Синтез и свойства металлокомплексов производных пространственно экранированных о-дифенолов и о-аминофенолов - нового класса биологически активных соединений

Размещено на http://www.allbest.ru/

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 541.49:[547.565.2+547.564.4]:[54.04+54.05+54.06]

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора химических наук

по специальности 02.00.01 - неорганическая химия

СИНТЕЗ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСОВ ПРОИЗВОДНЫХ ПРОСТРАНСТВЕННО ЭКРАНИРОВАННЫХ О-ДИФЕНОЛОВ И О-АМИНОФЕНОЛОВ - НОВОГО КЛАССА БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

ЛОГИНОВА

Наталья Васильевна

Минск, 2010

Работа выполнена в Белорусском государственном университете и в Учреждении Белорусского государственного университета “Научно-исследовательский институт физико-химических проблем”

Научные консультанты: Ивашкевич Олег Анатольевич, академик Национальной академии наук Беларуси доктор химических наук, профессор, Белорусский государственный университет, проректор по научной работе

Шадыро Олег Иосифович, доктор химических наук, профессор, Белорусский государственный университет, заведующий кафедрой радиационной химии и химико-фармацевтических технологий

Официальные оппоненты: Поткин Владимир Иванович, член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор химических наук, профессор, Государственное научное учреждение “Институт физико-органической химии Национальной академии наук Беларуси”, заведующий отделом органической химии

Башкиров Леонид Андреевич, доктор химических наук, профессор, Учреждение образования “Белорусский государственный технологический университет”, профессор кафедры физической и коллоидной химии

Матвейко Николай Петрович, доктор химических наук, профессор, Учреждение образования “Белорусский государственный экономический университет”, заведующий кафедрой физикохимии материалов

Оппонирующая организация Государственное научное учреждение “Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси”

Защита состоится 16 ноября 2010 г. в 10⁰⁰ на заседании совета по защите диссертаций Д 02.01.09 при Белорусском государственном университете по адресу: 220030, г. Минск, ул. Ленинградская, 8 (юридический факультет), ауд. 407.

Телефон ученого секретаря 209-55-58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета.

Автореферат разослан “15” октября 2010 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций, доктор химических наук, профессор Е.А. Стрельцов

КРАТКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Исследование координационных взаимодействий ионов металлов и биологически активных соединений - одна из основных задач бионеорганической химии, интенсивно развиваемой дисциплины в современной химической науке. Особенно быстро прогрессирует синтез и исследование свойств металлокомплексов с органическими биоактивными веществами для выявления потенциальных химиотерапевтических агентов. К числу весьма актуальных проблем относится создание эффективных препаратов для борьбы с микробными и вирусными инфекционными заболеваниями, которые являются причиной более 20 % от общего числа летальных исходов. В связи с ростом частоты заболеваний, обусловленных штаммами бактерий, грибов и вирусов, резистентными к традиционным лекарственным средствам, первостепенное значение приобретает поиск новых лекарственных средств широкого спектра действия для комбинированной химиотерапии инфекций. Результаты исследований биологической активности металлокомплексов показали, что они являются удобными реагентами для решения этих проблем: благодаря особенностям строения отдельные металлокомплексы способны реализовывать одновременно несколько механизмов терапевтического действия с участием таких потенциальных биомишеней как ферменты, мембраны, ДНК, РНК, белки. Это создает благоприятные возможности для разработки на их основе препаратов для комбинированной химиотерапии инфекций.

Перспективной областью поиска соединений, пригодных для разработки на их основе препаратов широкого спектра фармакологической активности, могут быть металлокомплексы производных пространственно экранированных о-дифенолов и о-аминофенолов. Исходными данными для постановки диссертационной работы послужили многолетние исследования в области химии и фармакологии этих органических соединений, проводимые в Белорусском государственном университете. Благодаря этим исследованиям накоплен богатый опыт и создана экспериментальная база для синтеза и изучения физико-химических свойств различных производных о-дифенолов и о-аминофенолов. Электронодонорные атомы этих органических соединений обеспечивают возможность образования разнообразных по составу и структуре металлокомплексов, которые могут обладать биологической активностью и в связи с этим рассматриваться в качестве объектов фармакологического скрининга.

Настоящая работа посвящена исследованию металлокомплексов производных пространственно экранированных о-дифенолов и о-аминофенолов, в рамках которого было целесообразно провести обоснование принципов синтеза комплексов и выяснение факторов, влияющих на образование их устойчивых (кристаллических) форм; исследование их структурных и физико-химических характеристик, оценку антимикробной и антивирусной активности. Информация о металлокомплексах широкого спектра действия, обладающих одновременно антибактериальной, антифунгальной и антивирусной активностью, практически отсутствует; подобные систематические исследования до начала данной работы в Беларуси не проводились.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Связь работы с крупными научными программами (проектами) и темами. Тема диссертации соответствует:

1) приоритетному направлению создания и развития новых и высоких технологий, перспективных производств, основанных на таких технологиях, на 1997-2010 гг. (утверждено постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 27 февраля 1997 г. № 139): синтез новых химических соединений; 2) приоритетному направлению фундаментальных и прикладных научных исследований Республики Беларусь на 2006-2010 годы (утверждено постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 17 мая 2005 г. № 512): разработка новых лечебных, диагностических, профилактических и реабилитационных технологий, приборов и изделий медицинского назначения, лекарственных и иммунобиологических препаратов, клеточных и молекулярно-биологических технологий.

Отдельные этапы диссертационной работы выполнялись в рамках следующих научных программ и исследовательских проектов:

· Государственная программа прикладных исследований в области естественных, технических, гуманитарных и социальных наук на 2003-2005 гг. “Создать новые и усовершенствовать известные химические реагенты для нужд н/х Республики Беларусь (Химические реагенты)”. Тема: “Синтез стерически затрудненных двухатомных фенолов и их различных полифункциональных производных” (2003-2005 гг., № гос. рег. 20014634).

· Проект, финансируемый Министерством образования Республики Беларусь. Тема: “Синтез металлокомплексов с биологической активностью” (2005 г., № гос. рег. 2005986).

· Проект, финансируемый Министерством образования Республики Беларусь. Тема: “Синтез металлокомплексов с антифунгальной активностью” (2006 г., № гос. рег. 20061002).

· Проект, финансируемый Министерством образования Республики Беларусь. Тема: “Исследование капсулирования нанодисперсного серебра пленками оксидов металлов” (2005-2006 гг., № гос. рег. 20051699).

· Государственная программа ориентированных фундаментальных исследований “Разработка методов синтеза и научных основ технологий получения веществ и материалов медицинского назначения (Физиологически активные вещества)”. Задание 3.13: “Синтез и исследование фармакологических свойств биоактивных производных фенольного ряда и их металлокомплексов, перспективных для разработки новых химиотерапевтических средств” (2006-2010 гг., № гос. рег. 20065245).

· Проект, финансируемый Министерством образования Республики Беларусь. Тема: “Обеспечение преемственности в изучении дисциплин профессионального цикла в высшем химическом образовании” (2007-2009 гг., № гос. рег. 20072607).

· Проект ISTC № B-984 “A search for effective novel HIV inhibitors based on the polydisulfide class compounds” (2005-2008 гг.).

· Проект ISTC № B-1645 “Development of new effective pharmaceuticals for combined chemotherapy of infections” (2008-2009 гг.).

Цель и задачи исследования. Целью исследования являлось получение биоактивных металлокомплексов с производными пространственно экранированных о-дифенолов и о-аминофенолов и выявление среди них базовых соединений, перспективных для разработки химиотерапевтических средств широкого спектра антимикробного и антивирусного действия, а также углубление знаний о фундаментальных свойствах металлокомплексов с редокс-активными лигандами. Для достижения указанной цели в рамках диссертационной работы представлялось необходимым решить следующие основные задачи:

- разработать методы синтеза металлокомплексов с редокс-активными производными о-дифенолов и о-аминофенолов - нового класса биоактивных соединений;

- изучить физико-химические свойства (окислительно-восстановительные, кислотно-основные) производных о-дифенолов и о-аминофенолов, которые определяют особенности их взаимодействия с ионами металлов в растворе;

- изучить закономерности образования металлокомплексов c полидентатными лигандами - производными о-дифенолов и о-аминофенолов - и определить их устойчивость в водных и неводных растворах;

- определить состав, геометрию координационных полиэдров и исследовать физико-химические свойства (растворимость, липофильность, термическую устойчивость, молярную электропроводность, редокс-потенциалы) металлокомплексов для выяснения основных факторов, влияющих на их биологическую активность;

- провести фармакологический скрининг производных о-дифенолов и о-аминофенолов и их металлокомплексов и определить базовые структуры, перспективные для создания на их основе химиотерапевтических средств широкого спектра антимикробного и антивирусного действия.

Объектами исследования являлись комплексные соединения производных пространственно экранированных о-дифенолов и о-аминофенолов с ионами Cu(II), Co(II), Ni(II), Zn(II), Fe(II), Mn(II), Ag(I) и Bi(III). Многие производные о-дифенолов и о-аминофенолов способны замедлять процессы окисления и свободно-радикальные реакции фрагментации важнейших биомолекул, а оценка их биоактивности подтверждает перспективность использования в медицине как антиоксидантов и антивирусных агентов. Для расширения спектра фармакологической активности, повышения ее уровня и минимизации токсического действия о-дифенолов и о-аминофенолов целесообразно провести модификацию этих соединений посредством комплексообразования с ионами металлов. При выборе комплексов указанных ионов металлов в качестве объектов исследования мы принимали во внимание известные данные о применении в медицине некоторых металлокомплексов, в частности комплексов Zn(II), Ag(I) и Bi(III) как антимикробных агентов. Во-первых, металлокомплекс может обладать большей липофильностью, чем его компоненты в индивидуальном состоянии. Во-вторых, ионы металлов могут изменять величину и направленность фармакологических эффектов органических соединений (лигандов) вследствие изменения размера, стереохимии, распределения зарядов и редокс-потенциалов систем. В-третьих, с помощью металлокомплексов могут быть преодолены побочные эффекты, возникающие при использовании лекарственных средств на основе неорганических солей, практически полностью диссоциирующих в биосредах с образованием ионов металлов, избыток которых вызывает патологические процессы в организме. Кроме того, учитывалась роль жизненно важных ионов Cu(II), Co(II), Ni(II), Zn(II), Fe(II) и Mn(II) как составной части многих ферментов и металлопротеинов, а также их способность участвовать в редокс-процессах и влиять на свойства лигандов фенольного ряда.

Предметом исследования являлись реакции комплексообразования и редокс-процессы при взаимодействии о-дифенолов и о-аминофенолов с ионами металлов в растворе, а также структурные, физико-химические параметры и биологическая активность указанных объектов с установлением структурно-функциональной взаимосвязи. С этой целью в диссертационной работе наряду с физико-химическими использовались биологические методы исследования.

Положения, выносимые на защиту.

1. Концепция и методы синтеза в кристаллическом состоянии металлокомплексов производных о-дифенолов и о-аминофенолов, позволившие получить новые биологически активные соединения указанных лигандов с ионами Cu(II), Co(II), Ni(II), Zn(II), Fe(II), Mn(II), Ag(I) и Bi(III).

2. Совокупность теоретических представлений и экспериментальных данных по комплексообразованию в водно-этанольном растворе производных о-дифенолов и о-аминофенолов с ионами Cu(II), Co(II), Ni(II), Zn(II), Fe(II), Mn(II), Ag(I) и Bi(III), раскрывающих связь между природой металла-комплексообразователя, составом и структурой лигандов и устойчивостью их металлокомплексов, что обеспечивает направленное получение термодинамически устойчивых металлокомплексов.

3. Результаты физико-химических исследований и квантово-химических расчетов геометрических параметров синтезированных металлокомплексов производных о-дифенолов и о-аминофенолов, позволившие установить состав и геометрию их координационных полиэдров и выявить в случае Ag(I) формирование комплексов с частичным переносом заряда, способных к редокс-разложению с образованием наночастиц серебра, а также характеризующие металлокомплексы как неэлектролиты, низкоспиновые пара- и диамагнетики, термически устойчивые и высоко липофильные соединения.

4. Результаты определения редокс-характеристик, а также констант протонирования и депротонирования производных о-дифенолов и о-аминофенолов в растворе, позволившие установить влияние состава и структуры лигандов на их кислотно-основные свойства и восстановительную способность и определить ионные и редокс формы лигандов в комплексообразовании.

5. Результаты фармакологического скрининга, на основании которых среди синтезированных металлокомплексов производных о-дифенолов и о-аминофенолов выбраны базовые структуры с антимикробной активностью, сопоставимой со стандартными антибиотиками (тетрациклином, стрептомицином, ампициллином, хлорамфениколом, нистатином, тербинафином и амфотерицином В), но более широкого спектра действия за счет сочетания антибактериальной, антифунгальной, антиретровирусной и антигерпетической активности. Обоснование перспективности металлокомплексов производных о-дифенолов и о-аминофенолов для разработки средств комбинированной химиотерапии инфекций. Корреляция антимикробной активности металлокомплексов и лигандов с их восстановительной способностью, определенной электрохимически, что свидетельствует о принципиальном значении редокс-взаимодействия этих соединений c оксидоредуктазами как потенциальными макромолекулярными мишенями для реализации их антимикробной активности.

Личный вклад соискателя. Соискателю принадлежит постановка научных задач, составляющих основу выполненного исследования, а также интерпретация полученных результатов, в обсуждении которых принимали участие научные консультанты (д.х.н. О.А. Ивашкевич, д.х.н. О.И. Шадыро). Часть экспериментальных данных, относящихся к составу, структуре и физико-химическим свойствам комплексов висмута (III), получена лично соискателем. Основные результаты, приведенные в диссертационной работе, получены под руководством соискателя к.х.н. Т.В. Ковальчук, к.х.н. А.А. Чернявской, Н.В. Ушаковым, Н.В. Лукьяновой, М.С. Парфеновой, А.Т. Гресь. Участие других соавторов заключалось в синтезе производных пространственно экранированных о-дифенолов и о-аминофенолов (к.х.н. Г.И. Полозов, к.х.н. В.Л. Сорокин, к.х.н. Г.А. Ксендзова, к.х.н. В.Н. Повалишев), проведении электрохимического исследования и элементного анализа синтезированных соединений (к.х.н. Н.П. Осипович), выполнении расчетов констант устойчивости металлокомплексов (Д.А. Гурский), выполнении квантово-химических расчетов (Ю.С. Головко, А.С. Головко), определении коэффициентов распределения лигандов (д. х. н. С.М. Лещев), а также проведении рентгенографических (к.х.н. Л.С. Ивашкевич), люминесцентных (д.физ.-мат.н. Г.Е. Малашкевич), ЭПР-спектроскопических (к.ф.-м.н. И.И. Азарко), микробиологических (к.биол.н. Р.А. Желдакова, врач-микробиолог Е.В. Бондаренко), вирусологических (д.мед.н. Е.И. Бореко, к.мед.н. И.И. Кучеров) и биохимических (д.биол.н. В.М. Шкуматов, Я.В. Фалетров) исследований.

Апробация результатов диссертации. Результаты исследований были представлены на II, III и IV Всероссийских конференциях (с международным участием) “Химия поверхности и нанотехнология” (Санкт-Петербург-Хилово, Россия, 2002, 2006, 2009); XVII и XVIII Менделеевских съездах по общей и прикладной химии (Казань, Россия, 2003; Москва, Россия, 2007); II и III Международных конференциях “Успехи коллоидной химии и физико-химической механики” (Минск, Беларусь, 2003; Москва, Россия, 2008); IV Международной конференции “Благородные и редкие металлы” (Донецк, Украина, 2003); IX Международной конференции “Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах” (Плес, Россия, 2004); IV Международной конференции “Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологии” (Санкт-Петербург, Россия, 2004); VII и VIII съездах фармацевтов Республики Беларусь (Витебск, Беларусь, 2004, 2010); Международных конференциях “Nanomeeting 2003” и “Nanomeeting 2005” (Минск, Беларусь, 2003, 2005); Всероссийском симпозиуме “Эффекты среды и процессы комплексообразования в растворах” (Красноярск, Россия, 2006); IX и X Международных конференциях “Физико-химические процессы в неорганических материалах” (Кемерово, Россия, 2004, 2007); II, III, IV, V, VI, VII и VIII Международных конференциях “Медико-социальная экология личности: состояние и перспективы” (Минск, Беларусь, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010); Международных конференциях “Свиридовские чтения” (Минск, Беларусь, 2005, 2006, 2008, 2010); XXII, XXIII и XXIV Международных Чугаевских конференциях по координационной химии (Кишинев, Молдова, 2005; Одесса, Украина, 2007; Санкт-Петербург, Россия, 2009); XV и XVII Международных конференциях по химической термодинамике (Москва, Россия, 2005; Казань, Россия, 2009); I Международной научной конференции “Наноструктурные материалы - 2008: Беларусь-Россия-Украина (Нано-2008)”, (Минск, 2008); V Международной научной конференции “Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация для нанотехнологий, техники и медицины”. (Иваново, Россия, 2008); 6-й Международной научной конференции “Современное состояние и перспективы развития микробиологии и биотехнологии” (Минск, Беларусь, 2008); X Международном симпозиуме “Tenth Tetrahedron Symposium. Challenges in Organic and Bioorganic Chemistry” (Париж, Франция, 2009).

Опубликованность результатов диссертации. Результаты выполненного исследования опубликованы в 1 монографии, 1 главе коллективной монографии на английском языке, 22 статьях в рецензируемых научных изданиях, соответствующих пункту 18 “Положения о присуждении ученых степеней и присвоения ученых званий в Республике Беларусь” (журналах, сборниках статей), общим объемом 27 авторских листов, 18 статьях в сборниках научных трудов и материалов международных конференций, тезисах 27 докладов, 2 учебных пособиях (с грифом Минобразования РБ).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из перечня условных обозначений, введения, общей характеристики работы, 6 глав основной части, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы 332 стр., который включает 174 стр. основного текста, 78 рисунков на 42 страницах, 83 таблицы на 40 стр., 3 приложения на 23 стр. и библиографический список (637 наименований) на 53 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В главу 1 включены следующие литературные данные: (а) производные о-дифенолов и о-аминофенолов как лиганды в металлокомплексах, редокс-агенты и биологически активные вещества; (б) особенности препаративной химии металлокомплексов производных о-дифенолов и о-аминофенолов; (в) биологическая активность координационных соединений металлов.

Анализ литературы свидетельствует о том, что рассмотренные в диссертационной работе производные пространственно экранированных о-дифенолов и о-аминофенолов являются восстановителями в редокс-процессах и потенциальными лигандами, в молекулах которых имеются различные центры координации ионов металлов (атомы кислорода, азота, серы и фосфора). В результате этого у лигандов появляется возможность образовывать разнообразные по составу и структуре комплексы, в которых они могут координироваться в различных протонированных и депротонированных формах, а также в виде редокс-изомеров. Особенности электронного строения производных пространственно экранированных о-дифенолов и о-аминофенолов, обеспечивают возможность существования лиганда в зависимости от условий либо в качестве парамагнитного анион-радикала, либо в качестве диамагнитного моно- или дианиона, либо в качестве невосстановленной молекулы о-бензохинона. Таким образом, в отличие от традиционной задачи координационной химии, связанной в первую очередь с описанием электронной структуры центрального иона металла, возникает дополнительная задача определения редокс-состояния лиганда. Данные литературы относятся в основном к синтезу и свойствам металлокомплексов с окисленными формами лигандов - производных фенольного ряда. Информация об окислительно-восстановительных и кислотно-основных свойствах о-дифенолов и о-аминофенолов, исследованных в данной работе, а также сведения о константах устойчивости их металлокомплексов отсутствуют.

Препаративная химия металлокомплексов весьма обширна, однако общие принципы выбора оптимальных условий синтеза комплексов производных пространственно экранированных о-дифенолов и о-аминофенолов до сих пор всесторонне не обоснованы. В связи с этим несомненный научный и практический интерес представляет исследование физико-химических особенностей взаимодействия вышеуказанных органических соединений с ионами металлов, изучение состава и свойств образующихся продуктов и обоснование перспективности их использования в медицинской практике в качестве субстанций для получения химиотерапевтических средств широкого спектра действия.

В главе 2 дана характеристика основных объектов исследования, обоснованы методология и выбор методов исследования.

Для получения металлокомплексов в качестве лигандов использовали органические соединения I-XIX (некоторые из них синтезированы впервые):

В диссертационной работе использовали следующие методы исследования: потенциометрическое титрование; элементный анализ, рентгенофазовый анализ, кондуктометрия, вольтамперометрия, SQUID-магнетометрия, термогравиметрический анализ, ИК-, ЭПР- и оптическая спектроскопия, измерение люминесценции, просвечивающая электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, определение растворимости в водной и органической средах. В работе приведен алгоритм расчета констант устойчивости комплексов вышеуказанных лигандов с ионами металлов в водно-этанольном растворе с использованием программного пакета Mathcad.

В микробиологических тестах для оценки антимикробной активности лигандов и их металлокомплексов использовали следующие тест-культуры: Bacillus subtilis, Escherichia coli, Sarcina lutea, Staphylococcus saprophiticus, Staphylococcus aureus, Mycobacterium smegmatis, Mycobacterium tuberculosis, Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcescens, Cryptococcus laurentive, Lypomyces lipofer, Pichia pastoris, Candida boidinii, Candida utilis, Saccharomyces cerevisiae, Alternaria alternata, Aspergillus niger, Fusarium spp., Mucor spp., Penicillium lividum, Botrytis cinerea, Sclerotinia sclerotiorum. Испытания антивирусной активности синтезированных соединений на клеточных культурах проводили методом оценки цитопатического эффекта на монослойной культуре клеток рабдомиосаркомы (РД) человека с вирусом простого герпеса I типа (ВПГ-1) и методом редукции количества бляшек на монослойной культуре первичных фибробластов эмбрионов кур с вирусом гриппа A/FPV/Rostock/34(H7N1). Для оценки антиретровирусной активности использовали 3 методики: формазановый тест в МТТ-варианте, окраску трипановым синим и непрямую иммуно-флуоресценцию.

Для квантово-химических расчетов параметров электронной и геометрической структуры металлокомплексов производных о-дифенолов и о-аминофенолов, которые по результатам фармакологического скрининга обладают высокой антимикробной активностью, использовали методы теории функционала электронной плотности (DFT). Расчеты структуры и свойств комплексов проведены в рамках DFT с использованием гибридного функционала B3PW91, базисного набора 3-21G* для атомов всех неметаллов и базисного набора LANL2DZ, включающего одноименный псевдопотенциал для учета электронов остова атома металла.

Комплексное использование физико-химических и биологических методов позволило охарактеризовать окислительно-восстановительные, кислотно-основные и антимикробные свойства производных о-дифенолов и о-аминофенолов, изучить процессы их взаимодействия с ионами металлов и образующиеся в результате этого взаимодействия продукты (комплексы Cu(II), Co(II), Ni(II), Zn(II), Mn(II), Fe(II), Ag(I), Bi(III), а также золи серебра). Вышеуказанные методы явились экспериментальной основой для разработки оптимальных условий синтеза и выделения в индивидуальном состоянии металлокомплексов, определения их состава и формы координационных полиэдров, оценки перспективности их использования в качестве потенциальных химиотерапевтических агентов.

В главе 3 обоснованы основные условия синтеза комплексов Cu(II), Co(II), Ni(II), Zn(II), Mn(II), Fe(II), Ag(I) и Bi(III) с производными о-дифенолов и о-аминофенолов. С учетом кислотно-основных и редокс-свойств производных фенольного ряда осуществлен выбор среды (вода-этанол, 1:1), соли металла-комплексообразователя (ацетат, нитрат, хлорид), порядка сливания растворов реагентов (раствор соли металла(II) к раствору лиганда) и стехиометрического отношения металл/лиганд (1:1 или 1:2), рН среды (5-7), температуры (18-25С) и инертной атмосферы (аргон). Для получения комплексов Bi(III) необходимо дополнительно соблюдать следующие условия: использовать лиганды, содержащие две способные к протонированию аминогруппы (XVIII и XX), и добавлять раствор лиганда к подкисленному раствору соли Bi(III) (рН1), чтобы обеспечить комплексообразование в избытке ионов Bi(III) и сильно кислой среде для протонирования аминогрупп лигандов и подавления гидролиза соли Bi(III).

С использованием данных потенциометрического титрования рассчитаны константы диссоциации по кислотному типу производных пространственно экранированных о-дифенолов I-III (710-¹⁰-910-¹⁰), а также общие константы устойчивости их комплексов Cu(II), Cо(II), Fe(II), Mn(II) и Ag(I) (110²-510⁶).

Выделенные в виде поликристаллических осадков комплексы Cu(L^I)₂, Cu(H₂O)₂L^II, Cu(L^III)₂, Fe(L^I)₂, Fe(L^II)₂, Fe(L^III)₂ и Mn(L^I)₂ характеризуются, согласно данным ИК-, оптической и ЭПР-спектроскопии, плоскоквадратной формой координационных полиэдров МO₄, а комплексы Mn(H₂O)₂L^II₂ и Mn(H₂O)₂L^III₂ - октаэдрической формой полиэдров МnO₆ (таблица 1, рисунок 1). Электронные спектры поглощения металлокомплексов с лигандами I-III включают переходы кристаллического поля (540-585 нм) и переходы с переносом заряда с участием орбиталей лиганда и металла (375-420 нм), а также внутреннее поглощение лиганда (225-300 нм). Во всех комплексах лиганды присутствуют в моноанионной форме (таблица 1). Эти выводы подтверждаются результатами квантово-химического расчета геометрических параметров металлокомплексов (рисунок 1).

Комплексы Cu(II) и Mn(II) с лигандами I-III являются низкоспиновыми (µ_эфф.=1,65ч1,70 µ_B), а комплексы Fe(II) - диамагнитными. В спектрах ЭПР этих комплексов Mn(II) присутствует широкий сигнал (H=200ч280 Гс), величина g-фактора которого лежит в интервале 2,010-2,012. Величины g-фактора в спектрах ЭПР комплексов Cu(II) (g_¦=2,278ч2,291, g₊=2,028ч2,043) свидетельствуют о локализации неспаренного электрона на d_x²_-y² орбитали металла.

Металлокомплексы о-дифенолов I-III термически устойчивы и разлагаются только при нагревании выше 160°C, образуя оксиды металлов. Они практически нерастворимы в воде (5•10-⁸-2•10-⁵ моль/л), но хорошо растворяются в диметилсульфоксиде и ацетонитриле и характеризуются высокими коэффициентами распределения в системе вода-октанол-1 (logР_оw=3ч7). Величины молярной электропроводности (2-11 -¹см²моль-¹) дают основание отнести их к неэлектролитам.

Данные электрохимического исследования редокс-свойств лиганда I и его металлокомплексов позволяют расположить их в ряд по мере убывания восстановительной способности, используя в качестве ее критерия формальный потенциал редокс-системы E_1/2, рассчитанный как (Е_pi^a + Е_pi^c)/2 (таблица 2), то есть средний потенциал пиков, определенный методом циклической вольтамперометрии: Сu(L^I)₂>Fe(L^I)₂>Mn(L^I)₂>L^I.

а -Cu(L^I)₂ и Cu(L^III)₂; б - Cu(H₂O)₂L^II; в - Fe(L^I)₂, Fe(L^III)₂ и Mn(L^I)₂;

г - Fe(L^II)₂; д - Mn(H₂O)₂L^II₂; е - Mn(H₂O)₂L^III₂; ж - Cu(L^I)₂; з - Fe(L^I)₂;

(пунктирной линией показана форма координационного полиэдра)

Рисунок 1 - Схематическое изображение структуры комплексов Cu(II), Fe(II) и Mn(II) с лигандами I-III (а-е); структура комплексов по данным квантово-химических расчетов (ж, з)

В составе комплексов Cu(H₂O)₂L^II, Cu(L^III)₂, Fe(L^II)₂, Fe(L^III)₂, Mn(H₂O)₂L^II₂ и Mn(H₂O)₂L^III₂ зафиксировано небольшое количество (10¹⁵-10¹⁷ г-¹) феноксильных радикалов.

Комплексы Cu(II), Mn(II) и Fe(II) с лигандами I-III мало активны в отношении штаммов грамотрицательных бактерий Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcescens и Escherichia coli, однако способны проявлять высокую активность в отношении штаммов грамположительных бактерий Bacillus subtilis, Sarcina lutea и Staphylococcus saprophiticus. Наиболее активными являются металлокомплексы с лигандом I (МИК~3,1ч6,2 мкг/мл, где МИК - минимальная ингибирующая концентрация): их антибактериальная активность сопоставима с активностью антибиотиков стрептомицина, тетрациклина. Антибактериальная активность этих соединений уменьшается в ряду: Сu(L^I)₂>Fe(L^I)₂?Mn(L^I)₂>L^I; в аналогичной последовательности уменьшаются их липофильность и восстановительная способность (таблица 2). Результаты фармакологического скрининга свидетельствуют о перспективности комплексов Сu(II), Mn(II) и Fe(II) с лигандами I-III в качестве потенциальных антифунгальных агентов, активность которых в отношении тест-культур дрожжеподобных грибов сопоставима, а в отношении мицелиальных грибов превышает активность стандартных антибиотиков нистатина, амфотерицина В и тербинафина (RI=90100%, где RI - коэффициент ингибирования радиального роста колоний грибов). Благодаря сочетанию высокой антибактериальной и антифунгальной активности комплексы Cu(L^I)₂ и Mn(L^I)₂ определены как базовые соединения среди металлокомплексов о-дифенолов для получения на их основе лекарственных средств комбинированной терапии инфекций.

В главе 4 рассмотрены кислотно-основные свойства серосодержащих производных о-дифенолов IV-VIII, а также их комплексообразование с ионами Cu(II), Co(II), Ni(II), Zn(II), Mn(II), Fe(II) и Ag(I) в водно-этанольном растворе. С использованием данных потенциометрического титрования рассчитаны константы диссоциации по кислотному типу серосодержащих о-дифенолов IV-X (110-¹⁰-110-⁴), а также общие константы устойчивости в водно-этанольном растворе их комплексов с ионами Cu(II), Co(II), Ni(II), Zn(II), Mn(II), Fe(II) и Ag(I) (210³-610⁹). Определено мольное отношение M(II)/лиганд (1:1 или 1:2) в комплексах, существующих в растворе. Комплексообразование ионов Co(II), Ni(II), Zn(II), Mn(II) и Fe(II) не происходит с соединениями IX и X, в молекулах которых отсутствуют трет-бутильные группы в бензольном кольце. При взаимодействии ионов Ag(I) с соединениями I-X и XVI-XIX реализуется редокс-процесс, причем в случае соединений I-IV, VIII-X и XIX редокс-процессу предшествует комплексообразование.

Наиболее устойчивыми являются металлокомплексы с лигандами V и VI, что связано с присутствием в их молекулах карбоксильной группы. Не все комплексы, обнаруженные в растворе, могут быть выделены в твердом состоянии.

Недостаточная для кристаллизации комплекса степень пересыщения раствора и более высокая степень пересыщения относительно лиганда могут быть обусловлены ассоциацией молекул лиганда, по данным ИК-спектроскопии, за счет образования межмолекулярных водородных связей. Выявлено отсутствие кристаллизации комплексов с малыми величинами констант устойчивости или с лигандами, не содержащими трет-бутильных заместителей, которые повышают устойчивость лигандов к окислению и способствуют стабилизации комплексов.

а б в

г д е

ж з

к л

а - Cu(L^IV)₂, Cо(L^IV)₂, Ni(L^IV)₂, Fe(L^IV)₂ и Cu(L^VIII)₂, Co(L^VIII)₂, Fe(L^VIII)₂; б - Zn(L^V)₂,

в - Cu(L^V)₂, Ni(L^V)₂, Fe(L^V)₂ и Mn(L^V)₂; г - Cu(L^VI)₂, Co(L^VI)₂, Ni(L^VI)₂ и Fe(L^VI)₂;

д - Cu(H₂O)L^VII; е - Cо(H₂O)₂L^V; ж - Ag(L^V)₂; з - Ag(L^VI)₂; к - Cu(L^IV)₂; л - Fe(L^V)₂;

(пунктирной линией показана форма координационного полиэдра)

Рисунок 2 - Схематическое изображение структуры комплексов Cu(II), Co(II), Ni(II), Zn(II), Fe(II) и Ag(I) с лигандами IV-VIII (а-з); структура комплексов по данным квантово-химических расчетов (к, л)

Стехиометрическое отношение M(II)/лиганд в металлокомплексах в твердом состоянии составляет 1:2, за исключением комплексов Cо(H₂O)₂L^V и Cu(H₂O)L^VII. По данным ИК-, оптической и ЭПР-спектроскопии, комплексы Cu(II), Co(II), Ni(II), Mn(II) и Fe(II) с лигандом V имеют октаэдрические координационные полиэдры состава МO₄S₂ и МO₅S (таблица 3, рисунок 2). В комплексах Cu(II), Co(II), Ni(II) и Fe(II) c лигандами IV, VI-VIII ион металла находится в плоскоквадратном окружении, образуя хромофоры МO₄ и МO₂S₂ (рисунок 2). В комплексах Zn(L^V)₂ и Zn(L^VI)₂ координационные полиэдры (ZnO₂S₂ и ZnO₄) имеют тэтраэдрическую форму, а в комплексах Mn(II) c лигандами IV, VI-VIII полиэдр МnO₆ - октаэдрическую форму (рисунок 2). Координационный полиэдр комплекса Ag(L^V)₂ включает атомы кислорода карбоксильных групп, а комплекс Ag(L^VI)₂ - атомы кислорода карбоксильной и сульфоксидной групп (рисунок 2).

Так, в электронных спектрах поглощения металлокомплексов с лигандами IV-VIII наблюдаются переходы кристаллического поля (510-600 нм) и переходы с переносом заряда с участием орбиталей лиганда и металла (320-420 нм), а также внутреннее поглощение лиганда (225-300 нм). Лиганды IV-VIII участвуют в комплексообразовании преимущественно в моноанионной форме, а при образовании координационных полимеров - в дианионной форме (таблица 3, рисунок 2).

Выводы, сделанные на основании данных спектроскопического исследования, согласуются с результатами квантово-химических расчетов геометрических параметров металлокомплексов (рисунок 2).

Серосодержащие производные о-дифенолов IV-VIII относятся к лигандам сильного поля и образуемые ими комплексы Co(II) и Mn(II) являются низкоспиновыми (µ_эфф.=1,72ч2,30 µ_B), а комплексы Fe(II), Ni(II) и Zn(II) - диамагнитными.

Спектры ЭПР комплексов Cu(II) с этими лигандами, за исключением Cu(L^V)₂, характерны для комплексов с аксиальной симметрией, в которых отсутствует магнитное обменное взаимодействие между медными центрами (G4), а величины g_¦=2,2722,326 и g₊=2,0212,072 соответствуют локализации неспаренного электрона на d_x²_-y² орбитали металла. Параметры спектра ЭПР (g₁=2,230; g₂=2,111; g₃=2,023) комплекса Cu(L^V)₂ указывают на его ромбическую симметрию.

Величины g-факторов сигналов ЭПР малой интенси...