Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,778

PECULIARITIES OF LIGAND EXCHANGE IN BIOLOGICALLY ACTIVE COMPLEXES ON THE BASIS OF TRIETHAOLAMINE: HIGH RESOLUTION NMR STUDY

Voronov V.K. 1 Dudareva O.V. 1
1 Irkutsk state technical university
Получены и проанализированы данные спектров ЯМР 1Н, 13С, 15N ряда металлированных алканоламмониевых ионных жидкостей в широком интервале температур исследуемых образцов. Установлено, что в биомиметических условиях исследованные соединения существуют в виде моно-, би- и трициклических структур, которые находятся в равновесии.
1Н, 13С, and 15N NMR spectra of a series of metalated alkanolammonium ionic liquids have been recorded and analyzed in a wide temperature range of the studied samples. It is found that under biomimetic conditions, the studied compounds exist as equilibrium mono-, bi-and tricyclic structures.
metalated ionic liquids
NMR spectroscopy

Введение

Ранее реакцией биогенных (участвующих в жизнедеятельности организма) 2-гидрокси-этиламинов с биологически активными арилхалькогенилуксусными кислотами синтезированы соли [(НОСН2СН2)3-n(R)NН]+. - [OOCСH2XAr], где R = Н, СН3; X = O, S, SO2; n = 0-2, которые могут быть отнесены к протонным алканоламмониевым ионным жидкостям (ПАИЖ). Полученные ПАИЖ обладают высокой фармакологической активностью, превосходящей активность исходных кислот и алканоламинов. Они проявляют адаптогенные, противоопухолевые, гемопоэзстимулирующие и иммуномодулирующие свойства, усиливают сопротивляемость животных к высотной гипоксии, гипер- и гипотермии, интоксикации, действию ультразвука и СВЧ-облучения [3].

Эссенциальные (жизненно необходимые) металлы (Ca, Mg, Co, Ni, Zn и др.) входят в состав ферментов, витаминов и обеспечивают потребности организма в необходимых микроэлементах. Замещение N+H-протона в ПАИЖ на эссенциальные металлы может привести к существенному изменению их биологических свойств и с этой целью синтезировали ряд металлированныхалканоламмониевые ионных жидкостей (МАИЖ) реакцией 2-гидроксиэтиламинов с солями металлов схеме:

m[(HOCH2CH2)3-n(R)N] + МХp → m[(НОСН2СН2)3-n(R)NМ]+. pX-

R = Н, СН3;

М = Na, Mg, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Rh;

X = Cl, ООCСН3, OOCСH2XAr;

m = 1,2; n = 0-2; р = 2,3.

Действительно, среди MAИЖ на основе триэтаноламина (МХ2.ТЭА), предварительные фармакоогические исследования выявили соединения с выраженными иммуномодулирующими и антипролиферативными свойствами. МАИЖ - трис(2-гидроксиэтил)-амин-бис-(2-метил-феноксиацетат) цинка в полтора раза повышает активность фермента триптофанил-тРНК-синтетазы, которая обладает антиангиогенным и антиатерогенным действием [2, 4, 5].

Целью настоящей работы является изучение методом ЯМР-спектроскопии лигандного обмена и поведения МАИЖ в водных растворах, моделирующих реальные процессы в живых организмах.

Обсуждение результатов

С целью исследования строения полученных МАИЖ нами записаны и проанализированы спектры ЯМР на ядрах 1Н, 13С, 15N (растворитель D2O). Совместное использование указанных ЯМР-данных позволяет наиболее адекватно отражать особенности строения исследованных нами соединений. Действительно, если спектры ЯМР 13С и 15N несут ценную информацию об особенностях молекулярного строения углеродного скелета органических соединений и их комплексов, то сигналы от ядер водородов, которые находятся на периферии молекулы, делают спектральную ЯМР-информацию более полной. Ранее подобный анализ синтезированных МАИЖ не проводился, за исключением предварительного сообщения [1].

В процессе исследования мы сопоставили спектры ЯМРсоединений МХ2.ТЭА и МХ2.2ТЭА с спектрами триэтанолмамина (ТЭА) (рис. 1).

Рис. 1. Исследуемые соединения

Отнесение сигналов в спектрах ЯМР 1Н для исследованных МАИЖ однозначно. Так, в спектре ЯМР 1Н (1) представлены два триплета одинаковой интенсивности, относящиеся к сигналам протонов групп ОСН2 и NСН2. Слабопольный триплет отнесен к протонам ОСН2-групп. На правильность такого вывода указывает значение прямой КССВ 1J(С,Н) = 142.6 Гц, измеренное по сателлитным сигналам 13С. Для сильнопольного мультиплета NСН2-групп значение КССВ 1J(С,Н) = 133.1 Гц. Для ацетатов Zn и Cd в спектрах ЯМР 1H присутствуют синглеты метильных групп. Наличие указанного сигнала позволяет легко установить соотношение М(ac)2 к ТЭА по интегральной интенсивности сигналов. Вследствие наличия в спектрах ЯМР 1Н сигнала остаточных протонов растворителя и склонности протонов ОН групп к обмену, зарегистрировать индивидуальный сигнал ОН групп в D2O не удается.

В спектрах ЯМР 13С характерными являются два сигнала атомов углерода групп ОСН2 и NСН2 в диапазоне 57 - 60 м.д. Незначительная разность ХС не позволяет проводить отнесение сигналов без дополнительных экспериментов. Для этой цели использовались как значения прямой КССВ 1J(С,Н), измеренной в спектрах ЯМР 13С записанных без развязки от протонов, так и анализ 2М спектров 1Н-13С HSQC в которых проявляются гетероядерные корреляции для непосредственно связанных ядер 1Н и 13С.

Значения ХС атомов азота в спектрах ЯМР 15N получены из 2М гетероядерных спектров 1Н-15NHMBC. Такой подход позволил работать с разбавленными растворами образцов и значительно сократить время получения данных. Импульсная последовательность оптимизировалась на значение дальней КССВ J(H,N) = 5 Гц. В этом случае в 2М спектре проявляются корреляции только от протонов ОСН2 группы (через три связи), что дополнительно позволяет контролировать отнесение сигналов в спектрах ЯМР 1Н. Вся совокупность полученных нами спектральных данных собрана в таблице 1. Эти данные распадаются на две группы. Для первой группы (МАИЖ (2-4)) набор всех спектральных параметров близок к данным ЯМР для ТЭА (1). Во вторую группу попадают соединения (5-10), для которых данные ЯМР сущестенно отличаются. Особенно наглядно это отражено в значениях Δ =δ13C (OCH2) - δ13C

(NCH2) (разница химических сдвигов сигналов 13С от углеродов, связанных с азотом и кислородом), которые оказываются различными для двух указанных выше групп. Помимо этого, различными (примерно на 10-12 Гц) оказываются также прямые константы 1J(С,Н) метиленовой группы, связанной с атомом азота (таблица 1).

Приняв во внимание наличие в составе MAИЖ специфических групп, способных к обмену, мы предположили, что наблюдаемые особенности спектров ЯМР обусловлены строением и внутримолекулярной динамикой МАИЖ, что отражено на схеме 1. Из приведенной схемы следует, что при смещении равновесия вправо (структура I) параметры спектров ЯМР должны приближаться к таковым ТЭА, что и наблюдается для сигналов соединений Cd (2, 3) и Mg (4). В случае реализации структуры III данные ЯМР будут существенно отличаться от спектральных характеристик свободного ТЭА (Fe (8)и Rh (9, 10)).

Данные ЯМР 1Н, 13С и 15NМАИЖ в растворе D2O

Соединение

d, 1Нм.д.

d, 13См.д. (1J(C,H), Гц)

d, 15Nм.д.

NCH2

OCH2

CH3

NCH2

OCH2

D

CH3

C=O

1

ТЭА

2.62

3.55

-

55.63

(133.1)

58.85

(142.6)

3.22

-

-

-351.9

2

Cd(ac)2ТЭА

2.78

3.69

1.82

55.07

(135.7)

57.21

(144.0)

2.14

22.67

(127.5)

181.60

-359.3

3

Cd(ac)2 2ТЭА

2.70

3.61

1.79

55.17

(135.8)

57.31

(144.1)

2.14

22.65

(127.5)

181.62

-358.0

4

Mg(Cl)22ТЭА

2.68

3.58

-

55.61

(134.7)

58.49

(143.1)

2.88

-

-

-349.9

5

Zn(ac)2ТЭА

3.23

3.77

1.77

55.03

(143.0)

55.34

(145.7)

0.31

22.95

(127.6)

181.57

-342.7

6

Zn(ac)2 2ТЭА

3.20

3.73

1.73

55.82

(142.8)

55.70

(145.9)

-0.12

22.93

(127.6)

181.58

-340.1

7

Zn(Cl)22ТЭА

3.16

3.76

-

55.46

(141.2)

56.11

(144.7)

0.65

-

-

-342.7

8

Fe(Cl)32ТЭА

3.37

3.84

-

55.49

(143.8)

55.19

(144.5)

-0.30

-

-

-

9

Rh(Cl)3ТЭА

3.38

3.83

-

55.34

(144.5)

55.04

(145.3)

-0.30

-

-

-339.6

10

Rh(Cl)3 2ТЭА

3.57

4.04

-

55.40

(144.5)

55.00

(145.0)

-0.40

-

-

-

Схема 1. Возможные равновесные формы МАИЖ в растворе

Рис. 2. Зависимости ХС сигналов протонов OCH2 и NCH2 групп в спектре Cd(ac)2·2ТЭА (3) от избытка ТЭА (Х, отн. ед.) в образце

С целью подтверждения предложенной схемы были проведены исследования спектров ЯМР 1Н соединений 2, 3 и 6 в условиях варьирования концентрации ТЭА. На рис. 2 показана зависимость химических сдвигов сигналов протонов OCH2 и NCH2 групп в спектре ЯМР 1Н Cd(ac)2 2ТЭА (3) от избытка ТЭА (Х отн. ед.) в образце. Из данных графиков следует, что при увеличении доли свободного лиганда Х от 0 до 10 резонансы OCH2 и NCH2 монотонно изменяются, приближаясь при Х = 10 к величинам, характерным для значений химических сдвигов в спектре ЯМР 1Н ТЭА. Полученные данные характерны для случая быстрого лигандного обмена, который реализуется при данных условиях записи спектров.

В качестве резюме данной работы может быть следующий вывод. Проведен анализ спектров ЯМР на ядрах 1Н, 13С,15N новых биологически активных металлированных ионных жидкостей в растворе D2O, воспроизводящем биомиметические условия. В этих условиях МАИЖ существуют в виде моно-, би- и трициклических структур, которые находятся в равновесии. Сдвиг равновесия зависит от природы металла и отражается на изменении всех параметров в спектрах ЯМР.

Экспериментальная часть

Спектры ЯМР 1Н и 13С записаны на импульсном спектрометре BrukerDPX250 при 298K в 5 мм ампулах с использованием методики, позволяющей детектировать резонансные сигналы от ядер, входящих в состав координационных соединений (см., например, [6]). В качестве растворителя применяласьD2O. Значения химических сдвигов в спектрах ЯМР 1Н и 13С пересчитаны относительно тетраметилсилана. Химические сдвиги от сигналов ядер азота измерялись относительно сигнала нитрометанга. Концентрации растворов при записи спектров ЯМР составляли: 1Н - 5%, 13С - 10%, 15N - 10%.

Выражаем признательность доценту Ушакову И.А. за помощь в проведении ЯМР-экспериментов.