Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

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] + МХ_p → 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

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.

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.