Введение к работе
Актуальность проблемы. Разработка методов синтеза и изучение закономерностей образования и строения комплексных соединений металлов с биологически активными веществами (лекарственными препаратами, пестицидами, регуляторами роста и феромонами) является актуальной проблемой современной химии координационных соединений и бионеорганической химии. Это обусловлено тем, что комплексообразование является быстро развивающимся направлением поиска веществ с улучшенными характеристиками и одним из методов решения экологических проблем. Наряду с этим, комплексообразование в ряде случаев позволяет получать сведения о механизме биоактивности лигандов, что важно для целенаправленного синтеза новых биологически активных соединений. При этом принципиально важным является знание строения как свободных лигандов, так и металлокомплексов. Настоящая работа посвящена исследованию комплексообразования солей металлов с производными 3,4-дигидроизохинолина, хинолина, 1,2-ди-гидрохинолина, бензимидазола, пиридина, пиразолона, триазола, гуанидина и анилина. Выбор лигандов определялся тем, что все указанные соединения относятся к полидентатным амбидентным N-содержащим биологически активным веществам. Большинство из них обладают способностью к таутомерным и конформационным превращениям, могут образовывать комплексы не только в молекулярной, но и в ионных формах, являются потенциально полиден-татными и, следовательно, могут образовывать целый ряд изомерных металлокомплексов. Поэтому разработка методов синтеза, определение строения комплексов и изучение факторов, влияющих на состояние лигандов в них, имеет самостоятельный интерес для химии координационных соединений. Металлокомплексы указанных соединений перспективны для поиска среди них веществ с фармакологической и пестицидной активностью. Это определяется свойствами лигандов. Так производные 3,4-дигидроизохинолина обладают фармакологической активностью. Триметилзамещенные гидрированные хинолины известны как стабилизаторы каротинов, кормов и каучуков, антиоксиданты масел и высоконенасыщенных соединений. Метиловый эфир Ы-(бензимидазолил-2)-карбаминовой кислоты (БМК), 2-(4'-тиазолил)-бензинидазол (ТБ), N.N-диме-тил-Н-(3-хлорфенил)-гуанидин (ФДН), метиловый эфир н"-(2,6-ди-метилфенил)-Н-(2-метоксиацетил)-аланина,(3,3-диметил-1-(1-Н-1, 2,4-триазолил-1)-1-(4-хлорфенокси)-бутанон-2 и (3,З-диметил-1 -(1-Н-1,2,4-триаэолил-1)-1-(4-хлорфенокси)-бутанол-2 - пестициды различного действия.
К началу настоящих исследований сведения о металлокомплек-сах производных 3,3-диметил-3,4-дигидроизохинолина, 4-амино-нафто[2,3-п]хинолин-7,12-диона, 1-Н-2-фенилнафто[2,3-п]хино-
лин-4,7,12-триона, 6-гидрокси-2,2,4-триметил-1,2-дигидрохино-лина, 1,2-дигидро-3-(2-оксифенил)-4-нитропиразол-5(ЗН)-она отсутствовали. Не были детально изучены строение и таутомерные превращения ряда лигандов (производных 3,4-дигидроизохинолина, 4-амино- и 4-гидраксинафто[2,3-п]хинолин-7,12-дионов, БМК, 1,2-дигидро-3-(2-оксифенил)-4-нитропираэол-5(ЗН)-она, ФДН). В литературе имелись лишь отдельные сообщения о синтезе и характеристиках металлокомплексов незамещенного пиридинантрахинона, БМК, ТБ, ФДН, метилового эфира М-(2,6-диметилфенил)-И-(2-ме-токсиацетил)-аланина, 3,3-диметил-1-(1-Н-1,2,4-триаэолил-1)-1-(4-хлорфенокси)-бутанона-2 и 3,3-диметил-1-(1-Н-1,2,4-триазо-лил-1)-1-(4-хлорфенокси)-бутанола-2. При этом сведения об их строении во многом носят дискуссионный характер.
Диссертационная работа выполнена в соответствиии с планом НИР кафедры общей химии Российского университета дружбы народов, проводимых по плану НИР Университета (№ гос. регистрации 01.860008270, 01.91.0019693) и в соответствии с координационным планом АН СССР (Неорганическая химия, раздел 2.17.2.1. "Синтез новых типов координационных соединений, включая хелат-ные, комплексонаты и гетеросоединения").
Цель исследования. Диссертационная работа посвящена решению проблемы разработки методов синтеза координационных соединений металлов с биологически активными N-содержащими веществами, установления закономерностей, связывающих физико-химические свойства полученных металлокомплексов с особенностями их электронного и пространственного строения, а также поиска среди них практически полезных веществ.
Объектами исследования явились координационные соединения Cr(III), Mn(II), Fe(III), Co(II), Ni(II), Cu(II), Zn, Pd(II), Ga(lll), in(III), Ag(I), Cd и Hg(II) с производными 3,4-дигид-роиэохинолина, хинолина, пиридина, бензимидаэола, триазола, анилина, пиразолона и гуанидина.
Для решения указанной проблемы было необходимо: - разработать методы синтеза и выделить в твердом состоянии металлокомплексы вышеперечисленных лигандов, установить их состав и доказать индивидуальность;
получить набор экспериментальных и рассчитанных физико-химических и физических данных (спектроскопических, структурных, квантовохимических), характеризующих строение и свойства металлокомплексов и лигандов в кристаллическом состоянии и в растворах;
на основании полученных данных установить закономерности, связывающие физико-химические свойства лигандов и металлокомплексов с особенностями их электронного и пространственного
строения;
- осуществить поиск полезных свойств, прежде всего биологической активности, в ряду синтезированных металлокомплексов с перспективой установления корреляций типа "строение - биологическая активность".
Для решения этих задач использовались методы химического, кристаллооптического фазового, рентгенофаэового и рентгеност-
руктурного анализа; термогравиметрия, ИК, электронная, рентге-
1 11 ноэлектронная, ЭПР и ЯМР (II и С) спектроскопия, квантовохи-
мические расчеты в рамках ППП и MNDO/H приближений, измерение
молярной электропроводности.
Научная новизна
-
Разработаны методы синтеза, выделены и идентифицированы 87 (в том числе 82 - впервые) комплексных соединений Cr(III), Mn(II), Fe(III), Co(II), Ni(II), CU(II), Zn, Cd, Ga(IIl), In(Ill), Pd(II), Ag(I) и Hg(Il) с полидентатными N-содержащими биологически активными веществами - производными 3,4-дигидроизохинолина, хинолина, 1,2-дигидрохинолина, бензи-мидазола, пиридина, пираэолона, триаэола, гуанидина и анилина. Разработаны методики получения и выращены монокристаллы 17 металлокомплексов и свободных лигандов, которые были изучены ме-тодом рентгеноструктурного анализа .
-
Установлены следующие закономерности таутомерных превращений лигандов: а) 3-метил- и 3,3-диметил производные 3,4-дигидроизохинолина, содержащие в положении 1 радикал 4',4'-диметилциклогекса-2',б'-дион-1'-ил, в кристаллическом состоянии и в растворах, а также в координированном состоянии существуют в форме енамино-дикетонного таутомера, в протонных растворителях возможно также образование азометино-енольного таутомера; б) бис-(3,3-диметил-3,4-дигидроиэохинолин-1-ил)-метан независимо от агрегатного состояния и природы растворителя существует только в виде енаминного таутомера; в) в растворах З,3-диметил-З,4-дигидротиоизокарбостирила, в отличие от растворов 3,3-диметил-З,4-дигидроизокарбостирила, наряду с тиолак-тамным таутомером реализуется также тиольный таутомер; г) метиловый и этиловый эфиры Ы-(бензимидазолил-2)-карбаминовой кислоты в кристаллическом состоянии находятся в форме таутомера с локализацией атомов Н у циклических атомов N, д) 2-фе-нил-4-н-октиламинонафто[2,3-п]хинолин-7,12-дион находится в растворах в виде равновесной смеси амино- и иминотаутомеров, в состав комплексов входит только в аминоформе;
Рентгеноструктурные исследования проводились совместно с чл.-корр. РАН М.А.Порай-Кошицем и к.х.н. В.И.Сокол (лаборатория кристаллохимии ИОНХ им. Н.С.Курнакова РАН).
є) 1-Н-2-фенилнафто[2,3-п]хинолин-4,7,12-трион и в свободном, и координированном состояниях находится только в форме хинолона, 4-гидрокситаутомер при комплексообразовании не образуется; ж) 1,2-дигидро-3-(2-оксифенил)-4-нитропираэол-5(ЗН)-он в свободном и координированном состояниях находится в форме ОН-тауто-мера; з) М,Н-диметил-Н-(3-хлорфенил)-гуанидин существует в растворах в виде таутомера, содержащего в молекуле группу NH2 Определены способы присоединения изученных лигандов к металлам в координационных соединениях и их структурно-спектроскопические характеристики. Получены данные по составу координационных полиэдров металлокомплексов.
3. Установлены следующие закономерности образования и строения комплексных соединений указанных выше металлов. а) Состав и строение металлокомплексов производных 3,3-диме-тил-1-(4',4'-диметилциклогекса-2',6'-дион-1'-ил)-3,4-дигидрои-зохинолина определяется наличием заместителей в положениях 6 и 7 молекулы лиганда, природой аниона соли металла и практически не зависит от природы исследованных металлов и числа метильных групп в положении 3. Определены центры координации указанных лигандов и факторы, определяющие строение и свойства комплексов, б) Впервые найдено, что в реакции хлорида Со(11) с бис-(3,З-диметил-3,4-дигидроизохинолин-1-ил)-метаном имеет место димеризация лиганда с образованием 1„1,2,2-тет-ра-(3,З-диметил-3,4-дигидроизохинолин-1-ил)-этилена и биядер-ного комплекса на его основе. Установлено его строение и предложена возможная схема образования, в) Установлено, что при реакции хлорида и бромида Cu(ll) с з,З-диметил-3,4-дигидроти-оизокарбостирилом происходит восстановление Cu(II) до Cu(I), обусловленное таутомерным превращением лиганда. В реакции хлорида Cu(ll) с 3,3-диметил-з,4-дигидроизокарбостирилом в тех же условиях восстановления Cu(II) до Cu(I) не наблюдается, г) Установлен эффект окислительно-восстановительного превращения б-гидрокси-2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолина при взаимодействии с CuCJ.2 и FeCl3 в Я-комплексы Cu(I) и Fe(II) с хлоргидра-том б-оксо-2,2,4-триметил-2,б-дигидрохинолина. д) Установлено строение препарата БМК, широко используемого в химической защите растений. Определены кристаллическая и молекулярная структура, особенности электронного строения и таутомерных превращений метилового эфира Ы-(бензимидазолил-2)-карбаминовой кислоты. Установлено изменение таутомерной формы лиганда при комплексообразовании с хлоридами Cu(ll) и Со(И).
Практическая значимость работы заключается в разработке методов синтеза неизвестных ранее комплексных соединений солей ряда металлов с производными 3,4-дигидроизохинолина, хинолина,
1,2-дигидрохинолина, бензимидаэола, пиридина, пиразолона, три-аэола, гуанидина и анилина. Получены новые данные в развитие представлений об особенностях строения и свойств координационных соединений переходных металлов с N-содержащими гетероциклическими лигандами. Выявлена агрегационная, прокоагулянтная и антитромбиновая активность ряда металлокомплексов производных 3,4-дигидроизохинолина. Установлено, что комплексы ZnCl^L, где L - 3,3-диметил-б,7-диметокси- и 3-метил- производные 1-(4',4'-диметилциклогекса-2',6'-дион-1'-ил)-3,4-дигидроизохинолина, проявляют одновременно проагрегантное и прокоагулянт-ное действие и представляют интерес для углубленного исследования. Найдена фунгицидная и инсектоакарицидная активность металлокомплексов 3,3-диметил-1-(4',4'-диметилциклогек-са-2',6'-дион-1'-ил)-3,4-дигидроизохинолина и комплекса Cu(II) с катионом б-оксо-2,2,4-триметил-2,б-дигидро-хинолина. Метал-локомплексы 3,3-диметил-1-(4',4'-диметилциклогекса-2',6'-дион-1 ' -ил) -3,4-дигидроизохинолина и 1-Н-2-фенилнафто[2,3-К]хи-нолин-4,7,12-триона, снижающие объемное сопротивление полимерной матрицы на 3-6 порядков, предложены в качестве добавок для улучшения электропроводящих свойств полимеров и снижения электростатической электризации полимерных материалов.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на IY Московской конференции по органической химиии И технологии (Москва, 1985), Y Всесоюзном совещании по химии неводных растворов неорганических и комплексных соединений (Ростов-на-Дону, 1985), ХУІ и XYII Всесоюзных Чугаевских совещаниях по химии комплексных соединений (Красноярск, 1987; Минск, 1990), XI Всесоюзном совещании по применению колебательных спектров к исследованию неорганических и координационных соединений (Красноярск, 1987), Всесоюзном совещании "Дифракционные методы в химии" (Суздаль, 1988), Y Всесоюзном совещании по кристаллохимии неорганических и координационных соединений (Владивосток, 1989), YI Всесоюзном совещании "Спектроскопия координационных соединений" (Краснодар, 1990), Всесоюзной конференции по химии хинонов и хиноидных соединений (Красноярск, 1991), Межгосударственной конференции "Химия радионуклидов и металл-ионов в природных объектах" (Минск, 1992), I и II конференциях научно-учебного центра физико-химических исследований РУДН (Москва, 1988, 1989), XXY-XXX научных конференциях факультета физико-математических и естественных наук РУДН (Москва, 1989-1994).
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 28 статьях и 23" тезисах докладов на всесоюзных. Московских городских и вузовских конференциях и совещаниях. Перечень основ-
- б -
ных публикаций приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 506 стр. машинописного текста, включая 98 рис. и 116 табл. Библиография 390 наименований.