Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 7
1.1. Строение комплексных соединений Со (II), Ni (II) и Си (II) 7
1.2. Молекулярные соединения галогенидов d-элементов с азотсодержащими лигандами 11
1.2.1. Молекулярные комплексы азолов 13
1.2.2. Гидразоны в координационной химии 17
1.2.3. Комплексные соединения N-незамещенных и алкилзамещенных гидразонов 18
1.2.4. Комплексные соединения арилгидразонов 21
1.2.5. Комплексные соединения азинов 22
1.2.6. Комплексные соединения ацилгидразинов и ацилгидразонов 23
1.2.7. Комплексные соединения семикарбазонов 30
1.2.8. Комплексные соединения озазонов 32
1.2.9. Комплексные соединения амидразонов 33
1.2.10. Комплексные соединения формазанов 34
1.3. Методы исследования комплексных соединений 37
1.3.1. Колебательная спектроскопия комплексных соединений переходных металлов с органическими лигандами 37
1.3.2. Электронная спектроскопия комплексных соединений переходных металлов с органическими лигандами 38
2. Экспериментальная часть 42
2.1. Исходные вещества и растворы 42
2.2. Синтез исходных лигандов 44
2.2.1. Синтез 5-нитрофуран-2-амидразона 44
2.2.2. Синтез Ы3-(5-нитрофурфурилиден)-5-нитрофуран-2-амидразона 45
2.2.3. Синтез Ы3-[4-(5-нитрофурфурилиден2-амино)бензилиден] -5-нитрофуран-2-амидразона 46
2.2.4. Синтез 1,4-Диацетил-3,5-ди(5-нитро-2-фурил)-Д2- 1,2,4-триазолина 47
2.2.5. Синтез Ы'-ацетил-Ы3-[4-(5-нитрофурфурилиден-2-амино) бензил иден]-5-нитрофуран-2-амидразона 48
2.3. Синтези выделение твердых комплексных соединений 49
2.4. Элементный анализ выделенных комплексов 55
2.4.1. Определение содержания ионов металлов 55
2.4.2. Определение содержания С, Н, N 56
2.4.3. Определение содержания хлорид-иона 56
2.5. Физико-химические методы анализа полученных соединений 57
3. Обсуждение результатов 59
3.1. Физико-химическое исследование строения лигандов 59
3.1.1. Таутомерные формы гидразидоимидов и амидразонов 59
3.1.2. Строение лигандов поданным молекулярной спектроскопии 61
3.2. Исследование координационных соединений 68
3.2.1. Результаты элементного и дериватографического анализа 68
3.2.2. Электронные спектры комплексных соединений 72
3.2.3. Строение комплексных соединений поданным ИК спектроскопии 77
3.2.4. Строение координационных соединений по данным ЭПР спектров 90
3.3. О возможных структурах изученных комплексных соединений 91
3.4. Биологическая активность изученных комплексов 95
3.4.1. Практическое применение комплексных соединений в биохимии и медицине 95
3.4.2. Антимикозная и антимикробная активность изученных комплексных соединений 96
Выводы 100
- Молекулярные соединения галогенидов d-элементов с азотсодержащими лигандами
- Методы исследования комплексных соединений
- Физико-химические методы анализа полученных соединений
- О возможных структурах изученных комплексных соединений
Введение к работе
Несмотря на то, что синтез и исследования координационных соединений азометиновых лигандов осуществляется давно, интерес к ним сохраняется до сих пор, что связано, главным образом, с возможностью широкого варьирования тонкого строения азометиновои лиганднои системы, существенно влияющей на физико-химические свойства и структуру комплексных соединений [1-19]. Интерес к металлохелатам этих лигандов связан, главным образом, с возможностью широкого варьирования тонкого строения азометиновои лиганднои системы, что существенно сказывается на физико-химических свойствах и структуре комплексных соединений [4].
Детальное изучение координационной химии азометинов позволяет направленно создавать материалы с представляющими практический интерес оптическими и магнитными свойствами, металлсодержащие мономеры и полимеры, фотохромные и жидкокристаллические системы, а также биологически активные объекты. Важное место в современной координационной химии азометинов занимают вопросы направленного регулирования структуры и свойств комплексов [4].
Химия фурановых соединений является одной из наиболее перспективных областей химии гетероциклических соединений, что связано с доступностью исходного сырья, своеобразием свойств самого фуранового цикла и практической значимостью производных фурана. Стремясь найти новые антибактериальные средства, в 40-х годах химики-синтетики обратили внимание на производные ароматических гетероциклических соединений -фурана, содержащего в 5-положении нитрогруппу и обладающего высокой антимикробной активностью, это в определённой мере послужило толчком для развития химии нитрофурановых соединений.
Как показали последние исследования, весьма интересными объектами изучения являются нитрофурансодержащие азометины, в частности произ-
водные 5-нитрофуран-2-амидразона, которые имеют большое практическое значение, так как обладают высокой противомикробной активностью при низкой токсичности.
Известно, что нитрофурансодержащие азометины, обладают противо-микробными свойствами и широко применяются в медицинской практике для лечения заболеваний, вызванных различными микроорганизмами. Нитрофурансодержащие азометины имеют большой набор донорных атомов и способны образовывать с солями металлов разнообразные по составу и строению комплексы, многие из которых также обладают медико-биологическими свойствами. В связи с этим синтез и исследование новых координационных соединений переходных металлов с различными произво-дыми нитрофураисодержащих азометинов важно как с научной, так и с практической точки зрения.
Соли d-элементов являются электроноакцепторными агентами, способными присоединяться к органическим и неорганическим молекулам в местах избыточной электронной плотности, создаваемыми свободными парами электронов донорных атомов или тг- электронами кратных связей. Эта способность галогенидов d-элементов образовывать донорно-акцепторные связи с большим числом в химическом отношении пассивных молекул, содержащих О, N донорные атомы, лежит в основе их каталитической активности, схожей по характеру с каталитической активностью протонных кислот [1]. Вообще, комплексные соединения галогенидов d- элементов с азот- и кислородсодержащими лигандами являются традиционной областью изучения поведения лигандов и связи металл-лиганд [10].
В связи с этим выяснение места локализации координационной связи, структурных превращений лигандов, влияния электронной структуры метал-ла-комплексообразователя на природу и прочность связи, сравнительная
«
оценка электроноакцепторных свойств различных галогепидов и ряд других вопросов представляют несомненный интерес.
Целью настоящей работы является определение условий синтеза, изучение состава, строения и физико-химических свойств соединений кобальта, никеля и меди с новыми нитрофурансодержащими азометанами.
При этом исследование проводилось в направлении следующих вопросов:
Синтез и выделение в твердом виде комплексных соединений хлоридов кобальта (II), никеля (И) и меди (И) с некоторыми нитрофурансодержащими азометинами.
Изучение состава и свойств полученных комплексных соединений.
Установление способа координации ионов изучаемых d-элементов с нитрофурансодержащими азометинами, содержащими несколько до-норных центров методами молекулярной спектроскопии.
Определение стререостроения молекул комплексных соединений по данным молекулярной спектроскопии.
Изучение биологической активности исследуемых комплексных соединений.
Молекулярные соединения галогенидов d-элементов с азотсодержащими лигандами
С точки зрения протонной теории способность молекул аминов координировать протоны, а также, образовывать молекулярные соединения, должна зависеть от подвижности электронной пары у атома азота [4, 5]. В свою очередь, подвижность электронной пары у атома азота, способной к образованию донорно-акцепторной связи, тем выше, чем больше электронная плотность в молекуле амина сдвинута к атому азота. Сдвиг электронной плотности зависит от индукционных эффектов радикалов, присоединенных к атому азота. В частности, для алифатических аминов положительный индукционный эффект приводит к увеличению протоноакцепторной способности атома азота, при переходе от первичного к вторичному и третичному аминам. В ароматических аминах, вследствие отрицательного мезомерного эффекта арильных радикалов, электронная плотность смещена от атома в направле- нии этих радикалов и неподеленная электронная пара азота менее подвижна чем у аммиака. Для ароматических аминов общий индукционный эффект заместителей также увеличивается при переходе от первичного к вторичному и третичному амину, что приводит к снижению электродонорной способности атома азота в той же последовательности. Отмечено, что имеет место параллелизм между способностью аминов образовывать полярные соли и их способностью присоединять протоны - основностью. В апротонных органических растворителях ввиду относительно слабого влияния сольватации основность аминов определяется только электронно-донорной способностью атомов азота, зависящей от его валентного состояния. Пиридин, например, имеет менее основной характер (рКа = 5,2) чем алифатические амины (например, NH3 9,5; N (СН3)з 9,8) . Это объясняется, вероятно, гибридизацией связей атома азота: в аммиаке свободная пара электрона находится на sp3-орбитали, а в пиридине - на sp -орбитали. В случае других гетероциклических соединений смещение связей типа (I) будет увеличивать электронную у плотность у атома азота (при сохранении sp - гибридизации) и облегчать реакции с электрофильными реагентами. Однако Z может давать противоположный мезомерный эффект, кроме того, необходим учет различного рода коныогаций, межмолекулярных и внутримолекулярных водородных связей. Электронная атака на атом азота и последующее образование координационных связей зависят также от сольватации молекулами растворителя и стерических факторов [2]. Все выше изложенное оказывает существенное влияние на структуру и прочность координационных соединений с аминами. Гидразоны, благодаря наличию фрагмента C=N-N явились удобной моделью я"-/?-сопряжения.
Основным условием реализации взаимодействия -электронов С=№связи с неподеленной парой электронов аминного атома азота является планарность гидразонного фрагмента, позволяющая осуществить соответствующую ориентацию и перекрывание р- И 71-орбиталей. Проявление сопряжения в молекулах гидразонов наблюдалось при изучении ИК-, КРС- и ПМР-спектров, а также оптических свойств, полярографического поведения и других физико-химических свойств этих соединений [18]. В колебательных спектрах тс-/?-сопряжение приводит к понижению частоты валентных колебаний связи C=N. Если у алифатических иминов vc=N проявляется в области 1650-1670 см 1, то у ал кил гидразонов алифатических карбонильных соединений она смещена в длинноволновую область спектра и проявляется при 1635 см \ а для диметилгидразона формальдегида - даже при 1585 смл [18]. тс-Электроны кратной связи и /7-электроны неподеленной пары атомов азота обусловливают донорные свойства гидразонов и способность гидразонов образовывать комплексные соединения, особенно с металлами переменной валентности [13]. 1.2.1. Молекулярные комплексы азолов. Наличие нескольких гетероатомов и квазиароматической тх-системы предполагает поведение азолов как полидентатных лигандов. В этой связи в химии комплексов азолсодержащих систем первостепенным является вопрос о месте локализации координационной связи. Предполагается, что в зависимости от типа азолов, металла и условий проведения реакции координационная связь может быть на пиридиновом N-атоме, О-, S-гетероатоме или тг-системе. Анализ многочисленных литературных данных позволяет утверждать, что азолы являются монодентатными лигандами с единственным центром локализации координативной связи - атомом азота пиридинового типа [19]. Этот вывод обоснован (локализацией наибольшего л-электронного заряда на пиридиновом N-атоме) прямыми ренгеноструктур-ными, ЯМР-, ИК- и УФ-спектроскопии и другими исследованиями. Наибольшее число исследований посвящено изучению физико-химических свойств и строения координационных соединений с солями двухвалентных металлов. Состав комплексов колеблется от MX2-L до MX2-6L и зависит главным образом от стехиометрии реагентов. Величина основности (рКа) лигандов, практически не влияет на координационное число металла и мало влияет на состав и природа металла. Введение объемистых заместителей в молекулу лиганда приводит к понижению числа координированныз азолов. Тип полиэдров, реализуемых для комплексов азолов, зависит в основном от координационного числа металла и его электронной конфигурации, характера аниона, природы лиганда и в ряде случаев агрегатного состояния системы. Комплексные соединения MX24L и MX2-6L имеют октаэдрическую структуру с отдельными искажениями вдоль терагональных осей, вызванными специфическим влиянием лиганда и аниона. Для комплексных соединений типа MX2-4L чаще всего реализуется шрш/с-октаэдрическая структура II: Рентгеноструктурные и спектральные исследования однозначно решают вопрос в пользу структуры (б), в которой металл окружен шестью атомами азота пиридинового типа.
Гораздо богаче тип полиэдрических комплексов MX2-2L. Эти отклонения связаны, прежде всего, с природой анионов. Электронная конфигурация ионов металла этого типа координационных соединений зачастую играет решающую роль, Со2+ (cf) и Zn2+ (d]0) - образуют в основном тетраэдрические комплексы, Ni2+ (cf) и Cu2+ (cf) - плоские и октаэдрические, Pd2+ (cf) - только плоские. Однако среди кобальтовых и цинковых комплексов встречаются координационные соединения с октаэдрическим полиэдром, а среди медных и никелевых - с тетраэдрическим. Для имидазола его 5-бромпроизводного и бензоксазола реализуются никелевые комплексы типа NiX2-2L (Х=С1, Вг). При замене хлора и брома на йод наблюдается переход октаэдрической конфигурации в тетраэдрическую. В случае комплексов 2-метилимидазола переход октаэдр - тетраэдр наблюдается не только для ио-дида, но и для бромида никеля. Замена брома на йод нередко приводит к уплощению тетраэдриче-ской конфигурации. Переход тетраэдр — плоский квадрат характерен для комплексов никелевых галогендов с 1-бензил-2-фенилбензимидазолом и 2-аминобензтиазолом. Структурные особенности такого типа комплексов объясняют различной степенью поляризуемости галогенидов Г Вг" СГ и различным порядком эффективного вклада в тг-дативную связь металл-лиганд. При одинаковом составе, металле и анионе удается проследить влияние на структуру координационного соединения тонкого строения лиганда. Комплексы хлорида никеля типа МХ2-2Ь для бензимидазола являются тетра-эдрическими, но для безтиазола и бензоксазола - октаэдрическими. В научной литературе имеется немного данных для обсуждения структуры комплексов азолов типа МХ2-Ь и MX2-3L. Первым из них в зависимости от электронной структуры металла приписывается плоская (Си2+), октаэдрическая (Ni ) и (Со ) или тетраэдрическая (Со ) и (Zn ) - конфигурации. Для комплексных соединений MX2-3L постулируются тригонально-бипирамидальная или полимерно-октаэдрическая конфигурации. Доказательства получены в случае 1,2-диметилимидазольного комплекса хлорида меди: рентгеноструктурный анализ определенно свидетельствует a tfiic- три-гонально-бипирамидальной структуре [19].
Методы исследования комплексных соединений
Наряду с химическими методами, для исследования комплексных соединений успешно применяются и различные физические методы. Основу физических методов составляют методы рентгеноструктурного анализа дающие полную информацию о строении вещества и методы молекулярной спектроскопии, исследующие энергетические уровни. Особое развитие в силу ряда причин как инструментального, так и методологического характера получила ИК-спектроскопия комплексов, которая дает очень большую информацию о координации лиганда около атома металла. В частности, по значениям частот колебаний связей металл-лиганд можно оценить силовые постоянные связи и тем самым - оценить прочность образующихся комплексов. А по смещения полос поглощения групп, участвующих в координации, судят о механизме донорно-акцепторного взаимодействия. Наблюдаемые полосы поглощения в ИК-спектре можно отнести двумя способами: эмпирически и теоретически. Для теоретического отнесения проводят полный расчет частот и форм нормальных колебаний молекул чистого лиганда и его комплексов [63 - 65]. Для расчета частот и форм нормальных колебаний требуется геометрия и силовое поле данного соединения. При наличии таких данных расчет не представляет особых трудностей, так как существуют методики расчета с использованием ЭВМ [63]. Часто данных по геометрии исследуемых соединений нет, вследствие трудностей получения монокристалла необходимой величины для рентгеноструктурного анализа. Поэтому, используя так называемые характеристические по форме частоты колебаний, можно провести эмпирическое отнесение, используя ранее полученные данные ИК-спектров подобных соединений [66, 67]. Комплексные соединения имеют ряд особенностей, отличающих их исследования методами инфракрасной спектроскопии от аналогичных исследований органических соединений. Характерной чертой колебательных спектров комплексов является особенность, связанная с наличием атома в центре комплекса, который по своей массе во много раз превосходит атомы окружающих лигандов. Тяжелый атом нарушает кинематическую связь колебаний отдельных лигандов, расположенных вокруг центрального атома. Отсутствие перекрытия электронных облаков лигандов приводит к тому, что колебания каждого из них совершаются почти независимо от другого лиганда [68]. Поэтому, для таких комплексов, вполне достаточным может быть проведение эмпирического отнесения. 1.3.2. Электронная спектроскопия комплексных соединений переходных металлов с органическими лигандами Электронные спектры хелатных соединений d-элементов имеют ряд особенностей. Во-первых, о координации и строении образующихся комплексных соединений можно судить по изменениям полос поглощения самого лиганда. Во-вторых, очень ценную информацию можно извлечь из поведения «запрещенных» d-d-переходов координируемых ионов.
Так, при сопоставлении данных, представленных в работе [69] с дан ными, представленными в работе [70] было показано, что спектры хелатов бис-(2-оксиметиленциклогексаноната)-меди и бис-(2- трифторацетилциклогексаноната)-меди сходны со спектрами ацетилацетона-тов меди Си(АА)2 и, следовательно, был сделан вывод что их строение близко по геометрии [70]. Было показано, что в спектрах поглощения хелатных соединений [70] проявляются полосы в областях 250, 320, 400 и 520-650 нм, отнесение которых можно сделать по аналогии со спектрами хелатов Си(АА)2, приведенных в [70]. Как отмечают авторы поглощение в области 250 нм, несомненно, обусловлено разрешенным переходом {lgsmax 3,4) и связано с переходом а-электронов гетероатома на полузаполненную d-орбиталь атома меди. Известно, что эта полоса заметно смещается при комплексообразовании [71], так как d-заместители изменяют электронную плотность на гетероатоме ли-ганда. В случае соединений бис-(2-оксиметиленциклогексаноната)-меди и бис-(2-трифторацетилцикло-гексаноната)-меди, смещение полосы незначительно. Полоса в области 320 нм обусловлена ж— я переходом, локализованным в лигандном кольце. Замечено, что с увеличением положительного заряда на р-атоме углерода переходы 6,(и2) -»b{, Ь - а уменьшаются по энергии, поэтому в последовательности заместителей с возрастающими электроотрицательностями эта полоса должна смещаться в длинноволновую область. Аналогичная закономерность прослеживается и в изученном ряду хелатов меди. Как следует из [70], донорные заместители, находящиеся в р-положении (непосредственной близости) к сопряженной системе в соединениях бис-(2-ацилциклогексанонатах)-меди батохромно сдвигают максимум полосы поглощения л-—# перехода на 3 нм, акцепторный заместитель в соединении бис-(2-трифторацетилциклогексаноната) меди (II) смещает эту полосу на 2 нм. В спектрах поглощения хелатных соединений меди, металлоциклы в которых находятся в сопряжении с фенильным заместителем (C Hs), полосы внутрилигандных переходов и полосы переноса заряда гипсохромно сдвинуты по сравнению с их положением в спектрах поглощения Си (I), Си (II), и проявляются с максимумами соответственно 240 и 275 нм. Кроме того в спектрах поглощения этих соединений имеется перегиб с максимумом 325 нм, который можно отнести к переходам в сопряженном ароматическом хромофоре. Поглощение в области 390 нм Си(АА)2 характеризуется небольшой интенсивностью, поэтому авторы относили эту полосу к запрещенным d-d переходам [72, 73].
И учитывая, что молярный коэффициент погашения для других d— d переходов на порядок меньше [73], Авдеев и Захаров [70], в соответствии с анализом спектра кристалла [74] интерпретировали полосу 390 нм как разрешенный симметрией молекулы переход a J- b . Молекулярные орбитали «J, 1 и Ь ] лежат во взаимоперпендикулярных плоскостях. Следовательно, интенсивность поглощения данного перехода не может быть сильной. Этот вывод подтверждается оценкой силы осциллятора электронного перехода. Область поглощения 520-650 нм связана с переходами электронов между d-орбиталями меди. Для плоских комплексов, характеризуемых симметрией D2h, следует ожидать четыре перехода. В растворах наблюдается только две полосы: коротковолновую вследствие несимметричности считают состоящей из перекрывающихся полос, близких по энергии. Расчет, выполненный для Си(АА)2 [70], предсказывает три близких по энергии перехода: d_2 - /,,,, dx. - dxr, /,_ -» („,. Длинноволновое поглощение приписывают переходу /Jlv- /„.. В случае соединений меди в растворе из-за перекрывания полос вышеуказанных переходов проявляется лишь одна широкая полоса как и в случае хелатов меди оксиметиленкамфоры. При рассмотрении спектров поглощения вышеперечисленных хелатов меди обращает на себя внимание небольшое отличие в положении максимумов поглощения d— d переходов [69]. Такое смещение связывают с изменением силы поля лигандов [75], что в свою очередь связано с геометрическим строением комплексов меди: сила поля лигандов уменьшается при переходе от хелатов, имеющих z/г/с-строение хелатного узла, к хелатам с ///рамс-строением [76]. Электронная спектроскопия гидразонов имеет свои особенности. В акопланарной молекуле гидразона, получаемой вращением по связи N—N, наблюдается образование смешанных (шг-яо -орбиталей. Если при =0 высшая занятая орбиталь шг - типа, то при =90 это уже орбиталь по - типа. В результате ж-а -трансформации орбиталей при увеличении С, переход 1—1 из пж— 7г -типа превращается в переход па— 7г -типа, смещаясь в длинноволновую область и уменьшаясь по интенсивности. Наоборот, следующий переход 2-1 из по—ж трансформируется в переход пж— л - типа и при сохранении пирамидальной формы заместителей у аминного азота мало изменяется по энергии и интенсивности.
Физико-химические методы анализа полученных соединений
Процесс термолиза полученных комплексных соединений проводился на термонагревателе ЕС-89 - фирмы DU Pount. При этом масса навесок составляла 50-150 мг. Инфракрасные спектры в ближней и средней области записывались на серийном Фурье-спектрометре «ИНФРАЛЮМ - ФТ-02» в диапазоне волновых чисел 4000 - 350 см"1. Образцы готовили двумя способами: 1) растирали комплексные соединения в вазелиновом масле и далее помещали между окнами из КВг; 2) прессовали под вакуумом (5мм. рт. ст.) таблетки, содержащие 1 мг образца и 100 мг КВг. При съемке спектров делали 20 сканирований со стандартной синхронизацией. При этом сначала записывался фоновый спектр, затем - спектр анализируемого вещества, далее для получения спектра пропускания спектр вещества делили на фоновый спектр. Спектральное разрешение прибора -1 см 1. ЭПР спектры твердых образцов снимались при комнатной температуре на спектрометре RADIOPAN серии SE/X 2543. Значение магнитного поля определялось по встроенному ЯМР-магнитометру JTM (точность определения значения магнитной индукции 2-Ю5 Тл). Точное значение частоты определяли по спектру ДФПГ. Ввод экспериментальных спектров в память компьютера осуществляли с помощью специально разработанного интерфейса, подключенного к спектрометру. УФ спектры сняты на приборе «Specord UV-VIS» в диапазонах: 13600 - 30000 см"1 (видимая область) и 28000 - 50000 см"1 (ультрафиолетовая область). В качестве источника излучения в видимой области использовалась лампа накаливания, в ультрафиолетовой области - водородная лампа. Кюветы использовали стандартные кварцевые с толщиной поглощающего слоя - 10мм. Спектры комплексных соединений сняты в растворах (растворитель - 96 % этанол). В качестве сравнения использовали кювету с этанолом. Концентрация растворов 10"3,10"4 моль/л . Коэффициент мольного погашения рассчитывался по формуле: c = D/lc, Где D - оптическая плотность, 1 -толщина слоя, с - молярная концентрация ЯМР(Н )- спектры сняты на приборе TESLA BS-587A (80 MHz) растворитель ацетон, стандарт тетратетилсилан (ТМС). Результаты физико-химических методов анализа приведены на рисунках 1-15, таблицах 1-11 ив приложении. Молекулы 5-нитрофуран-2-амидразона (L1), Ы-(5-нитрофурфурилиден-2)-5-нитрофуран-2-амидразона (L2), Ы3-[4-(5-нитрофурфурилиден-2-амино)бензилиден]-5-нитрофуран-2-амидразона (L3) имея в своем составе систему кратных связей а также атомы с неподеленными парами электронов и подвижные атомы водорода, могут существовать в виде нескольких тауто-мерных форм, представленных уравнениями 1-3. В зависимости от конкретных условий (температуры и природы растворителя) одна из форм может быть более предпочтительной [92].
Кроме того на стабилизацию одной из форм может также влиять природа иона-комплексообразователя. К тому же в лигандах LI, L2, L3 присутствуют несколько донорных атомов, и, следовательно, при образовании координационных соединений возможны также различные способы координации с ионом-комплексообразователем. В качестве параметров, характеризующих способность конкурирующих донорных атомов образовывать координационную связь с ионами металлов, нами рассмотрены величины атомных зарядов азота амидразонного (гидразидои-мидного) фрагмента. Донорные атомы фуранового кольца и нитрогруппы не рассматривались, так как будет показано ниже, они не принимают участия в координации. Арсенал методов расчета довольно велик, и это связано прежде всего с отсутствием универсального полуэмпирического метода, пригодного для интерпретации различных свойств молекулы, поэтому мы использовали программный комплекс HyperChem 6.02 (расширенный метод Хюккеля), данные приведены в таблице 3. Как видно из приведенных данных в координации при комплексообразовании могут принимать участие все атомы азота амидразонного или гидразидоимидного фрагмента, однако более предпочти- тельна координация через первый и третий атом азота с образованием пяти-членного хелатного кольца. Окончательное суждение о том, по каким атомам азота происходит координация, мы делали из экспериментальных спектральных данных. Именно экспериментальные данные подтверждают образование пятичленного хелатного кольца через первый и третий атом азота амидра-зошюй или гидразидоимидной группировки, что не противоречит расчету. Так как лиганды новые [82-86] и недостаточно исследованы, то мы изучали их строение в твердом и жидком виде. Для этого анализировали данные молекулярной спектроскопии.
По данным элементного анализа, ИК-, ЯМР(Н )- спектроскопии видно, что лиганды соответствуют брутто-формулам. В растворах лиганды (L1-L3) могут иметь различные таутомерные формы. Известно [3, 5, 15], что, при наличии тг— ж сопряжения переход сдвнгется в красную область (батохромно), поэтому для наших лигандов, где имеется полоса в видимой области всегда следует ожидать сопряжения. ИК-спектры таутомерных форм А и В лиганда L1 подобны, за исключением присутствия полосы поглощения валентных колебаний при двойной связи в случае формы В в области 3400 - 3300 см . В ИК-спектре данного лиганда присутствуют четкие полосы в области 3427 и 3314 см 1, относящиеся к валентным симметричному и асимметричному колебаниям группы NH2 амидразонного фрагмента молекулы. Положение полос поглощения соответствует уравнению Беджера: 0,876-vas+345,5= vs, а полярность первичных аминогрупп выравнивается за СЧЄТ /5— 7Г СОПрЯЖеНИЯ. Полоса средней интенсивности, ответственная за деформационные колебания группы NH2 в спектре лиганда проявляется при 1589см"1. В спектре свободного лиганда L1 (рис. 8) наблюдаются полосы 3183 и 3139, 1570, 1023, 969, 804 см", характеризующие колебания фуранового кольца. Полосы поглощения 1546 см" и 1353 см 1, соответствуют валентным колебаниям нитрогруппы. Идентификация лигандов в различных таутомерных формах также возможна методом ЯМР(Н1)- спектроскопии. Это связанно, прежде всего, с различными химическими сдвигами протонов в зависимости от их окружения. Если лиганды присутствуют в таутомерных формах А или В в ПМР спектрах должны отсутствовать сигналы протонов при атоме углерода, находящегося в sp3 - гибридном состоянии. Также в ЯМР(Н )- спектре лигандов в таутомерных формах А и В появится сигнал, соответствующий сигналу протона при атоме углерода в sp2 - гибридном состоянии в более слабом поле, который может попасть в область сигналов протонов фуранового кольца [96-102]. В спектрах таутомерных форм А и В имеются сигналы протонов N-H групп, но в случае формы А в спектре будет присутствовать сигнал, соответствующий протонам ЫН2-группы, а в спектре формы В - сигналы двух неэквивалентных N-H групп, имеющих разные химичекие сдвиги, с соотношением интегральных интенсивностей 1:1. В связи с тем, что N имеет спиновый момент, равный 1, он обладает квадрупольным моментом, что вызывает уширение линий в протонных спектрах соединений содержащих атомы Н и С. Вследствие этого предоставляется возможность отнести в ПМР спектрах сигналы протонов, связанных с азотом, но сложно определить неэквивалентные протоны. В спектре ЯМР(Н )- лиганда L1 (рис. П. 17) наблюдается дублет в области 7.27 м.д. с КССВ, равной 3,9 Гц, соответствующий сигналам (3-протонов фуранового кольца, и сигнал в виде дублета в области 7.63 м.д., константа спин-спинового взаимодействия (КССВ 3,9 Гц), соответствующий сигналам Р-протона фуранового кольца, изображенных уравнением 1(A). В области 6,41 м.д. наблюдается широкий сигнал, соответствующий двум протонам при атоме азоте.
О возможных структурах изученных комплексных соединений
Исходя из результатов исследований, можно сделать ряд выводов. Данные элементного анализа свидетельствуют о присутствии двух молекул лигандов в координационных соединениях. Согласно термогравиметрическим данным два иона хлора находятся во внешней сфере, а молекулы воды -во внутренней. Это предположение хорошо согласуется со спектрохимиче-ским рядом лигандов для иона меди (II) Следовательно, при синтезе комплексных соединений, образуются координационные соединения состава: [МІ НгО СЬ- Значения параметров ЭПР-спектров комплексов (табл. 12) свидетельствуют, что исследуемые комплексные соединения меди имеют искаженное псевдо-октаэдрическое строение, и обладают аксиальной симметрией. Величины параметров g-факторов указывают на бидентатный тип координации молекул лигандов с участием четырех атомов азота. Как следует из данных УФ- и ИК-спектров, в комплексных соединениях лиганды L1 и L3 находятся в форме А (ур.1), а лиганд L2 находится в таутомерной форме В (ур.2). Образуются комплексные соединения, в которых ион металла координирован бидентантно (рис. 9) посредством атомов азота азометиновой и аминогрупп лиганда в случае лигандов L1 и L3 и посредством азометиновых групп в случае лиганда L2. Именно бидентантная координация центрального иона с атомами азота азометиновой и аминогрупп приводит к относительному выравниванию электронной плотности (порядка связи) внутри образующегося пятичленного цикла, что характеризуется отмеченным выше изменением частот колебаний в ИК-спектрах лигандов. Лиганд L4 также ведет себя как бидентантный, присоединяясь к центральному иону через карбонильный атом кислорода и азометиновый атом азота с образованием пятичленного металлоцикла. По данным ИК-спектров замыкание цикла и связанное с ним перераспределение электронной плотности внутри кольца лиганда приводит к усилению возмущающего действия как иона металла, так и образующихся донорно-акцепторных связей на колебания лигандов. Лиганд L5 образует шестичленный металлоцикл, присоединяясь к иону металла через карбонильный кислород и атом азота азометиновой группы Очень важно отметить, что в подавляющем большинстве биологически активных комплексов образуются именно пятичленные циклы (комплексы с а-аминокислотами, многими витаминами, дикарбоновыми кислотами и др.).Большое влияние на стабильность комплексов оказывает и количество хелатных циклов: с его увеличением устойчивость комплексов резко возрастает [140-143]. На основании всех вышеизложенных данных мы предполагаем строение образующихся комплексных соединений, представленное на рис.15. В настоящее время наметилось несколько областей практического использования достижений химии координационных соединений: в медицине [89-95, 144], в сельском хозяйстве, в растениеводстве.
Подходы бионеорганической химии оказались весьма эффективными при исследовании биологических циклов, токсических элементов, при попадании соединений в окружающую среду и взаимодействии их с различными организмами (бактериями, водорослями, грибами, высшими растениями и животными). Механизм действия бактерицидных и фунгицидных металлокомплексов далеко не всегда ясен. Существует, по крайней мере, три возможных механизма их действия: активность проявляет лиганд, роль металла заключается в создании подходящей транспортной формы; ион металла сам по себе проявляет активность, комплекс необходим для транспорта иона металла через клеточную мембрану, активные частицы — комплексные ионы, могут взаимодействовать с жизненно важными центрами клетки. Исследование солей металлов четвертого периода (Зс!-металлы) показало, что некоторые из них могут оказаться обнадеживающими при лечении рака [89-95, 144]. Положительные результаты в отношении канцеростатической активности получены при применении некоторых препаратов меди (И) (диметилглиок-симат при лейкемии, производные тиосемикарбазона и рубеановодородной кислоты и др.). Соединения кобальта с цистеином и фенилтиомочевиной обладают также потенциальной капцеростатической активностью. Некоторые формы рака: кариносаркома Уолкера, лимфосаркома Плиса, саркома 45 и сар-комв 180 оказались чувствительными к комплексным соединениям d-элементов с шиффовыми основаниями [89,93,95]. Другой возможной областью практического применения достижений бионеорганической химии может быть сельское хозяйство, и в первую очередь - растениеводство и животноводство. Так как изучаемые нами комплексные соединения в своем составе имеют биометаллы-комплексообразователи и биологически активные лиганды [89-95], то изучение их противомикробной активности весьма перспективная задача. Так как 5-нитрофуран-2-амидразон проявил достаточно высокую проти-вомикробную активность при низкой токсичности (3820 мг/кг) [146], то мы также исследовали на предмет антимикробной активности синтезированные комплексные соединения. 3.4.2. Антимикозная и антимикробная активность изученных комплексных соединений.
Биологическую активность комплексных соединений изучали в Кубанском государственном аграрном университете на кафедре эпизоотологии. Под руководством д.х.н., профессора Терехова В.И. Для изучения антимикозной активности был использован вид грибов Candida albicans. Антимикозную активность синтезированных нами комплексных соединений определяли методом серийных разведений в плотной питательной среде Сабуро. Первичные разведения препаратов проводили в ДМСО и стерильном физрастворе при рН=7,2. В пробирки с расплавленной и охлажденной до 56 С средой вносили разведенные препараты из расчета 1000 мкг/мл. После внесения препараты тщательно смешивали со средой и агар скашивали. Среду засеивали смывом суточной культуры Candida albicans; смывы проводили стерильным физиологическим раствором. Для контроля роста культуры использовали аналогичную среду без препаратов. Учет результатов проводили через 24 и 48 часов; показателем антимикозной активности являлась минимальная ингибирующая концентрация (МИК) в мкг/мл, задерживающая рост грибов при стандартной постановке опыта [147]. Препаратом сравнения служил нистатин (табл. 13). Установлено, что все комплексные соединения имеют довольно низкую антимикозную активность против Candida albicans 250 мкг/мл. Антимикробную активность изучали на жидкой питательной среде с использованием двух штаммов микроорганизмов: грамположительные бактерии Staphilococciis aureus штамм Р-209 и грамотрицательныё бактерии Escherichia col і, штамм M-l 749. Растворимость испытуемых соединений изучали по методике, регламентированной ГФ II [148]: навеску препарата вносили в отмеренное количество растворителя, непрерывно встряхивали в течение 10 минут при 20±2 С. Препарат считали растворившимся, если в растворе в проходящем свете не обнаруживали частиц вещества. Антимикробную активность синтезированных соединений по отношению к эталонным штаммам кишечной палочки Escherichia coli М-1749 и золотистого стафилококка Staphilococcus aureus Р-209 изучали стандартным методом двукратных серийных разведений в бульоне Хоттингера [149]с микробной нагрузкой 100 - 200 тыс микробных тел/мл. За действующую дозу принимали минимальную подавляющую концентрацию (МПК).
