Введение к работе
Актуальность исследования. Комплекси переходных металлов с органическими соединениями представляют интерес во многих отношениях. Во-первых, они являются важнейшими объектами бионеорганической химии, и их физико-химические исследования позволяют понять роль ионов металлов - жизненно важних микроэлементов в биологических процессах, bo-вторых, результати этих исследований могут бить использованы при разработка целенаправленного синтеза новых лекарственных препаратов и биостимуляторов роста и развития для нужд сельского хозяйства. В составе комплекса существенно снижается токсичность иона металла и в то же время повышается биологическая активность органического лиганда.
Немаловажное значение для получения биологически активных комплексов имеет установления корреляции между биохимическими и структурнохимнческими характеристиками комплексов, т.е. корреляций биоактивность - строение. Хотя современное экспериментальные методы и не допускают детального определения пространственного строения соединений непосредственно в биологической среде, однако комбинация различных Физико-химических методов и изучение структур серий модельных соединений позволяет делать далеко идущие выводы относительно указанных корреляций.
Структурные исследования комплексов переходных металлов с бнолигамдзми важны также для определения закономерностей кристаллохимии биоактивных координационных соединений. Цепі, р.-ібити состояла в'изучении кристаллической структуры КОМП-леьсгь переходных металлов с некоторыми биологически активными органическими молекулами такими, как витамины В, и В6 , но.тропические средства - пнрацетам и у-аминомасляная кислота, производные- бепчопнои кислоты, а также некоторыми амидами, важными в биохимическом очношении. Основной задачей настоящей работы является определение зависимости способа координации лигандов от условий синтеза комплексов, типа ацидоллганда и рН среды, а также установление влияния координации на геометрические параметры органического лиганда. Координация с металлом влияет не только на геометрические параметры органического лиганда, но/и ни распределение заряда в нем. По этой причине, в отдельных сл'у-Чд,|х (пли пирсіцетама к для двух его комплексов) нами проведілі!Т кь.ні'і'ово::имичєгкиі- расчеты распределения зарядов в изолированней
.-4-
молекуле и в ее комплексе. Объективность полученных рентгеност-руктурных данных позволяет установить корреляцию между колебательным спектром органического лиганда и типом его координации, а для отдельных органических лигандов также возможные таутомер-ные превращения. Установление корреляции ИК спектр - структура особо важно для комплексов амбидентатных лигандов (например, для пиридоксина и пирацетама). .
Научная.новизна и практическая ценность. В настоящей работа определены кристаллические структуры зо соединений (из них 18 получены диссертантом впервые|. Описаны способы получения, деталью^ структурные и ИК спектральные данные, установлено влияние 'координации металла на геометрию лиганда, В отдельных случаях проведан конформационный анализ лиганда и рассчитано распределение заряда в некоординированном лиганде и комплексе.
Структурные исследования комплексов пиридоксина (витамина В,) позволили определить способы координации пиридоксина и возможные таутомерии* превращения и изменения в конформации пиридоксина при координации с металлом. Проведенные структурные исследования важны и тем, что комплексы переходных металлов с пи-ридоксином перспективны как лекарственные препараты. Согласно биохимическим исследованиям медные и железные комплексы пиридоксина проявляют повышенные лечебные свойства и низкую токсичность, а клинические испытания этих препаратов в гинекологии и акушерстве, дерматологии и нефрологии да'ли положительные результаты. Медные комплексы пиридоксина также'эффективны при лечении легочного туберкулеза: так, з мг комплекса пиридоксина с медьк заменяет 50-100 мг чистого пиридоксина. На основании полученных. данных -предложено модельное представление о повышении биологической активности пиридоксина при комплексообразовании.
Проведенные рентгеноструктурные исследования комплексов переходных металлов с пирацетамом позволили выяснить способ координации пирацетама в зависимости от типа ацидолиганда, влияние координации металом на конформации, таутомерию, а также на колебательный спектр пирацетам-лиганда.
Кроме структурного исследования комплексов хлорида и нитрата меди(2+) с г -аминомасляной кислотой НАМК), методом, силового поля (ИМХ) проведен конформационный анализ для изолированной и гидратированной молекулы ГАМК, что позволило показать' влияния 'гидратации на конформацию.лиганда. Проведенные расчеты важны как для прогнозирования способа координации ГАМК металлами, так и
Моделирования взаимодействия ГАНК с ГАМК-ергическими рецепторами.
Комплексы кобальта!2+) 'и;марганца)2+) с новокаинамидом Позволили установить, что в кислих растворах новокаинамид находится, в двупротонированной Форме, непосредственная связь металл-лиганд отсутствует, и тем самым предполагается, что комплексообразова-ние не оказывает влияния на его лекарственные свойства.
Структурные исследования комплексов хлоридов кобальта!2+) и цинка!2+) с тиамином (витамином В,) показали, что определенным выбором типа соли металла и рН'среды можно получить комплексы различного состава. На основании анализа укороченных межмолекулярных расстояний в исследованных кристаллических структурах га-логенидов тиамина и его -комплексов показано образование в кристаллах вторичных слабых взаимодействий направленных определенным образом.
Комплекс цинка|2+) с диметилсульфоксидом (ДМСО) является биостимулятором роста растений, что возможно связано с большой Мембранной активностью комплекса из-за присутствия ДМСО-лиганда.
Йтилендиаминовые комплексы меди( 2+) и цинка(2+) являются, гёмостимуляторами роста и развития растений (хлопчатника). Образование пятичленных этилендиаминовых циклов (бис-хелаты в медном и трис-хелаты в цинковом комплексах), по-видимому, препятствует связыванию ионов металла в почве в карбонаты и придает комплексам большую водорастворимость.
Комплекс меди!2+) с N-Фенилантраниловой кислотой -представляет модель связывания меди, содержащейся' в активных центрах некоторых Ферментов, нестероиднши противовоспалительными соединениями, на чем основано их фармакологическое действие.
Структурное исследование ванадиевого!4* ) комплекса карбамида показало,, что карбамид-лиганд координирует ион металла, как и другие амиды, через атом кислорода. Степень окисления ванадия установлена ЭПР исследованием комплекса.
Апробация работы. Основные результаты работы .доложены на vit Всесоюзном совещании по применению физических и матем.атических методпи і» координационной химии (Кишинев, triRO). iv Всесоюзном совещании по органической кристаллохимии (Звенигород, 198»), Международной конференции по координационной химии (Гера, ГДР, 1пчо), XIт и xiv Европейских кристаллографических конференциях (Москва, ічяа и Энсх^де (Голландия), 'яягі, конференциях по неорганической кристаллохимии (Бухара. 19Я7;. 'Львов ЮЭ2),
- Гі -
ежегодных научных конференциях Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН пэяг, іяяз) и на конференции американских кристаллографов ія»4 г. в Атланте IC1DA). Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 статьи и тезИсы 10 докладов.
0бъем_и_структу1>а__лис_серташ1и_.. Диссертация изложена на 3 53 страницах машинописного текста ( из которых 2 3 страниц вынесены в Приложение), состоит из 9 глав, перечня основных результатов исследования, 8л таблиц, зо рисунков и списка литературы, включающего 302 наименования. Положения, выносимые на защиту:
рентгеноструктурное исследование :ю соединений позволило объективно и однозначно установить их строение, способы координации изучаемых лигандов, влияние координации с металлом на длины связей в лигандах и'на их конформацию;
ИК спектральное исследование структурно исследованных комплексов позволило установить корреляций между колебательным спектром лигандов и способом их координации, а также установить таутомер-«ые превращения в них;
для некоторых полифункциональных лигандов прсьедечы конформа-ционные расчеты, которые позволили пропюзигокзг. невозможность их бидентатной координации;
- киантовохимическне расчеты ка;< свободного, тая и координиро
ванного лиганда позволили оценить влияние координации на распре
деление заряда в них;
на основании сіруктурцохимических исследований отдельных кгм-плексов. установлена роль ацидолигандов в компл^ксообразосач nt, что позволяет проведение целенаправленного синтеза биоактивных комплексов.
полученные результаты позволили сделать определенные модельные предположения о роли координации металлом в повышении биоакгип-ности органических лигандов.
'iti
7 ПН-Н8гС1) НО
OWO,
он О о WQU. Ч~~Х~~~\ /сн*
[Cu(nH)J[Cua^.2H,fiC]S)
он Т
1Си(ПН)(ПН-Н>]Ы% 2,ГНдР (fy)
- - -он т NH [ Fece^ji^inn-nm^vi,) [о/іоСпн-ну (Vi)
/а у
v*
Рив. і. Структурнш Формули соединений, изученных в настоящей расіоте
S
се-
\J
fiv*
[МЩ\{[\ЩЩ 1Ч=9г, СоЩ ниш)
^Е
^ А=
се,
Wife
"\
Сглсглспм)3л(хі»0
"пп
hJ/Ф
pj/
- -Ca-fl ,
Шъ
N%
^N~<
Ne« tor
П=Па(хГх)
HOCfijCH^-
нм^Ч«ру wjt .вг-Hffi n **T_l №.
4»c
Hf'
ТкВґ-Иц.ОШ)
Рис. 1. (продолжение)
Н О СН СН-
».С
ОСН,
(XXIV)
н5?
н9о-
WH» V,.. ^-4 [2к(Егг)д](ПДБК-Н)д-Ня0
w% (xxviii)
-он.
(К/
/
ХН„
А/Нл
| (XXVI)
:с' fa
o^Vfc
н,о
косвен.
R,
-си
-0--^
/ І
R--(0)-NH-<0)
^ССНЫ(СНЛ)Х SCUFr
.^u
ням-с
WH,
12Ъ"ПОГ la
Br^oaN/H^uerHjO (**>o
Pi:с 1. (і!ррг,о.!ионгл)