Сольватационное состояние производных имидазола и их координация (ацетат)тетрафенилпорфиринатом хрома(III) в амфипротонных средах

• Автор: Трифонова, Ирина Павловна
• Шифр специальности: 02.00.04, 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 143 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Азотсодержащие гетероциклы
1.2. Получение, спектральные и структурные свойства металло-
порфиринов
1.3. Экстракоординация малых молекул как важнейшая реакция
металлопорфиринов
1.4. Способы получения и свойства порфириновых комплексов
хрома
1.4.1. Порфириновые комплексы хрома(Ш)
1.4.2. Оксокомплексы хромтетрафенилпорфина
1.5. Сольватация порфиринов и их металлокомплексов
11. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
11.1. Выбор и обоснование объектов и методов исследования
11.2. Методики эксперимента
11.2.1. Методики спектроскопических и кондуктометрических изме-
рений
11.2.2. Расчет констант ассоциации и комплексообразования азаге-
тероциклов
П.2.3. Расчет констант скорости и активационных параметров реак-
ции замещения
11.2.4. Экспериментально-статистическая модель реакции
111. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Ш.1. Сольватация азагетероциклов в амфипротонных средах
111.1.1. Спектральные проявления сольватации азагетероциклов
III.1.2. Ассоциация и комплексообразование имидазола и его метил-
замещенных
III.2. Аксиальная координация производных имидазола (ацетат)
тетрафенилпорфиринатомхрома(Ш)
III.2.1. Спектральные проявления аксиальной координации
П1.2.2. Кинетика образования внешнесферного комплекса с водород-
ной связью
III.2.3. Кинетика и механизм внутрисферного замещения спирта
на гетероцикл
Ш.З. Координация имидазола (ацетат)тетрафенилпорфиринатом
хрома(Ш), инкорпорированным в полимерную матрицу
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Азотсодержащие гетероциклы играют важную роль в функционировании биологических систем. Макрогетероциклы, в частности металло-порфирины, являются составной частью молекул гемоглобина, миоглоби-на, цитохрома и других природных белков. Азагетероциклы представляют собой структурные фрагменты таких незаменимых аминокислот как гистидин и триптофан, нуклеиновых кислот, нуклеотидов, ферментов, витаминов и т.д. [1] Гетероциклические соединения являются эффективными лекарственными препаратами, антисептиками, пестицидами, обладают каталитическими свойствами [2]. Среди них особое место занимают производные имидазола.
Входя в состав различных белков в качестве структурной единицы гистидина, имидазольный остаток выполняет различные функции:
-образуя координационную связь с атомом железа в геме, способствует переносу кислорода и диоксида углерода кровью [1];
-взаимодействуя с атомом кобальта витамина В-12, обеспечивает его фамакологическое действие;
-водородные связи между атомом азота гистидинового остатка и, например, гидроксильной группой остатка серина стабилизируют третичную структуру белка, наряду с электростатическим притяжением между противоположно заряженными группами, гидрофобными взаимодействиями и ковалентными поперечными связями [1];
-связанные через водородные связи остатки серина, аспаргина и гистидина, образуют активный центр таких энзимов как сериновые протеина-зы [3].
Последние десятилетия отмечены выдающимися достижениями в области исследования структуры и механизмов действия сложных и многообразных биомолекул, в том числе и содержащих гетероциклы.

Следует отметить, что биологические функции имидазола самым тесным образом связаны с двойственностью его молекулы, которая обладает протонодонорным и электронодонорным характером [4]. Это приводит к тому, что реакционная способность производных имидазола в природных системах в окружении биологически активных веществ и в присутствии воды зависит от множества факторов, а именно: способности к специфическим взаимодействиям, склонности к ассоциации, таутомерным превращениям и образованию различных протонированных форм в физиологических растворах [4]. В то же время, учет ассоциативного и сольватационного состояний замещенных имидазолов необходим как для осмысления исключительно сложных биохимических процессов, так и для моделирования объектов биологических систем путем использования синтетических или искусственных аналогов.
Несмотря на это влиянию специфической сольватации азолов на реакционную способность уделялось крайне мало внимания. Таким образом, оценка влияния сольватационного состояния производных имидазола на кинетику и механизм координации металлокомплексами порфиринов. в амфи-протонных средах, представляется весьма актуальной.
Цель работы заключалась в установлении закономерностей влияния ассоциации и сольватации имидазола и его метилпроизводных на реакционную способность в процессе аксиальной координации тетрафенилпорфири-натом хрома (III) в индивидуальных и смешанных растворителях, моделирующих протеиновое окружение биологических макроциклов.
Научная новизна. Впервые получены данные о спектральных проявлениях ассоциации, неспецифической сольватации и образовании Н-комплексов в растворах имидазола и его метилпроизводных в спектрах ЯМР 13С. Определены константы устойчивости ассоциатов и Н-комплексов со спиртами путем компьютерного моделирования химических сдвигов ядер углерода, что позволило рассчитать концентрации всех устойчивых асооциа-
будет располагаться в плоскости порфиринового кольца, как это было описано для комплекса Сг1ПТРР(ОРЬ)(ТНР) [99]. Для указанного комплекса длины связей Сг-Ы практически равны (2,035 А и 2,038А) . Эти величины близки к значениям длин связей в высокоспиновом комплексе Сг"ТРР (2,032 А и 2,034А) [100], в низкоспиновом комплексе СглТРР(Ру)2 (2,012 А и 2,044А) [96] и в диамагнитном комплексе 0=Сг1УТРР (2,028 А и 2,031 А) [96]. Расстояние Сг-О для феноксидного лиганда равно 1,943 А, что меньше чем расстояние Сг-0 для тетрагидрофурана, равное 2,069 А [99]. К сожалению, для порфириновых комплексов хрома (III) недостаточно литературных данных по структуре, что лишает нас возможности провести сравнительный анализ более адекватно.
Из-за отсутствия свободного координационного положения для порфириновых комплексов Сгш характерной является не реакция экстракоординации в свободное шестое положение, а реакция замещения слабосвязанного лиганда на другой, образующий более прочные связи с атомом металла [83]. По мнению авторов [83], реакция замещения для СгшТРР(С1)(Ь) является диссоциативным процессом. Так как сродство аксиального лиганда к порфи-риновому комплексу высоко, предсказанное стерическое отталкивание между ним и пиррольными атомами азота объясняет необычно высокую скорость диссоциации аксиального лиганда. Свободные (1/2 орбитали Сг111 пригодны для о-связывания аксиального лиганда. Для Сг111ТРР(С1) тенденция к присоединению шестого лиганда даже больше, чем для некоторых металлокомплек-сов стремление к присоединению единственного лиганда в вакантное координационное положение [83].
В другой работе этих же авторов [84] исследовалась реакция замещения аксиального лиганда - ацетона для СгшТРР(С1)(Ь) в растворе ацетон-толуол (объемное содержание ацетона 60%) на азотсодержащий лиганд. Результаты цитируемой работы приведены в таблице 1.3. Недостаточная растворимость СгшТРР(С1) в толуоле делает невозможным получение абсолютных значений констант равновесия для реакции присоединения шестого ли-