Одно- та різнолігандні комплексні сполуки хрому(ІІІ) з цистеїном та іншими амінокислотами

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ

ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Чернушенко Олена Олександрівна

УДК 541.49 :546.76

Одно- та різнолігандні комплексні сполуки хрому(ІІІ) з цистеїном та іншими амінокислотами

02.00.01- неорганічна хімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

Дніпропетровськ - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Дніпропетровському національному університеті, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат хімічних наук, доцент за спеціальністю неорганічна хімія,Зегжда Георгій Дмитрович, Дніпропетровський національний університет, доцент кафедри неорганічної хімії.

Офіційні опоненти:

доктор хімічних наук, професор за спеціальністю неорганічна хімія, Паладе Дмитро Михайлович, Донецький державний технічний університет, професор кафедри прикладної екології та охорони навколишнього середовища.

доктор хімічних наук Гельмбольдт Володимир Олегович, Фізико-хімічний інститут захисту навколишнього середовища і людини при Одеському державному університеті ім. І.І. Мечнікова, завідувач відділом.

Провідна установа: Інститут фізичної хімії ім. Л.В.Писаржевского НАНУ,відділ фізико-хімії координаційних сполук, м. Київ.

Захист відбудеться 06.04.2001 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.078.01 при Українському державному хіміко-технологічному університеті за адресою: 49005, Україна, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна,8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського державного хіміко-технологічного університету за адресою: 49005, Україна, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна,8.

Автореферат розісланий 05.03.2001 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої радиПініеле І.Д

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми пов'язана з необхідністю розв'язання питань регулювання процесів комплексоутворення хрому(III) зі складними лігандами, що містять у своєму складі одночасно декілька донорних атомів (Оксигену, Нітрогену, Сульфуру).

Інтерес до комплексів хрому(III) пов'язаний із встановленням впливу іонів хрому(III) на обмін глюкози. Хоч ці процеси пов'язані з утворенням сполук хрому(III) з пептидами, природа координації подібних лігандів залишається не вирішеною. Вирішення цієї проблеми стає необхідним у зв'язку з пошуками шляхів направленого впливу на метаболізм елементу Хрому. Ці ж питання виникають і у зв'язку з накопиченням Хрому, як техногенного елемента в Придніпровському регіоні, і пошуками шляхів виведення його з організму.

Сірковмісним амінокислотам, як відомо, належить важлива роль у життєвих процесах. Реакції направленого синтезу комплексних сполук хрому(III) з цистеїном залишаються не вивченими. Інтерес до амінокислот зумовлений не тільки їх біологічною роллю, але і різноманітністю типів комплексних сполук з металами, що утворюються амінокислотами. Розв'язання питань координації для хрому(III) практично обмежувалося амінокислотами, що містять два донорних центри. Наявність у цистеїні NH2CH(CH2SH)COOH (далі умовно H2Cys) трьох найважливіших функціональних груп зумовлює можливість утворення великої кількості різних за будовою металокомплексів. Розв'язання проблеми направленого синтезу комплексів на основі цистеїну є основою перенесення цього типу взаємодії на більш складні полімерні агенти.

Систематична оцінка комплексоутворення хрому(III) з полідентатними лігандами типу цистеїну до теперішнього часу незавершена і виникає багато питань, які пов'язані з конкурентністю донорних центрів. Все це вимагає експериментального рішення. Одночасно, досить повна серія комплексних сполук хрому(III) з цистеїном з різним типом координації можуть бути моделлю зв'язування елементу Хрому в живих організмах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі неорганічної хімії Дніпропетровського національного університету і проводилась відповідно до планів наукових досліджень кафедри: держбюджетна тема № 06-21-97 "Дослідження взаємодії катіонів важких металів як складових частин природних і техногенних систем з тіоамінокислотами та пептидом", номер держреєстрації 0197U000678.

Метою роботи є розробка направлених методів синтезу комплексних сполук хрому(III) з цистеїном з регульованим складом внутрішньої сфери, визначення донорних центрів цистеїну, що беруть участь у координації в різних комплексних сполуках хрому(III). Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

розробити прості методики синтезу цистеїнатів хрому(III) з регульованим складом внутрішньої сфери, виділети в індивідуальному стані, встановити складу і будови цистеїнатів хрому(III);

дослідити реакції розімкнення і замикання цистеїнових циклів у розчинах;

встановити можливі галузі практичного застосування отриманих результатів дослідження.

Наукова новизна. Уперше одержано три серії нових комплексних з'єднань хрому(III) катіонного типу з регульованим складом внутрішньої сфери, а саме:

із заздалегідь заданим співвідношенням бі- та монодентатно координованого цистеїну в ряду:

[Cr(HCys)2(H2Cys)H2O]ClЧ3Н2О; [Cr(HCys)(H2Cys)2H2OCl]ClЧ3Н2О;

[Cr(HCys)2(H2Cys)2]ClЧ2Н2О; [Cr(HCys)(H2Cys)4]Cl2Ч3Н2О;

з регульованою кількістю монодентатно координованого цистеїну у внутрішній сфері в ряду:

[Cr(H2Cys)Cl2 (H2O)3]ClЧ3H2O; [Cr(H2Cys)2 (H2O)2Cl2]ClЧ3H2O;

[Cr(H2Cys)3H2OCl2]ClЧ2H2O; [Cr((H2Cys)4ClH2O]Cl2Ч2H2O;

[Cr(H2Cys)5Cl]Cl2Ч3H2O; [Cr(H2Cys)6]Cl3Ч3H2O;

ряд різнолігандних комплексів, що включають, крім цистеїну, гліцин, аланін і глутамінову кислоту:

[Cr(HCys)2(H2Cys)HGly]ClЧ3H2O; [Cr(HCys)2(H2Cys)HAla]ClЧ2H2O;

[Cr(H2Cys)3(HAla)3]Cl3Ч3H2O; [Cr(HCys)2(H2Cys)H2Glu]ClЧ2H2O;

[Cr(HCys)(H2Cys)2(H2Glu)2]Cl2; [Cr(H2Cys)3(H2Glu)3]Cl3.

Уперше здійснений синтез трис-гідрогенцистеїнату хрому(III) з бідентатно координованим цистеїном. Показано, що з трьох донорних груп цистеїну при монодентатній координації з хромом(III), як центр зв'язку виступають атом Оксигену карбоксильної групи, а бідентатній - атом Оксигену карбоксильної групи та атом Нітрогену аміногрупи;

Вивчений хімізм розмикання циклів в трис-гідрогенцистеїнаті хрому(III) при дії амінокислот у кислому середовищі. Встановлена специфічність розмикання циклів: розмикання відбувається по аміногрупі зі збереженням зв'язку Cr-O. Останнє використане як нетривіальний метод синтезу різнолігандних комплексів. Показана можливість замикання циклів внаслідок процесів дегідрохлорування для комплексних сполук хрому(III) з монодентатно координованим цистеїном і аланіном при ізотермічному нагріванні.

Уперше для комплексів типу [Cr(H2Cys)6]Сl3 з симетрією Oh виконаний розрахунок частот і форм коливань координаційного вузла. Результати розрахунків можуть бути використані для віднесення смуг коливань Cr-O у комплексах зі схожим типом координаційного вузла.

Практичне значення отриманих результатів. Запропоновані універсальні методики синтезу комплексних сполук хрому(III) з a-амінокислотами із заздалегідь заданим складом внутрішньої сфери. Їх визначальною рисою є простота і можливість регулювання складу внутрішньої сфери. Результати розрахунків частот і форм коливань координаційного вузла гесксацистеїнхром(III) хлориду можуть бути використані для віднесення смуг Сr-O у комплексних сполуках зі схожим типом внутрішньої сфери.

Практичною основою використання комплексних сполук хрому(III) з амінокислотами в медико-біохімічних галузях є їх нетоксичність і встановлення гіпоглікемічних властивостей.

Розв'язання питань координації хрому(III) з полідентатними N,S,O-вмістними лігандами є певним теоретичним внеском у розвиток координаційної хімії.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, обробці експериментальних даних, їх критичному аналізі, зіставленні й узагальненні, проведенні розрахунків, формулюванні висновків, публікації результатів роботи. Постановка мети і завдань досліджень, обговорення результатів виконане спільно з науковим керівником, к.х.н. Зегждою Г.Д. і к.х.н. Виниченко І.Г. Розрахунки частот і форм коливань для координаційного вузла проводилися під керівництвом професора кафедри оптоелектроніки д.ф.м.н. Морозова В.П. Дослідження біологічної активності отриманих сполук проведені співробітниками кафедри фармакології Дніпропетровської державної медичної академії.

Методи дослідження. В процесі виконання роботи використані методи хімічного, фізико-хімічного, ренгенофазового аналізів, ІЧ-, електронної спектроскопії, кондуктометрії.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації представлялися на: ХІІІ Українській конференції з неорганічної хімії (м. Ужгород, 1992 р.), ХIV Українській конференції з неорганічної хімії (м. Київ, 1996 р.), Fifteenth international conference on raman spectroscopy Proceedings of the Fifteenth International Conference on Raman Spectroscopy (Пітсбург, США, 1996р.), VIII Українській конференції з органічної хімії (м. Дніпропетровськ, 1998 р.), V та VI Міжнародній конференції "Франція та Україна: Науково-практичний досвід у контексті діалогу національних культур" (м. Дніпропетровськ, 1998 р. та 1999 р.), XVI Mendeleev congress on general and applied chemistry (м. Moсква, 1998 р.), I Всеукраїнській конференції “Сучасні проблеми неорганічної хімії" (м. Київ, 1999 р.).

Публікації. Зміст дисертації викладений у 14 роботах, з них 6 статей у наукових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків і списку літературних джерел (137 найменувань). Робота викладена на 147 сторінках і містить 16 малюнків, 1 схему і 38 таблиць, додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обгрунтовано актуальність теми і сформульовано мету роботи та способи її досягнення, охарактеризовано наукову новизну і практичну цінність роботи. цистеїн хром синтез

Перший розділ дисертації присвячений огляду наукової літератури про процеси комплексоутворення хрому(III) з амінокислотами, цистеїну з 3d-елементами. Проведено аналіз даних про способи координації амінокислот з хромом(III), констант стійкості і кінетичних характеристик комплексоутворення.

З огляду даних про біологічну активність сполук хрому(III), зроблено висновок про перспективність вивчення гіпоглікемічної активності хелатних a-амінокислотних комплексних сполук хрому(III).

У другому розділі наведені розроблені методики синтезу нових комплексних сполук хрому(III) з a-амінокислотами і використані експериментальні методики фізико-хімічних досліджень.

У третьому розділі дисертаційної роботи обговорені: будова і властивості трис-гідрогенцистеїнату хрому(III), комплексних сполук хрому(III) з бі- та монодентатно координованим цистеїном. Наведено розрахунок частот і форм нормальних коливань координаційного вузла хлориду гексацистеїнхрому(III).

Четвертий розділ присвячений будові та властивостям різнолігандних комплексних сполук хрому(III).

Будова координаційного вузла трис-гідрогенцистеїнату хрому(III)

Взаємодією хром(III) гідроксиду з цистеїном у співвідношенні 1:3, з водного розчину при рН 5 виділений трис-гідрогенцистеїнат хрому(III).

Cr(OH)3 + 3H2Cys ® [Cr(HCys)3] + 3H2O.(1)

Сполука малорозчинна у воді і органічних розчинниках. Склад, фізичні і хімічні властивості одержаного трис-гідрогенцистеїната [Cr(HCys)3]Ч3H2O свідчать про бідентатну координацію ліганду. В ІЧ-спектрі трис-гідрогенцистеїнату хрому(III) відсутність смуги n(С=О)=1730 см-1, значна різниця nas(СOО-)-ns(СOО-)=290 см-1 і n(Сr-О)=570 см-1 вказують на координований характер карбоксильної групи. На зв'язування іонів металу з аміногрупою вказують чітких два максимуми при 3190 см-1 та 3080 см-1, смуга при n(Сr-N)=496 см-1. Смуга поглинання при 2530 см-1, відповідає незв'язаній з металом -S-H-групі. Таким чином, координаційний вузол трисхелату утворюється за рахунок -COO- і -NH2 групи і представляє випадок нетривіального для тіоамінокислот металозв'язування, що не включає меркаптогрупу. У разі хрому(III) це укладається в рамки концепції взаємодії жорсткої кислоти з жорсткими основами. За результатами рентгенофазного аналізу трис-гідрогенцистеїнат хрому(III) знаходиться в полікристалічному стані.

Комплексні сполуки хрому(III) з бі- та монодентатно координованим цистеїном

Взаємодія трис-хелату з кислотними реагентами призводить до послідовного розмикання циклів. Це дозволило отримати серію комплексних сполук хрому(III) з регульованим вмістом бі- і монодентатно координованого цистеїну:

[Cr(HCys)2(H2Cys)H2O]ClЧ3Н2О;

[Cr(HCys)(H2Cys)2H2OCl]ClЧ3Н2О;

[Cr(H2Cys)3H2OCl2]ClЧ2H2O;

[Cr(HCys)2(H2Cys)2]ClЧ2Н2О;

[Cr(HCys)(H2Cys)4]Cl2Ч3Н2О; [Cr(H2Cys)6]Cl3Ч3H2O;

У роботі для цієї мети використали соляну кислоту і солянокислий цистеїн:

[Cr(HCys)3] + nH+ + nCl- +H2O®[Cr(HCys)(HnCys)nH2OCln-1]+ + Cl-;(2)

[Cr(HCys)3] + nH2Cys + nH+ ® [Cr(HCys)(H2Cys)2n]n+(3)

де n = 1-3

При розмиканні циклів соляною кислотою місце, що звільнилося у внутрішній сфері, займає вода або хлорид-іони. Якщо використовується, як кислотний реагент гідрохлорид цистеїн, спостерігається додаткова координація молекули амінокислоти. Розмикання навіть одного циклу призводить до такого різкого збільшення розчинності сполук, що вони не можуть бути виділені в кристалічному стані з водних розчинів. Ці сполуки виділені висолюванням ацетоном і за даними рентгенофазного аналізу знаходяться в аморфному стані.

Координаційні формули продуктів розмикання циклів пропонуються на основі даних елементного аналізу, ІЧ-, електронної спектроскопії та кондуктометричних вимірювань.

ІЧ-спектри одержаних цистеїнатів хрому(III) дозволяють стверджувати, що місцем розмикання цистеїнового циклу є зв'язок Cr-N. У монодентатно координованому ліганді зберігається зв'язок за допомогою карбоксилу.

1. У цистеїнатах хрому, що містять монодентатно координований ліганд, істотно змінюється характер поглинання в межах 3200 - 2900 см-1. У міру розмикання циклів чіткі два максимуми при 3190 і 3070 см-1 для хелата, що відносяться до координованої аміногрупи, стають менш вираженими. У комплексах, що не містять бідентатно зв'язаних лігандів, спостерігається тільки широка смуга поглинання при 3200-2800 см-1, характерна для групи -NH3+. Одночасно посилюється смуга поглинання при 1480 см-1 (смуга d(-NH3+);

2. Із зростанням числа монодентатно координованих лігандів все більш виразно виявляється смуга при 570-585 см-1, відсутня в спектрі вільного цистеїну. Поглинання в цій області зв'язані з валентними коливаннями n(Сr-O);

3. У нециклічних амінокислотних комплексних сполуках практично не спостерігається сильної смуги при 1730 см-1, що виявляється в гліцинових комплексах платини при розмиканні циклів по карбоксилу;

4. Значна різниця частот антисиметричного і симетричного валентного коливань -COO- групи, що відмічається для хелату, зберігається при розмиканні циклів, що вказує на координований характер карбоксилу і в продуктах розмикання циклів з монодентатно координованим лігандом. Однак у міру розмикання циклів смуга поглинання антисиметричних коливань карбоксильної групи розширюється і представлена у вигляді огинаючої з декількома перегинами. Проведене розкладання спектра в межах 1550-1680 см-1 на гауссові складові за диференціюванням по Савицькому Голєю для уточнення числа смуг, і оцінки їх положення і далі нелінійний регресійний аналіз методом найменших квадратів дозволили виявити три смуги при 1670, 1630 і 1570 см-1, характерні для nas(-СOО-) і деформаційних коливань Н2О і -NH3+.

Таким чином, порівняння літературних та експериментальних даних дає підставу стверджувати, що розмикання циклів в трис-гідрогенцистеїнаті хрому(III) відбувається по аміногрупі при збереженні координації за допомогою карбоксилу. Збереження місця координації пов'язане з різною стійкістю зв'язку Cr-N або Cr-O. Додатковим впливаючим чинником у системі, що розглядається, може бути перехід саме аміногрупи, а не карбоксилу в повністю протоновану форму: Сr(ООССН(CH2SH)NH3+). Отримані дані свідчать, що в комплексних сполуках хрому(III) цистеїн виступає не як тіо-аміно-, а передусім, як Оксиген-утримуючий ліганд.

Різнолігандні комплексні сполуки хрому(III) з a-амінокислотами

Метод послідовного розмикання циклів у трисхелаті під дією кислотних реагентів був використаний для отримання серії різнолігандних комплексних сполук хрому(III):

[Cr(HCys)2(H2Cys)HGly]ClЧ3H2O; [Cr(HCys)2(H2Cys)HAla]ClЧ2H2O; [Cr(H2Cys)3(HAla)3]Cl3Ч3H2O; [Cr(HCys)2(H2Cys)H2Glu]ClЧ2H2O; [Cr(HCys)(H2Cys)2(H2Glu)2]Cl2; [Cr(H2Cys)3(H2Glu)3]Cl3.

Координаційні формули для різнолігандних комплексів були виведені на основі елементного аналізу, ІЧ-спектроскопії і кондуктометричних вимірювань. Експериментальні дані свідчать, що в контакті з молекулами a-амінокислот цикли трис-гідрогенцистеїнату хрому(III) зазнають розмикання по зв'язку Хром-Нітроген. Розмикання цистеїнових циклів супроводжується координацією атакуючої a-амінокислоти з утворенням різнолігандних комплексних сполук (R=H; CH3; CH2COOH):

HS H2C O HC - C O R H2N NH2 NH2CHCOOH, H+ Cr CH-CH2-SH ® O O - C O C NH2 O CH CH2 SH HS 3+ H2C R +H3N- HC CH O C = O NH3+ C O R R O O-C-CH NH3+ NH2CHCOOH Cr O NH3+ O O O-C-CH-CH2-SH H+ C O O HC - NH3+ C CH2 O CH - NH3+ SH RHS + H2C O HC - C O H2N NH2 Cr CH-CH2-SH O O O-C C O O HC - NH3+ C CH2 O CH - NH3+ SH R к R к NH2CHCOOH, H+ Ї HS 2+ H2C O HC - C O R H2N O - C- CH NH3+ Cr O O O O-C-CH-CH2-SH C O O NH3+ HC - NH3+ C CH2 O CH - NH3+ SH R

Процес розмикання циклів по аміногрупі промотується іонами Н+. Утворення протонованих -NH3+ груп забезпечує системі певний виграш в енергії, у цистеїнаті - донорні властивості -NH2 групи декілька занижені через індукційний ефект, що виявляється в зміщенні електронної густини до атома Сульфуру, що підтверджується зіставленням констант кислотної дисоціації аміногруп a-амінокислот і цистеїну. Аміногрупа цистеїну є менш основною (рК(-NH3+)=8,18), ніж у інших a-амінокислот.

Будова і властивості комплексних сполук хрому(III) з монодентатно координованим цистеїном

Комплексні сполуки хрому(III) з монодентатно координованим цистеїном були одержані як шляхом послідовного розмикання циклів у трисхелаті хрому(III) [Cr(HСys)3], так і шляхом безпосередньої взаємодії хром(III) хлориду з цистеїном (n=0-3; m=0-2):

[Cr(H2O)6]3++3Cl-+(6-(n+m))H2Cys® [Cr(H2Cys)6-(n+m)(H2O)nClm]3-m+(3-m)Cl-+(6-n)H2O. (4)

Виділена серія комплексних сполук хрому з регульованою кількістю монодентатно координованого цистеїну. Регулювання складу внутрішньої сфери здійснювалось зміною співвідношення хром(III) хлориду і цистеїну.

Характер координації встановлений для [Cr(H2Cys)3H2OCl2]Cl і [Cr(H2Cys)6]Cl3 зберігається і для всієї серії монодентатних комплексних сполук. Згідно з отриманими результатами, в спектрах всіх синтезованих сполук спостерігається набір частот, характерний для протонованої і непов'язаної з металом -NH3+ групи: 3000 см-1, 1570 см-1 і 1476 см-1. Зберігається також як і у вихідному ліганді смуга 2560 см-1, яку звичайно відносять до -SH-групи. Спектри комплексних сполук в області карбоксилу, на відміну від вільного цистеїну, не мають сильної смуги при 1730 см-1. Подібна картина відповідає координованій карбоксильній групі. Координація за допомогою атома Оксигену підтверджується наявністю в спектрі комплексу смуги 550 см-1, відповідної коливанням Cr-O. Необхідно вказати на збіг основних валентних коливань Cr-O, знайдених експериментальним і розрахунковим шляхом. Розрахунок частот і форм коливань для координа-ційного вузла [Cr(H2Сys)6]Cl3 проводили методом парціальних частот.

Отримані результати свідчать про монодентатну координацію цистеїну за допомогою карбоксильної групи.

Сполуки нестійкі в розбавлених розчинах. Збільшення молярної електропровідності для комплексів з співвідношенням хром : ліганд від 1:1 до 1:4 у часі пов'язано з процесами акватації і вимиванням хлору з внутрішньої сфери. Для пента- і гексацистеїнатів відмічається зменшення електропровідності у часі, що пов'язано з можливим замиканням циклу.

Для гексацистеїнхрому(III) [Cr(H2Cys)6]3+ з симетрією Oh відмічаються у видимій області дві смуги при 24600 см-1 (4Т1g¬4A2g) і 18300 см-1 (4Т2g¬4A2g), звідки випливає, що Dq=1830 см-1, що вище, ніж у гексаквакомплексі хрому(III) (1740 см-1), але нижче, ніж у гексаміновому (2160 см-1). Заміщення одного монодентатно координованого цистеїну у внутрішній сфері на молекулу води або хлодид-іон призводить до батохромного зсуву.

1-[Cr(H2Cys)2(HCys)2]Cl (Dq=1835cм-1); 2-[Cr(HCys)(H2Cys)4]Cl2 (Dq=1830cм-1);

3-[Cr(H2Cys)6]Cl3 (Dq=1830cм-1); 4-[Cr(H2Cys)3Cl2H2O]Cl (Dq=1724cм-1).

Цей зсув зумовлений ослабленням сили поля лігандів. Спектри комплексних сполук з монодентатно координованим цистеїном зазнають з часом певних змін, які можна зв'язати з нестійкістю внутрішньої сфери в розбавлених водних розчинах.

Замикання цистеїнових циклів по азоту призводить, як і потрібно було чекати, до гіпсохромного зсуву основної смуги поглинання. Пов'язане із замиканням циклу пониження симетрії, спричиняє істотне уширення смуг поглинання і збільшення їх інтенсивності.

В УФ області для комплексних сполук, що містять хоч би один замкнений цикл спостерігається сильна смуга, пов'язана з дозволеним по спіну переходом при 38500 см-1. Особливістю смуги, пов'язаної з цим переходом для даної групи комплексів, є її висока інтенсивність. Для комплексів з монодентатно координованим цистеїном ця смуга в початковий момент часу відсутня і тільки в спектрах гекса- і пентацистеїнатів виявляється у вигляді плеча (крива 3, 5). У часі для цих сполук відзначається зростання оптичної щільності і формування максимуму, аналогічного спектрам сполук з бідентатною координацією цистеїну.

[Cr(HCys)(H2Cys)2ClH2O]+; 2 - [Cr(H2Cys)4НCys]2+; 3 - [Cr(H2Cys)2(HCys)2]+; 4 - [Cr(H2Cys)3H2OCl2]+. Електронні спектри цистеїнатів хрому(III) в УФ області: - зареєстровані через добу після приготування: 1 - [Cr(H2Cys)6]3+; 2 - [Cr(H2Cys)5Н2О]3+; - зареєстровані через 10 хвилин після приготування 3 - [Cr(H2Сys)5Н2О]3+; 4 - [Cr(H2Cys)2Cl2(H2O)2]+; 5 - [Cr(H2Cys)6]3+; 6 - [Cr(H2Cys)3Cl2H2O]+.

Явища, що помічаються, можна пояснити замиканням цистеїнових циклів по реакціях типу:

[Cr(H2Cys)6]3+ “[Cr(H2Cys)4(HCys)]2+ + H2Cys + H+ (5)

[Cr(H2Cys)5H2O]3+ “[Cr(H2Cys)4(HCys)]2+ + H2O + H+ (6)

Очевидно, швидке циклоутворення для комплексу [Cr(H2Cys)6]Cl3 пов'язане з витісненням цистеїну, а не води і (або) хлору. Наведені схеми дозволяють інтерпретувати зменшення електропровідності, що спостерігається у часі для комплексів [Cr(H2Cys)5H2O]Cl3 і [Cr(H2Cys)6]Cl3 за рахунок замикання одного цистеїнового циклу і зменшення заряду координаційного йона. Замикання цистеїнових циклів у розчині під дією лужних агентів ускладнено конкуруючими реакціями.

Для цистеїнатів хрому(III) з монодентатно координованим лігандом, що містять у своєму складі внутрішньо- і зовнішньосферну воду, перші ефекти при термічному розкладі, які зв'язані з втратою маси, зумовлені процесами дегідратації та деакватації і спостерігаються в температурному інтервалі 80-150 С, потім спостерігається дегідрогалогенування (150-175С) і далі при температурі 250С глибоке окиснення ліганду. Ізотермічне нагрівання сполук [Cr(H2Cys)2H2O2Cl2]ClЧ3H2O та [Cr(H2Cys)3H2OCl2]ClЧ3H2O при температурі 150С показало, що внаслідок процесу дегідрогалогенування відбувається замикання хелатного циклу цистеїну. Замикання циклів у комплексних сполуках хрому(III) з монодентатно координованим цистеїном підтверджується результатами елементного аналізу, кондуктометричних вимірювань та ІЧ-спектроскопії продуктів ізотермічного нагрівання. В ІЧ-спектрі комплексних сполук спостерігається смуга поглинання n(NH3+) + n(NH2) = 2917см-1 і d(NH3+) = 1467см-1, що характеризує протоновану аміногрупу, а також частоти, які відносяться до координованої аміногрупи n(NH2) = 3200 см-1, n(Cr-N)=458 cм-1.

Біологічна активність цистеїнатів хрому(III)

Досліджено вплив трис-гідрогенцистеїнату хрому(III) на рівень глюкози в крові білих щурів. Показано, що рівень глюкози в крові при введенні цистеїнату хрому(III) падає більш, ніж на 55%. Проведене на мишах дослідження токсичності трисхелату показало значення LD50 = 2568 мг/кг, що дозволяє віднести цю сполуку до нетоксичних.

Таким чином, виявлена біологічна активність трисхелату хрому(III) визначає перспективність подальшого проведення біологічних досліджень.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

1.Систематизовано та узагальнено літературні дані щодо методів синтезу та властивостей однорідно- та різнолігандних цистеїнатів хрому(III). Незважаючи на те, що амінокислотні сполуки хрому(III) є перспективними для використання в якості фармоцептичних засобів, методи направленого синтезу комплексних сполук хрому(III) з цистеїном з регульованим складом внутрішньої сфери недостатньо дослідженні.

2.Розроблені направлені методи синтезу однорідно- та різнолігандних цистеїнатів хрому(III), одержані 17 нових комплексних сполук. Методами електронної, ІЧ-спектроскопії, кондуктометрії, елементного і рентгенофазового аналізів встановлено склад синтезованих сполук, та їх будова. Показано, що в залежності від складу координаційної сфери цистеїн координований або бідентатно (за участю аміно- і карбоксильної груп), або монодентатно (за участю карбоксильної групи).

3.Синтезована комплексна сполука [Cr(HCys)3]Ч3H2O, для якого встановлено, що цистеїн координований бідентатно по аміно- і карбоксильній групах. Показано, що під дією кислотних реагентів у трис-гідрогенцистеїнаті хрому(III), що містить бідентатно координований цистеїн, відбувається розрив хелатного циклу по зв'язку Сr-N.

4.Запропоновані методи регулювання кількості бі- та монодентатно координованого цистеїну у внутрішній сфері комплексних сполук хрому(III). Послідовним розмиканням хелатних цистеїнових циклів у трис-гідрогенцистеїнаті [Cr(HCys)3]Ч3H2O з використанням соляної кислоти отримані нові комплексні сполуки, що містять одночасно бі- та монодентатно координований цистеїн: [Cr(HCys)2(H2Cys)H2O]ClЧ3Н2О; [Cr(HCys)(H2Cys)2H2OCl]ClЧ3Н2О; [Cr(H2Cys)3H2OCl2]ClЧ2Н2О; а з використанням гідрохлориду цистеїна [Cr(HCys)2(H2Cys)2]ClЧ2Н2О; [Cr(HCys)(H2Cys)4]Cl2Ч3Н2О; [Cr(H2Cys)6]Cl3Ч 3Н2О.

5На основі реакції розмикання циклів у трис-гідргеноцистеїнаті хрому(III) під дією кислих розчинів амінокислот запропоновано метод отримання різнолігандних комплексних сполук. Одержана неописана раніше серія різнолігандних комплексних сполук хрому(III), що містять, крім цистеїну, гліцин, аланін або глутамінову кислоту складу:

[Cr(НCys)2(H2Cys)HGly]ClЧ3H2O;[Cr(НCys)2(H2Cys)HАla]ClЧ2H2O; [Cr(H2Cys)3(HАla)3]Cl3Ч3H2O; [Cr(НCys)2(H2Cys)H2Glu]ClЧ2H2O; [Cr(НCys)(H2Cys)2(H2Glu)2]Cl2; [Cr(H2Cys)3(H2Glu)3]Cl3.

Показано, що в цих сполуках амінокислоти координовані карбоксильною групою.

6.На основі аналізу даних ІЧ-спектроскопії встановлено, в гексацистеїн-хрому(III) цистеїн координований карбоксильною групою. Віднесення смуги поглигнання до валентних коливань Cr-O було підтверджене розрахунками частот і форм основних валентних коливань координаційного вузла [Cr(H2Cys)6]Cl3Ч3Н2О. Отримані експериментальні і розрахункові дані добре узгоджуються в межах 1,3%.

7.Досліджена біологічну активність трис-гідрогенцистеїнату хрому(III) на моделі експериментального діабету. Показано, що ця сполука проявляє гіпоглікемічні властивості і низьку токсичність і тому є перспективна для розробки нових лікарських препаратів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У РОБОТАХ:

1.Виниченко И.Г., Зегжда Г.Д., Пинюшко О.А., Чернушенко Е.А. Реакции размыкания циклов в трис-гидроцистеинате хрома(III) // Журн. неорган. химии. - 1993. - Т.38, - № 1. - С. 87-91.

2.Моисеенко В.Н., Колесник И.П., Щетинкин В.С., Виниченко И.Г., Чернушенко Е.А., Зегжда Г.Д. Оптические колебательные спектры твердотельных металлокомплексов на основе цистеина. // Оптика и спектроскопия. - 1996. - Т.81,№ 3. - С. 430-433.

3.Чернушенко Е.А., Зегжда Г.Д., Виниченко И.Г., Морозов В.П. Исследование хелатных и монодентатных цистеинсодержащих комплексов хрома(ІІІ) методом ИК-спектроскопии // Вісник Дніпропетровського університету. Хімія. - 1998. - .№ 2. - С.85-88.

4.Чернушенко Е.А., Виниченко И.Г., Зегжда Г.Д. Комплексы хрома(ІІІ) с монодентатно координированным цистеином // Украинский химический журнал. - 1998. - Т.64, № 6. - С.77-81.

5.Прусенко В.В., Чернушенко Е.А., Зегжда Г.Д., Варгалюк В.Ф. Компьютерное моделирование строения комплексов хрома(III) с полидентатными лигандами // Вопросы химии и химической технологии. - 2000. - № 1. - С. 83-86.

6.Чернушенко Е.А., Зегжда Г.Д., Виниченко И.Г., Авдеева Е.В. Кинетические характеристики замыкания и размыкания цистеиновых циклов в комплексах хрома(III). // Вісник Дніпропетровського університету. - 2000.- № 4. - С.77- 80.

7.Чернушенко Е.А., Виниченко И.Г., Зегжда Г.Д., Вишникин А.Б. Разнолигандные тиоаминокислотные комплексы хрома(III) / ДГУ - Киев, 1996. - 10 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 24.10.96, № 2050 -Ук 96 // Библиографическое описание этой работы опубликовано в библиографическом указателе ВИНИТИ РАН №1(301) №б/о 113, 1997.

8.Moiseenko V.N., Vinichenko I.G., Chernushenko E.A., Zegshda G.D., Kolesnik I.P. The influnce of ions of metals on low frequency raman spectra of cysteine // Fifteenth international conference on raman spectroscopy. Proceedings of the Fifteenth International Conference on Raman Spectroscopy. - Pittsburgh: PA USA. - 1996. - P.510-511.

9.Варгалюк В.Ф., Зегжда Г.Д., Виниченко И.Г., Чернушенко Е.А. Образование различных типов комплексов хрома(ІІІ) с цистеином как биохимическая модель // XVI Mendeleev congress on general and applied chemistry. Life chemistry.- Moscow. - 1998. - C.134-135

10.Чернушенко Е.А., Виниченко И.Г., Зегжда Г.Д. О конкурентности меркопто-, карбокси- и амино- групп в связывании хрома(III) с цистеином. // Тези доповідей ХІІІ Української конференції з неорганічної хімії 21-25 вересня 1992 р..-Частина 1. - Ужгород: НАН України. - 1992. - С.89.

11.Зегжда Г.Д., Чернушенко Е.А., Виниченко И.Г., Морозов В.П., Колесник И.П., Моисеенко В.Н. К вопросу о комплексообразовании хрома(ІІІ) с цистеином // Тези доповідей ХIV Українська конференція з неорганічної хімії 10-12 вересня 1996 р. - Київ: Київський національний університет, НАН України. - 1996. - С.18.

12.Чернушенко Е.А., Виниченко И.Г., Зегжда Г.Д. Синтез амінокислотних різнолігандних комплексів хрому(III) із різним типом координації // Тези доповідей I Всеукраїнська конференція "Сучасні проблеми неорганічної хімії" 12-14 вересня 1999 р.. - Київ: Київський національний університет, НАН України. - 1999. - С.48.

13.Вініченко І.Г., Зегжда Г.Д., Варгалюк В.Ф., Чернушенко О.О., Бондаренко Г.В. Утворення та реакційна здатність хромцистеїнового гетероциклу. // Тези доповідей ХVIII Українська конференція з органічної хімії 6 -9 жовтня 1998р.. - Частина 1. - Дніпропетровськ: НАН України, ІОХНАН України, УДХТУ, ДДУ - 1998. - С.243.

14. Морозов В.П., Зегжда Г.Д., Моисеенко В.Н., Варгалюк В.Ф., Виниченко И.Г., Чернушенко Е.А. Нормально-координационный анализ колебаний координационного узла функционирующих в экосистемах цистеинсодержащих хелатов хрома(ІІІ) // Тези доповідей V Міжнародна конференція. "Франція та Україна: науково-практичний досвід у контексті діалогу національних культур. - Частина 3. - Дніпропетровськ: Арт-Прес ДДУ. - 1998. - С.52-53.

АНОТАЦІЯ

Чернушенко О.О. Одно- і різнолігандні комплексні сполуки хрому(III) з цистеїном та іншими a-амінокислотами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.01 -неорганічна хімія. - Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпропетровськ, 2001.

Дисертація присвячена дослідженню комплексоутворення хрому(III) з цистеїном. У роботі запропонована методика синтезу трьох серій комплексних цистеїнатів хрому(III) катіонного типу з регульованим складом внутрішньої сфери. Встановлений механізм розмикання циклів у трис-гідрогенцистеїнаті хрому(III) під дією кислотних реагентів і описані шляхи регулювання складу внутрішньої сфери комплексних сполук, що утримують одночасно бі- та монодентатно координований цистеїн, а також різнолігандних комплексних сполук. Досліджені реакції переходу від монодентатно координованого цистеїну до хелатних систем. Встановлені центри зв'язування цистеїну з хромом(III) при моно- і бідентатній координації

Досліджено термічну поведінку цистеїнатів хрому(III) з монодентатно координованим цистеїном і показана можливість замикання цистеїнового циклу внаслідок ізотермічного нагрівання. Цистеїнати хрому(III) можуть бути моделлю зв'язування Хрому в живих організмах.

Ключові слова: хром(III), цистеїн, амінокислота, гліцин, аланін, цистин, бідентатна і монодентатна координація, розмикання циклів, хелат, ІЧ-спектроскопія, електронні спектри, термічні перетворення, різнолігандні комплексні сполуки.

АННОТАЦИЯ

Чернушенко Е. А. Одно- и разнолигандные комплексные соедине-ния хрома(III) с цистеином и другими a-аминокислотами. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.01-неорганическая химия. - Украинский государственный химико-технологический университет, Днепропетровск, 2001.

Диссертация посвящена исследованию комплексообразования хрома(III) с цистеином. В работе предложена методика синтеза трех серий комплексных цистеинатов хрома(III) катионного типа с регулируемым составом внутренней сферы. В индивидуальном виде выделены 17 ранее неописанных соединений. Состав, строение и тип координации лиганда полученных соединений подтверждены методами ИК- и электронной спектроскопии, элементного, рентгенофазового и термического анализа, кондуктометрии.

Разработана универсальная методика синтеза трис-хелата хрома(III). Показано, что цистеин координирован бидентатно по карбоксильной и аминогруппе при несвязанной меркаптогруппе. Установлено, что под действием кислотных реагентов происходит последовательное размыкание циклов в трис-гидроцистеинате хрома(III), что позволило найти пути регулирования состава внутренней сферы комплексных соединений, содержащих одновременно би- и монодентатно координированный цистеин, а также разнолигандных комплексов. Установлены центры связывания цистеина с хромом(III) при моно- и бидентатной координации. Показано, что размыкание цистеиновых циклов происходит по аминогруппе с сохранением связи по карбоксильной группе, координация внедряемой аминокислоты происходит по карбоксильной группе.

На основании реакции размыкания циклов в трис-гидроцистеинате хрома(III) под действием кислых растворов аминокислот предложен метод получения разнолигандных комплексных соединений хрома(III), содержащие кроме цистеина глицин, аланин или глутаминовую кислоту.

Предложены пути регулирования количества монодентатно координированного цистеина во внутренней сфере комплексных соединений хрома(III). Исследованы реакции перехода от монодентатно координированного цистеина к хелатным системам, термическое поведение комплексных соединений хрома(III) с монодентатно координированным цистеином и аланином, показана возможность замыкания аминокислотных циклов в результате реакций дегидрогалогенирования при изотермическом нагревания.

Решением колебательной задачи найдены частоты и формы колебаний координационного узла [Cr(H2Cys)6]Cl3 и отмечено совпадение основных частот валентных колебаний Cr-O найденных экспериментальным и расчетным путем.

Показано, что отдельные нетоксичные цистеинаты хрома(III) обладают гипогликемическими свойствами.

Ключевые слова: хром(III), цистеин, аминокислота, глицин, аланин, цистин, би- и монодентатная координация, размыкание циклов, хелат, электронные спектры, ИК-, термические превращения, разнолигандные комплексные соединения .

SUMMARY

Chernushenko L.A.- Complexes of chrome(III) with like and different ligands of cysteine and by other a-amino acids. -Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by spesiality 02.00.01 - inorganic chemistry- Ukrainian State Chemical Technological University, Dnipropetrovsk, 2001.

The dissertation is devoted to investigation of Cr(III) complexing with a cisteinum. The work provides methods of sinthesis of some series complex cisteinates Cr(III) of the cationic type with inner sphere composition. The mechanism of cycles breaking in tris-hidrocisteinate Cr(III) under influence of acidic reagents was established and ways of reguletion of inner sphere composition compexes were described. The ways of reguletion of containing simultaneously di- and monodentatly coordinated cisteinum and also complexes with different ligands were defined. The reaction of transition from monodentatly coordinated cisteinum to chelate systems were investigated. The centres of cisteinum bonding with Cr(III) in mono- and bidentatly coordination presence was established. The termic behaviour of cisteinated Cr(III) with monodentatly coordinated by cisteinum was investigated and possibility of cisteinum cycle close as a result of izothermic heating was shown. The cisteinates Cr can be model of bonding Cr(III) in organism and can be offered as nontoxic food additions.

Key words: Chrome (III), cisteine, amino acid, glycine, lactamic acid, cistine, di- and monodentatly coordination, breaking of a cycle, IR-, electronic spectra, thermal transformations, complexes with different ligands.

Размещено на Allbest.ru

...