НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського

Бонь Володимир Васильович

УДК (542.057+544.02+544.537):54-386:546(97+98)+547.5

Синтез, будова, властивості координаційних сполук Rh(III) та Pd(II) з ароматичними похідними саліцилальдімінів та карботіоамідів

02.00.01 – неорганічна хімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

КИЇВ – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського

Національної академії наук України.

Науковий керівник: член-кореспондент НАН України,

доктор хімічних наук, професор

Пехньо Василь Іванович

заступник директора Інституту загальної та неорганічної хімії

ім. В. І. Вернадського НАН України,

завідувач відділу

Офіційні опоненти:

доктор хімічних наук, старший науковий співробітник

Манорик Петро Андрійович

Інститут фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України,

завідувач відділу

доктор хімічних наук, професор

Трохимчук Анатолій Костянтинович

Київський національний університет імені Тараса Шевченка,

провідний науковий співробітник кафедри неорганічної хімії

Захист відбудеться “17” січня 2008 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.218.01 при Інституті загальної та неорганічної хімії ім. В.І.Вернадського Національної академії наук України за адресою: 03680, Київ-142, пр. Палладіна 32/34 (конференц-зал).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту загальної та неорганічної хімії ім. В.І.Вернадського НАН України за адресою: 03680, Київ-142,

пр. Палладіна 32/34

Автореферат розісланий “14” грудня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, кандидат хімічних наук Г. Г. Яремчук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Родій та паладій – представники групи платинових металів (ПМ), сполуки та матеріали на основі яких володіють комплексом цінних фізико-хімічних властивостей, що зумовлює широке їх використання в різних галузях науки і техніки: як каталізатори в процесах гомогенного та гетерогенного каталізу, для одержання плівок та покриттів, синтезу біологічно-активних сполук, аналітичних реагентів, тощо. Комплекси ПМ відіграють важливу роль в перебігу біологічно важливих процесів. Відома їх антипухлинна, антиметастатична дія, здатність інгібірувати мембранозв’язані ферменти, виступати в ролі імуноактивних препаратів. Тому в біокоординаційній хімії синтез комплексних сполук ПМ з органічними молекулами базується на принципі підбору модельних біологічно активних молекул, характерних для біологічних систем. До таких відносяться ароматичні похідні саліцилальдіміну, карботіоаміду та їх аналоги. Для них можлива широка варіація фармакоформних замісників, донорних атомів функціональних груп, що є передумовою синтезу нових лігандних систем та нових металокомплексів різної будови з широким спектром хімічних зв’язків та властивостей.

Іони Rh(III) та Pd(II) відрізняються електронною конфігурацією зовнішньої оболонки, станом в розчинах, стійкістю комплексних форм та спорідненістю до донорних атомів, в результаті чого регулювання умов їх взаємодії з органічними реагентами обумовлює можливість ведення цілеспрямованого синтезу координаційних сполук прогнозованої будови та властивостей. Крім того, дослідження закономірностей комплексоутворення Rh(III) та Pd(II) з органічними молекулами дає можливість вивчати вплив природи металу на донорно-акцепторну здатність ліганду та характер формування координаційного вузла, що дозволяє розширити хімічні та біологічні критерії відбору сполук, перспективних для практичного використання.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано відповідно до планів науково-дослідних робіт „Синтез та дослідження нових халькоген-, кисень-, азотвмісних координаційних та супрамолекулярних сполук Fe, Co, Zn, Rh, Ru, Pt та ін. металів – нових каталітичних, біологічно активних та ін. сполук, прекурсорів та матеріалів” (№ держреєстрації 0103U005373, 2003-2005 рр.) та “Атомно-молекулярний дизайн, дослідження нових координаційних сполук платинових та 3-d металів з O-, N-, S-вмісними полідентатними органічними лігандами” (№ держреєстрації 0106U000507, 2006-2010 рр.) у відділі хімії комплексних сполук ім. член-кореспондента НАН України І.А. Шеки Інституту загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України.

Мета і завдання дослідження. Мета дослідження полягала у встановленні умов та проведенні синтезу нових моноядерних комплексних сполук Rh(III), Pd(II) з бі- та полідентатними ароматичними похідними саліцилальдіміну та карботіоаміду, загальних закономірностей протікання реакцій комплексоутворення, встановленні особливостей будови, та факторів, що визначають склад, молекулярну будову та властивості одержаних комплексних сполук, дослідженні їх впливу на функціональний стан серця “in situ”.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

· встановити оптимальні умови синтезу (pH, температура, час нагрівання, стехіометрія, концентрація та природа розчинника) та синтезувати нові моноядерні комплекси Rh(III), Pd(II) з ароматичними похідними саліцилальдіміну і карботіоаміду;

· встановити будову та склад синтезованих сполук (ступінь окиснення центрального іону металу; гетероатоми лігандів, що беруть участь в формуванні координаційного вузла; таутомерну форму координованих лігандів та місце локалізації координаційного зв’язку)

· дослідити розчинність синтезованих сполук у воді та розчинах солей лужних і лужно-земельних металів – основи фізіологічних розчинів при дослідженні впливу синтезованих комплексів на функціональний стан серцево-судинної системи;

· дослідити вплив розчинів комплексів “in situ” на функцію ізольованого серця в патологічних умовах ішемії-реперфузії.

Об’єкти дослідження - комплексні сполуки Rh(III) та Pd(II) з бі- та тридентатними ароматичними похідними саліцилальдіміну, бі- та полідентатними похідними карботіоаміду.

Предмет дослідження - керований синтез, вплив рН середовища, природи розчинника, співвідношення вихідних компонентів, температури та часу нагрівання на склад, природу, особливості молекулярної будови та структуру координаційних сполук Rh(III), Pd(II) з ароматичними похідними саліцилальдіміну і карботіоаміду, їх кардіопротекторна активність.

Методи дослідження - для розв’язання поставлених задач використано наступні фізико-хімічні методи дослідження: елементний хімічний аналіз, електрофорез на папері, електронна спектроскопія поглинання (ЕСП), інфрачервона спектроскопія (ІЧ), рентгенофотоелектронна спектроскопія (РФС), спектроскопія ЯМР на ядрах 1Н, 1Н-1Н COSY, 13С та 195Pt, рентгеноструктурний аналіз (РСА) та метод кардіографії для визначення кардіотонічної активності синтезованих сполук.

Наукова новизна одержаних результатів. В процесі виконання дисертаційної роботи розроблено умови синтезу та одержано 22 нові моноядерні комплексні сполуки Rh(III), Pd(II) з ароматичними похідними саліцилальдіміну та карботіоаміду. Доведено утворення іонами родію(ІІІ) та паладію(ІІ) комплексних сполук з формуванням псевдооктаедричної та плоско-квадратної будови координаційних вузлів, в яких іон металу перебуває в гетероатомному оточенні донорних нуклеофільних центрів органічних лігандів та/або аніонів хлору та молекул води.

Встановлено, що при взаємодії Rh(III) та Pd(II) з похідними саліцилальдіміну (HL(I), HL(II)) в кислому середовищі утворюються комплекси з координацією однієї або двох молекул органічного ліганду бі- та тридентатноциклічно атомами кисню депротонованої (OH)-групи та азометиновим азотом. В сильнокислому середовищі, завдяки наявності внутрішньомолекулярного водневого зв’язку та послаблення донорних властивостей азоту азометинового угрупування саліцилальдімін координований монодентатно атомом азоту піридинового ядра.

При взаємодії Rh(III) та Pd(II) з похідними карботіоаміду в кислому середовищі молекули лігандів координовані в тіонній формі бідентатноциклічно атомами азоту та сірки піридинового (HL(III)) або амінного (H3L(IV)) та карботіоамідного угрупування.

Встановлено, що в кислому середовищі 2-(2-гідроксибензоїл)-N-метилгідразинкарботіоамід (H4L(V)) координований до центрального іону металу тридентатноциклічно атомами кисню депротонованої (OH)-групи, азоту аміногрупи та сірки карботіоамідного угрупування з утворенням сполук катіонного типу. В лужному середовищі (H4L(V)) зазнає внутрішньолігандного перегрупування з формуванням триазольного кільця, в результаті чого новоутворений ліганд координується бідентатноциклічно атомами кисню депротонованої (OH)-групи та азоту триазольного угрупування.

Показано можливість утворення координаційних сполук паладію(II) з різнотипною координацією двох молекул ліганду – однієї в тіонній формі тридентатноциклічно атомами кисню депротонованої (OH)-групи, азоту аміногрупи та сірки карботіоамідного угрупування, іншої - монодентатно в тіольній формі атомом сірки карботіоамідної групи.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено експериментальні основи цілеспрямованого синтезу широкої гами моноядерних комплексних сполук Rh(III) та Pd(II) з похідними саліцилальдіміну та карботіоаміду за рахунок здійснення керованого заміщення аніонів хлору та молекул води у вихідних хлороакваформах металів на донорні атоми однієї, двох, трьох молекул ліганду з координацією їх до металу в різних таутомерних формах, що зумовило формування нових координаційних сполук катіонного, аніонного та молекулярного типу різного складу, будови та властивостей.

Отримано експериментальні результати по тестуванню комплексних сполук на кардіотонічну активність. Встановлено потенційну можливість їх застосування для регулювання функціонального стану серцево-судинної системи живих організмів.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок дисертанта полягає в проведенні експериментальної роботи, обробці, попередньому аналізі одержаних результатів, оформленні публікацій та формуванні висновків. Постановку мети та завдання досліджень, остаточну інтерпретацію отриманих результатів, їх обговорення та узагальнення проведено спільно із науковим керівником д.х.н., проф., чл.-кор. НАН України Пехньо В.І. та к.х.н. Орисик С.І. Рентгеноструктурні дослідження проведено у співпраці з д.х.н., проф. Чернегою О.М. та к.т.н. Русановим Е.Б. в інституті органічної хімії НАН України. Рентгенофотоелектронні спектри записані та інтерпретовані спільно з к.ф-м.н. Кордубаном О.М. в інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України. Запис та інтерпретацію спектрів ЯМР 1Н, 1Н-1Н, 13С та 195Pt проведено і Інституті органічної хімії НАН України у співпраці з к.х.н. Зборовським Ю.Л., к.х.н. Орисик В.В., к.х.н. Пироженко О.В., та в інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України спільно з к.х.н. Трачевським В.В. та к.х.н. Роженко О.Б. Дослідження кардіотонічної активності сполук проведено в інституті фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України спільно з к.б.н. Богуславським А.Ю., результати інтерпретовані при консультації з д.м.н., проф., член-кореспондентом НАН України Сагачем В.Ф.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації представлені та обговорені на наукових конференціях: ХVI Українській конференції з неорганічної хімії за участю закордонних учених (м. Ужгород 2004 р.); XXII Міжнародній Чугаєвській конференції з координаційної хімії (м. Кишинеу 2005 р.); The Younger European Chemists’ Conference Highlights of European Chemistry Research and R&D (Brno – 2005); XVIII Міжнародній Черняєвській конференції по хімії, аналітиці та технології платинових металів (м. Москва – 2006 р.); 13th International Conference on Biological Inorganic Chemistry (Vienna, Austria, 2007); XXIII Міжнародній Чугаєвській конференції з координаційної хімії (м. Одеса 2007 р.).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 5 статей в фахових вітчизняних та зарубіжних виданнях, тези 8 наукових доповідей на вітчизняних та міжнародних наукових конференціях, отримано патент України на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, висновків, додатку, списку цитованої літератури (178 найменувань) та заключення про можливе практичне застосування результатів роботи. Робота викладена на 194 сторінках друкованого тексту; містить 30 рисунків, 8 схем та 35 таблиць.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету та завдання, відображено наукову новизну та практичну цінність одержаних результатів.

Рис. 1. Лігандні системи,

використані в роботі.

Перший розділ дисертації присвячений огляду літературних даних про стан іонів родію(III) та паладію(II) в солянокислих та хлоридних розчинах – вихідних комплексних форм синтезу координаційних сполук з органічними реагентами. Згідно принципу ЖМКО Пірсона розглянуто особливості поведінки ПМ при комплексоутворенні, узагальнено способи координації Rh(III) та Pd(II) з амбідентними лігандними системами та наведено фактори, що впливають на характер та спосіб їх зв’язування. Детально проаналізовано донорно-акцепторні властивості азометинових сполук, методи синтезу різнотипних комплексів за їх участю та фактори, що впливають на тип та будову сполук. Розглянуто особливості комплексних сполук перехідних металів з тіосемикарбазонами, похідними карботіоаміду. Показана можливість реалізації темплатного синтезу з координацією до металу нового ліганду, утвореного в умовах реакції. Продемонстровано вплив природи металу-комплексоутворювача та замісників в тіосемикарбазоні на величину металоциклу та геометрію координаційного поліедру. Наведено область застосування платинових металів та їх сполук в медицині та окреслено коло нових речовин, здатних пригнічувати відкриття мітохондріальних пор (МП) і як наслідок, покращувати функціональний стан серцево-судинної системи.

У другому розділі наведено список реактивів, використаних в роботі, експериментальні методики синтезу лігандів та їх ідентифікацію, описано фізико-хімічні методи дослідження, використані для встановлення молекулярної будови та структури комплексів. Приведено методику дослідження кардіотонічної активності синтезованих комплексів на ізольованому серці лабораторних щурів.

У третьому розділі детально описані методики синтезу комплексних сполук Rh(III), Pd(II) з ароматичними похідними саліцилальдіміну та карботіоаміду (рис.1).

У четвертому розділі наведено обговорення результатів дослідження будови синтезованих комплексних сполук.

Особливістю HL(I) є розташування функціональної азометинової групи (CH=N) в б-положенні відносно фенольного ядра та в-положенні відносно піридину, що обумовлює здатність його виступати в реакціях комплексоутворення в якості бідентатно-хелатуючого реагенту. Тому в слабокислому середовищі (pH=4.5-5.0) при нагріванні (80 °С) реакційної суміші протягом 30 хв отримано ВКС (1) і (2) з реалізацією шестичленного хелатного металоциклу в координаційному вузлі.

(1) (2) (3)

[RhL2(H2O)Cl]·nH2O [PdL2]·nH2O [PdCl2L2]·nH2O

Смуги поглинання d-d-переходів при 23500 см-1 та 24800 см-1 в ЕСП комплексів (1) і (2) вказують на псевдооктаедричне координаційне оточення іону родію та плоско-квадратну форму координаційного вузла іону паладію (рис. 2).

Рис. 2. Електронні спектри поглинання комплексних сполук Rh(III) та Pd(II) з HL(I).

Про бідентатноциклічну координацію ліганду атомом кисню депротонованої (ОН)-групи та азоту азометинового угрупування свідчать дані ІЧ-спектрів сполук, в низько-частотній області яких проявилися смуги поглинання валентних коли-вань н(Rh-O), н(Rh-N) відповідно при 540 та 460 см-1 (рис. 3). При цьому смуги поглинання азометинового угрупування зазнають низько-частотний зсув на 30 см-1. Валентні коливання зв’язку н(Rh-Cl) проявляються при 320 см-1, що свідчить про розміщення іонів хлору у внутрішній координаційній сфері комплексу в кінцевому положенні.

Подібність характеру ІЧ-спектрів комплексів (1) та (2), за винятком відсутності в спектрі (2) смуги поглинання валентних коливань н(Pd-Cl), дає підстави вважати, що плоскоквадратна форма координаційного вузла Pd повністю сформована донорними атомами молекул ліганду. Запропоновану молекулярну будову комплексів (1) та (2) підтверджує також відсутність в слабому полі спектрів ПМР сигналу протону OH-групи ліганду, та слабопольне зміщення протонного сигналу (=CH) азометинового угрупування (табл. 1).

Значне зміщення вуглецевих сигналів ароматичного ядра та азометинового угрупування в спектрах ЯМР 13С комплексів відносно положення їх в ЯМР 13С некоординованого ліганду відповідно на 3-13 м.д. свідчить про участь донорних атомів цих фрагментів в комплексоутворенні.

По-іншому проходить взаємодія Pd(II) з HL(I) в кислому середовищі (рН=2.0-2.5) при нижчих температурах синтезу (t=45 °C). За таких умов виділено комплекс (3) з координацією HL(I) до центрального іону паладію атомом азоту піридинового кільця. В ІЧ-спектрі сполуки зафіксовано значне зміщення смуг поглинання валентних та деформаційних коливань піридинового ядра, в той час як смуга поглинання азометинового угрупування залишається без змін. В низькочастотній області спектру присутні смуги поглинання валентних коливань н(Pd-N) та н(Pd-Clкінц). Причому смуга поглинання н(Pd-Cl) за своїм положенням і інтенсивністю повністю відповідає транс-положенню хлор-іонів.

Таблиця 1.

Дані спектрів ЯМР 1Н саліцилальдиміну HL(I) та комплексів Rh(ІІІ) та Pd(II)

на його основі.

Сполука | д, м. д. | HL(I)4.86 с (2H, CH2); 6.92 м (2H, ArH); 7.39-7.50 м (1H, ArH + 2H, PyH); 7.76 м (1H, ArH); 8.53-8.62 м (2H, PyH); 8.76 с (1H, CH=); 13.24 с (1H, OH).

1 | 4.23 д (4H, 2CH2); 7.64 м (2H, ArH); 7.98 т (2H, ArH), 8.17 д (2H, ArH);8.44-8.66 м (7H, ArH+PyH); 8.86 д (2H, PyH); 9.00 д (1H, ArH); 9.23 с (2H, 2CH=).

2 | 4.15 уш.с. (4H, 2CH2); 7.48 м (2H, ArH); 7.64 м (2H, ArH); 7.96 д (2H, ArH); 8.23 д (2H, ArH); 8.40–8.59 м (4H, PyH); 8.70-8.75 м (4H, PyH); 8.86 с (2H, 2CH=).

3 | 4.23 уш.с. (4H, 2CH2); 7.24 м (2H, ArH); 7.42 м (4H, ArH); 7.73 м (2H, ArH); 8.18 м (4H, PyH); 8.45 м (4H, PyH); 9.04 м (2H, 2CH=); 11.24 c (2H, OH).

4 | 4.15 м (2H, CH2); 7.49-8.19 м (4H, PyH); 8.75 т (3H, NH3)

5 | 3.94 м (2H, CH2); 7.28 c (1H, CHCl3); 7.45-8.06 м (4H, PyH); 8.74 т (3H, NH3)

На відміну від комплексів (1) та (2), в спектрі ПМР сполуки (3) зафіксовано сигнал протону OH-групи при 11.24 м.д., а сигнали протонів піридинового ядра зазнають сильнопольного зміщення, що підтверджує координацію молекули ліганду до металу атомом азоту саме піридинового фрагменту. Можливою причиною утворення комплексу такого типу є зміцнення в умовах синтезу внутрішньомолекулярного водневого зв’язку в молекулі ліганду та спорідненість Pd до азоту. Відомо, що в кислому середовищі при наявності внутрішньомолекулярного водневого зв’язку (OH…N) (OH)-група фенольного ядра не схильна до дисоціації, тому в таких умовах ліганд координується до іону металу більш “основним” атомом азоту піридинового кільця. Таким чином, в комплексі (3) HL(I) координований до іону металу монодентатно в нейтральній формі з повністю збереженою лігандною системою.

Формальна ступінь окиснення центрального іона металу в синтезованих комплексних сполуках встановлена за даними РФС. Значення EзвRh3d5/2 та EзвPd3d5/2 для всіх синтезованих комплексів знаходяться в діапазоні 310.3-311.9 еВ та 338.3-339.7 еВ відповідно, що дозволяє робити висновок про формальний ступінь окиснення родію +3 та паладію +2 у всіх синтезованих сполуках. Різниця в значеннях EзвRh3d5/2 та EзвPd3d5/2 для різних комплексів може бути пояснена різним характером донорного оточення центрального іону металу в сполуці.

Особливістю даного класу лігандів є їх здатність в сильно кислому середовищі до гідролізу з розкладом азометину на вихідні компоненти: амін і альдегід. Гідроліз НL(I) відбувається з плином часу (>1 доби) під дією води розчину вихідних солей металів та недегідратованих розчинників. В результаті, в умовах синтезу монокристалів отримано іонні асоціати (4) та (5). Методом РСА встановлено, що в якості катіону в них виступає протонований амін ліганду (рис. 4). Комплексні частинки [PdCl4]2- та [RhCl6]3- компенсують загальний позитивний заряд аміну. Крім того, до елементарної комірки (4) входять ще і дві сольватовані молекули розчинника - хлороформу.

Сполуки (4), (5) охарактеризовано також спектральними даними ЕСП, ІЧ, РФС та ЯМР 1Н. Особливістю ЯМР 1Н спектрів сполук є відсутність протонних сигналів фенольного ядра та мультиплетність сигналу CH2-групи, зумовленої спін-спіновою

Рис. 4. Структура комплексів (4) та (5).

взаємодією його з протонним сигналом NH3-групи, утвореної в результаті гідролізу молекули ліганду (табл. 1). В свою чергу, в РФС комплексу (5) лінія Rh3d5/2, на відміну від комплексу (1) однокомпонентна, що обумовлене однотипним координаційним оточенням центрального іону металу. Таким чином, спектральні дані повністю відповідають структурній характеристиці сполук (4) та (5) методом РСА.

На відміну від HL(I), саліцилальдімін HL(II) характеризується спряженням р- системи ароматичного та гетероароматичного ядер, а також розміщенням азометинового угрупування в б-положенні до піридинового кільця, що зумовлює його потенційну тридентатну природу. При нагріванні суміші етанольних розчинів хлориду металу з HL(II) (M:L=1:2) і зміні рН від 3.5 до 4.5 од. синтезовано комплекси (6-9) з бідентатноциклічною координацією двох молекул ліганду атомами кисню депротонованої (ОН)-групи і азометиновим атомом азоту. В залежності від рН середовища синтезу координаційну ємність металу доповнюють іони хлору та/або молекули води. При цьому HL(II) виступає в ролі одноосновної кислоти, реалізуючи класичний шестичленний металоцикл.

(6) (7) (8) (9) (10)

[RhL2(H2O)Cl]·nH2O [RhL2(H2O)2]Cl·nH2O [PdL2]·nH2O [PdL(H2O)Cl]·nH2O [Pd(HL)2Cl2]·nH2O

Відсутність в спектрах ЯМР 1H сигналу протону (OH)-групи, якому в спектрі ліганду відповідає синглет при 13.07 м.д., свідчить про депротонування (OH)-групи при комплексоутворенні, що обумовлено утворенням ковалентного зв’язку (M-O) в комплексах (6-9). Крім того, в спектрах ПМР хелатних комплексів (8) і (9) сигнали протонів фенольного ядра зазнають сильнопольного зміщення відносно HL(II) на Дд~0.50-0.70 м. д. (рис. 5), в той час як протони піридину зміщені в область слабого поля в незначній мірі, всього на Дд=0.01-0.05 м. д. Одночасно з цим синглет (=CH) азометину зміщений на ДдCH=N~0.50 м. д., що в даному випадку може бути обумовлено тільки утворенням зв’язку (M<NC=N).

Рис. 5. Спектри ЯМР 1H HL(II) та комплексу (9).

Хімічний зсув сигналів ядер C1 та C7 в спектрі ЯМР 13С на Дд=2.2 та Дд=1.1 м.д. узгоджується з висновком про утворення у випадку сполуки 9 зв'язку (Pd-O) та (Pd-Naz) відповідно. Крім того, на утворення даного зв'язку вказує також зміщення сигналів C(4) і C(6) (Дд=3.03 і 1.60 м. д. відповідно). Водночас положення сигналів C(11), (12) і C(13) не зазнають значних змін, що виключає участь піридинового атому азоту в комплексоутворенні (рис. 6). Крім того, сигнал С9 порівняно з HL(II) зміщений в слабе поле лише на Дд=0.70 м.д., що також виключає участь піридинового атому азоту в утворенні координаційного зв’язку (Pd-NPy).

Рис. 6. Спектри ЯМР 13С HL(II) та комплексу (9).

При пониженні pH, співвідношенні компонентів M:L=1:2 та нетривалому (7 хв.) помірному нагріванні (30-35 °С) суміші виділено молекулярний комплекс (адукт) (10) з монодентатною координацією двох молекул ліганду, ЕСП, ІЧ, та ЯМР 1Н спектральні характеристики якого відповідають таким для комплексу (3), що вказує на одинаковий характер координації ліганду в обох випадках.

Таким чином, сприятливе для комплексоутворення розміщення донорних атомів в саліцилальдімінах зумовлює, як правило, хелатну їх координацію до іонів металу. При цьому на тип утворених сполук в значній мірі впливають умови синтезу та природа металу.

На відміну від саліцилальдімінів до складу HL(III) входить карботіоамідний та морфоліновий фрагменти. Два з п’яти донорних атомів молекули HL(III) розташовані в структурно-сприятливому для хелатоутворення положенні, що дає можливість реагувати з хлоридами родію та паладію як потенційно бідентатний ліганд. При цьому зміна pH середовища синтезу від 2 до 4 одиниць не приводить до переходу реагенту в тіольну форму, внаслідок чого HL(III) координується в тіонній формі з реалізацією шестичленних металоциклів (11-14). В сполуках (11) та (13) при відповідній стехіометрії вихідних компонентів та рН синтезу внутрішня координаційна сфера іонів металу доповнена аніонами хлору, розміщених аксіально в комплексі (11) та цис-положенні в комплексі (13).

Слід відмітити, що стабільність тіонної форми ліганду в наведених умовах синтезу сприяє цілеспрямованому отриманню комплексних сполук родію та паладію переважно катіонного типу.

Особливістю ЕСП комплексу (11) є наявність в низькочастотній області спектру слабоінтенсивних смуг поглинання при 21000 та 23200 см-1, що відповідають електронним переходам 1A1g>1A2g та 1А1g>1T1g, які характеризують пониження симетрії координаційного вузла, зумовлене гетероатомним S-,Cl-,N-оточенням іону родію. Розщеплення переходу 1A1g>1T1g опосередковано вказує на транс-розміщення лігандів в комплексі.

(11) (12) (13) (14)

[Rh(HL)2Cl2]Cl·nH2O [Pd(HL)2]Cl2·nH2O [Pd(HL)Cl2]·nH2O [Pd(HL)2](ClO4)2·2C3H6O

Даний факт знаходить підтвердження при аналізі ІЧ-спектрів комплексу, в яких зафіксовано високочастотне зміщення смуг поглинання карботіоамідного фрагменту, та наявність смуг поглинання валентних коливань зв’язків н(Rh-N), н(Rh-S) та н(Rh-Cl) відповідно – 460 см-1, 360 см-1 та 325 см-1. Наявність донорно-акцепторного зв’язку (Rh<S) підтверджено зміщенням в РФС комплексу (11) S2p-лінії сірки на 0.8 еВ в сторону більших енергій.

Особливістю спектрів ЯМР 1Н комплексів (11) та (12) є слабопольне зміщення сигналів протонів NH-групи та піридинового ядра відповідно на 2-3 та 0.4-0.5 м.д., характерне при утворенні металоциклу (табл. 2). В свою чергу, в спектрі ЯМР 13С (12) зміщення сигналу вуглецю карботіоамідного фрагменту на 10 м.д. в сильне поле спектру опосередньо підтверджує наявність в сполуці зв’язку (Pd<S). Позитивний заряд комплексної частинки (12) компенсується зовнішньосферними іонами хлору, що доведено якісною реакцією на хлор-іон.

Іони хлору в комплексі (13), які доповнюють плоско-квадратне оточення центрального іону паладію, на відміну від комплексу (11), розміщені в цис-положенні, що підтверджується проявом в довгохвильовій області ІЧ-спектру даного комплексу смуг поглинання валентних коливань зв’язку (Pd-Clкінц.) при 320 та 310 см-1.

Зміна природи органічного розчинника та введення до складу реакційної суміші NaClO4 сприяли виділенню кристалів комплексу (14) (рис. 7), спектральні характеристики якого подібні до відповідних для комплексу (12). Комплекси (12) та (14) відрізняються зовнішньосферним аніоном та вмістом сольватованих молекул розчинника, що підтверджено наявністю в ІЧ-спектрі (14) інтенсивної смуги поглинання при 1100 см-1, яка відповідає валентним коливанням перхлорат-аніону, а також присутністю в ЯМР 1Н спектрі сигналу CH3-групи молекули ацетону. Згідно даних РСА, в комплексі (14) паладій формує плоско-квадратний координаційний вузол з реалізацією двох металоциклів в формі несиметричної ванни. При цьому два перхлорат аніони розміщені до атому Pd на відстані 3.75 Е, а молекули ацетону утворюють водневі зв’язки (C=O…HN) довжиною 2.8 Е.

Таблиця 2.

Дані спектрів ЯМР 1Н карботіоаміду HL(ІІI) та комплексів Rh(ІІІ) та Pd(II)

на його основі.

Сполука | д, м. д.

HL(III) | 3.64 т (4H, O-CH2); 3.89 т (4H, N-CH2); 7.05 т (1H, PyH); 7.60 д (1H, PyH); 7.71 т (1H, PyH); 8.29 д (1H, PyH); 9.86 с (1H, NH)

11 | 3.53 т (4H, O-CH2), 3.75 т (4H, N-CH2), 7.46 т (1H, PyH), 8.10 т (1H, PyH), 9.43 д (1H, PyH), 12.26 уш.с. (1H, NH)

12 | 3.76 т (4H, O-CH2), 4.04 т (4H, N-CH2), 7.40 т (1H, PyH), 7.51 д (1H, PyH), 8.07 т (1H, PyH), 8.96 д (1H, PyH), 11.47 уш.с. (1H, NH)

13 | 3.76 т (4H, O-CH2), 4.04 т (4H, N-CH2), 7.40 т (1H, PyH), 7.51 д (1H, PyH), 8.07 т (1H, PyH), 8.96 д (1H, PyH), 11.33 уш.с. (1H, NH)

14 | 3.76 т (4H, O-CH2), 4.04 т (4H, N-CH2), 7.40 т (1H, PyH), 7.51 д (1H, PyH), 8.07 т (1H, PyH), 8.96 д (1H, PyH), 11.45 уш.с. (1H, NH)

Карботіоамід H3L(IV) містить три нуклеофільні NH-групи та диметилзаміщений піримідин, що обумовлює за певних умов його здатність проявляти властивості трьохосновної кислоти та можливість перебувати в різних таутомерних формах. Як наслідок, регулюючи умови синтезу, отримано низку різнотипних комплексних сполук (15-18).

При проведенні реакції комплексоутворення RhCl3 з H3L(IV) (M:L=1:2) в кислому етанольному середовищі (pH=2.5) виділено комплекс (15) катіонного типу з бідентатно-циклічною координацією двох молекул ліганду в тіонній формі через карботіоамідний атом сірки та амінний атом азоту. Така будова комплексу обумовлює підвищення частоти коливання карботіоамідного фрагменту в ІЧ-спектрі комплексу на 20-30 см-1. Псевдооктаедричне координаційне оточення іону родію сформоване донорними атомами H3L(IV) і доповнене іоном хлору та молекулою води.

Підвищення pH до 4.5 та більш тривале нагрівання вихідних компонентів приводить до координації органічного реагенту в тіольній формі та утворення катіонного типу комплексу (16) з бідентатноциклічною координацією двох молекул реагенту в монодепротонованій формі. Даний факт знаходить підтвердження в ІЧ- та ЯМР 1Н-спектрах комплексу. На відміну від сполуки (15), в ІЧ-спектрі комплексу (16) зафіксовано смуги поглинання при 616-620 см-1, які відповідають коливанням одинарного зв’язку (С-S), що підтверджуює координацію ліганду в тіольній таутомерній формі. В ПМР спектрі даного комплексу відсутній сигнал одного з протонів NH-груп ліганду, що свідчить про координацію H3L(IV) в монодепротонованій формі (табл. 3).

У випадку взаємодії PdCl2 з H3L(IV) в кислому середовищі виділено комплекс (17) з бідентатноциклічною координацією двох молекул ліганду в тіонній формі. Беручи до уваги подібність ІЧ- та ЯМР 1Н- спектральних характеристик (15) та (17) можна стверджувати про однаковий характер координації молекул ліганду в комплексах. Однак, на відміну від комплексів родію, в (17) відбувається повне заміщення координаційного оточення металу донорними атомами ліганду з утворенням плоско-квадратної форми координаційного вузла. Наявність двох завнішньосферних іонів хлору в комплексі підтверджено результатами елементного хімічного аналізу та даними РФС.

При тривалому нагріванні розчинів PdCl2 з H3L(IV) (M:L=1:1) в ацетоні, в присутності перхлорат іонів відбувається окиснення (–NH–NH–) угрупування ліганду з утворенням (–N=N–) фрагменту. Координація утвореного ліганду до металу відбувається в тіонній формі карботіоамідним атомом сірки та атомом азоту азогрупи (-N=N-) з утворенням п’ятичленного металоциклу (рис. 8). Даний факт підтверджено даними РСА комплексу, які корелюють з його спектральними характеристиками. В ЯМР 1Н спектрі комплексу відсутні сигнали двох протонів NH-груп, що опосередковано свідчить про їх депротонування. В свою чергу, сильнопольне зміщення сигналів вуглецю карботіоамідного та піримідинового угрупування відповідно на 7 та 10 м.д в ЯМР 13С комплексу (18) вказує на участь в координації до центрального іону металу нуклеофільних атомів, які безпосередньо зв’язані з цими атомами вуглецю. Крім того, значення ЕзвCl2p=201.1 еВ в РФС даного комплексу вказує на внутрішньосферне розміщення іонів хлору в молекулі. За даними РСА комплексу (18) атом паладію утворює деформований плоско-квадратний координаційний вузол з двома нееквівалентними зв’язками (Pd-Cl). Видовження одного з них на 0.068 ? може бути зумовлене відштовхуванням неподілених електронних пар атомів N та Cl (рис. 8).

На відміну від розглянутих карботіоамідів HL(ІІІ)-H3L(ІV), до складу H4L(V) входить ще і функціональна группа (C=O), що обумовлює існування його в розчинах, за певних умов, в різних таутомерних формах (схема 1). Особливістю ЕСП H4L(V) є наявність уширеної смуги поглинання при 32700 см-1, яка характеризує домінуючий чітко виражений акцепторний ефект карбонільної (C=O) групи, в той час як смугу поглинання внутрішньомолекулярного n>р* переходу (C=S) не зафіксовано. Ймовірно, це пов’язано з розміщенням (C=O) в одній площині з (C=S), в результаті чого поглинання, зумовлене n>р* переходом (C=S) повністю нівелюється.

в кислому середовищі (pH=3) (M:L=1:2) виділено комплекс родію(ІІІ) (19) з тридентатноциклічною координацією двох молекул ліганду стерично вигідно розміщеними атомом кисню депротонованої (ОН)-групи, амінним атомом азоту та карботіоамідним атомом сірки, що узгоджується з даними ЕСП, ІЧ та спектрів ЯМР 1Н. Наявність в ЕСП даного комплексу слабо інтенсивних смуг поглинання d-d-переходів в іоні Rh(III) свідчить про псевдооктаедричну форму сформованого координаційного поліедру. Крім того, в ЕСП (19) присутня смуга поглинання внутрішньолігандного n>р* переходу (C=S) групи при 28000 см-1, що зумовлено розміщенням функціональної групи (C=S) (внаслідок координації до металу) в протилежній площині відносно (C=O) групи в молекулі комплексу. В свою чергу, в спектрі ПМР комплексу відсутній протонний синглет (ОН)-групи, що вказує на її депротонування та утворення відповідно зв’язку (Rh-O). Зафіксовано також значний слабопольний зсув всіх протонних сигналів (NH) груп, що може бути обумовлено утворенням металоциклу (табл.4).

Встановлено, що в слаболужному середо-вищі (pH=9) при тривалому нагріванні розчинів вихідних реагентів (M:L=1:3) відбувається молекулярне перегрупування H4L(V) з утворенням триазольного кільця, в результаті чого координація ліганду відбувається через депротонований атом кисню гідроксогрупи та один з триазольних атомів азоту з утворенням трьох шестичленних металоциклів (схема 2).

Наявність триазольного угрупування в молекулі комплексу (20) підтверджено даними ІЧ-спектру, в якому відсутні смуги поглинань карботіоамідного фрагменту молекули. Натомість присутня смуга поглинання при 1604 см-1, характерна для сполук, що містять (С=N)-зв'язок. В слабому полі ПМР спектру сполуки (20) відсутні всі протонні сигнали (NH), що пов’язано з триазольним перегрупуванням, та зафіксовано cлабопольне зміщення сигналів протонів ароматичного кільця. Відсутній також синглет (ОН), що опосередковано вказує на утворення зв’язку (Rh-OPh). (табл. 4).

Таблиця 4.

Дані спектрів ЯМР 1Н карботіоаміду H4L(V) та комплексів Rh(ІІІ) та Pd(II)

на його основі

Сполука | д, м. д.

H4L(V) | 2.88 д (3H, CH3); 6.91 т (1H, ArH); 6.93 д (1H, ArH); 7.44 т (1H, ArH); 7.85 д (1H, ArH); 8.13 с (1H, NH); 9.45 с (1H, NH); 10.55 с (1H, NH); 11.95 с (1H, OH)

19 | 2.96 д (3H, CH3); 6.60 т (1H, ArH); 6.95 д (1H, ArH); 7.48 т (1H, ArH); 7.96 д (1H, ArH); 8.76 с (1H, NH); 10.89 с (1H, NH); 12.39 с (1H, NH)

20 | 2.88 д (3H, CH3); 6.66 т (1H, ArH); 7.04 д (1H, ArH); 7.97 т (1H, ArH); 8.07 д (1H, ArH)

21 | 2.89/2.94 д (6H, CH3); 6.58/6.60 м (2H, ArH); 6.98/7.04 м (2H, ArH); 7.47/7.56 м (2H, ArH); 7.87/7.96 м (2H, ArH); 7.98 с (1H, NH); 8.87 д (1H, NH); 10.79 с (1H, NH); 11.61 с (1H, NH); 12.53 с (1H, OH)

22 | 2.90/2.95 д (6H, CH3); 6.65/6.95 м (2H, ArH); 6.71/6.98 м (2H, ArH); 7.08/7.46 м (2H, ArH); 7.85/8.07 м (2H, ArH), 8.01 с (1H, NH); 8.80 (1H, NH); 10.78 с (1H, NH); 11.60 с (1H, NH); 11.87 с (1H, OH)

При взаємодії PdCl2 з H4L(V) виділено комплекс (21) складу [Pd(H3L(V))(H3L(V)’)]. Особливість будови сполуки полягає в тому, що одна з молекул ліганду координована до іону металу тридентатно-циклічно в тіонній формі атомом кисню депротонованої гідроксогрупи, атомом азоту однієї з (NH) груп та карботіоамідним атомом сірки. Інша молекула координована монодентатно в тіольній формі атомом сірки карботіоамідного фрагменту. Дана особливість найбільш переконливо проявляється в ЯМР 1H та 13C сполуки. В спектрі ЯМР 1H (21) наявний подвійний набір всіх протонних сигналів, причому сигнали одного з наборів зазнають суттєвого зміщення порівняно з спектром ліганду, в той час як сигнали іншого залишаються майже без змін (табл. 4). Крім того, в сильному полі спектру ПМР комплексу присутні два дублетні протонні сигнали CH3-групи, що зумовлено їх нееквівалентною природою внаслідок різнотипного способу координації двох молекул ліганду. При аналізі інтегральної кривої спектрів відмічено відсутність сигналів двох протонів в слабому полі, що є наслідком депротонування молекули ліганду. Аналіз ЯМР 13С спектру комплексу (21) також показав подвійний набір сигналів усіх ядер вуглецю. При чому в одному з наборів фіксується суттєве зміщення сигналів ядер вуглецю ароматичної системи ліганду (Дд~3 м.д.) та карботіоамідного фрагменту (Дд=14.0 м.д.). Інший набір характеризується тільки зміщенням сигналу карботіоамідного вуглецю (Дд=4.2 м.д.). Для підтвердження індивідуальності комплексу (21), та виключення можливого утворення суміші ізомерів, в аналогічних умовах синтезовано комплекс Pt(II) складу [Pt(H3L(V))(H3L(V)’)] (22), для якого отримано ідентичний набір сигналів в спектрах ЯМР 1Н та 13С, що дало змогу записати для нього спектр ЯМР 195Pt, в якому наявний один сигнал при -2900 м.д відносно K2[PtCl6]. Такий зсув є характерним для комплексів платини з O-, N-, S-вмісним донорним оточенням, що опосередковано підтверджує запропонований спосіб координації ліганду в комплексах (21) та (22).

Таким чином, ключову роль в формуванні різнотипних комплексів відіграють умови синтезу, регулювання яких ініціює утворення відповідних активних форм вихідних компонентів, що може бути поставлено в основу цілеспрямованого синтезу комплексів з наперед заданою будовою. Вплив природи ліганду полягає в різному розташуванні нуклеофільних донорних центрів та наявності внутрішньомолекулярних та міжмолекулярних водневих зв’язків, що, як і наявність ауксохромних груп (NH) та (OH), визначає таутомерну форму координованої молекули.

Різна координаційна ємність іонів Rh(III) та Pd(II) в певній мірі обумовлює утворення координаційних сполук з різнотипною координацією молекул лігандів, що було продемонстровано на прикладі взаємодії хлоридів металів з H4L(V).

У п’ятому розділі на прикладі координаційної сполуки (1) наведено експериментальні результати дослідження кардіопротекторної активності синтезованих комплексних сполук.

Таблиця 5.

Зміни показників кардіодинаміки при ішемії-реперфузії ізольованого серця лабораторних щурів лінії Вістар (n = 10) в контрольних умовах.

Показники |

Вихідні

значення | Введення компл.(1) |

Реперфузія, хв | попередня перфузія розчином компл.(1) (10 мкмоль/л, n = 10).

5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40

Р лш | 122.0 | 120.0 | 43.0 | 59.0 | 56.0 | 61.0 | 63.0 | 75.4 | 100.4 | 104.5 | 100.7 | 103.0

мм рт.ст. | 11.20 | 9.50 | 4.02 | 5.10 | 5.12 | 4.83 | 4.96 | 4.90 | 8.60 | 9.80 | 10.20 | 12.00

dP/dt max | 3928 | 2585 | 1263 | 1739 | 2111 | 2252 | 2227 | 1728 | 2233 | 2384 | 2307 | 2188

мм рт.ст./с | 401.0 | 151.0 | 232.0 | 269.0 | 205.0 | 207.0 | 218.0 | 73.6 | 136.0 | 160.0 | 167.0 | 198.0

dP/dt min | 1497 | 1366 | 582 | 775 | 903 | 928 | 958 | 845 | 1182 | 1285 | 1247 | 1165

мм рт.ст./с | 108.0 | 87.0 | 60.0 | 98.0 | 120.0 | 112.0 | 124.0 | 98.5 | 88.0 | 122.0 | 140.0 | 175.0

Коронарний | 8.30 | 8.36 | 5.95 | 5.62 | 4.40 | 3.83 | 3.45 | 9.30 | 8.80 | 7.20 | 6.06 | 5.50

потік, мл | 0.56 | 1.25 | 0.97 | 0.82 | 0.66 | 0.61 | 0.58 | 1.40 | 1.38 | 1.10 | 1.00 | 1.00

Кінцевий діастолічний | 6.95 | 3.78 | 61.60 | 58.00 | 55.00 | 44.20 | 41.00 | 31.40 | 26.80 | 20.70 | 16.80 | 14.40

тиск, мм рт.ст. | 0.83 | 1.40 | 6.50 | 4.90 | 6.30 | 5.30 | 5.95 | 5.10 | 5.20 | 4.10 | 2.70 | 3.20

Частота серцевих | 215.0 | 181.4 | 197.0 | 180.0 | 178.0 | 178.0 | 177.0 | 175.0 | 184.0 | 177.0 | 166.0 | 163.0

скорочень, уд/хв. | 19.0 | 9.3 | 15.3 | 18.0 | 12.0 | 11.0 | 13.0