Содержание к диссертации
Введение
1. Координационные соединения меди (ш) с некото рыми фосфор- и азотсодержащими лигандами 10
1.1. Комплексообразование меди (П) с пирофосфатом, амино- и оксифосфоновыми кислотами 10
1.2. Комплексы меди (П) с дипептидами 16
1.3. Разнолигандные комплексы меди (П) с аминокис -лотами 25
2. Реакции обмена пождентатных жгандов в раст ворах кош лексов меди (П) 29
2.1. Механизм лигандного обмена 29
2.2. Эффект протонирования 35
2.3. Эффект соседних координированных групп 36
3. Постановка задачи и методика. эксперимента 44
3.1. Постановка задачи 44
3.2. Методы из следования 45
3.3. Расчет параметров равновесий и химического обмена по данным ЯМРелаксации 47
3.4. Реактивы и препараты 55
4. Простые шшлексы меди (п) с азот- и фосфор содержащим ж гандами 59
4.1. Химический обмен в растворах комплексов меди (П) с фосфорсодержащими лигандами 59
4.2. Образование и лабильность комплексов меди (П) сдипептидами 68
5. Hазнолигандные коршлексы жди (п) с аминокис -лотами 78
5.1. Комплексы меди (П) с диэтилентриамином и аминокислотами 78
5.2. Комплексы меди (П) с оксиэтилидендифосфоновой кислотой и аминокислотами 82
5.3. Комплексы меди (П) с глицилглицином и аминокисло тами 87
Выводы 94
- Комплексы меди (П) с дипептидами
- Эффект протонирования
- Расчет параметров равновесий и химического обмена по данным ЯМРелаксации
- Образование и лабильность комплексов меди (П) сдипептидами
Введение к работе
Исследование быстрых реакций замещения в растворах координационных соединений переходных металлов имеет важное теоретическое и практическое значение, в частности, для понимания причин устойчивости комплексов, выяснения роли характерных свойств лигандов, для обсуждения механизмов электрохимических реакций, обнаружения кинетического проявления взаимного влияния лигандов, моделирования процессов ферментативного катализа и в ряде других аспектов.
В качестве объектов исследования в настоящей работе выбраны комплексы меди (И) с аминокислотами, дипептидами и фосфоновыми кислотами. Указанные лиганды в соединениях меди (П) подвижны, легко сочетаются во внутренней координационной сфере с другими ли -гандами, причем в большинстве случаев устойчивость образующихся разнолигандных соединений известна из литературных данных.
Изучение лабильных соединений меди (П) может оказаться особенно важным в плане решения некоторых проблем бионеорганической химии. Медь входит в число десяти "биометаллов", присутствующих в достаточно больших количествах в живых организмах. Сейчас известно, по крайней мере, пятнадцать медьсодержащих ферментов и белков [і,2] , однако функции меди (П) в них в большинстве случаев не выяснены. Есть многочисленные указания на то, что ионы меди (П) служат мостиком между ферментом и молекулами субстрата, то есть являются реакционным центром металлоферментов [з] Известно, что биологическое действие нуклеиновых кислот и отдельных нуклеотидов зависит от ионов металлов, причем ионы меди (II) координируются через фосфатную группу и атом азота пуринового или пиримидинового основания Ч,5] . Комплексы меди (II) с аминокислотами, дипептидами, пирофосфатом и фосфоновыми кислотами можно рассматривать как модели, хотя и весьма приближенные, активных центров таких биологических систем. С их помощью можно,изучать общие закономерности, характеризующие лабильность разнолигандных комплексов в активных центрах в зависимости от особенностей их состава, строения,природы донорных атомов, дентатности и других свойств лигандов. Полагают, что разнолигандным соединениям меди (П) с двумя -амино -кислотами принадлежит важная роль в транспортировке меди через биологические мембраны [1,с.ЗО]. Термодинамическому изучению ком-плексообразования меди (П) с различными аминокислотами и дипептидами посвящено довольно большое число работ, тем не менее приблизить нас к пониманию механизма ферментативного катализа могут только кинетические исследования и об"яснение их результатов с точки зрения взаимного влияния лигандов.
В данной работе методом ЯМР Н и 51Р изучены реакции химического обмена анионов аминокислот (глицина, о -аланина, с -ами -номасляной кислоты и валина), дипептидов (глицилглицина, глицил--DL- о -аланина, глицил-Б1--валина, глицил-])1--норвалина, гли -цил-DL-лейцина), фосфоновых кислот ( ft -аминоэтилфосфоновой и оксиэтилидендифосфоновой) и пирофосфата в растворах простых и разнолигандных комплексов меди (П). Состав комплексов устанавли -вался предварительно методом ядерной магнитной релаксации прото -нов воды и спектрофотометрически.
Комплексы меди (П) с аминокислотами широко используются в современной науке и технике. Их применяют в качестве добавок в промышленном синтезе полиакриламида для получения полимера с заранее заданными свойствами [6], для улучшения окраски полиамид -ных волокон [7], в качестве перспективных электролитов меднения [8,9]. Запатентовано применение этих соединений в сельском хозяйстве (пестициды [10,II], биостимуляторы [12,13]), медицине (про - 6 тив о опухолевые [Й-16]), противовоспалительные [17—19], и анти -эпилептические [20,21] препараты). Изучается роль аминоацидатов меди (П) в патогенезе ревматоидных артритов [22,23] .
Большое практическое значение имеют и комплексы меди (П) с фосфорсодержащими лигандами. Пирофосфаты применяются в качестве составной части электролитов меднения [24]. Оксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФК) является одним из наиболее перспективных современных фосфорорганических комплексонов [25]. В последние годы показана высокая биологическая активность комплексных соединений меди (П) с ОЭДФК [26].
Комплексы меди (П) с дипептидами
Авторы [60»62] попытались обойти это затруднение, предложив структуру Ш, которая, однако, не получила в дальнейшем экспери -ментального подтверждения. Присутствие в растворе формы I было показано и методом ЯМР. Авторы работы [79,80] установили, что в кислых растворах глицил -глицина в D20 (значение pD оставалось постоянным) при увеличе -нии концентрации ионов меди (П) первыми за счет парамагнитного уширения исчезают сигналы протонов метиленовой группы, располо -женной вблизи концевой аминогруппы, а затем происходит уширение сигналов метиленовых протонов группы, расположенной вблизи карбо-ксигруппы. Из этого факта сделан вывод о предпочтительной координации ионов меди (П) к концевой аминогруппе. Однако следует отметить, что определение мест координации по селективному парамагнитному уширению сигналов ЯМР лиганда имеет существенные ограниче -ния, обусловленные процессами лигандного обмена. Обменное ушире -ние могут вызывать не только доминирующие комплексы [81,82], но и формы, присутствующие в растворе в незначительных количествах [83]. В нейтральных и щелочных растворах, содержащих избыток ли -ганда, происходит накопление соединений меди (П) с глицилглицином состава 1:2. Наиболее надежно зафиксирована спермы [Lli(l]4n_j)(qq)J Для нее предлагаются три возможные структуры (см.следующую страницу). Структура У, предложенная Кимом и Мартеллом [56], в дальнейшем была отвергнута, по тем же причинам, что и структура П для комплекса L vQQyJ к настоящему времени дискуссия ведется лишь о присутствии в растворах структур УІ и УП, причем в послед -ние годы получены весьма существенные свидетельства в пользу структуры УЛ. К ним относятся, например, сравнительные исследова -ния комплексообразования меди (П) с глицилглицином и глицинамидом. В литературе имеются также указания на образование биядерной частицы [Ц (адНн)а(0Н)]"" [54-56,63,66,68,75,76,78]. Суще -ствуют два варианта строения этого комплекса. Предполагается либо экваториальная [78] (XI), либо экваториально-аксиальная [66] (Jffl) мостиковая координация гидроксилиона. Однако данные последних ЭПР-исследований [85] не подтверждают образования биядерных комплексов меди (П) с глицилглицином, в отличие от других ПОЛИ - ГЛИЦИНОВ. Строение и составы комплексных соединений меди (П) с другими алифатическими дипептидами аналогичны соответствующим глипил-глицинатам [53,70,73,76,78,86-89].
Образование соединений [Cll(C$li-i)(OH)J ,[Cu(QQ)a], [Cli((-jE)!"!... ] и [Cu2(QQH_1)a(0H)] не является строго доказанным потому, что они не накапливаются в значительных количествах в тех узких диапазонах концентраций лиганда и рН (рН 3-II, CL 0,05), которые использовались авторами [50,53-56,63,66,68, 73,75,76,78], В связи с этим представляется необходимым расши -рить диапазоны концентрации дипептида и кислотности среды, чтобы зафиксировать формы, минорные в обычных условиях. 1,3. Разнолигандные комплексы меди (П) с аминокислотами Комплексы металлов, содержащие в первой координационной сфере два или более различных лигандов, интенсивно изучаются во многих лабораториях мира. Интерес к ним обусловлен тем, что при образовании разнолигандных комплексов более ярко проявляется индивидуальность ионов металлов, что открывает перспективы повышения избирательности и чувствительности реакций отделения, опре -деления и концентрирования компонентов. Процесс образования разнолигандных комплексов тесно связав с одной из важных проблем современной аналитической химии - проблемой экстракции. Комплексные соединения металлов с двумя разнородными лигандами, одним из которых является аминокислота, представляет значительный ин -терес в химической технологии, аналитической химии и особенно в биохимии. Условиям образования таких соединений посвящено боль -шое количество статей и монографий, наиболее значительными из которых являются [28,90-921. Ниже рассматриваются литературные данные по аминокислотным комплексам меди (И) с потенциально три-дентатными вторыми лигандами ,выбранными нами для исследования. Для разнолигандных комплексов, образующихся в системе медь(П) - диэтилентриамин ( Die tt ) - аминокислота ( Aftiactl), показана аксиально-экваториальная координация аминоацидата [93]. Из иссле -дования спектров кругового дихроизма и анализа спектроф%метри -ческих данных в [93] делается также вывод о том, что в слабоще -лочной (рН 8Л - 10.5) области аминокислота координирована ато -мом азота в экваториальной плоскости (хелатный узел Си N/, ). Там же было отмечено, что при переходе от простого комплекса [Ca(Dlea)Ja+ к разнолигандному [Си(DierO(Amac)] характер спектров поглощения (как Дтох ,так и ) меняется весьма незначительно. Этот факт был об"яснен совместным влиянием на спектр двух противоположных тенденций: коротковолнового сдвига при координации четвертного атома азота в экваториальном по -ложении и длинноволнового сдвига вследствие аксиального связывания карбоксильного кислорода аминокислоты. Аналогичной точки зрения придерживаются и авторы 94], изучившие комплексообразо-вание в системе медь (П) - диэтилентриамин-аланинамид.
В этой работе приведен более детальный анализ взаимосвязи между струк -турой образующихся разнолигандных комплексов, константами их устойчивости и электронными спектрами поглощения. В работе [95]было изучено образование разнолигандного комплекса меди (П) с ди -этилентриамином и глицином. Авторами получено значение lotifi = 20.34 ( ІОвК s 4.19). Разнолигандные соединения меди (П) с дипептидами и аминокислотами являются, несомненно, более близкими моделями активного центра ферментов, чем простые комплексы. Однако изучению этих соединений посвящено небольшое количество работ. Мартином с сотрудниками [63,96] методами потенциометрии и спектрофотометрии исследовано образование разнолигандных компле ксов с полиглицинами (глицилглицином, триглицином, тетраглицином) и глицином. Обнаружены формы состава [Си (QQH_4)( lu)] [63,96] и [Ctl(Q(q)(G[il()] [63]. При эквимолярном соотноше нии всех трех компонентов (концентрация их была равна 1 10" моль/л) частицы Cll(Q4H )(Qly)] в значительных ко- личествах накапливаются в диапазоне рН 9.5 - 10.5, другой же комплекс существует в очень небольших концентрациях при рН около 6 (малые концентрации, по-видимому, помешали обнаружить его при первом исследовании [96J. Авторы отмечают, что смешанная коорди нация значительно увеличивает устойчивость комплексного соедине ния. Рассматривая строение соединений, они не решаются сделать выбор между двумя возможными структурами: с три- и бидентатным способом связывания дипептида. На основе исследования равновесий в системах медь (П) - глицилглицин - аминокислота с большим ря - дом аминокислот в работе [97] сделан вывод о том, что аминокис - лоты в комплексах с дипептидами [Cu(QQH.{)(/lltluC)] зани мают одно аксиальное и одно экваториальное положение подобно вто рому дипептиду в [ClL (ЭДН- ХЭД)] . Основным аргу ментом в пользу этого предположения служит практически одинако - вая устойчивость разнолигандных комплексов с d- и /5 -амино- : кислотами. Напротив, бидентатная координация депротонированного дипептида в смежаннолигандных комплексах предполагается в рабо -тах [74,89,98-100]. Таким образом, вопрос о характере координации дипептида и аминоацидат-иона в их разнолигандных комплексах остается откры -тым. Сведения об образовании разнолигандных комплексов в выбранной нами для исследования системе медь (П) - ОЭДФК - аминокис -лота в литературе отсутствуют.
Эффект протонирования
Реакции обмена, протекающие по ассоциативному механизму,должны резко замедляться при про тонировании нуклеофильшх реагентов в обпеме раствора. Такой эффект неоднократно наблюдался для комплексов меди (П) с азотсодержащими лигандами. Так, аминокислоты ( АпгосН ), находящиеся в растворе в цвиттерионной протонирован -ной по аминогруппе форме, практически не участвуют в обмене, ибо последний начиваетоя, как показано выше, с атаки атома азота.Низкую активность AtttacH , вероятно, правильнее приписывать обра -зованию прочной внутримолекулярной водородной связи между двумя функциональными группами. С этой точки зрения понятна слабая ре -акционная способность монопротонированных форм диаминов, например, Ltlft .На основании анализа литературных данных в работе 108} сделано заключение: образование первой связи металд-лиганд яв -ляется скоростьопределяющей (и быстрой) стадией только тогда,когда хотя бы один атом азота полиамина не в состоянии образовать прочные внутримолекулярные водородные связи через протон с другими атомами лиганда. Протонирование групп, не участвующих в первоначальной нуклео-фильной атаке, слабо влияет на скорости реакций обмена. Показано [116], что в области рН, где происходит протонирование аминогруппы орнитина ( ОґігН ) в положении 5 или лизина ( LusH ) в положении 6, значения Кобм# для соответствующих бис-аминоацидатных комплексов меди (П) не изменяются. Процессы обмена координированных к меди (П) анионов ЕДТА ", инициируемые лигандами ЕДТА и ЕДТА Д5 при Т в 298 К, имеют близкие скорости 117] (табл.5). Отмеченный факт означает, что образование связи центрального иона со вторым атомом азота вступаю - щего лиганда (дезактивированным в форме ЕДТА Д" .) не является скорое тьопределящей стадией реакции. Это несправедливо при более высоких температурах: при 367 К константа скорости второго по -рядка для процессов с участием ЩЩ/ составляет 1,39 ІСгмоль"1 л.с""1, а с ЕДТА Д3" 1,4 Ю2 моль л.с"1 [117]. 2.3. Эффект соседних координированных групп. При исследовании лабильности разнолигандных комплексов ме -ди (И) удается обнаружить влияние соседних координированных ли -гандов на подвижность обменивающихся полидентагных частиц.
Так, блокирование лигандом. L одной из аксиальных позиций в бис(эти-лендиамин)медь(П)-ионе приводит к замедлению скорости обмена эти-лендиамина [104,110], что подтверждает представление об ассоциа -тивном механизме замещения, предусматривающем атаку аксиального положения вступающим нуклеофилом. При этом скорость обмена эти -лендиамйна уменьшается с усилением донорной способности L , ибо последнее приводит к большему смещению центрального иона из экваториальной плоскости в направлении L и делает медь (П) менее доступной для нуклеофильной атаки с противоположной стороны [НО] . Эффект блокирования об"ясняет и низкую лабильность относительно бис(треонинато)меди(П) (см. табл.5): в первом случае аксиальное положение занимает один из атошв трехдентатного (депротонированного по спиртовой группе) ли-ганда ТІІГІІ-f [П8]« Аналогичный эффект наблюдается в системе медь (П) - серии [116,119]. Как следует из таблицы 5, константы скоростей реакций обмена второго порядка для разнолигандных комплексов [Clt(4MEAH,1)(MfA)2]f [ВДу ХМЕА)] и [Cu(Eti)(Ser)]+ (где МСАН-4 и CjiuQitjH-4 - лиганды, депротонированные соответственно по спирто- вой и пептидной группе) существенно ниже, чем для простых - . Причиной этого может быть низкая симметрия ближайшего окружения меди (П) в разнолигандных соединениях, в результате чего ослабевает или устраняется псевдоэффект Яна-Теллера, обуславливающий высокую лабильность пентако -ординационных интермедиатов [120]. Подвижность глицинат-иона в низкосимметричном комплексе [Си(Ьі-ру)((Нуї) и в бис(глицинато)меди(П) отличается незначительно [l2l] . Это обусловлено, вероятно, jt -акцепторной способностью дипиридина , благоприятствующей стабилизации тригонально-бипира -мидального переходного состояния и увеличению скоростей реакций замещения лигандов, протекающих по ассоциативному механизму, при котором такое состояние может реализоваться ( ft -транс-эффект). Эффект данного рода впервые был привлечен в работах [122,123] для об"яснения аномально высоких скоростей реакций комплексообразования [Са(Ьіру)] с анионами аминокислот ( Qly", об-Ala yp-hlu), В отличие от других исследованных азотсодержащих лигандов, глицилглицинат-ион Ф ЦН в составе комплексов меди (П) вызывает заметный химический обмен соседних координированных частиц ( {VO, AttiAC", f Ugly ) по кинетическому пути первого порядка (таблица 5), Лабилизирующий эффект цІ ІуН об"ясняется [120] сильным транс-влиянием депротонированного пептидного атома азота. Как видно из таблицы 5, из всех рассмотренных в Главе I си -стем кинетика обмена лигандов исследовалась только для глицилгли -цината меди (П) [134]. Изучение лабильности комплексов с пирофос -фатом, J - аминоэтилфосфоновой кислотой и оксиэтилидендифосфоновой кислотой не проводилось. Не определялась также подвижность аминоацидат-ионов в разнолигандных комплексах с диэтилентриамином, ОЭДФК и дипептидами. Такого рода исследование составляет одну из задач данной работы. Изучение кинетики обмена лигандов важно не только в плане понимания механизмов реакций замещения, но может оказаться весьма полезным и для установления структуры комплексов, образующихся в растворах.
Интерпретация кинетических данных требует знания состава и устойчивости присутствующих в растворе комплексных форм. Для этого необходимо предварительно исследовать равновесия реакций комплек -сообразования в системах, где данные о состоянии частиц являются противоречивыми. Задачей настоящей работы является установление механизма реакций химического обмена полидентатных азот-, фосфор- и кислородсодержащих лигандов в растворах простых и разнолигандных коорди -национных соединений меди (П), а также выяснение влияния ближай -шего окружения центрального иона, заряда, электронодонорных и сте-рических свойств лигандов на скорости реакций химического обмена. Для решения этой задачи были исследованы зависимости скоростей спин-спиновой релаксации (Т% ) протонов воды и ядер 51Р лигандов от концентраций реагентов в растворах простых и разнолиганд -ных комплексов меди (П). Составы комплексов находились магнитно -релаксационным и спектрофотометрическим методами из зависимостей скоростей спин-решеточной релаксации (Tj ) и оптической плотно -сти растворов от кислотности среды и концентраций лигандов. На пер ой стадии исследования (гл.ІУ) изучены простые(гомо -лигандные) комплексы меди (П) с пирофосфатом, оксиэтилидендифосфо-новой и /5 -аминоэтилфосфоновой кислотами, а также с рядом ди -пептидов, отличающихся размером боковой углеродной цепи. Для первых двух систем и для систеш медь(П) - глицилглицин были оп -ределены составы и устойчивость образующихся в растворе комплек -сных форм. Для всех изученных систем рассчитаны константы скоро -сти обмена лигандов в растворах комплексных соединений состава I : 2. В дальнейшем (гл.У) исследованы образование и лабильность разнолигандных комплексов меди (П) с потенциально тридентатными лигандами (диэтилентриамином, ОЭДФК, глицилглицином) и рядом алифатических аминокислот, различающихся размером бокового ал -кильного радикала. 3.2. Методы исследования. Для измерения времени спин-решеточной (Tj) и спин-спиновой (Т2) релаксации нами использовался метод спинового эха. Явление спинового эха подробно описано в ряде монографий (см., например, [141 - 144]). Времена Tj и Т2 на ядрах Н и 51Р измерялись импульсным когерентным ЯМР спектрометром с рабочей частотой 15,006 МГц, собранным сотрудниками кафедры неорганической химии КГУ. Блок-схема прибора представлена на рис.4. Схемы отдельных блоков подробно описаны в [144,145]. Короткие времена релаксации Т2 ( 5 КГ5 с) измерялись методом Хана [146]. Для измерения более длинных времен использовался метод Карра-Парселла-Мейбума -Гилла [I47J. Величина Т2 рассчитывалась из зависимости амплитуды сигнала спинового эха (а) от времени задержки между 90-ным и 180-ным импульсами ( X ) по уравнению:
Расчет параметров равновесий и химического обмена по данным ЯМРелаксации
Согласно теории ЯМ? скорости спин-решеточной TjM х и спин -спиновой Т М релаксации ядервпервой координационной сфере иона переходного металла определяются следующими соотношениями 149 -[152] : где Vj и у$ - гиромагнитные отношения ядра и неспаренного электрона, S - электронное спиновое число парамагнетика, Y -расстояние от парамагнитного иона до релаксирующего ядра, А -константа изотропного контактного взаимодействия, и lj времена корреляции для диполь-дипольного и контактного взаимодействий. Соответственно, COj и о$ - ларморовские частоты прецессий магнитных моментов ядра и электрона. Времена T Q и е определяются соотношениями Здесь Тг - характеристическое время вращательного движения па -рамагнитной частицы, fs - время релаксации электронного спина парамагнитного иона, tM - среднее время жизни ядра в первой координационной сфере комплекса. Из уравнений (8)-(9) следует, что времена релаксации ядер зависят от состава, скорости молекулярного движения частиц, характера связи лигандов с центральным парамагнитным ионом и чувстви -тельны к любым изменениям в процессе комплексообразования. В об -щем случае можно записать: т.е. скорость релаксации ядер в растворе линейно зависит от кон -центрации парамагнитных ионов См . Коэффициент пропорционально -сти (Kj 2)1 называемый коэффициентом релаксационной эффективности (КРЭ) парамагнитного комплекса, является характеристической вели- -Т -Т чиной для данной формы и имеет размерность моль с л. Методика исследования комплексообразования парамагнитных ионов магнитно -релаксационным методом подробно описана в монографии А.А .Попеля [144] . Если в растворе, содержащем парамагнитный ион и лиганды, между комплексными частицами различного состава устанавливается равновесие, причем каждая частица ускоряет релаксацию исследуемых ядер независимо от присутствия других, то можно записать где Kj, К ,..., К - константы ионизации соответствующих кислотных групп. Решая уравнение (28) относительно jtl , можно найти число протонов, участвующих в реакции (27), и, соответственно, состав комплекса. Уравнения (24)-(28) записаны здесь в приближении, что в рас -творе одновременно присутствуют только две комплексные формы. В реальных системах это условие выполняется редко, однако с исполь -зованием ЭВМ можно решать аналогичные уравнения, в которые входят параметры произвольного числа частиц.
В данной работе константы равновесий реакций комплексообразования были рассчитаны с исполь -зованием программы, составленной на кафедре неорганической химии КГУ под руководством доц.Ю.И.Сальникова на мини-SBM "Электроника ДЗ-28" по методике, описанной в [153]. Оценку достоверности полу -ченных результатов проводили согласно [154]. Из уравнений (8) и (9) следует, что процессы релаксации в растворах парамагнитных ионов определяются взаимодействием ядер, находящихся в непосредственной близости от парамагнитного иона, то есть в первой координационной сфере. Воздействие парамагнетика на ядра в массе раствора распространяется вследствие химического об -мена. Согласно Свифт и Коннику [155], измеряемая скорость спин -спиновой релаксации ядер с учетом их обмена между двумя равновес -ными положениями А и В (при условии [А]» [В]) описывается следующим уравнением: где Т и T g- времена спин-спиновой релаксации, а Тд и Т6 - средние времена жизни ядер в положениях А и В , АСОь - разность частот резонанса ядер в двух состояниях. Можно принять, что по - ложение В эквивалентно нахождению релаксирующего ядра в первой координационной сфере парамагнитного иона (В = М). С учетом ве - роятностного члена Рм= -тг 1 - -— ( It - число релак- сирующих ядер в первой координационной сфере, См - концентрация парамагнитных ядер, Сд - общая концентрация исследуемых ядер) и при условии, что ДОм « Т2М Т2МТМ , из уравнения (30) получается соотношение, найденное ранее авторами [15б]: Два этих предельных случая можно легко отличить по темпера -турной зависимости времени релаксации [155]. При изучении процессов релаксации в растворах комплексных соединений парамагнитных ионов, как правило, разность частот ре -зонанса ядер координированных и свободных лигандов мала, и соблю дается условие, при котором справедливо уравнение (31). Кроме того, как было экспериментально показано [142] , скорость релакса -ции ядер в диамагнитном окружении (Тзд) сравнительно невелика, и ее вкладом можно пренебречь. Исходя из этого, уравнение (31) можно преобразовать ж виду: В четырехгорлую колбу емкостью 500 мл, снабженную мешалкой, ка -пельной воронкой, обратным холодильником и термометром, загружали 120 г (2 Моль)уксусной кислоты и треххлористого фосфора с такой скоростью, чтобы температура исходной смеси не превышала 35С. Затем реакционную массу нагревали до 45-50С и выдерживали при этой температуре 30-60 минут. В течение этого времени практически пол -ностью удаляется хлористый водород. Затем обратный холодильник заменяли на нисходящий и отгоняли хлористый ацетил, постепенно повышая температуру до 120С. Сиропообразный остаток после удаления хлористого ацетила перемешивали в течение одного часа при 120С, после чего при П0-130С отгоняли с водяным паром кислые примеси до тех пор, пока реакция дистиллята не станет нейтральной. Реакционную массу охлаждали до комнатной температуры, добавляли 50 мл уксусной кислоты и размешивали. Выпадал белый осадок оксиэгилиден-дифосфоновой кислоты. После выдержки смеси в бане с ледяной водой в течение 1-1,5 часа осадок отфильтровывали 20 мл уксусной кислоты, тщательно отжимали и высушивали при 75-80С. Температура плавления белого мелкокристаллического продукта І97-І98С. В спектре ЯМР Р водного раствора синтезированной ОЭДФК наблюдался синг-лет при 35,1 м.д. (относительно 85%-вого раствора Н РО ). jb -Аминоэтилфосфэновая кислота (y3-AEPH2) синтезирована согласно методике [159] через следующие стадии:
Образование и лабильность комплексов меди (П) сдипептидами
Несмотря на интенсивное изучение в последние годы соединений меди (П) с дипептидами, сведения о составе и константах устойчивости комплексных форм в водных растворах, как уже отмечалось в гл.1 (см.таблЛ), остаются противоречивыми. Нами предпринято спен-трофотометрическое исследование системы медь (П) - глицилглицин в широком диапазоне кислотности среды и концентрации лиганда. На рис.11 (приложение табл.5) приведены зависимости оптической плот -ности растворов от рН при различных соотношениях металл/лиганд. При расчете схем равновесий из этих зависимостей использовались найденные нами при 293 К значения констант диссоциации глицилгли- цина (pKj а 3,24 + 0,02; рК2 = 8,32 +0,02). Константы устойчиво сти комплексов [CuDHQLr] р+с ( HL - нейтральная форма глицилглицина) представлялись в виде „ _ l upnqL»- - /о рог"" гр І І? гн+ і Г\" 1 соответствующие коэффициенты экстинк- Luu J L J L J ции обозначены как Єр . Полностью согласованное описание обеих серий достигается в предположении о накоплении в растворах при соотношении металл-ли- ганд 1:1 двух комплексных форм [CuL] и [Си11"Ц] , а при соотношении 1:20 дополнительно еще двух форм: [CuLHJ и [CuULItO]" . Полученные в результате расчета данные представлены в табл.9, а распределение комплексных форм при различных соотношениях металла и лиганда - на рис.12 и 13. В комплексе [buLnj глицилглипин координирован к иону меди (П) в цвиттерионной форме (аминогруппа остается протонирован-ной). В пользу этого свидетельствуют более низкое значение при 630 нм ( 301 табд 9) по сравнению с аналогичной величиной для комплекса [Cut] , в котором, как неоднократно было показано [51, 52,56,57,68,69] , аминогруппа координирована в экваториальном положении. Вторым местом хелатирования в соединении [CuL] является кислород пептидной группы. В нейтральных областях среды доминирует форма [Сц, (LH-j)] , которая образуется при диссоциации протона пептидной группы и перекоординации с пептидного кислорода на азот. Введение второго атома азота в экваториальную плоскость иона меди (П) вызывает заметный коротковолновый сдвиг максимума поглощения и увеличение интенсивности окраски растворов (см.табл.9). Интересны процессы, происходящие в щелочной области. С увели чением рН от 8 до 13 наблюдается незначительное уменьшение оптиче- .ской плотности в серии с соотношением металл/лиганд 1:1 (рис.На) и резкий спад ее при высокой концентрации лиганда (рис.Пб).
Из литературных данных известно [50,51,54-57,59,63,66,68,73-77J, что в условиях равенства концентраций металла и лиганда ( СМ,С. 4 І І0 2) при рН 8-12 происходит накопление формы [Cu(LH-f)(0H)] , причем оптический спектр этой формы незначительно отличается от спектра комплекса [Ca(LH-jj)] , доминирующего при рН 6,5 - 8 [56,63]. Следовательно, значительное уменьшение оптической плотно сти (рис.Пб) связано не с замещением лиганда L гидрокоил-ионом в соединении , а с дальнейшим депротониро - ванием этого комплекса. Нельзя, однако, полностью исключать проте -кание первого процесса, но депротонирование должно доминировать при высоких концентрациях лиганда. Такая ситуация реализуется при CL = I моль/л. Изменение оптических спектров от кислотности среды при концентрации лиганда I моль/л показано на рис.14. Наличие изобести- ческой точки при А в 572 нм однозначно свидетельствует о равнове сии только между двумя комплексными формами, одна из которых изве - стна: . Второй формой, согласно расчету, является [Cu(LrL.)2 J # Единственной причиной значительного коротковолнового сдвига Дтак при накоплении последнего комплекса (табл.9) (рис.IE) может быть только депротонирование пептидного атома азо -та второго лиганда в бис-комплексе, а не вхождение гидроксил-иона в первую координационную сферу. Таким образом, в комплексе [Cu(LH.,)ar каждый лиганд LH_ связан с ионом меди через атом азота аминогруппы и депрото - нированный атом азота пептидной связи. Аналогичный способ координа ции обнаружен ранее в кристаллах дикалий-бис(глицилглицинато)меди (П) [84-]. Найденные значения Ц юі , 2 і-ц и 4Ї/3 І-І2 (табл.9) хорошо согласуются с литературными данными (таблЛ). Комплексы [Cu(LH)J и [Cu(LH4)2] надежно зафиксированы на -ми впервые. Приведенные ранее значения 1$ /2 j_22 s 5»51 С50], -5,20 [53], -5,26 [73] являются, по-видимому, ошибочными, так как соответствующие частицы не могут накапливаться в заметных количествах при довольно низких концентрациях лиганда, использованных в [50,53,66,73].
Результаты исследования указывают на доминирование в системе медь (П) - глицилглицин при рН 8 и концентрациях лиганда выше 0,01 моль/л формы (см.рис.13). Из сравнения констант устойчивости [53,70,73,76,78,86-89] видно, что такое пред положение справедливо и для других алифатических дипептидов. Это открывает возможность определения величин скоростей химического об мена лигандов в растворах соединений [CuL(LHH)]" для ра да дипептидов. На рис.15 и 16 (приложение табл.6 и 7) приведены зависимости (." от к0ВДентРац.ии дипептидов в растворах комплексов меди (її). Все зависимости подчиняются уравнению Мы пренебрегли вкладом в релаксацию от обмена аксиальных молекул воды (К0) и тридентатно связанного лиганда 1_НН (см.[120]). В уравнении (38) предполагается также, что обмен 1_Г в растворах [Ctt(LH.,)(L)r . описывается кинетическим уравнением смешанного порядка: V05M = (k + ka[L-])[Ca(LHHKL)1. (39) Рассчитанные величины Kj, Ц и Т2ц представлены в табл.10. Как видно из таблицы 10, время релаксации Tgjj чувствительно лишь к ближайшему окружению парамагнитного иона и не зависит от размера алкильного радикала ( R ) боковой цепи дипептида. Величина 1 заметно уменьшается с увеличением R . Влияние стерических факторов на подвижность анионов дипептидов можно рассмотреть с помощью уравнения Тафта вида: Igk = tgk, BEj , т где константа к равна К? в уравнении (39), 0 - мера чрстви-тельности реакции к стерическим эффектам, L$ - чисто стерическая константа Пальма [162]. Рассчитанные значения коэффициента корреляции Г , (о к0 и 8 соответственно равны 0,996; 7,10; 0,250. Положительное значе -ние величины 0 и, следовательно, наличие стерических препятст -вий подтверждает ассоциативный механизм обмена анионов дипептидов в координационных соединениях меди (П). Гораздо меньшее влияние оказывает величина бокового углеводородного радикала на константу k,j . К сожалению, низкая точность определения К не позволяет утверждать, что здесь стерический эффект отсутствует, однако высокие абсолютные значения К указывают на сильное лабилизи -рующее трансвлияние депротонированного пептидного атома азота, как это отмечалось ранее [1203.
