Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 . Кислотно-основные и комплексообразующие свойства соединений, являющихся фрагментами объектов исследования 12
1.1. 1,3,5-Триазин и его 2,4,6-триаминопроизводное 12
1.1.1. Протолитические свойства меламина 13
1.1.2. Взаимодействие меламина с ионами металлов 15
1.1.3. Комплексные соединения, содержащие 4,6-диамино-1,3,5-триазиновый фрагмент 18
1.2. 1,3-Диазин (Пиримидин) 19
1.2.1. Аминопроизводные пиримидина 20
1.2.2. Соли пиримидиния, взаимодействие пиримидина и его производных с ионами металлов 21
1.3. Оксипроизводные три- и диазинов (циануровая, изоциануровая кислоты,
урацил) 23
1.3.1. Протолитические свойства циануровой кислоты 23
1.3.2. Взаимодействие циануровой кислоты с ионами металлов 24
1.3.3. Комплексы изоциануровой кислоты 25
1.3.4. Урацил и аминоурацил- кислотно-основные и комплексообразующие свойства 1.4. Амиды кислот - протолитические свойства и поведение в реакциях комплексообразования 29
1.5. Гидразиды кислот - протолитические и комплексообразующие
свойства 31
1.5.1. Протолитические свойства гидразидов кислот 31
1.5.2. Гидразиды кислот в реакциях комплексообразования
1.6. Сульфоксиди как доноры в реакциях комплексообразования (на примере диметилсульфоксида) 38
Экспериментальная часть 41
Глава 2. Постановка задачи и методика эксперимента 41
2.1. Постановка задачи 41
2.2. Реактивы и растворы 42
2.3. Методы исследования 44
Глава 3. Препараты мелафен, пирафен, тубофен и входящие в состав препаратов компоненты. протолитические свойства и реакции комплексообразования 48
3.1. Бис(оксиметил)фосфиновая кислота 48
3.1.1. Состояние в растворе 48
3.1.2. Бис(оксиметил)фосфиновая кислота в реакциях с хлоридом меди(П) и тетраоксомолибдатом(УІ) 49
3.2. 2,4,6-Триаминопиримидин, меламин иГИНК 50
3.2.1. Константы протонирования азотистых оснований 50
3.2.2. Комплексообразующие свойства в отношении катионов 3 і-металлов 3.2.2.1. 2,4,6-Триаминопиримидин 51
3.2.2.2. Меламин 54
3.2.2.3. Гидразид изоникотиновой кислоты 57
3.2.3. Меламин, 2,4,6-триаминопиримидин и ГИНК - взаимодействие с тетраоксомолибдатом 59
3.3. Препараты пирафен, мелафен и тубофен 67
3.3.1. Состояние в растворе и протолитические свойства 68
3.3.2. Взаимодействие с катионами 3 і-металлов 3.3.2.1. Пирафен 70
3.3.2.2. Мелафен 72
3.3.2.3. Тубофен 73
3.3.3. Взаимодействие с тетраоксомолибдатом(УІ) 76
3.3.3.1. Система тубофен - тетраоксомолибдат(УІ) 76
3.3.3.2. Система пирафен - тетраоксомолибдат(УІ) 80
3.3.3.3. Система мелафен - тетраоксомолибдат(УІ) 81
ГЛАВА 4. Препараты, включающие триазиновый (диазиновый), гидразидный (амидный) и сульфоксидный фрагменты 82
4.1. 2,4-Диамино-6-(карбамоилметилсульфинилметил)-1,3,5-триазин и 2,4 диамино-6-(ацетогидразидометилсульфинилметил)-1,3,5-триазин 82
4.1.1. Состояние в растворе и протолитические свойства 82
4.1.2. Комплексообразующие свойства 4.1.2.1. Комплексы меди(П) 87
4.1.2.2. Комплексы никеля(П) и кобальта(П) 92
4.2. Соединение на основе изоциануровой кислоты - 1-[5 (гидразидометилсульфинил)пентил]-3,5-диметилизоцианурат 94
4.2.1. Протолитические свойства и участие в реакциях комплексообразования с медью(П) 94
4.2.2. Комплексы кобальта(П), никеля(П) и железа(Ш) 100
ГЛАВА 5. Дигидразиды (диамиды) кислот, содержащие сульфоксидный фрагмент 106
5.1. Бис(гидразинокарбонилметил)сульфоксид 106
5.1.1. Состояние в растворе и протолитические свойства 106
5.1.2. Реакции комплексообразования 108
5.2. Производные метилурацила. Кислотно-основные и комплексообразующие свойства 114
5.2.1. 1,3-бис[5-(аминокарбонилметилсульфинил)пентил]-6-метилурацил 114
5.2.2. 1,3-бис[5-(гидразинокарбонилметилсульфинил)пентил]-6-метилурацил... 116
Заключение 122
Литература
- Комплексные соединения, содержащие 4,6-диамино-1,3,5-триазиновый фрагмент
- Сульфоксиди как доноры в реакциях комплексообразования (на примере диметилсульфоксида)
- Меламин, 2,4,6-триаминопиримидин и ГИНК - взаимодействие с тетраоксомолибдатом
- Производные метилурацила. Кислотно-основные и комплексообразующие свойства
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Азотистые основания - общее название азотсодержащих, главным образом, гетероциклических органических соединений основного характера, к которым относятся ди- и триазины. Наиболее важные встречающиеся в природе диазины - это пиримидиновые основания: урацил, тимин и цитозин, входящие в состав нуклеозидов и нуклеотидов (ДНК включают остатки тимина и цитозина, а РНК - остатки урацила и цитозина). Пиримидиновый фрагмент содержится также в молекуле тиамина (витамин Ві). Производные 5-аминоурацила широко используются как лекарственные средства. В литературе имеется много данных, свидетельствующих об интересных биологические свойствах некоторых производных симм-триазииа. Так, среди замещенных аминометил-сшш-триазинов получены соединения, обладающие транквилизирующим, противовоспалительным и анальгезирующим действием. Введение соответствующих групп в молекулу симм-триазииа приводило к соединениям с противомалярийным или диуретическим действием. Известны факты усиления биологической активности или ее инициирования (при отсутствии таковой) комплексообразователями - ионами й?-элементов.
Круг рассмотренных в настоящей работе соединений включает целенаправленно синтезированные препараты с определенной биологической активностью. Соединения были получены в Институте органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КНЦ РАН. К ним относится ряд антитуберкулезных препаратов, обладающих более высокой активностью (высокой видоспецифичностью и низкой токсичностью) по сравнению со стандартом - гидразидом изоникотиновой кислоты. Некоторые из них запатентованы, например, тубофен - соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты и гидразида изоникотиновой кислоты, а также замещенные триазины и изоцианураты. Применение таких препаратов, как мелафен и пирафен, связано с их ролью в качестве регуляторов роста растений.
Для химии координационных соединений эти вещества интересны как новые полидентатные (мишень-ориентрованные) лиганды со своими отличительными качествами -различными функциональными группами и донорными атомами, структурными особенностями, протолитическими и комплексообразующими свойствами. Помимо того, сведения о кислотно-основных свойствах и равновесиях комплексообразования могут оказаться полезными для прогнозирования биологических последствий процессов метаболизма с участием данных веществ в живых организмах.
Степень разработанности темы исследования. Для изученных препаратов, за исключением мелафена, нет данных о состоянии их в растворах, не изучены протолитические свойства соединений; не обсуждалась склонность участвовать в реакциях комплексообразования с типичными комплексообразователями [медью(П), никелем(П), кобальтом(П)], а также молибденом(УІ), существующим в растворе в виде различных оксоионов - в основном оксоанионов.
Цели и задачи работы. Определение количественных параметров протолитических равновесий и реакций комплексообразования в растворе ряда новых биологически активных соединений (противотуберкулезных препаратов и регуляторов роста растений), включающих в качестве одного из фрагментов ди-и триазины, в присутствии некоторых биометаллов; получение первичной информации о структуре свободных лигандов и их комплексов (характере координационного узла, предпочтительной конформации, активности донорных центров в этих потенциальных полидентатных соединениях).
Научная новизна работы.
Методами рН-метрии и спектрофотометрии в сочетании с методом математического моделирования равновесий получены характеристики продуктов взаимодействия азотистых оснований с бис(оксиметил)фосфиновой кислотой, входящих в состав препаратов пирафен и тубофен, в водных растворах. Установлено, что 2,4,6-триаминопроизводные ди- и триазинов не образуют внутрисферных комплексов с типичными комплексообразователями - двухвалентными катионами Зй?-металлов (меди, никеля, кобальта), участвуя лишь во внешнесферном комплексообразовании.
Данными РСА подтверждено нахождение дикатиона 2,4,6-триаминопиримидиния во
внешней координационной сфере тетрахлорида меди(П). В солянокислой среде хлорид меди(П)
разрушает препараты мелафен и пирафен и избирательно извлекает из них соответствующие
азотистые основания, протонированные формы которых выполняют роль внешнесферных
катионов.
Показано, что меламин, 2,4,6-триаминопиримидин и ГИНК в реакциях с
тетраоксомолибдатом(УІ) образуют прочные ассоциаты, протонированные формы азотистых
оснований - кислые и средние соли молибденовой кислоты (15 соединений). Тубофен и пирафен
образуют с тетраоксомолибдатом(УІ) ассоциаты более сложного состава с ядерностью по
молибдену два и пять (6 соединений).
Найдены количественные характеристики протолитических равновесий с участием ряда противотуберкулезных препаратов, содержащих наряду с симм- триазиновым, изоциануровым или урацильным циклами сульфоксидный и гидразидный (амидный) заместители (растворители -водный раствор диметилсульфоксида и вода). Обнаружены моно-, ди- и трипротонированные формы соединений, для 2,4-диамино-6-(ацетогидразидометилсульфинилметил)-1,3,5-триазина выявлена также имидольная форма. 2,4-Диамино-6-(карбамоилметилсульфинилметил)-1,3,5-триазин образует нейтральную и ионизированные тетрамерные и октамерную формы, 1,3-бис[5-(гидразинокарбонилметилсульфинил)пентил]-6-метилурацил-димерные протонированные формы.
Установлен состав и рассчитаны константы образования комплексов с исследованными соединениями - мишень-ориентированными полидентатными лигандами (18 новых комплексных форм). Медь(П), никель(П), кобальт(П) и железо(Ш) образуют преимущественно моноядерные комплексы состава 1:1 и 1:2. Биядерные комплексы обнаружены при взаимодействии меди(П), никеля(П) с бис-(гидразинокарбонилметил)сульфоксидом и только меди(П) с производным изоциануровой кислоты. Показано, что в зависимости от природы центрального иона, числа гидразидных и сульфоксидных заместителей в молекуле лиганда реализуются различные способы координации гидразидного фрагмента (в имидольной или амидной форме) с участием сульфоксидной группы (или без него). Склонность сульфоксидной группы участвовать в координации коррелирует с устойчивостью диметилсульфоксидных сольватов соответствующих центральных ионов. Амидная группа в комплексах меди(П), координирующаяся посредством атома кислорода, совместно с сульфоксидной формирует шестичленный хелатный металлоцикл с сопряженными звеньями. Донорные атомы 2,4-диаминотриазинового, урацильного и отчасти изоцианурового циклов не вовлекаются в координацию.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты работы вносят вклад в развитие координационной и бионеорганической химии соединений переходных металлов с биолигандами, в частности, в химию азотистых оснований (производных ди-и триазинов). Кислотно-основные и комплексообразующие характеристики новых полидентатных (мишень-специфических) лигандов могут быть использованы в качестве справочного материала для конструирования перспективных лекарственных средств и биопрепаратов.
Методология и методы исследования. Для достижения поставленной цели в работе использована совокупность современных методов исследования: рН-потенциометрия, спектроскопия (УФ, видимая и ПК области), ПМР, РСА, математическое моделирование равновесий (версия программы CPESSP, учитывающей образование осадковых форм и ионную силу при определении активности реагентов). Оптимизация геометрии исследованных структур проводилась с помощью метода молекулярной механики ММ2, для некоторых структур дополнительно методом DFT/B3LYP/6-31G(d,p).
На защиту выносятся:
Характеристики взаимодействия изученных препаратов с рядом ионов двухвалентных металлов (меди, никеля, кобальта) и железом(Ш) - типичными комплексообразователями [для одной группы препаратов - также с тетраоксомолибдатом(УІ)].
Результаты сравнения протолитических и комплексообразующих свойств близких по структуре соединений с целью обнаружения общих черт и отличий.
Первичные сведения о строении различных форм соединений, их донорных свойствах в реакциях комплексообразования [на основе оптимизации геометрии исследованных структур
методом молекулярной механики ММ2 и для некоторых структур дополнительно методом DFT/B3LYP/6-3 lG(d,p)].
Личный вклад автора. Автором методами спектрофотометрии и рН-потенциометрии исследовано состояние в растворе всех рассмотренных соединений; охарактеризованы их протолитические и комплексообразующие свойства. Выполнены математическая обработка и моделирование экспериментальных данных, оптимизация геометрии ряда соединений и их комплексов (метод ММ2), проведен анализ и обобщение полученных результатов. Синтезированы и изучены свойства двух комплексов меди(П).
Автор выражает глубокую благодарность: своему научному руководителю профессору Ю.И. Сальникову, доценту Г.А. Боос за помощь на всех этапах работы; к. х. н., ст. научному сотруднику С.Г. Фаттахову за предоставленные соединения; за помощь в проведении исследований и обсуждении результатов: к. х. н. М.М. Шулаевой (ЯМР и ИК-спектроскопия), профессору Г.А. Чмутовой (оптимизация геометрии структур), к. х. н. Ю.К. Ворониной (PCА).
Степень достоверности. Достоверность результатов исследования подтверждается большим экспериментальным материалом, полученным квалифицированным использованием современных физико-химических методов в сочетании с методами математического моделирования (равновесий и структур).
Апробация работы. Результаты работы доложены на XI Международной конференции "Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах" (Иваново, 2011); VI конференции молодых ученых "Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем" (Иваново, 2011); VI Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием. Менделеев-2012 (С.Петербург, 2012); VII и VIII Всероссийской школе-конференции молодых ученых "Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем" (Крестовские чтения) (Иваново, 2012, 2013); XXVI Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Казань, 2014); Итоговой научной конференции КФУ за 2012 г. (Казань, 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 статей (в изданиях из перечня ВАК) и тезисы 9 докладов на Всероссийских и международных конференциях.
Структура и объем работы. Работа изложена на 169 страницах, содержит 29 таблиц, 43 рисунка, библиографических ссылок 161. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора (1 глава), четырех глав экспериментальной части, заключения, списка цитируемой литературы и 26 с. Приложения (12 таблиц, 45 рисунков).
Комплексные соединения, содержащие 4,6-диамино-1,3,5-триазиновый фрагмент
На сильное взаимодействие л-электронов цианурового кольца с неподеленной парой электронов аминного азота, придающее аминогруппам меламина основные свойства, обращает внимание автор обзора [2]. Тем не менее, приводимые в литературе количественные характеристики основных свойств меламина противоречивы. Так, в цитируемом обзоре [2] без дополнительных комментариев отмечается, что меламин является слабым основанием. Его константы диссоциации (со ссылкой на [4]) найдены равными: Ki = 1.26-10"9, К2 = 1.58-10 14, К3 = 1-Ю"17. В то же время последовательные константы диссоциации протонированных форм меламина в водных растворах, согласно [4], равны: pkai 6,47, pka2 0.37, pka3 -2,83. В публикации [5] сообщаются иные значения: лог. полных констант протонирования меламина lgPi = 5.22, lgp2 = 6.02, lgP3 = 6.71. Эти величины, как отмечают авторы, хорошо согласуются с данными, представленными в монографии [6].
В работе [7] на основании данных рН-метрического титрования приведены сведения о состоянии и протолитических свойствах в водном растворе меламина (Q). Результаты моделирования по программе CPESSP [8] экспериментальных данных для водного раствора меламина в отсутствие фонового электролита представлены в таблице 1.
Здесь amax - максимальная доля накопления частицы при рН, Как видно, в условиях эксперимента, помимо трех протонированных форм, описанных в литературе [5], в слабокислой области формируется с небольшой долей накопления также протонированная димерная частица (равновесие 4). Константа образования только монопротонированной формы удовлетворительно согласуется со значениями, приведенными в работах [5, 9] (таблица 1). Как отмечают авторы [7], причины несовпадения констант для двух других форм обсуждать затруднительно из-за отсутствия в работе [5] необходимых экспериментальных данных. Однако, поскольку сообщенные в этой работе максимальные доли накопления дважды и трижды протонированных форм меламина малы, погрешности в определении констант образования должны быть большими.
Литературные сведения о центрах протонирования меламина в катионах меламиния также противоречивы. Данные, полученные методом РСА для различных солей меламиния, трактуются одними исследователями, например [10], в пользу протонирования гетероциклических атомов азота. Другие авторы [5] на основании данных того же метода приходят к выводу, что центрами протонирования являются аминогруппы меламина (в составе внешнесферных катионов меламиния).
Квантово-химические расчеты, выполненные в работе [7] методом теории функционала плотности DFT/B3LYP/6-31G(d,p) в рамках программы Gaussian 98, показали, что протонирование иминного атома азота гетероцикла (Q) предпочтительнее, нежели протонирование аминогруппы в этом соединении. Разница в величинах свободной энергии образования соответствующих протонированных форм меламина составляет 19.2 ккал/моль в пользу первого из них.
Последовательные константы протонирования меламина, найденные в работе [7], оказались равными lgki = 5.11, lgk2 = 1.79 и lgk3 = 2.37. Возможную причину несоблюдения обычного соотношения последовательных констант протонирования lgki lgk2 lgk3 [11] авторы [7] видят в смене центра протонирования. 1.1.2. Взаимодействие меламина с ионами металлов
Синтез соединений меламина с нитратом серебра описан в 1874 г. [12]. По данным Либиха, из горячего раствора, содержащего меламин и нитрат серебра, при охлаждении выпадает белый кристаллический осадок формулы C3N6H6AgN03, состав которого при перекристаллизации не изменяется.
Рентгеноструктурный анализ меламинового комплекса нитрата серебра [Ag(Q)2]N03 [13] показал, что имеющий координационное число 2 ион серебра координирован двумя кольцевыми атомами азота двух соседних молекул меламина с образованием спиральных цепей N-Ag-N, объединенных Н-связями.
Интересны обобщения и результаты работы [14]. Как отмечают авторы, несмотря на то, что меламин многообещающий лиганд, сведений в литературе о его комплексах удивительно мало. Скорее всего, это связано с нерастворимостью меламина во всех простых растворителях, за исключением горячей воды. Меламин необычайно плохой лиганд, особенно в водной среде, вероятно из-за образования обширных водородных связей, формирующих прочную сетку. Соединения меламина с катионами металлов, согласно [14], сводятся к одной из трёх категорий:
Авторами [14] синтезированы в органических растворителях (ацетонитрил, метанол и бутанол) комплексы меламина с медью(І) [CuX(Q)] (X = CI, Br, I, NO3") и медью(П) состава: [CuX2(Q)2]S (X = CI, S = Н20; X = СІ, S = 2МеОН; X = Br, S = 1/2Н20; X = OAc = СН3СОО", S = H20) и [Cu(OAc)2(Q)]. Полученные вещества исследованы методами элементного анализа, термогравиметрии, ИК спектроскопии и РСА. Медь(1) с меламином образует преимущественно комплексы состава 1:1, в случае хлорида меди(1) образуются также продукты переменного состава [CuCl(Q)i.ы.з]- Хлорид и бромид меди(1) дополнительно образуют соединения с соотношением медкмеламин 2:1 ([(CuX)2(Q)], где X = С1, Вг). Для меди(П) с меламином характерно образование комплексов 1:2, за исключением соединения [Cu(OAc)2(Q)]. По мнению авторов, в данном соединении, ацетат меди(П) и меламин ассоциированы посредством водородных связей. По данным ИК-спектроскопии медь(1) и меламин в полученных комплексах связаны посредством аминогруппы, в случае меди(П) предположительно осуществляется тот же способ координации.
Взаимодействие AgC104 с меламином в воде даёт комплекс [Ag(Q)2]C104 [19]. Структура комплекса меламина с Ag(I) включает частицы [Ag(Q)2]+, связанные в цепочки через слабые взаимодействия между перхлоратом и ионом серебра и дополнительно водородными связями между атомом кислорода перхлората и атомами водорода меламина.
Сульфоксиди как доноры в реакциях комплексообразования (на примере диметилсульфоксида)
Как следует из обзора литературы, многие биологически активные органические соединения, включающие гетероциклические азотсодержащие, а также амидный, гидразидный, сульфоксидный фрагменты, представляют интерес для химии координационных соединений как потенциальные лиганды. В обзоре охарактеризована способность к координации в реакциях комплексообразования таких заместителей. Редки случаи вхождения изоциануровой кислоты, урацила и, в особенности, сшш-триазина и 1,3-диазина во внутреннюю координационную сферу центральных ионов. Необходимой предпосылкой участия донорных атомов этих соединений в комплексообразовании является их совместная координация с донорными атомами функциональных групп заместителей, приводящая к образованию хелатов. Напротив, типичные лиганды содержат гидразидные, амидные и сульфоксидные заместители.
Цель исследования: Определение количественных параметров протолитических равновесий и реакций комплексообразования в растворе ряда новых биологически активных соединений (противотуберкулезных препаратов и регуляторов роста растений), включающих в качестве одного из фрагментов ди- и триазины, в присутствии некоторых биометаллов; получение первичной информации о структуре свободных лигандов и их комплексов (характере координационного узла, предпочтительной конформации, активности донорных центров в этих потенциальных полидентатных соединениях).
Задачами настоящей работы явились:
Рассмотрение состояния в растворе и кислотно-основных свойств препаратов, отнесенных нами к трем условным группам. Оценка взаимодействия препаратов каждой группы с типичными комплексообразователями - рядом ионов двухвалентных металлов (меди, никеля, кобальта) и железом(Ш) [для одной группы препаратов - также с тетраоксомолибдатом( VI)]. Получение первичных сведений о строении различных форм соединений, их донорных свойствах в реакциях комплексообразования [на основе оптимизации геометрии исследованных структур методом молекулярной механики ММ2 и для некоторых структур дополнительно методом DFT/B3LYP/6-31G(d,p)]. синтезированы на основе бис(оксиметил)фосфиновой кислоты (НА) [84] и азотистых оснований - гидразида изоникотиновой кислоты (ГИНК, L), меламина (Q) и 2,4,6-триаминопиримидина (Y) (в порядке перечисления) [85, 86, 87]. Пирафен, синтезированный как аналог мелафена, во многих случаях оказывает воздействие, подобное мелафену [88, 89].
Все соединения синтезированы и идентифицированы в Лаборатории химии нуклеотидных оснований ИОФХ им. А.Е. Арбузова КНЦ РАН и предоставлены кандидатом химических наук, ст. научным сотрудником С.Г. Фаттаховым и ст. научным сотрудником М.М. Шулаевой. Растворы соединений приготовлены по точной навеске. В качестве среды использованы водные и водно-диметилсульфоксидные растворы (20, 40 и 60 об. % ДМСО). Свойства одного из соединений исследованы также в присутствии неионного поверхностно-активного вещества Тритона Х-100 [(п-(третоктил)-фениловый эфир полиэтиленгликоля СвНпСбН ОСгЩ -юОН]. Ионную силу растворов создавали за счет их компонентов, поскольку введение фонового электролита понижает растворимость соединений и может влиять на процессы ассоциации в растворе. Она изменялась в интервале 0.002-0.01. Рабочие растворы бескарбонатного гидроксида натрия, хлороводородной кислоты, нитратов меди(П), кобальта(П), никеля(П), лантана(Ш), сульфата магния(П) и хлорида железа(Ш) приготовлены из реактивов марки "х. ч.". Концентрацию рабочих растворов устанавливали методами объемного анализа. 2,4,6-Триаминопиримидин (Lancaster) с содержанием основного вещества 98% и Тритон Х-100 (Ferak) 98%-ной чистоты использованы без дополнительной очистки. Диметилсульфоксид очищали перегонкой [93].
Исследование выполнено методами рН-метрического титрования (при температуре 25 ± 0.05С) и спектрофотометрии. Значения рН растворов измеряли на рН-метре рН-673 М. В качестве индикаторного электрода использовали стеклянный (ЭЛС-43-07), электродом сравнения служил насыщенный хлорсеребряный. Стеклянный электрод, предварительно выдержанный в соответствующем водно-органическом растворителе не менее суток, калибровали по растворам хлороводородной кислоты известной концентрации [94]. Электронные спектры поглощения (ЭСП) растворов зарегистрированы относительно растворителя на спектрофотометрах SHIMADZU UV mini-1240 и Lambda 35 101N6112101 (Perkin-Elmer UV WinLab) в кварцевых кюветах (толщина поглощающего слоя 1 см). Растворы соединений титровали рН-метрически растворами хлороводородной кислоты (и гидроксида натрия в некоторых случаях) в токе аргона. Титрование выполнено как в отсутствие, так и в присутствии ионов различных металлов. Титруемые растворы и титранты не отличались по концентрации органического растворителя. В случае ПАВ и титрант, и титруемый раствор содержали Тритон Х-100 в одинаковых концентрациях. Титруемые растворы перемешивали магнитной мешалкой.
Воспроизводимые значения потенциалов стеклянного электрода устанавливались в течение 1-3 мин. Однако в области, близкой к точке эквивалентности, в растворах исследованных соединений это время существенно увеличивалось. Во всех этих случаях значения рН измеряли через 10 мин. после добавления очередного количества титранта. Начальные значения рН титруемых растворов измеряли после установления воспроизводимого значения (около 20 мин).
Экспериментальные данные обработаны по программе CPESSP [8]. В ряде случаев обработка экспериментальных рН-метрических данных выполнена с использованием версии программы CPESSP [8], учитывающей образование осадковых форм и ионную силу при определении активности реагентов по уравнению Девис-Васильева [95]. Ионное произведение воды для водных растворов диметилсульфоксида заимствованно из литературы [96]. При математическом моделировании протолитических равновесий или реакций комплексообразования по данным метода рН-метрии в рамках программы CPESSP в качестве моделирующего отклика используют значение функции образования п (видоизмененный аналог функции образования Бьеррума [97]) в зависимости от рН растворов.
Меламин, 2,4,6-триаминопиримидин и ГИНК - взаимодействие с тетраоксомолибдатом
Качественно подобная пространственная структура соединения (HZ)+ (рисунок 20.2) (с тем же центром протонирования, что и по данным метода ММ2) дает процедура оптимизации квантово-химическим методом.
Растворимость 2,4-диамино-6-(карбамоилметилсульфинилметил)-1,3,5 триазина в хлороводородной кислоте (Cz: 4.5-10"4, CHci 4-Ю"2 моль/л) предположительно обусловлена переходом «свернутой» конформации соединения в «развернутую» в результате образования трипротонированной формы. Можно отметить, что значение рН такого раствора исследуемого вещества в соляной кислоте соответствует величине рН желудочного сока.
В растворах мицеллярных концентраций неионного ПАВ Тритона Х-100 (Стх5-10" и 10" моль/л) соединения Z (Cz 2.0-10" моль/л) в целом реализуются те же формы (1-3), что и в 20 %-ном ДМСО-водном растворе при том же содержании соединения (таблица 15). Вычисленные в присутствии ПАВ константы равновесий являются «кажущимися», поскольку микрогетерогенность среды во внимание не принималась. Значения рК кажущихся констант автоматически включают в себя суммарный эффект взаимодействия реагентов [137].
По сравнению с водно-ДМСО раствором существенно увеличивается ( на три порядка) константа образования трипротонированной формы. Такое же влияние Тритона Х-100 имеет место, например, в случае не образующих мицелл 2,6-бис(диметиламинометил)-4-метилфенола [138], N,N-nHMemn-N -2 гидроксибензил)этилендиамина [139]. Протонированные формы могут стабилизироваться за счет образования ими водородных связей с эфирными атомами кислорода полиэфирной цепи неионного ПАВ. Тритон Х-100 содействует также образованию димерной анионной формы [(Z2)H_2)] " (равновесие 4 в таблица 16). Таблица 16. Протолитические равновесия вещества Z (Cz 2.0-10" моль/л) в растворе Тритона Х-100(СТх, 10"2 моль/л)
При более высокой, чем в рассмотренных случаях, концентрации исследуемое вещество проявляет склонность к ассоциации: выявлены тетрамерные и октамерная формы - нейтральные и ионизированные (рисунок 21). нейтральных и ионизированных форм соединения Z (Cz. 1.231-10" моль/л). 1 - Z, 2 3-[H(Z)4]+,4-[(Z8)H.!]".
Обратимся к соединению Т [140, 141]. Оптимизированы геометрии всех предположенных структур соединения, а именно: - двух амидных форм «свернутой» и «развернутой» (рисунок 22), двух имидольных форм: Т(1) и Т(2) (рисунок 19а Приложения).
Результаты расчета и эксперимента говорят в пользу амидной формы соединения. Из двух амидных форм предпочтительнее в согласии с вычисленными значениями потенциальной энергии оказалась «развернутая», т. е. менее компактная форма соединения Т (рисунок 22.2), а не «свернутая» (рисунок 22.1), как в случае соединении Z. 2
В ИК-спектре данного соединения (КВг) присутствует интенсивная полоса поглощения валентных колебаний карбонильной группы 1664 см"1. Наличие в спектрах ПМР диметилсульфоксидного раствора соединения двух сигналов одинаковой интенсивности 9.98 и 10.16 м.д., относящихся к двум NH-группам, свидетельствует о том, что соединение в растворе существует в амидной форме.
Соединение Т в кислой области протонируется [равновесие (1), таблица 17 и рисунок 196 Приложения].
Монокатионы обоих соединений (Z и Т) имеют близкие значения констант образования (таблица 15, 17). Для соединения Т протонирование атома азота гетероцикла в положении 5 предпочтительнее по сравнению с протонированием аминогруппы гидразидного фрагмента (рисунок 19в Приложения), как это обычно имеет место в гидразидах кислот [58]:
В щелочной среде соединение Т является донором протонов [равновесие (2), таблица 17]. Процесс депротонирования ацетогидразидного фрагмента термодинамически более благоприятен по сравнению с таковым гидразидов большинства кислот. Так, константа равновесия (2) в таблице 17 в логарифмических единицах (-8.93) меньше по модулю по сравнению со значениями констант диссоциации, например, имидольных форм гидразидов и-нитробензойной (-9.86 ± 0.07, I 0.3, КС1) [142] и изоникотиновой кислот в составе тубофена (-10.34) в водном растворе [108].
Спектр поглощения водно-ДМСО (40 об.% ДМСО) раствора 2,4-диамино-6-(карбамоилметилсульфинилметил)-1,3,5-триазина. Cz 2-10" моль/л. ХМакс, нм 264-269; А264 0.494, А269 0.495; є264 2.470-103 , є269 2.48103 л-моль"1 см"1; рН 4.88. Для 2,4-диаминотриазина макс 257.5 нм, Ємакс 3.64-10 л-моль" -см" [25].
Спектры поглощения водно - ДМСО (40 об.% ДМСО) растворов 2,4-диамино-6-(ацетогидразидометилсульфинилметил)-1,3,5-триазина. Концентрации, моль/л: 1 - Ст 1.01-10" , 2-Ст2.1-10"4. Хмакс, нм: 1 - « 262; 2 - 260-262. 1 - А262 2.419; 2 - А260. 262 0.507. 1 - є262 2.40 103; 2-є2бо-2б2 2.40103лмоль"1см"1. рН: 2-5.69.
Комплексы меди(П) Характер изменения спектральных параметров в присутствии меди(П) качественно одинаков для обоих соединений. Так, полосы поглощения соединения Т как в УФ, так и в видимой части спектра несколько смещаются в область коротких длин волн (249-251 нм против 260-262 нм). Положение полос поглощения соединения Z мало изменяется (264-269 нм и 267-270 нм соответственно), однако в обоих случаях интенсивность поглощения их возрастает (рисунок 24, 25). Отметим, что в видимой области спектра поглощают сами диметилсульфоксидные комплексы меди(П) [143].
Производные метилурацила. Кислотно-основные и комплексообразующие свойства
При стоянии из содержащих медь(П) растворов выпадал аморфный осадок. В дальнейшем растворы (Ссиг+ 4.9-10" моль/л) приобретали густую студнеобразную консистенцию. Студни, получившиеся в растворах с высокой концентрацией лиганда, устойчивы длительное время (более месяца). Образование студней с их последующим разрушением (в течение нескольких недель), сопровождающимся медленным восстановлением меди(П) до элементной меди, имеет место в системе медь(П)-дигидразид малоновой кислоты в водном и водно-ДМСО растворах [63]. Однако в отличие от дигидразида малоновой кислоты в присутствии ди-(карбогидразидометил)-сульфоксида признаки восстановления меди(П) не были обнаружены. Не удалось выделить из раствора комплексы меди(П) с соединением D (с. 164 Приложения).
Получены данные о взаимодействии никеля(П) с веществом D (таблица 12, рисунок 38.1, 39.1, 40 Приложения). С никелем(П) соединение D в условиях спектрофотометрического эксперимента (рН 5.53-6.21) образует нейтральные комплексы состава 2:2 [Ni2(DH.2)2] и 1:2 [Ni(DH_i)2], равновесия [(9) и (10)] в таблице 27. Отметим, что в этих растворах на протяжении длительного времени не было следов помутнения.
Доля накопления комплекса [Ni(DH_!)2] мала (9 %). Доминирующей комплексной формой является димерная [Ni2(DH.2)2]. Судя по величинам константам равновесий образования комплексов, димер никеля(П) прочнее соответствующего димера меди(П). В комплексах никеля(П), как и в случае комплексов меди(П), гидразидные фрагменты 2,2 - сульфинилдиацетогидразида бидентатно координированы посредством атомов кислорода анионной имидольной формы (рисунок 36.1, 36.2).
Таким образом, в комплексах никеля(П) способ координации бис(гидразинокарбонилметил)сульфоксида такой же, как и в аналогичных комплексах меди(П) [в отличие от способа координации соединения X этими комплексообразователями (см. с. 99)]. По-видимому, пространственная ориентация двух близко расположенных гидразидных групп в составе бис(гидразинокарбонилметил)сульфоксида благоприятствуют реализации одинакового координационного узла в комплексах обоих ионов металлов.
Качественные данные (Приложение - таблица 12, рисунок 38.2, 39.2) также свидетельствуют в пользу комплексообразования кобальта(П), сопровождающегося подкислением растворов1,3-бис[5-(аминокарбонилметилсульфинил)пентил]-6-метилурацил (U1) Протонированная форма соединения [H(U1)]+ образуется в кислой среде [водно-диметилсульфоксидный раствор (60 об. % ДМСО)]. Соответствующие экспериментальные данные представлены на рисунке 41 Приложения. Для этой формы: константа образования lg К = 2.34 ± 0.03, максимальная доля накопления (Vax 0-26 при рНтах.2.77 [161]. Нейтральная форма соединения U1 доминирует во всем исследованном диапазоне значений рН (рисунок 42 Приложения). Оптимизированная геометрия соединения U1 приведена на рисунке 37.1.
Рисунок 37. Пространственные структуры: 1 - соединения U (Е = -4.38 ккал/моль); протонированной формы [H(U )]+: 2 (Е = -5.2 ккал/моль) и 3 (Е = -38.0 ккал/моль).
Центрами протонирования соединения U1 могут быть атомы азота либо кислорода одного из амидных фрагментов. Сам урацильный фрагмент, по литературным данным [45], в кислой среде не протонируется. [Он может существовать в таутомерной оксиформе и легко отдавать протон в щелочной среде, т. е. проявлять кислотные свойства]. Как показали расчеты, протонирование атома азота амидного фрагмента приводит к образованию наиболее устойчивой формы (рисунок 37.3). Протонирование атома кислорода (рисунок 37.2) менее предпочтительно.
Сопоставление константы монопротонирования соединения U1 (lg К = 2.34 ± 0.03) с величиной lg К = 2.55 ± 0.03 для аналогичного процесса протонирования 2,4-диамино-6-(карбамоилметилсульфинилметил)-1,3,5-триазина [134] представляется некорректным, поскольку в последнем случае центром протонирования является атом азота гетероцикла в положении 5 (см. с. 81 настоящей работы).
В спектре поглощения соединения U1 (рисунок 38а) имеются два максимума (s269 9.8-103 и Є220-225 4.4"К)3 лмоль см"1). Для сравнения - в случае 5-аминоурацила (рН 4.5) авторы [46, 47] наблюдали полосу поглощения Є290 5-103 л моль"1 см"1, для 6-аминоурацила (рН 5.5) Є264 1-7-104 л моль"1 см"1.
Известно, что на спектры поглощения гетероциклических оснований влияют все факторы, изменяющие в них распределение электронной плотности (введение заместителей, протонирование оснований, переход основания из одной таутомерной формы в другую и т. д.).
При добавлении меди(П) к раствору вещества U1 заметного изменения рН не наблюдается (рН исходных растворов меди(П), вещества U1 и раствора, содержащего оба компонента, составляют соответственно 5.15, 5.08 и 5.06). В видимой части спектра в условиях эксперимента, как и в системе медь(П)-вещество X (с. 94), не фиксируется полоса поглощения, вызванная й/-й/-переходами в комплексах меди(П). В УФ части спектра полоса в области 220-235 нм как малоинформативная нами не обсуждается. Что же касается второй полосы поглощения самого соединения U1, то положение максимума X 269 нм в присутствии меди(П) не изменяется, увеличивается интенсивность поглощения (рисунок 38а, спектры 4, 5). В данной части спектра поглощает и медь(П). Оказалось, что экспериментальный и аддитивный спектры (рисунок 386) совпадают. Это обстоятельство вместе с тем фактом, что кривые рН-метрического титрования в отсутствие и в присутствии меди(П) также практически сливаются (рисунок 41 Приложения), позволяет исключить возможное взаимодействие иона металла с веществом U1 в исследуемой системе. Иными словами, потенциальные донорные группы - амидная и сульфоксидная - (в отличие от случая комплексообразования меди(П) с 2,4-диамино-6 (карбамоилметилсульфинилметил)-1,3,5-триазином [134]) в составе соединения U1 могут быть блокированы по причине участия их в формировании внутримолекулярных водородных связей. Подтверждением тому в определенной мере могут быть отправные сведения о пространственной структуре соединения (рисунок 37.1).