Синтез, исследование строения и no-донорной активности нитрозильных комплексов железа с 2-меркаптоимидазолами 02. 00. 04 физическая - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Синтез и свойства бензоаннелированных порфиразинов 02. 00. 03 органическая... 1 305.26kb.
Физическая химия 4 467.32kb.
Программа дисциплины «физическая химия» 1 80.08kb.
Синтез и исследование порошков иридия и иридийсодержащих материалов 1 29.11kb.
Макаров Валентин Михайлович Традиционным направлением научных исследований... 1 55.23kb.
Рабочая программа по курсу/дисциплине: Физическая органическая химия... 1 124.1kb.
Синтез и термические превращения гетерометаллических комплексов pd(II) 1 29.37kb.
Общая характеристика металлов главных подгрупп I – III групп в связи... 1 52.75kb.
Феномен комплексов активности на солнце 01. 03. 03 физика Солнца 1 342.13kb.
Синтез 5-[гидроксил(тетрагидрофуран-2-ил)амино]изоксазолов и изучение... 1 20.8kb.
Анализ и синтез адаптивных устройств помехозащиты в радиолиниях с... 1 222.09kb.
Наука/ Интерпериодика 1 40.38kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Синтез, исследование строения и no-донорной активности нитрозильных комплексов железа - страница №2/3

Г
А
енерация NO комплексом I начинается сразу же после растворения и продолжается в течение часа. Добавление к комплексу I избытка тиосульфатного аниона также приводит к образованию ДНКЖтио. Но генерация NO и образование мононитрозильного интермедиата и частицы [Fe(S2O3)]- из ДНКЖтио начинается только спустя 40 минут после растворения комплекса I.


Глава 4 состоит из двух частей и содержит описание синтеза и физико-химических свойств нитрозильных комплексов железа с 2-меркаптоимидазолами.

1. Синтез и исследование молекулярного и кристаллического строения нитрозильных комплексов железа с 2-меркаптоимидазольными лигандами.

Наличие в растворе устойчивого ДНКЖтио дает возможность провести реакции обмена тиосульфатных лигандов на гетероциклические с образованием биядерных структур по схеме:

(3)

Если использовать в качестве тиолов производные имидазол-2-тиола, то по схеме (3) образуются нейтральные биядерные парамагнитные нитрозильные комплексы, в которых атомы железа связаны друг с другом через структурный фрагмент μ-N-C-S (рис. 5). При этом следует соблюдать рН реакционной среды: его значение не должно превышать рКа тиолов, иначе происходит образование гидроксида железа (III).

В настоящей работе были синтезированы три биядерных парамагнитных тетранитрозильных комплексов железа с имидазол-2-тиолом (II), 1-метилимидазол-2-тиолом (III) и имидазолидин-2-тионом (IV). По данным мессбауэровской спектроскопии, полученные по схеме (3) порошки содержали помимо фаз с параметрами, соответствующими комплексу, железосодержащую примесную фазу. Примесные фазы октаэдрического Fe3+ с аналогичными и близкими значениями мессбауэровских параметров были обнаружены и ранее при синтезе биядерных нитрозильных железо-серных комплексов с другими азагетероциклическими лигандами [5]. При этом содержание примесной фазы не превышает, как правило, 10%. Исключением является комплекс IV, где содержание примесной фазы в среднем составляет около 50%. Для выделения монокристаллов нитрозильных комплексов II-IV проводилась перекристаллизация полученных при синтезе порошков из смесей органических растворителей.

Для производных меркаптоимидазола, согласно литературным данным, возможна монодентатная, бидентатная и мостиковая координация атома металла. Помимо способа координации представлялось особенно важным выяснить в какой форме (тиольной или тионной) лиганды координируют атом металла, учитывая, что один из используемых в синтезе лигандов (имидазолидин-2-тион) в твердофазном состоянии существует как тион, тогда как другие два – в форме тиолов.

По данным РСА все три комплекса имеют центросимметричную биядерную структуру (рис. 5 (а)), в которой оба атома железа соединены ковалентно с атомом серы одного лиганда и донорно-акцепторной связью с атомом азота другого лиганда через фрагмент μ-S-C-N.

Расстояния Fe…Fe составляют 4,102 Ǻ; 4,010 Ǻ и 4.030 Ǻ, соответственно в комплексах II, III и IV. Длины связей С-S в обсуждаемых комплексах 1,740(4) Ǻ; 1,729Ǻ и 1,741Ǻ превышают справочное значение длины двойной связи C=S (1.684 Ǻ) в среднем на 0,06 Ǻ, что делает возможным предположение об одинарной связи C-S во всех обсуждаемых комплексах, несмотря на то, что в синтезе комплекса III участвует лиганд в тионной таутомерной форме.

Значения длины связи С(1)-N(3) 1.314(4) Å в комплексе II существенно меньше, чем для C(1)-N(4) 1.344(5) Å, С(31)-N(31) 1.385(5) Å и C(2)-N(4) 1.360(5) Å. Длина кратной связи С-С лиганда составляет величину 1.365(5) Å, что соответствует сумме радиусов атомов углерода, характерной для промежуточного между двойным и одинарным типами связи. Анализ остальных связей в гетероцикле также указывает на сильную делокализацию π-электронов внутри кольца. Однако, распределение длин связей и углов в тиоимидазольном кольце наиболее близко к тиольной форме лиганда. В комплексе III наблюдается аналогичная картина: несколько сокращенные длины связей N(3)-C(1) 1.333(7)Å, C(2)-C(3) 1.347(8)Å, по сравнению с другими в этом цикле N(4)-C(1) 1.356(6)Å, N(3)-C(3) 1.394(6)Å, N(4)-C(2) 1.367(7)Å. Вследствие неароматичности кольца в имидазолидин-2-тионе в комплексе IV немного другое распределение длин связей в лигандном цикле, указывающее на распределение π-электронной плотности только между атомами N(1), C(2) и N(3).

Анализ длин связей в структурном фрагменте {Fe(NO)2} показал, что длины связей N(1)-O(1) и N(2)-O(2) в комплексе II близки к таковым для комплекса III, но значительно короче аналогичных связей в комплексе IV с имидазолидин-2-тионом. И наоборот, длины связей Fe(1)-N(1) и Fe(1)-N(2) в комплексе II схожи с длинами таких же связей комплекса IV, но отличаются от тех, что в комплексе


Таблица 3. Значения основных длин связей, углов и параметров мессбауэровской 57Fe

(при 290К) и ИК-спектроскопии сера-нитрозильных комплексов железа II-IV состава Fe2(SL)2(NO)4.



N

L

N-O,

Å

Fe-N,

Å

Fe-N-O,0

Fe-Nц,

Å

Fe…Fe,

Å

Fe-S,

Å

Fe*, мм/c

EQ**, мм/c

NO, cм-1

NO, cм-1

II



1.148(4) 1.158(5)

1.690(3) 1.674(3)

165,5 (4) 170.5 (4)

2.010(3)

4.102

2.299(1)

0.196(1)

1.109(2)

1781

1748


1716

65

III



1.149(6) 1.164(6)

1.696(5)

1.667(5)


164.3(5)

170.2 (4)



2.013(4)

4.010

2.283(2)

0.180(1)

0.928(2)

1782

1748


1716

66

IV



1.165(3) 1.170(3)

1.687(3) 1.673(3)

167.2(3) 170.7(3)

1.982(2)

4.030

2.312(1)

0.155(4)

1.015(1)

1786

1724


62

*Fe - изомерный сдвиг относительно -Fe

**EQ - квадрупольное расщепление
III: связь Fe(1)-N(1) в комплексе III длиннее, а связь Fe(1)-N(2) короче. При этом величины валентных углов Fe(1)N(1)O(1) и Fe(1)N(2)O(2) практически одинаковы для всех трех комплексов. Такое отличие в NO-группах можно объяснить разницей в распределении частичных зарядов на нитрозильных группах: чем ближе угол Fe-N-O к линейному и короче связь Fe-N, тем более положителен заряд на NO-фрагменте [6].

В ИК - спектрах комплекса IV, в отличие от II и III, для которых характерны три полосы поглощения NO, в соединении IV обнаружены две полосы поглощения NO групп (табл. 3). Расщепление полос может быть связано с неэквивалентностью NO-групп в Fe-N-O фрагментах. Частоты валентных колебаний NO групп комплексов II-IV находятся в области более высоких значений, что, в рамках определенного формализма [6] и в совокупности с полученными данными РСА, свидетельствует о cмещении электронной плотности с NO групп на Fe. Таким образом, заряд на NO становится более положительным, и электрофильная активность Fe(NO)2 фрагментов комплексов увеличивается. В целом значения валентных колебаний нитрозильных групп комплексов μ-N-C-S типа более высоки, чем μ2-S-комплексов. Наблюдаемое в IV существенное уменьшение длины связи железа с атомом азота гетероцикла и межатомного расстояния Fe…Fe (на 0.072Å по сравнению с таковым в II) (табл. 3) позволяют предположить, что комплекс с имидазолидин-2-илом будет более устойчивым, чем комплексы II и III в протонных средах.

Данные Мессбауэровской спектроскопии хорошо согласуются с данными РСА. Мессбауэровские спектры комплексов имеют вид одиночного дублета, что говорит о структурной эквивалентности атомов железа. В ряду от II к III и IV наблюдается уменьшение значения изомерного сдвига δFe (табл. 3), которое происходит из-за увеличения плотности s-электронов на ядрах железа и, вследствие этого, укорочения связи Fe-S. Однако, в комплексе IV мы наблюдаем некоторое увеличение длины связи Fe-S. Этот факт, по-видимому, связан с тем, что отрицательный заряд на S- имидазолидин-2-ила отличается от таковых на имидазол-иле комплекса II и 1-метил-имидазол-2-иле комплекса III, содержащих, в отличие от IV, ароматический цикл.

При этом значения изомерных сдвигов этих трех комплексов почти вдвое больше по сравнению со сдвигами для комплексов со структурой μ2-S, что говорит о более длинной связи Fe-S.

Кристаллические структуры (рис. 5 (б)) исследованных комплексов во многом схожи. Как видно из рисунков, все они образованы слоями, параллельными плоскости bc. В комплексах II и IV между молекулами одного слоя существуют межмолекулярные контакты атома серы и фрагмента H-N в кольце лиганда. Эти контакты составляют 2.721 Ǻ и 2,606 Ǻ, соответственно. В структуре комплекса III водород при атоме азота замещен на метильную группу. Но и здесь существует контакт атома серы и C-H метильной группы 2,815 Ǻ. Во всех трех структурах молекулы разных слоев ориентированы друг к другу NO-группами. Расстояние между слоями порядка 3Ǻ. По всей видимости, слои связаны между собой электростатическими силами.

2. Магнитные свойства нитрозильных комплексов железа с



2-меркаптоимидазольными лигандами.

Исходя из d7-конфигурации атома железа и учитывая, что расстояние Fe…Fe превышает 4 Å, можно было ожидать, что комплексы II-IV будут парамагнитны. Действительно, они, в отличие от диамагнитных μ2-S-замещенных тиосульфатных и тиолатных комплексов, дают ЭПР-сигнал.

Зависимости магнитной восприимчивости χ(Т) для комплексов II-IV имеют характерный для димеров явно выраженный максимум при температурах 63, 85 и 83 К, соответственно. При низких температурах наблюдается небольшое повышение магнитной восприимчивости, вызванное наличием в образцах парамагнитных частиц другого сорта. Кривые μэфф(Т) при высоких температурах стремятся к значению ~2,5, что близко к теоретическому значению 2,45 (при g=2 g(2(S+1)S1/2=2.45)) для двух слабовзаимодействующих неспаренных электронов c S=1/2. Для примера на рис. 6 приведены зависимости магнитной восприимчивости и эффективного магнитного момента от температуры для комплекса IV. Зависимости χ и μэфф от Т для комплексов II и III имеют аналогичный вид.

Конфигурация железа 3d7 (степень окисления +1) в тетраэдрической координации имеет спин S=3/2, образованный тремя неспаренными электронами, локализованными на d-орбиталях. Суммарный спин парамагнитного центра образован отдельным ионом Fe(d7) (S=3/2) и двумя связанными с ним NO-группами (S=1/2). За счет сильных обменных взаимодействий *-NO электронов с d-электронами Fe, суммарный спин парамагнитного центра St=1/2, что находится в соответствии с теоретическими расчетами Энемарка и Фелтама [7]

Немонотонную зависимость магнитной восприимчивости образцов комплексов от температуры можно объяснить суммированием вкладов в полный магнитный момент «примесных» парамагнитных частиц со спином 3/2 и димеров с парой спинов ½. Доля «мономерной примеси» не превышает 2%. Вклад примеси в полный магнитный момент и зависимость ее восприимчивости описывается законом Кюри-Вейса. Димеры содержат пары спинов железа, которые способны взаимодействовать друг с другом. При понижении температуры полный спин димеров уменьшается из-за обменного взаимодействия антиферромагнитного типа между ними. Этим объясняется спад магнитной восприимчивости при температурах ниже 75 К. С дальнейшим понижением температуры все большее число димеров имеют спаренные спины, находясь при этом в основном состоянии со спином комплекса, равным нулю, характерным для тетраэдрического окружения [8]. При этом возрастает вклад парамагнитной примеси, приводя к нарастанию М при Т < 10 К.

Экспериментальная зависимость χ(Т) с приемлемой точностью аппроксимируется суммой двух выражений, первое из которых представляет собой выражение Блини-Бауэрса [9] для магнитной восприимчивости димера с двумя спинами ½, а второе учитывает наличие парамагнитных частиц со спином 3/2 (соотношение Кюри-Вейса):



, (4)

где Nчисло магнитных центров в рассматриваемом образце; μВ – магнетон Бора; gg-фактор; k – постоянная Больцмана; T – температура; J - обменный интеграл; p –доля парамагнитных частиц со спином 3/2 в образце; C – постоянная Кюри, θ- постоянная Вейса.

Таким образом, если исходить из высокоспиновой d7-конфигурации железа, то при 2-300 K два из трех неспаренных электронов иона металла полностью спарены с неспаренными электронами двух координированных групп NO, а оставшийся неспаренный электрон в каждом из фрагментов {Fe(NO)2} связан антиферромагнитным взаимодействием с неспаренным электроном аналогичного фрагмента димерной молекулы.

Кривые зависимости магнитной восприимчивости от температуры для моноядерных комплексов с гетероциклическими тиольными лигандами [10] имеют нормальный вид, резко возрастая при 2 К, что говорит о присутствии в образце одного сорта частиц, и подтверждая ранее высказанные предположения.



Глава 5 состоит из трех частей. В ней описываются данные, полученные в ходе изучения NO-донорной активности нитрозильных комплексов железа.

  1. Масс-спектры газовой фазы при разложении поликристаллов нитрозильных комплексов железа с 2-меркаптоимидазолами

В отличие от комплекса I, соединения II, III и IV оказались достаточно устойчивыми в вакууме при комнатной температуре. Давление собранных в ходе выдержки образцов в вакууме газов практически не превышало уровень остаточных газов в масс-спектрометре. Основным компонентом выделенного газа комплексом II являются молекулы NO (ион с m/z  =30). Кроме этого пика на масс-спектре можно видеть также пики с m/z  = 14 ([N]+), 18 ([H2O]+), 28 ([CO]+ и/или [N2]+) и 44 ([CS]+ и/или [CO2]+). Происхождение ионов [N]+ в спектрах комплексов не вызывает сомнения – азот входит в состав нитрозильной группы; появление слабоинтенсивных полос [H2O]+ можно объяснить наличием адсорбционной воды. Молекулы CO, CO2 и N2, в принципе, могут захватываться при контакте образца с воздухом. Однако, захваченные и, следовательно, слабосвязанные молекулы должны были бы выделиться в газовую фазу при вакуумировании. Но они не проявились в спектре газов, полученных при выдержке образца в вакууме без нагрева. Можно думать, что пики с m/z  = 24 и 44 обусловлены фрагментами имидазола C3H3N2S ([N2]+) и ([CS]+). Подтверждением точки зрения о возможном переходе в газовую фазу лиганда или продуктов его распада является также присутствие в спектре пиков с m/z  = 45 ([HCS]+) и 46 ([H2CS]+). Однако других фрагментов лиганда в спектре этого образца не обнаруживается.

Нагрев до 70С не приводит к заметной газификации образца комплекса III, который оказался более устойчивым, чем комплекс II. При нагреве от 20 до 70С в спектре комплекса IV наблюдается появление интенсивных полос с m/z = 30, 28, 18, 14, 44, отвечающие молекулярным ионам [NO]+, [CO]+, [H2O]+, [N]+, [CS]+, соответственно; среди которых наиболее интенсивный пик молекулярного иона [NO]+.

Нагрев с 70 до 120oС интенсифицировал газификацию всех образцов, кроме образца комплекса IV, который, по-видимому, уже частично разложился ранее при температурах 20-700С.

Для комплекса II состав газовой фазы не меняется, но давление выделившегося газа существенно возрастает. Для образца комплекса III в этом температурном интервале наблюдается спектр газовой фазы с наибольшим числом пиков. Помимо молекул NO и H2O в газовой фазе присутствуют в заметном количестве молекулы тиольного лиганда или продукты его разложения.

Таким образом, методом масс-спектроскопии установлено, что комплексы являются устойчивыми при вакуумировании при температуре 200С. Основными компонентами газовой фазы при нагреве свыше 200С являлись NO (с максимальным значением интенсивностей пиков), H2O и молекулярные ионы, отвечающие фрагментам их тиольных лигандов.

2. Реакции нитрозильных комплексов железа с гемоглобином в растворах ДМСО / вода

Известно, что гемоглобин (Hb) взаимодействует с NO c образованием нитрозильного гемоглобина (HbNO). Спектр поглощения гемоглобина с характерной полосой в видимой области lmax = 556 нм (e =12.5 мМ-1·cm-1) преобразуется в спектр нитрозильного гемоглобина с λmax = 545 нм, (ε = 12.6 мМ-1·cm-1) и λmax = 575 нм (ε=13.0 мМ-1·cm-1) (значения ε отнесены на один гем человеческого гемоглобина). Характеристический спектр образования HbNO в ходе реакций комплекса IV с гемоглобином представлен на рисунке 7. На рисунке 8 представлены данные кинетики взаимодействия комплекса IV с Hb.


Рис. 8 Кинетика образования HbNO при взаимодействии Hb (10-5 М) с комплексом IV при 250С и рН=7.0. Сплошной линией показана теоретическая моноэкспоненциальная кривая, точками – результаты эксперимента

Рис. 7 Изменение дифференциальных спектров поглощения во время взаимодействия комплекса IV (2·10-4 М) с Hb (10-5 М). Растворитель - 0.05 М фосфатный буфер (pH 7.0), содержащий 3.3 % ДМСО в экспериментальной кювете, в кювете сравнения ДМСО и буферный раствор. Температура 250С

Все кинетические закономерности хорошо описываются в рамках формализма реакций псевдопервого порядка. Были построены теоретические моноэкспоненциальные кривые, используя функцию



(5)

где k – эффективная константа скорости первого порядка, а – конечная концентрация HbNO.



Эффективные константы скорости первого порядка (k) для изученных реакций показаны в таблице 4. Скорость взаимодействия гемоглобина с NO близка к скорости диффузии (константа скорости для реакции второго порядка – 1.02·108 М-1·s-1 [11]). Исходя из значений k, которые были получены для I-V (Таблица 4), можно предположить, что скорость образования HbNO в экспериментах определяется стадией генерации NO из комплексов I-V. Следовательно, образование HbNO может быть описано двумя последовательными реакциями. Первая реакция – разложение комплексов I-V с

Таблица 4. Эффективные константы скорости первого порядка (k) взаимодействия комплексов I-V с Hb*.




Комплекс

k, с-1х·103

I

Na2[Fe(S2O3)2(NO)2]4H2O

4.5  0.45

II

[Fe23Н3N2S)2(NO)4]

7.4  0.74

III

[Fe2(SС4H5N2)2(NO)4]

8.85  0.9

IV

[Fe2(SС3H5N2)2(NO)4]

57.0  0.57

V

Na2[Fe2S2(NO)4]8H2O

0.061  0.006

*Концентрация комплексов I-V 2·10-4 М, концентрация Hb – (6-7.5)·10-6 М.
выделением NO и константой скорости k1 (необратимая реакция первого порядка), вторая реакция – образование HbNO с эффективной константой скорости реакции псевдопервого порядка k2. Для используемых концентраций гемоглобина ((6-7.5)·10-6 М) k2 равны 612-765 s-1. Эти значения k2 превышают в 105 раз константы скорости для образования HbNO, полученного в экспериментах (Таблица 4). Для последовательных реакций, накопление конечного продукта, в данном случае HbNO, описывается уравнением:
(6)

Для k2, значительно превышающего k1 (как в нашем случае), второй частью уравнения (6) можно пренебречь из-за малого значения. Т.о., накопление конечного продукта происходит с константой скорости первого процесса, k1, согласно уравнению:



(7)

Таким образом, HbNO образуется со скоростью, равной скорости генерации NO в растворе. Конечная концентрация HbNO в экспериментах определялась начальной концентрацией гемоглобина, потому что константа связывания гемоглобина с NO 3·1010 М-1 [11]. Ошибка измерения констант составляет 10 %.

Для “красной соли Русина” (V) изменение спектров поглощения гемоглобина, указывающие на образование HbNO, происходило медленнее. Эффективная константа скорости первого порядка для реакции взаимодействия ее с гемоглобином 6.1·10-5± 6·10-6 с-1.

Для нитропруссида натрия (VI) спектр поглощения гемоглобина начал изменяться только через 50 минут, реакция шла очень медленно в течение следующих 4.5 часов, и концентрация HbNO лишь незначительно увеличивалась.

Изменение спектра поглощения при реакции гемоглобина с диэтилентриамин-NO-атом (VII) начиналось спустя 1,5 часа; реакция шла более 10 часов. Эффективная константа скорости первого порядка составляла 8·10-5 с-1.

Согласно расчетам [7], электронную конфигурацию железо-нитрозильного фрагмента в комплексах, I-IV можно представить как {Fe(NO)2}7+2. Степень окисления железа 1+ (d7-конфигурация), поэтому нельзя ожидать, что дезоксигемоглобин будет действовать как восстановитель в исследуемых реакциях (известно, что дезоксигемоглобин ответственен за одноэлектронное восстановление иона нитрита, которое приводит к образованию Hb-NO). К тому же, как показали эксперименты, образования метмиоглобина – продукта восстановления дезоксигемоглобина – в исследуемых системах не наблюдалось. Поскольку скорость взаимодействия гемоглобина с NO близка к диффузионной (1.02·108 М-1·s-1), полученные экспериментальные значения константы скорости k (таблица 4) свидетельствуют о том, что скорость взаимодействия комплексов железа I-IV с гемоглобином ограничена скоростью разложения комплексов: это может быть обусловлено как природой лигандов, так и типом структуры (μ2-S или μ-N-C-S) используемого донора.


3. NO-донирование нитрозильных комплексов железа с

2-меркаптоимидазолами в растворах ДМСО / вода

На рисунках 9 и 10 приведены временные зависимости концентрации NO, генерируемого исследуемыми комплексами I-IV и соединениями V, VII в аэробных (рис. 9) и анаэробных (рис. 10) условиях при 250С в отсутствии гемоглобина. В экспериментах не проводилось какой-либо активации комплексов, поэтому на рисунках отсутствует кривая зависимости для нитропруссида натрия VII, который нуждается в фотоактивации для выделения NO. В отличие от этого соединения все сера-нитрозильные комплексы железа генерируют оксид азота с первых секунд после растворения в протонном растворителе. При этом все комплексы по количеству выделяемого NO можно поставить в ряд (для комплекса I наблюдается максимальное значение генерируемого NO):


<< предыдущая страница   следующая страница >>



Вечная любовь: около шести месяцев. Янина Ипохорская
ещё >>