Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Сведения о карбонильных соединениях технеция(1) (обзор литературы) 9
1.1. Гексакарбонильные комплексы технеция(1) 10
1.2. Пентакарбонильные комплексы технеция(І) 11
1.3. Тетракарбонильные комплексы технеция(1) 13
1.3. Трикарбонильные комплексы технеция(І) 16
1.5. Карбонильные соединения 99mTc(I) и возможности их использования в ядерной медицине
Глава 2. Методы и подходы в исследовании 45
2.1. Рентгеноструктурный анализ 45
2.2. ИК Спектроскопия 45
2.3. Масс-спектрометрия 46
2.4. ЯМР-спектроскопия
2.5. Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) 47
2.6. Анализ на содержание технеция и галогена 48
2.7. Анализ на содержание углерода 49
2.8. Методика кинетических экспериментов по декарбонилированию пентакарбонилгалогенидов технеция
2.9. Описание оборудования, использовавшегося для работы при повышенных давлениях
Глава 3. Пентакарбонильные комплексы технеция(1) 59
3.1. Синтез пентакарбонилгалогенидов технеция-99 59
3.2. Идентификация карбонилгалогенидных комплексов технеция 62
3.3. Кристаллическая и молекулярная структура пентакарбонилгалогенидов технеция. Корреляции с реакционной способностью и электронной структурой 68
3.4. Поведение карбонилгалогенидов технеция при нагревании в инертном растворителе. Кинетика декарбонилирования пентакарбонилгалогенидов технеция в растворе 82
3.5. Замещение галогенидных лигандов в пентакарбонилгалогенидах технеция на а-донорные лиганды 90
3.6. Замещение галогенидных лигандов в пентакарбонилгалогенидах технеция на тс-акцепторные лиганды 93
Глава 4. Тетракарбонильные комплексы технеция(І) 102
4.1. Тетракарбонилгалогениды технеция(І) 102
4.1.1. Синтез и идентификация тетракарбонилгалогенидов технеция(І) 102
4.1.2. Кристаллическая и молекулярная структура [Тс(СО)4Х] 2 1
4.2. Тетракарбонил-Р-диктонаты технеция(І) 111
4.3. Тетракарбонильные комплексы одновалентного технеция с дитиокарбаматными и ксантогенатными лигандами 114
Глава 5. Трикарбонильные комплексы технеция(І)
5.1. Синтез и идентификация трикарбонлгалогенидов технеция(І) 123
5.2. Кристаллическая и молекулярная структура [Тс(СО)зХ]4-Корреляция электронного и молекулярного строения 126
5.3. Трикарбонилгидроксид и трикарбонилгидроксофторид технеция(І) 134
5.4. Димерный трикарбонил диэтилдитиокарбамат технеция 144
5.5. Трикарбонилгалогенидные комплексы технеция(І) с нейтральными а-донорными лигандами
5.5.1. Комплексообразование со "слабыми" нейтральными лигандами 148
5.5.2. Комплексообразование с "сильными" лигандами
5.6. Трикарбонил Р-дикетонаты технеция(І) 158
5.7. Синтез [Тс(СО)з(Н20)з]+ и изучение его взаимодействия с гидроксил-ионом в водных растворах 166
5.8. Комплексообразование Тс(СО)з(Н20)з+ в водном растворе с некоторыми а-донорными лигандами, присутствующими в биологических средах 174
5.8.1. Комплексообразование Тс(СО)з(Н20)3+ с галогенид-, тиоцианат- и цианат-ионами 174
5.8.2. Комплексообразование Тс(СО)3 aq с анионами одноосновных карбоновых кислот 182 CLASS Глава 6. Гексакарбонил технеция(1)- 99 CLASS
6.1. Получение [Тс(СО)б]+ в растворе хлорной кислоты 194
6.2. Кристаллическая и молекулярная структура [Тс(СО)б]СЮ4 197
6.3. Образование [Тс(СО)6]+ в растворах других кислот со слабокоординирующими анионами 201
6.4. Получение 99Тс(СО)б+непосредственно из пертехнетата калия 204
6.5. Закономерности образования гексакарбонилтехнециевого катиона в растворе 206 Глава 7. Синтез карбонильных комплексов технеция(1)-99м
7.1. Синтез 99тТс(СО)5Х (X = С1, Вг, I) 209
7.2. Синтез 99тТс(СО)3(Н20)зС1 211
7.3. Синтез 99тТс(СО)6Х (X = PF6" и CF3S03") 212
7.4. Синтез [99mTc(CO)5TBI]OTf и [99mTc(CO)5PPh3]OTf 213
7.5. Синтез 99тТс(СО)4ДЕДТК и 99тТс(СО)4МКС 214
Глава 8. Изучение возможности использования "простых" комплексов мезомерного технеция в ядерной медицине 216
8.1. Использование "2+1" трикарбонильных комплексов технеция(І) 99m для изучения перфузии миокарда 217
8.2. Использование 99mTc(CO)5I для изучения перфузии и вентиляции
легких 228
Заключение 235
Основные результаты и выводы 240
Список литературы
- Пентакарбонильные комплексы технеция(І)
- Анализ на содержание технеция и галогена
- Кристаллическая и молекулярная структура пентакарбонилгалогенидов технеция. Корреляции с реакционной способностью и электронной структурой
- Кристаллическая и молекулярная структура [Тс(СО)4Х]
Введение к работе
Актуальность темы
Технеций - искусственный радиоактивный элемент, получаемый в основном в форме двух изомеров изотопа Тс: долгоживущего Тс (Тт = 2,110 лет, Р 0,29 МэВ) (холодный технеций) и короткоживущего, мезо-мерного 99тТс (Ту2 = 6,006 ч, у 140 кэВ) (горячий технеций). Технеций-99 содержится в значительных количествах (~1кг/т) в отработанном топливе
ядерных реакторов, а мезомерный изотоп технеция выделяют из облученного нейтронами Мо. Холодный технеций в настоящее время не находит практического применения, в то время как горячий достаточно широко используют в ядерной медицине.
Изучение координационной химии технеция, с одной стороны, способствует созданию целостной картины свойств d-элементов (технеций занимает центральное положение в блоке последних), а с другой - формирует научные основы: а) обращения с Тс как с экологически опасным радиоизотопом, б) разработки новых радиофармпрепаратов с технециевой меткой. В силу ограниченной доступности и радиоактивности технеция его координационная химия изучена весьма фрагментарно. Наиболее полно рассмотрены соединения технеция в высших валентных состояниях, тогда как соединения низковалентного технеция изучены явно недостаточно. Вместе с тем, именно в низких валентных состояниях, когда становится возможным образование л-дативных связей металл - лиганд, d-переходные металлы проявляют наиболее характерную и богатую химию. Традиционным лигандом, стабилизирующим технеций в низших валентных состояниях, является моноокись углерода.
В начале 90-х годов группой швейцарских ученых во главе с проф. Р. Альберто был синтезирован водорастворимый трикарбонилтриакваком-плекс технеция(І) [Тс(СО)з(Н20)з] . Это послужило толчком к интенсивному изучению химии трикарбонильных комплексов технеция(І) для задач ядерной медицины как в фундаментальном, так и в прикладном аспектах. В последнем случае повышенный интерес проявляется именно к низкозарядным ионам технеция, которые должны слабее воздействовать на биомолекулу с селективным сродством к рецепторам той или иной ткани в биоконьюгате, включающем ион металла. Что касается карбонилов, то из рассмотрения практически полностью выпали высшие карбонилы техне-ция(1), содержащие 4, 5 и 6 карбонильных групп на один атом технеция
(далеко не все аспекты координационной химии и самого трикарбонила технеция [Тс(СО)з(Н20)з] изучены достаточно полно). Преимущество тет-ра и пентакарбонилов может заключаться в том, что для их конъюгации с биомолекулами можно использовать моно- (для пентакарбонильного фрагмента) и бидентатные (для тетракарбонильного фрагмента) лиганды в отличие от трикарбонильных комплексов, для связывания которых требуются более сложные в своем поведении тридентатные лиганды или комбинации моно- и бидентатных лигандов, что делает данный хелатный узел более компактным. С другой стороны, не следует исключать, что высшие карбонилы одновалентного технеция сами по себе будут проявлять специфическое сродство к тому или иному виду ткани. Таким образом, разработка методов синтеза вышеупомянутых высших карбонильных комплек-
/ 99ШГГ ч
сов одновалентного технеция (включая 1с) и изучение их координационной химии (наряду с химией трикарбонильных комплексов) является актуальной научной задачей.
Цели и задачи работы
Главная цель исследования состояла в разработке методов синтеза высших карбонильных комплексов технеция(1)-99 и 99т и изучении их координационной химии в растворах с конечной задачей создания новых радиофармпрепаратов .
Были намечены следующие задачи исследования:
-
Разработать доступные методы синтеза карбонильных комплексов технеция(1)-99, содержащих 3, 4, 5, и 6 карбонильных групп на один атом технеция.
-
Изучить строение полученных комплексов методами ИК и ЯМР спектроскопии и, по возможности, рентгеноструктурного анализа.
-
Изучить реакции замещения карбонильных и других лигандов в полученных технециевых комплексах на различные нейтральные и за-
ряженные лиганды.
-
Изучить стабильность полученных карбонильных комплексов технеция в растворах. По возможности изучить кинетику их декарбонили-рования.
-
На основании данных, полученных для холодного технеция, разработать процедуры синтеза карбонильных комплексов технеция-99т. Изучить стабильность полученных комплексов в растворах, включая биологические среды.
-
Изучить биораспределение ряда перспективных карбонильных комплексов тТс в организме лабораторных животных. Оценить возможности их использования для визуализации внутренних органов.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования
Разработаны оригинальные методы синтеза карбонильных комплексов технеция(1)-99, содержащих от 3 до 6 молекул СО на один атом технеция. Определены кристаллические структуры представителей всех указанных групп комплексов. Изучены устойчивость комплексов в растворах и реакции замещения карбонильных групп и других лигандов в координационной сфере. Определены кинетические характеристики декарбонилирова-ния пентакарбонилгалогенидов технеция в инертных и донорных растворителях. Отмечена повышенная реакционная способность карбонильных комплексов марганца и технеция по сравнению с рениевыми аналогами. Рассчитаны порядки связей в ряде карбонильных комплексов технеция(І) и выделены эффекты цис-транс влияния в структурных параметрах комплексов. Получены свидетельства существования прямых связывающих взаимодействий карбонильных групп с другими лигандами в пределах координационной сферы иона металла. Разработаны методы синтеза карбонильных комплексов технеция-99т и изучена их устойчивость в растворах.
Найдены комбинации моно- и бидентатных лигандов, приводящих к образованию устойчивых (2+1) комплексов, содержащих трикарбонильный фрагмент технеция(І)-99т, в водных растворах. Изучено биораспреде-ние ряда карбонильных комплексов технеция-99т в организме лабораторных животных и найдены соединения, перспективные в качестве радиофармпрепаратов .
Практическая значимость работы
Разработаны эффективные методы синтеза высших карбонильных комплексов технеция(1)-99 и технеция(1)-99т. Синтезированы (2+1) комплексы тТс(СО)з , перспективные в качестве радиофармпрепаратов для диагностики перфузии миокарда. Показано, что тТс(СО)5І может быть использован для изучения как перфузии, так и вентиляции легких.
Положения, выносимые на защиту:
-
Методы синтеза индивидуальных карбонильных комплексов одновалентного технеция-99, содержащих 3, 4, 5, и 6 карбонильных групп на один атом технеция. Структурные и спектроскопические характеристики полученных комплексов.
-
Данные по стабильности карбонильных комплексов технеция-99 в растворах. Результаты изучения кинетики декарбонилирования пентакарбонильных комплексов. Результаты изучения реакций замещения карбонильных групп и других лигандов в координационной сфере технеция(І).
-
Синтез карбонильных комплексов технеция-99т, содержащих от 3 до 6 карбонильных групп на один атом технеция. Результаты изучения их стабильности в растворах.
-
Результаты изучения биораспределения некоторых карбонильных комплексов технеция-99т в организме лабораторных животных.
Апробация
По материалам диссертации выпущена 51 научная публикация, в том числе 34 в журналах по перечню ВАК, одно авторское свидетельство и два патента.
Результаты исследования доложены на I Русско-японском семинаре по химии технеция (Москва, Россия, 1996); II Всероссийской конференции по радиохимии (Димитровград, 1997); II Русско-японском семинаре по химии технеция (Шидзуока, Япония, 1999); V Международной конференции по ядерной медицине и радиохимии (Понтресина, Швейцария, 2000); XII Международном симпозиуме по радиофармакологии (Интерлакен, Швейцария, 2001); XIV Радиохимической конференции (Прага, Чехия, 2002); IV Российской конференции по радиохимии «Ра-диохимия-2003» (Озерск, 2003); III Съезде МОО общества ядерной медицины (Дубна, 2004); II Международном симпозиуме по биоорганоме-таллической химии (Цюрих, Швейцария, 2004); XII Европейском симпо-зиме по радиофармакологии и радиофармпрепаратам (Гданськ, Польша, 2004); Международном симпозиуме по химии технеция (Оараи, Япония, 2005); VII Русско-финском симпозиуме по радиохимии (Санкт-Петербург, 2005); XIV Международной конференции ИЕЕЕ по процессам визуализации (Лука, Италия, 2006); II - VII Международных симпозиумах "Технеций в химии и ядерной медицине", (Падуя, Италия, 1985 и 1989; Брессанон, Италия, 1994, 1998, 2002 и 2006).
Вклад автора
В работах, выполненных в рамках представленной диссертации, вклад автора диссертации является определяющим. Он заключается как в разработке подходов в экспериментальных и теоретических исследованиях, так и в анализе полученных результатов. Все исследования проведены
непосредственно самим автором или под его руководством.
Работа выполнена при финансовой поддержке CRDF (RC2-2062), ISTC (по. 1723), BHF (по. PG/03/011/15027) и РФФИ (07-03-00089).
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, семи экспериментальных глав, заключения, основных результатов, выводов и списка литературы (137 наименований). Работа изложена на 257 страницах, включая 87 рисунков и 70 таблиц.
Пентакарбонильные комплексы технеция(І)
Интенсивное изучение трикарбон ильных комплексов одновалентного технеция началось сразу же после открытия группой Р. Альберто водорастворимого трикарбонилтриаква комплекса техпеция(І), который рассматривался авторами как удобное исходное соединение для введения технеция в виде трикарбонильного фрагмента в биомолекулы. Поскольку в данном комплексе только три молекулы воды могут быть замещены на другие лиганды, для введения технециевой метки необходимо подобрать трехдентатный хелатный узел и "привить" его к биомолекуле. Тот факт, что для реализации такого подхода необходимы знания о комплексообразовании трикарбонильного фрагмента с различными лигандами, послужил стимулом интенсивного развития координационной химии трикарбонильных комплексов технеция. В результате было синтезировано и изучено большое число трикарбонильных комплексов, которые будут описаны в данном разделе.
Комплексы [Tc(CO)3L2X] (X = CI, Br, I) получали по реакции соответствующих пентакарбонилгалогенидов с разнообразными лигандами (PPh3, P(OPh)3, AsPh3, SbPh3, 4-толилизонитрил, 4-анизилизонитрил, пиридин, 1,10-фенантролин) в этаноле или бензоле при 50-70С. Следует отметить, что, независимо от условий реакции, замещению подвергались только две СО группы. Полученные нейтральные комплексы хорошо растворимы в бензоле, диэтиловом эфире и гексане [1].
Трикарбонилгидроксид одновалентного технеция был получен по реакции [NEt4]2[TcCl3(CO)3] с эквимолярным количеством NaOH в водном растворе [9]. Продукт экстрагировали диэтиловым эфиром. Выход [{Тс(и,3-ОН)(СО)3}4І, полученного в форме белого порошка, составил 98%. ИК-спектр (КВг) в карбонильной области содержит две полосы 2044 и 1919 см"1. В 99Тс ЯМР-спектре данного комплекса в D20 присутствует один сигнал при -565 м.д. (Ai/2 = 130 Гц). Определена кристаллическая структура данного комплекса (тетрагональная ячейка 1-4, а = 11.675(1) с = 8.975(1), Z = 2). Молекулярная структура данного комплекса приведена на рисунке 1.4.1.
Расстояния Тс-С(1), Тс-С(2), и Тс-С(З) составляют 1.886(4), 1.899(4), и 1.905(4) А, соответственно. Авторами [9] показано, что тетрамерный трикарбонилгидроксид технеция обладает основными свойствами и реагирует с такими слабыми кислотами, как НС5МЄ5. В результате данной реакции, проведенной в безводных условиях без растворителя при температуре 150С, был получен [(С5Ме5)Тс(СО)з1 в виде белого порошка. ИК-спектр в карбонильной области (КВг) содержит две интенсивные полосы при 2007 и 1904 см"1, типичные для трикарбонильного фрагмента. В спектре (раствор в D20) ЯМР на ядрах технеция-99 присутствует полоса при -1874 м.д..
Трикарбонилциклопентадиенил технеция Тс(СО)зСр был получен с выходом около 90% по реакции Тс(СО)5С1 с циклопентадиенилом натрия в 1,2-диметоксиэтане при нагревании [10]. Тс(СО)3Ср - это бесцветное кристаллическое соединение, плавящееся при 87.5С и сублимирующееся в вакууме при температуре 80С. Его ИК-спектр в гексане содержит в карбонильной области две полосы при 2037 и 1942 см" .
Пентаметилциклопентадиенилтрикарбонилтехнеций(І) [(гі5-С5Ме5)Тс(СО)з] был также получен путем реакции Ыа[Тсз(СО)9(ОСН3)4] с пентаметилциклопентадиеном. Данный комплекс хорошо растворим в органических растворителях. Na[Tc3(CO)9(OCH3)4] реагирует также с бензолом в присутствии НС1 с образованием желтой соли [(л6-СбН6)Тс(СО)з]С1 [11]. Реакция Тс(СО)51 с литиевыми солями циклопентадиена и его замещенными производными в тетрагидрофураие приводит к образованию соответствующих циклопентадиенилтрикарбонилтехнециевых комплексов THF Тс(СО)51 + LiCp СрТс(СО)3 + UI + 2СО где Ср = Л5-С5Н5, Л5-С5Ме5, л5-С5Ме4(СН2)зКМе2. [(г)5-С5Ме5)Тс(СО)з], [(л5-С5Ме4Е0Тс(СО)3] и [(л5-С9Н7)Тс(СО)3] были получены по реакции [Тс2(СО)ю] с пентаметилциклопентадиеном, тетраметилэтилциклопентадиеном о-инденом при 200С. Бесцветный [(т5-С5Ме5)Тс(СО)з] (ТП 119-120С) кристаллизуется в триклинной пространственной группе Р-1 с параметрами ячейки а = 6.980(1), b = 7.854(2), с = 12.936(4) А, а = 85.46(2) р = 87.57(2), у = 75.32(2), и Z = 2. Молекулярная структура данного комплекса приведена на рисунке 1.4.2. [12]. [(г)5-С5Ме4Е1:)Тс(СО)з] так же является бесцветным соединением, плавящимся при температуре 55С. Данное соединение кристаллизуется в моноклинной решетке (пространственная группа Р2,/т, а = 7.050(6), b = 11.300(11), с = 9.358(8) А, р = 94.86(7), Z = 2). Светло-желтый комплекс [(г]5-С9Н7)Тс(СО)з] плавится при температуре 57-5 8С и кристаллизуется в триклинной сингонии (пространственная группа Р1-, а = 6.737(5), b = 7.317(6), с = 12.281(9) А, а = 97.52(6), р - 94.68(6), у = 109.38(6), Z = 2).
Анализ на содержание технеция и галогена
ИК спектры записывали на приборах РЇКС-24:; и Shimadzu ЕТ-Ш, 8700 в диапазоне 400-4000 см"1. Образцы готовили в виде суспензии в вазелиновом;. . масле и растворов в воде, ЄНСІз, СС14, метаноле, ацетонитриле. и- ; тетрагидрофуране (ТГФ); Для записи спектров использовали кюветы из КВг и CaF2. Растворители перед использованием очищали по стандартным процедурам [48].
Следует отметить, что ИК спектроскопия в области частот валентных колебаний карбонильной группы (2200-1800 сшл) являлась основным методом-..:-" исследования карбонилов «холодного» технеция как в растворах (даже в воде), так и в твердых фазах. Данный метод: позволял однозначно определить не только количество карбонильных группу но и их расположение в . :; координационной сфере технеция. Штрих; диаграмма карбонильных \.v комплексов технеция, содержащих от 3 до 6 карбонильных групп на один атом і . . у: технеция, приведена на .рисунке 2.2.1. Из приведенного .рисунка видно, что \ , каждой из изучаемых форм карбонильных комплексов соответствует свой характерный набор полос в РЖ-спектре.
Масс-спектры записывали на приборе MS-30 в диапазоне масс 10-1300 с использованием прямого ввода образца в источник. Энергия ионизирующих электронов составляла 70 и 20 эВ. Обработку экспериментальных данных проводили вручную. Масс-спектры также записывали на масс-спектрометре MKh-5311 ESIOF (Институт аналитического приборостроения, Российская академия наук, Санкт Петербург) при напряжении 3.7 кВ. Калибровку прибора проводили с использованием грамицидина как внешнего стандарта. Разрешение составляло 6500.
Технеций-99 является весьма удобным ядром для записи спектров ЯМР [49]. Чувствительность резонанса по отношению к протонам оставляет 0.275. Несмотря на то, что ядро Тс обладает заметным квадрупольным моментом Q = -0.19(5) 10"" m , уширение линии ЯМР Тс в растворах, вызванное взаимодействием квадрупольного момента ядра с градиентом электрического поля (квадрупольная релаксация), ослабляется за счет большой величины спина (механического момента) ядра I = 9/2. Высокая чувствительность и малая ширина линий ЯМР Тс делают этот метод весьма перспективным для исследования координационной химии технециевых комплексов в растворах, особенно комплексов Тс(1). Связано это с тем обстоятельством, что атом Тс в таких комплексах находится в октаэдрическом окружении, т.е. градиент электрического поля либо отсутствует (для идеального октаэдра), либо мал и, следовательно, уширение линии сигнала ЯМР "Тс невелико. Химические сдвиги технециевых комплексов в растворах определяли относительно внешнего стандарта - раствора KTcCv ЯМР-спектры на протонах и ядрах технеция-99 записывали на приборе Varian Gemini 2000 и Bruker-AM 500 при комнатной температуре (22±2С). Сдвиги 99Тс определяли относительно водного раствора КТсС 4, используемого в качестве внешнего стандарта, Концентрация технеция в исследуемых растворах обычно составляла (1-5)10"3 М.
Карбонилгалогенидные комплексы горячего технеция анализировали с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии на хроматографе Waters 1525. Разделение проводили па колонке Symmetry Cjg 5 цтп (4.6x150 mm). Элюирование проводили в градиентной системе 0.1 % водном CF3COOH
Поскольку технеций является радиоактивным элементом, элементный анализ его соединений на стандартных C,H,N анализаторах невозможен. По этой причине мы в нашем исследовании использовали аналитические методики, не требующие сложного аппаратурного оформления.
К навеске исследуемого образца (10-30 мг) прибавляли 1-2 мл 4 М NaOH и затем по каплям 30% перекись водорода ( 0.1-0.3 мл). После окончания газовыделения смесь упаривали досуха на водяной бане для разложения непрореагировавшей перекиси водорода. Под действием перекиси водорода в щелочной среде технеций переходит в форму пертехнетат-иона [50], а галоген -в форму галогенид иона. Последнее было проверено анализом контрольных образцов пентакарбонилгалогенидов рения.
Остаток растворяли в воде и переносили в мерную колбу объемом 50 мл. Из полученного раствора отбирали аликвоты по 0.2-1 и 10 мл для определения технеция и галогенид иона, соответственно. Галогенид ион определяли аргенометрически после подкисления хлорной кислотой с обратным титрованием 0.01 М раствором роданида калия. Раствор железоаммонийных квасцов использовали в качестве индикатора [51]. Относительная ошибка определения галогенид ионов, с учетом совокупности операций, составляет 1-2%.
Содержание технеция в форме комплекса с тиомочевиной определяли фотоколориметрически [52]. Для этого аликвоты технециевого раствора помещали в мерные колбы объемом 25 мл. Колбы заполняли до метки 2 М раствором тиомочевины в одно молярной соляной кислоте. Данные растворы перемешивали и выдерживали не менее 20 мин при комнатной температуре. Оптическую плотность полученных оранжевых растворов измеряли на приборе ФЭК-56 в кюветах длиной 20 мм. Поскольку максимумы поглощения технециевых комплексов с тиомочевиной находятся при 430 и 490 нм, фотометрирование проводили с использованием светофильтра № 4. Содержание технеция определяли по калибровочной кривой. Относительная ошибка определения составляла 2-4 %.
Кристаллическая и молекулярная структура пентакарбонилгалогенидов технеция. Корреляции с реакционной способностью и электронной структурой
Можно видеть, что во всех случаях связи М-СОцИС существенно длиннее связей М-СОтрШ1С. Эту разницу можно объяснить взаимным влиянием двух групп СО, расположенных в транс-положении друг к другу и в цис-положении к атому галогена. Большая длина связей М-СОцис коррелирует с их большей лабильностью [64-66]. Выраженной тенденции в изменении длин связей М-СОцис по ряду галогенов не наблюдается, тогда как длины связей М-СО анс в целом имеют тенденцию к росту по ряду Cl-Br-I. Разность между длинами связей М-СОІ1ис и М-СОтранс отчетливо уменьшается в ряду Cl-Br-I, и величина этих изменений выходит за пределы ошибки измерения длин связей (0.005-0.006 А в большинстве случаев). Следует отметить, что мягкость (по Пирсону [67]) лиганда, занимающего шестую координационную позицию в пентакарбонилах, возрастает в ряду С1-Вг—I. Как будет показано ниже, при переходе к еще более мягким лигандам, обладающим л-акцепторными свойствами (трифенилфосфин, трет-бутилизоцианид), разница между длинами связей М-СОцис и М-СОтранс в пентакарбонильных комплексах технеция практически исчезает.
Наблюдаются интересные корреляции с химическим поведением пентакарбонильных комплексов: при переходе от пентакарбонилхлоридов к -бромидам и -йодидам М(1) (М = Мп, Тс, Re) по мере выравнивания длин связей М-СОІІИС и М-СОТранс связи М-СОЩ1С становятся кинетически более устойчивыми к обмену лигандов [64-66]. Влияние шестого лиганда на лабильность связей М-СОцис детально обсуждалось в работе [62].
Интересно также сравнить длины связей Тс-Х в пентакарбонилгалогенидах и других карбонильных комплексах технеция с терминальным атомом галогена. Имеющиеся к настоящему моменту данные позволяют провести такое сравнение для пары [Тс(СО)5Вг]-[ТсВг(СО)з(еп)] (en - этилендиамин). Длина связи Тс-Br в первом комплексе [2.6123(9) А] заметно меньше, чем во втором (2.640(1) А [68]}. Первый комплекс содержит, помимо Вг, только -акцепторные лиганды СО, тогда как второй комплекс также содержит бидентатный а-донорный лиганд. Разница в длинах связей позволяет предполагать, что ст-донорные лиганды в z/wc-положении лабилизируют связь Тс-галоген. Данный эффект действительно обнаруживается, если сопоставить соединения [Тс (СО)5Х], ведущие себя как ковалентные гидрофобные молекулы и не диссоциирующие в заметной степени в водных растворах, с системой [ТсХ(СО)3(Н20)2]-[Тс(СО)з(Н20)з]+ с о-донорными молекулами воды в качестве лигандов. Указанная система характеризуется высокой лабильностью и низкими константами комплексообразования с галогенид-ионами [69].
Таким образом, структурные данные хорошо коррелируют с закономерностями в реакционной способности карбонильных комплексов технеция по отношению к декарбонилированию.
Для соотнесения наблюдаемых закономерностей изменения геометрии и реакционной способности в ряду пентакарбонилгалогенидов технеция с электронной структурой данных соединений были проведены квантово 77 химические расчеты комплексов [Тс(СО)зХ] (X = I, Br, С1), катиона [Тс(Н20)(СО)5], аниона [ТсС13(СО)3]2 и гипотетического соединения [Тс (CO)sF]. Расчеты выполнены с использованием программы Gaussian 03 [70, 71]. Для атома технеция использован валентный базис SDD с соответствующим потенциалом остова [72], для остальных атомов - базис DZVP [73]. Все расчеты проводились для изолированных частиц без учета эффектов окружения. Для каждого соединения выполнена оптимизация всех геометрических параметров с наложением ограничений по симметрии: [Тс (СО)зХ] (X = F, О, Вг, I) -точечная группа C4v, [ТсС13(СО)з]2 - Cs. Критерий достижения точки локального минимума на поверхности потенциальной энергии - отсутствие мнимых частот в колебательном спектре — выполнен для всех комплексов. В качестве квантово-химических порядков связи используются индексы Майера [74, 75] и рассчитываемые в ортогональном базисе натуральных атомных орбиталей (NAO) [76] индексы Вайберга [77, 78].
Рассчитанные геометрические характеристики пентакарбонилгалогенидов технеция приведены в таблице 3.3.7.
Рассчитанные методом DFT геометрические параметры комплексов [ТсХ(СО)з] (X = F, С1, Вг, I (длины связей в А, углы в град; в скобках экспериментальные данные) Связь, угол X = F Х = С1 Х = Вг Х = 1 Тс-Х 2.058 2.478(2.4815) 2.616(2.6123) 2.811 (2.807) і с—ицис 2.003 2.002 (2.004, 2.027) 2.000(2.026,2.015) 1.999(2.015) 1 С—Стране 1.932 1.926(1.915) 1.925(1.937) 1.926(1.938) V-" WUHC 1.141 1.141 (1.130, 1.114) 1.141 (1.115, 1.122) 1.142(1.135) Стране 1.154 1.152(1.141) 1.152(1.129) 1.151(1.147) Х-Тс-с 87.3 86.7 (88.83, 89.40) 86.5 (87.74, 89.20) 86.5 (87.8) Для соединений, изученных методом рентгеноструктурного анализа, расчетные значения хорошо согласуются с экспериментальными. Также наблюдается тенденция к взаимному сближению длин связей Тс-СО„ис и Тс-СОтра„с по ряду Cl-Br-І, хотя и менее выраженная, чем по рентгеноструктурным данным. Расчетные данные для X = F в эту тенденцию не укладываются. По сравнению с [Тс(СО)5С1] у [ТсС13(СО)з]2 отмечается существенное (на -0.08 А) удлинение связи Тс-С1 (соответственно 2.478 и 2.563 А) при снижении ее порядка от 0.86 до 0.65 (индексы Майера, В) и от 0.38 до 0.32 (индексы Вайберга, W), что, очевидно, связано со взаимной конкуренцией а-донорных хлоридных лигандов. Данная тенденция согласуется с экспериментально наблюдаемой для пары соединений [Тс(СО)5Вг] - (ТсВг(СО)з(еп)], а также с относительной лабильностью галогена в соединениях [Tc(CO)sX] и [TcXL2(CO)5], где L - а-донорный хлоридных лиганд (см. выше). Рассчитанные частоты и интегральные интенсивности полос валентных колебаний групп СО приведены в таблице 3.3.8. По отношению к экспериментальным данным рассчитанные частоты систематически завышены примерно на 5%, однако взаимное положение и относительная интенсивность полос хорошо воспроизводятся. По ряду Cl-Br-І воспроизводится экспериментально наблюдаемая тенденция снижения частот колебаний групп СОцис и роста частот колебаний групп СОтраНс. Указанная тенденция также согласуется с наблюдаемым, по рентгеноструктурным данным, сближением длин связей Тс-СОцИС и Тс-СОтранс вдоль ряда галогенов. В таблице 3.3.9. приведены рассчитанные порядки связей.
Кристаллическая и молекулярная структура [Тс(СО)4Х]
Как было показано выше, пентакарбонилгалогениды Тс(1) Тс(СО)5Х (X = О, Вг, I) достаточно легко вступают в реакции с различными донорными лигандами и ацидолигандами и являются удобными исходными соединениями для получения разнообразных карбонильных комплексов [122].
Пентакарбонилгалогениды Тс(1) характеризуются весьма низкой гидрофильностыо, так как содержат всего один гидрофильный фрагмент -галогенид-ион. Мы получили водорастворимый карбонильный комплекс технеция(І) путем замещения двух карбонильных групп в Tc(CO)sX на молекулы воды. Реакцию проводили гетерофазно кипячением навески твердого Тс(СО)зС1 (наиболее реакционного комплекса) в отмеренном объеме воды в течение получаса. При этом осадок полностью переходил в раствор. 99Тс ЯМР-спектр этого раствора содержит один сигнал при -869 м.д. (Avi/2 72 Гц), который соответствует сигналу [Тс(СО)з(Н20)з]+, полученному швейцарскими учеными [2]. Таким образом, выход синтеза был количественным. Следует отметить, что при взаимодействии пентакарбонилгалогенидов технеция(І) с ст-донорными лигандами в неводных средах галогенид-ион, как правило, остается в координационной сфере технеция, тогда как в случае водного раствора образуется триакватрикарбонильный комплекс, что может быть отчасти обусловлено значительным энергетическим выигрышем при гидратации галогенид-иона.
Было также обнаружено, что [Тс(СО)з(Н20)з] может быть получен прямым карбонилированием пертехнетат-иопа в автоклаве по реакции КТс04 + 2НХ + 6СО + ЗН20 = [Тс(СО)з(Н20)3]Х + КХ + ЗС02 по методике, сходной с методикой, разработанной для синтеза пентакарбонилгалогенидов технеция. Для исключения образования твердой фазы Тс(СО)5Х необходимо поддерживать достаточно низкую концентрацию пертехнетата калия ( 10 моль/л). УФ и 99Тс ЯМР-спектроскопическое изучение реакционной смеси показало, что в этих условиях, кроме целевого трикарбонилтриаквакомплекса, образуется какой-то неустойчивый комплекс, который при непродолжительном (15 мин) нагревании раствора при атмосферном давлении распадается и превращается в трикарбонильную форму
Трикарбонилтриаква комплекс был охарактеризован методами ИК, ЯМР и электронной спектроскопии. ИК-спектр водного раствора [Тс(СО)з(Н20)3]+ содержит две полосы в карбонильной области (2050 и 1930 см"1), характерные для фрагмента фац-Тс(СО)з- В УФ спектре [Тс(СО)з(Н20)3]+ наблюдается одна широкая полоса с максимумом при 270 нм. При наличии указанной выше неидеитифицированной примеси появляется дополнительная полоса при 302 нм. Тот факт, что положение и форма сигнала при -869 м.д. в спектре 99Тс ЯМР водного раствора [Тс(СО)з(Н20)з]С1 не меняются после осаждения хлорид-иона нитратом или перхлоратом серебра, говорит о том, что галогенид ион не входит во внутреннюю координационную сферу металла.
Попытки выделения твердых солей [Тс(СО)з(Н20)3]+-катиона оказались неудачными. При медленном удалении воды из раствора над осушителем в твердой фазе оставалась смесь [Тс(СО)зС1]4 и [Тс(СО)зОН]4, что было установлено методом ИК-спектроскопии. При медленном испарении воды из раствора [Тс(СО)з(Н20)3]РР6 образуется гидроксогетрамер [Тс(СО)зОН]4.
Значительный интерес представляет гидролитическое поведение [Тс(СО)з(Н20)з]+ в водных растворах в связи с перспективами использования данного комплекса для синтеза радиофармпрепаратов. Тот факт, что рН раствора [Тс(СО)з(Н20)з]С1 при концентрации технеция Cjc МО" и 210" моль/л составляет 3.7 и 4.2, свидетельствует о слабом гидролизе этого комплекса в воде. Потенциометрическое титрование водного раствора [Яе(СО)з(Н20)з]+ раствором NaOH было проведено швейцарскими учеными [124]. Анализ кривой титрования привел авторов к выводу о последовательном образовании [Re(CO)3OH]4 и комплексов с отношением ОН/М = 4:3 и 3:2. В работе [125] эта схема гидролиза была распространена на трикарбонилтриаква комплекс технеция. Полагая, что специфика технеция как элемента довольно значительна, мы провели потенциометрическое титрование комплекса [Тс(СО)з(Н20)з]+экспериментально.
Процедура титрования проводилась следующим образом. После добавления каждой порции раствора щелочи (NaOH) раствор перемешивали в течение 10 мин, при этом рН раствора сначала стабилизировался, а затем менялся незначительно. Кривая потециометрического титрования 0.022 М раствора [Тс(СО)3(Н20)3]+ 0.02 М NaOH приведена на рисунке 5.7.2. В отличие от аналогичных экспериментов с [Р .е(СО)з(Н20)з]+ [124], она характеризуется одной буферной областью, расположенной в интервале ОН/Тс 0.1-1.0, на основании чего можно сделать заключение, что образующийся гидроксокомплекс имеет состав 1:1 (по данным Альберто [124] эта область несколько шире: 1.3). Далее наблюдается быстрый рост рН. При рН 5.8-6.0 начинается выпадение осадка, которое продолжается до соотношения ОН/Тс = 1.0. ИК-спектр и рентгенофазовый анализ осадка показали, что он представляет собой кубаноподобный тетрамер [Тс(СО)зОН]4, впервые полученный нами [98].
