.
Анализ литературных данных показал, что большинство исследователей считают, что в живых клетках нитрозильные комплексы с серосодержащими лигандами существуют в двух формах: моноядерной и биядерной, находящихся в динамическом равновесии, которое зависит от концентрации тиолов. Однако, в отличие от моноядерных комплексов, так называемых динитрозильных комплексов железа (ДНКЖ), легко идентифицируемых с помощью ЭПР-спектров по характерному сигналу с g = 2,03, строение биядерных комплексов in vivo дискутируется, и единого мнения об этом до сих пор не существует. Некоторые исследователи полагают, что в биядерных комплексах атомы серы
5 связывают атомы железа так же как в «эфирах красной соли Руссена». Есть и другое мнение, согласно которому биядерные комплексы представляют собой димерные ассоциаты моноядерных нитрозильных комплексов. Однако, литературных данных по синтезу и исследованию именно нитрозильных железо-серных комплексов немного. Это обусловлено, в первую очередь, трудностями выделения и очистки, а также неустойчивостью нитрозильных комплексов in vitro. Поэтому получение и исследование нитрозильных комплексов железа с серосодержащими лигандами представляет трудную и, несомненно, важную фундаментальную задачу установления строения и изучения свойств спектральных и структурных аналогов нитрозильных адцуктов негемового железа с тиолсодержащими лигандами. Установление корреляции «структура - свойство» в подобных системах необходимо также для решения прикладных задач - получения новых доноров оксида азота для биохимических и медицинских исследований.
В настоящей работе проводится синтез и физико-химическое исследование новых устойчивых биядерных нитрозильных комплексов железа - структурных и спектральных аналогов нитрозильных аддуктов активных участков нитрозильных железо-серных белков - как потенциальных доноров N0. Получение таких комплексов основано на использовании в синтезе азагетероциклических серосодержащих лигандов с тиоамидным структурным фрагментом ц-N-C-S, обладающих высокой координационной способностью. Наличие определенных биологических свойств этих лигандов может способствовать созданию нового класса доноров, имеющих в своем составе одновременно две биохимически функциональные группы: NO-группу и RS-группу.
Цель диссертационной работы - исследование строения, физико-химических свойств и NO-донорной активности новых нитрозильных комплексов железа с 2-меркаптоимидазолами, являющихся структурными аналогами природных меркаптогистидинов.
Основными задачами в исследовании являются:
разработка методик синтеза новых нейтральных биядерных нитрозильных комплексов железа с лигандами структурного ряда 2-меркаптоимидазола;
изучение молекулярной и кристаллической структуры методами рентгеноструктурного анализа, Мессбауэровской и ИК-спектроскопии и др.;
исследование магнитных свойств синтезированных соединений;
исследование кинетики образования N0 и нитрозильного гемоглобина при разложении нитрозильных комплексов железа с 2-меркаптоимидазолами.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. В Главе 1 представлен литературный обзор, в котором особое внимание уделено биологическим свойствами оксида азота, существующим на сегодняшний день аналитическим методам определения N0 in vivo и in vitro; приведена классификация и сравнительный анализ различных синтетических NO-доноров; проведен анализ литературы, касающейся методов синтеза и структурных аспектов известных сера-нитрозильных комплексов железа, а также рассмотрены координационная способность и биологические свойства тиоимидазолов, используемых в качестве лигандов в представленной работе.
В Главе 2 представлена экспериментальная часть работы, которая включает в себя описание методик синтеза и физико-химических методов изучения сера-нитрозильных комплексов железа. В главе 3 рассмотрен синтез и физико-химические свойства биядерного нитрозильного тиосульфатного комплекса железа, который используется в настоящей работе в качестве исходного соединения для синтеза биядерных нитрозильных комплексов железа с 2-меркаптоимидазолами. Главы 4 и 5 посвящены обсуждению результатов синтеза и исследования строения и NO-донорной активности биядерных нитрозильных комплексов железа с 2-меркаптоимидазолами. В завершение диссертации представлены выводы, список используемой литературы и приложение.
Результаты настоящей диссертационной работы были опубликованы в 5 статьях и представлены на 8 научных конференциях.
Нитрозильные железо-серные комплексы - аналоги биорезервуаров N0. Методы синтеза, строение и свойства
Основной проблемой в изучении доноров оксида азота долгое время оставалось идентификация сгенерированного N0 как продукта, т.к. N0 в растворе не имеет четкой линии спектрального поглощения. Впервые выделение N0 при фотолизе нитропруссида натрия смогли уловить нитронильными нитроксидами, дающими ЭПР-активные виды соединений [43]. Неудобство этой методики, заключающееся в добавлении химически активных соединений к исследуемым растворам, подталкивало исследователей к поиску иных способов определения выделившегося оксида азота.
На сегодняшний день разработано множество методик, позволяющих в химических или клинических лабораториях идентифицировать N0. Основные из них - это колориметрический, хемилюминесцентный, хроматографический, электрохимический, электрофоретический, флуорометрический, спектры электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) [11]. Так или иначе, все методы можно разделить на прямые и косвенные.
Косвенные методы определения N0. Главный недостаток всех косвенных методов в том, что с их помощью все-таки определяется не сам оксид азота, а продукты его взаимодействия с различными веществами. ЭПР. Сам оксид азота неактивен в ЭПР, поэтому используют всевозможные ловушки, обычно это комплексы двухвалентного железа [7, 44-48]. Эти комплексы связывают молекулу N0 и образуют относительно стабильные парамагнитные комплексы с железом (спиновые аддукты), которые регистрируются методом ЭПР. По интенсивности ЭПР-сигнала можно судить о количестве продуцируемого N0. Этот метод подходит для определения N0 как in vitro, так и in vivo. В последние годы заметное развитие получила техника ЭПР-томографии, позволяющая изучать пространственное распределение N0-синтезирующих систем по органам и тканям. Метод ЭПР уступает по чувствительности метгемоглобиновому и электродному методам, но для него характерна высокая избирательность в отношении N0.
Нитрозилгемоглобин fflbNO), образующийся в результате взаимодействия N0 с гемоглобином, парамагнитен и показывает характерный ЭПР- или спектральный сигнал, что можно использовать для определения генерации N0 in vivo [49-52]. Гемоглобин, являясь основной ловушкой оксида азота в крови, реагирует с N0 двумя основными способами, зависящими от кислородного насыщения. В насыщенной кислородом артериальной крови реакция оксигемоглобина с N0 приводит сначала к образованию метгемоглобина и нитрата. В условиях низкой кислородной насыщенности (например, в венозной крови) N0 реагирует с деоксигемоглобином, координируя атом железа гема.
Проводились исследования с целью измерить уровень N0 в крови, детектируя комплексы HbNO. В отсутствии причин для повышенной продукции N0 уровень HbNO в крови обычно ниже требуемого для спектрального определения. Появление HbNO в кровотоке происходит после стимуляции индуцибельной NOS, например, при септическом шоке у животных. В экспериментах на млекопитающих, получающих нитроглицерин (нитровазодилатор, продуцирующий N0 при метаболизме), HbNO был идентифицирован лишь в 50% случаях.
Ограничение использования гемоглобина в качестве эндогенной спиновой ловушки для определения продуцирования N0 связано с существенными различиями в реактивности N0 с оксигемоглобином и деоксигемоглобином. Соотношение HbNO и метгемоглобина, образованных в условиях in vivo, будет находиться под влиянием кислородной насыщенности в локальных местах взаимодействия N0 с гемоглобином. Уровень насыщения кислородом в таких локальных местах различен и может изменяться при экспериментальных манипуляциях. К тому же HbNO присутствует в крови в нескольких конформациях, что ведет к образованию гетерогенных спектральных сигналов. Оценка N0 с помощью гемоглобина для измерении внутриклеточной генерации N0 в некоторых случаях неприменима из-за влияния других химических веществ, присутствующих в среде [52].
Определение нитратов и нитритов. Измерение уровня нитратов и нитритов в сыворотке или моче во многих исследованиях стало основой для изучения метаболизма N0 в физиологических или патологических состояниях. Были разработаны методики для определения нитратов в человеческих биологических жидкостях. Помимо традиционных технологий использовались восстановление нитратов в нитриты с последующим определением нитритов реакцией азосочетания, колориметрии или жидкостной хроматографией, несколько новейших методик основаны на капиллярном электрофорезе, флюорометрии [51; 53].
В аэробных водных растворах при физиологическом рН N0 превращается главным образом в нитрит [32]. Однако, в количественном отношении превращение N0 в нитрат в крови незначительно в сравнении с оксигемоглобин-опосредованном превращении в нитрат. Как результат, уровень нитратов в сыворотке здоровых животных почти на два порядка выше, чем нитритов [11]. Вследствие низкой концентрации нитритов относительно нитратов в биологических жидкостях, некоторые методики, применяемые в анализе сыворотки или мочи, были основаны на количественном превращении нитратов в нитриты с последующим определением общей концентрации нитритов. Результаты, полученные таким способом, обозначаются как «концентрация нитратов/нитритов» [54]. Полуколичественное определение нитритов в моче измерительным стержнем (dipstick) традиционно используется как диагностирующий тест инфекционных заболеваний мочеполовых путей, т.к. присутствие нитритов в моче считается результатом иммунного отклика на присутствие бактерий. S-нитрозотиолы. N0 охотно реагирует с тиольными группами аминокислот, пептидов или белков, образуя нитрозотиольные аддукты. Эти соединения способны моделировать многие биологические эффекты монооксида азота. Оценка индивидуальных S-нитрозотиолов может быть осуществлена с помощью хроматографии или капиллярного электрофореза, либо спекрофотометрически, контролируя поглощение при 336 нм [32, 55-56].
Реакции сера-нитрозильных комплексов железа с гемоглобином в водных растворах ДМСО / вода
Анализ основных характеристик известных доноров монооксида азота показывает их различие в строении, устойчивости, механизмах и условиях генерации монооксида азота in vivo, а также гипотензивной и вазодилататорной активностях. Однако для биологических исследований выбор NO-донора часто ограничен и определяется спецификой работы исследователя. Сегодня создаются улучшенные модификации известных доноров, а также ведется активный поиск как новых классов генераторов оксида азота, так и новых соединений в отдельных классах с целью исследования и лечения различных патологий.
В монографии [20] суммированы основные требования, выдвинутые различными авторами к донорам оксида азота, которые в определенной степени являются и обоснованием целесообразности поиска новых биологически активных веществ в этом ряду соединений: 1. Важно, чтобы целевые продукты синтеза N0 доноров можно было выделить в чистом виде и стабильном (преимущественно твердом) состоянии. 2. Для того, чтобы синтезированные соединения могли выступать в роли перспективных NO-доноров, важна их способность к относительно быстрой деградации в водных растворах при физиологических значениях рН с высвобождением оксида азота без необходимости редокс-активации. 3. При разложении NO-доноров должен образовываться оксид азота с количественным выходом без возникновения каких-либо других токсичных веществ. В этой связи наиболее перспективным классом NO-доноров является, прежде всего, класс железо-сера-нитрозильных комплексов. Несмотря на то, что нитрозильные комплексы железа с серосодержащими лигандами до сих пор остаются малоизученными, преимущества их использования в дальнейшем в качестве новых доноров монооксида азота - несомненны: во-первых, они образуются in vivo, во-вторых, варьируя лиганды R в широком диапазоне биологических свойств (антибактериальные, антимикробные и противоспалительные агенты, антиметаболиты, ингибиторы ферментов и т.д.), можно получить соединения, перспективные для исследований в химии, биологии и медицине.
Железо - самый широко распространенный переходный металл в большинстве живых организмов, вовлеченный во множество биопроцессов. Железо обладает низким потенциалом FeH/Fem и широкими координационными возможностями: оно способно координировать различные лиганды, присутствующие в биологических системах: аминокислоты, тиолы, фенолы и порфирины. Большая часть железа связана в гемоглобине, остальное находится в форме ферритина, миоглобина, цитохромов и других белков [4]. Самые распространенные комплексы железа в биологических системах порфириновые комплексы и Fe-S кластеры. Все эти железосодержащие энзимы можно рассматривать как классические координационные соединения, где аналогом белка является сложный надмолекулярный лиганд, который сохраняет все донорные атомы в нужном пространственном расположении, экранируя реакционный центр от нежелательных реагентов и обеспечивая каналы доступа и места связывания для соответствующих субстратов. Во многих случаях лиганд меняет окислительно-восстановительные свойства железного центра, это особенно очевидно в случае железо-серных белков и ферментов Р450-типа [4].
Основными ловушками для N0 в биорегуляторных условиях являются металлические центры, особенно железо-протеины [41]. Образование координационных связей между N0 и металлическими центрами ведет к изменению функциональных свойств белков. Гуанилат циклаза, гемоксигеназа и TfR-белок активизируются реакцией с оксидом азота, в это же время цитохром оксидаза, каталаза, цитохром Р450, нитрил гидратаза, аконитаза и протеазы им ингибируются [123]. Реакция оксида азота с металлическим центром железо-серных белков приводит к их дезактивации, одним из последствий этого является ингибирование митохондриального дыхания [11; 124-125]. Реакции с металлическими центрами металлопротеинов являются в большинстве случаев причиной цитотоксичного эффекта N0.
Многие комплексы N0 с металлопротеинами парамагнитны, и их можно уловить с помощью электронного парамагнитного резонанса. Образование парамагнитных железо-нитрозильных комплексов было идентифицировано in vitro так и in vivo в условиях усиленной работы индуцибельной NOS, как например, при клеточно-опосредованном иммунном ответе на сингенные (имеющие одинаковый генотип) злокачественные опухоли [126] или отторжении гомотрансплантантов [127].
Низковалентные ионы железа способны связывать N0 благодаря неспаренному электрону на л; -орбитали молекулы монооксида азота в пространственном и энергетическом отношении выгодно занимая (1л-орбитали металла. Связывание N0 с ионом железа - итог синергетического течения электронов от металла к лиганду в ти-системе и от лиганда к металлу в а-системе. Такие взаимодействия приспособлены природой для использования N0 в качестве биохимической сигнальной молекулы [28].
Синтез и исследование молекулярного и кристаллического строения нитрозильных комплексов железа с производными 2-меркаптоимидазола
Для измерения концентрации NO, генерируемого сера-нитрозильными комплексами железа I-IV в растворах использовали сенсорный электрод "amiNO-700" системы "inNO Nitric Oxide Measuring System" (Innovative Instruments, Inc., Tampa, FL, USA). Концентрацию NO фиксировали в течение -200 секунд (с шагом 0.2 сек.) в 1% водном растворе диметилсульфоксида (ДМСО) с концентрацией донора NO (0.1 мкМ). Очистку ДМСО осуществляли по методу [196]. Для калибровки электрохимического сенсора использовали 100 мкМ стандартный водный раствор NaN02, который добавляли в смесь, содержащую 20 мг KJ (Aldrich), 2 мл ЇМ H2S04 (марки «хч», ГОСТ 4204-77) и 18 мл воды. Все эксперименты проводили в аэробных растворах при температуре 25С. рН растворов измеряли с помощью мембранного рН-метра "HI 8314" (HANNA instruments, Germany). Обработка экспериментальных спектров для комплексов была выполнена, используя комплекс программ Origin 6.1.
Для сравнения в этих же условиях были изучены другие доноры N0: «красная соль Руссена» Na2[Fe2S2(NO)4] 8H20 (V), нитропруссид натрия Na2[Fe(CN)5NO]-H20 (VI) и диэтилентриамин-Ш-ат (VII) (C4H13N5O2).
Приготовление раствора человеческого дезоксигемоглобина. Однородный гемоглобин был выделен из свежей человеческой крови донора согласно методике [201]. Полученный таким образом водный раствор оксигемоглобина (НЬ02) концентрацией 7.5-10"4 М использовался для получения НЬ, пропусканием раствора через колонку с Sephadex G-25. Колонка готовилась по методике, примененной в [202]. На выходе получали 5 мл раствора НЬ с концентрацией около 1,5-10"4 М. Этот раствор замораживали в виде шаров в жидком азоте. Перед использованием гемоглобин размораживался в сосуде под током азота.
Все процедуры были выполнены в атмосфере чистого азота, который был дополнительно очищен, пропуская его через колонку с хромо-никелевым катализатором. Рабочие растворы (буфер, ДМСО) сначала очищались, затем помещались в сосуд, через который пропускали азот при перемешивании на магнитной мешалке в течение 30-120 минут в зависимости от объема раствора. Кюветы и сосуды с навесками нитрозильных комплексов железа также продували азотом в течение получаса. Все сосуды при использовании были герметично запечатаны, используя специальные затворы с резиновыми прокладками. Для кварцевых кювет использовали стандартные резиновые пробки, которые позволяют вводить газ или другие компоненты через иглу. Спектрофотометрия. Для регистрации спектров поглощения использовался спектрофотометр Specord М-40 (Carl Zeiss, Йена, Германия), снабженный кюветами с термореле. Спектры записывались при 25С. Для оценки концентрации HbNO, была выполнена компьютерная обработка спектров поглощения методом наименьших квадратов. Вычисления производились в диапазоне длин волн 450 - 650 нм.
Кинетика взаимодействия гемоглобина с нитрозильными комплексами железа. Для изучения кинетики образования N0, генерируемого комплексами I-IV, регистрировалось изменение спектров поглощения систем реакции, содержащих гемоглобин и комплекс. Поскольку все сера-нитрозильные комплексы железа поглощают в видимой области, регистрировались дифференциальные спектры поглощения для экспериментальной системы с гемоглобином и для буфера (оба раствора содержали соответствующий комплекс той же самой концентрации). Готовился 3,3%-ный водный раствор ДМСО с концентрацией в нем нитрозильного комплекса 2-Ю"4 М. Раствор нитрозильного комплекса впрыскивался в кювету с 7-Ю"4 НЬ для изучения и в кювету сравнения, содержащую 2,9 мл анаэробного буфера. Обе кюветы объемом 4 мл и длиной оптического пути 1 см. Регистрировались дифференциальные спектры поглощения, начиная с 1.5 минуты после начала реакции, а затем с 3-минутными интервалами. Соблюдалось уменьшение поглощения при 556 нм (максимум поглощения гемоглобина) и его увеличения при 545 и 575 нм. Изменение спектра опрекращалось через 15-40 минут.
Для сравнения в этих же условиях были изучены "красная соль Руссена" Na2[Fe2S2(NO)4]"8H20 (V), нитропруссид натрия Na2[Fe(CN)5NO]-H20 (VI) и диэтилентриамин-NO-aT (VII) (C4H13N5O2).
Для определения концентрации HbNO, в течение реакции выполнялась обработка экспериментальных спектров поглощения, чтобы определить вклад индивидуальных спектров гемоглобина и HbNO в каждом спектре. Погрешности оценивались, используя метод наименьших квадратов.
Реакции сера-нитрозильных комплексов железа с гемоглобином в растворах ДМСО / вода
Форма I характеризуется короткими длинами связей металл-NO и высоким значением частот валентных колебаний NO-rpynn (1650 - 1985 см"1). Для формы III, наоборот, характерны удлинение связей металл-NO и уменьшение значения частот валентных колебаний (1525-1590 см"1).
В исследованных ранее нитрозильных [Fe-SJ-комплексах частоты валентных колебаний обычно лежат в области 1657-1807 см"1, заряд на N0 формально можно считать нейтральным, и атом железа тогда находится в состоянии Fe(+1) (d7, S=j/2) [148].
В ИК - спектрах комплекса IV (рис. 2-4 приложения, табл. 3), в отличие от II и III, для которых характерны три полосы поглощения N0, в соединении IV обнаружены две полосы поглощения N0 групп. Расщепление полос может быть связано с неэквивалентностью NO-групп в Fe-N-О фрагментах. Частоты валентных колебаний N0 групп комплексов II-IV находятся в области более высоких значений, что, в рамках определенного формализма [3] и в совокупности с полученными данными РСА, свидетельствует о смещении электронной плотности с N0 групп на Fe. Таким образом, заряд на N0 становится более положительным, и электрофильная активность Fe(N0)2 фрагментов комплексов увеличивается. В целом значения валентных колебаний нитрозильных групп комплексов ц-N-C-S типа высоки, при этом разность двух полос поглощения составляет в среднем 65 см 1, в то время как для \i2-S- комплексов эта величина всего 20-40 см"1 [148]. Наблюдаемое в IV существенное уменьшение длины связи железа с атомом азота гетероцикла и межатомного расстояния Fe...Fe (на 0.072А по сравнению с таковым в II) (табл. 3) позволяют предположить, что комплекс с имидазолидин-2-илом будет более устойчивым, чем комплексы II и III в протонных средах.
Данные Мессбауэровской спектроскопии хорошо согласуются с данными РСА. Мессбауэровские спектры комплексов имеют вид одиночного дублета, что говорит о структурной эквивалентности атомов железа. В ряду от II к III и IV наблюдается уменьшение значения изомерного сдвига 5Fe (табл. 3), которое происходит из-за увеличения плотности s-электронов на ядрах железа и, вследствие этого, укорочения связи Fe-S. Однако, в комплексе IV мы наблюдаем некоторое увеличение длины связи Fe-S. Этот факт, по-видимому, связан с тем, что отрицательный заряд на S имидазолидин-2-ила отличается от таковых на имидазол-иле комплекса II и 1-метил-имидазол-2-иле комплекса III, содержащих, в отличие от IV, ароматический цикл.
При этом значения изомерных сдвигов этих трех комплексов почти вдвое больше по сравнению со сдвигами для комплексов со структурой [i2-S, к которым относятся и тиосульфатные комплексы [148], что говорит о более длинной связи Fe-S, чем в тионатных.
Кристаллические структуры (рис. 14-16) исследованных комплексов во многом схожи. Как видно из рисунков, все они образованы слоями, параллельными плоскости be. В комплексах II и IV между молекулами одного слоя существуют межмолекулярные контакты атома серы и фрагмента H-N в кольце лиганда. Эти контакты составляют 2.721 А и 2,606 А, соответственно. В структуре комплекса III водород при атоме азота замещен на метальную группу. Но и здесь существует контакт атома серы и С-Н метильной группы 2,815 А. Во всех трех структурах молекулы разных слоев ориентированы друг к другу NO-группами. Расстояние между слоями порядка 3 А. По всей видимости, слои связаны между собой электростатическими силами.
Исходя из -конфигурации атома железа и учитывая, что расстояние Fe...Fe превышает 4 А, можно было ожидать, что комплексы II-IV будут парамагнитны. Действительно, они, в отличие от диамагнитных u.2-S-замещенных тиосульфатных и тиолатных комплексов, дают ЭПР-сигнал [208].
Зависимости магнитной восприимчивости х(Т) для комплексов II-IV (рис 27 и 28) имеют характерный для димеров явно выраженный максимум при температурах 63, 85 и 83 К, соответственно. При низких температурах наблюдается небольшое повышение магнитной восприимчивости, вызванное наличием в образцах парамагнитных частиц другого сорта. Кривые ц.Эфф(Т) при высоких температурах стремятся к значению 2,5Д что близко к теоретическому значению 2,45/? (при g=2 g(2(S+l)S =2.45) для двух слабовзаимодействующих неспаренных электронов с S= \С.
Конфигурация железа 3d (степень окисления +1) в тетраэдрической координации имеет спин S=3/2, образованный тремя неспаренными электронами, локализованными на сіл-орбиталях. Суммарный спин парамагнитного центра образован отдельным ионом Fe(d ) (S=3/2) и двумя связанными с ним NO-группами (S=l/2). За счет сильных обменных взаимодействий л -NO электронов с dTt-электронами Fe, суммарный спин парамагнитного центра St=l/2, что находится в соответствии с теоретическими расчетами Энемарка и Фелтама [138,139]
Немонотонную зависимость магнитной восприимчивости образцов комплексов от температуры можно объяснить суммированием вкладов в полный магнитный момент примесных парамагнитных частиц со спином 3/2 и димеров с парой спинов Уг. Доля «мономерной примеси» не превышает 2%. Вклад примеси в полный магнитный момент и зависимость ее восприимчивости описывается законом Кюри-Вейса. Димеры содержат пары спинов железа, которые способны взаимодействовать друг с другом. При понижении температуры полный спин димеров уменьшается из-за обменного взаимодействия антиферромагнитного типа между ними. Этим объясняется спад магнитной восприимчивости при температурах ниже 75 К. С дальнейшим понижением температуры все большее число димеров имеют спаренные спины, находясь при этом в основном состоянии со спином комплекса, равным нулю, характерным для тетраэдрического окружения [209]. При этом возрастает вклад парамагнитной примеси, приводя к нарастанию М при Т 10 К.
Экспериментальная зависимость %(Т) с приемлемой точностью аппроксимируется суммой двух выражений, первое из которых представляет собой выражение Блини-Бауэрса [210] для магнитной восприимчивости димера с двумя спинами 1А, а второе учитывает наличие парамагнитных частиц со спином 3/2 (соотношение Кюри-Вейса):
