Взаємодія біядерних кластерів ренію(ІІІ), що містять зв'язок метал-метал підвищеної кратності з вільними радикалами

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДВНЗ „УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ”

УДК 546.719:541.49

ВЗАЄМОДІЯ БІЯДЕРНИХ КЛАСТЕРІВ РЕНІЮ(ІІІ), ЩО МІСТЯТЬ ЗВ'ЯЗОК МЕТАЛ-МЕТАЛ ПІДВИЩЕНОЇ КРАТНОСТІ, З ВІЛЬНИМИ РАДИКАЛАМИ

02.00.01 - неорганічна хімія

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

ТРЕТЯК Світлана Юріївна

Дніпропетровськ 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі неорганічної хімії ДВНЗ “Український державний хіміко-технологічний університет”, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор хімічних наук, професор Штеменко Олександр Васильович, ДВНЗ „Український державний хіміко-технологічний університет”, завідувач кафедри неорганічної хімії

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук Гельмбольдт Володимир Олегович, Фізико-хімічний інститут захисту навколишнього середовища і людини, завідувач відділу

доктор хімічних наук, професор Шульгін Віктор Федорович, Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського, завідувач кафедри загальної хімії

Захист відбудеться 23.10.2009 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.078.01 при ДВНЗ „Український державний хіміко-технологічний університет” за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 8, ауд. №220.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ДВНЗ “Український державний хіміко-технологічний університет” (49005, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 8).

Автореферат розісланий 15.09.2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради І.Д. Пініелле

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Біядерні кластерні сполуки ренію(III) завдяки унікальності своєї будови перебувають під пильною увагою фахівців у галузі теорії хімічного зв'язку та будови координаційних сполук. Більше того, синтетичні успіхи останніх років дали можливість замислитися над практичним застосуванням цих унікальних речовин, які тільки з місточковими лігандами до Re₂⁶⁺ координуючого центру утворюють 4 структурних типи. Виявилося, що більшість із таких структурних типів проявляють потужні антиоксидантні, цитостабілізуючі та антиканцерогенні властивості. Щоб керувати цим процесом необхідно вивчати механізм їх дії. Отримані дані дозволяють припустити, що одним з основних механізмів такої дії є антирадикальні властивості біядерних кластерів ренію(III) із четверним зв'язком метал-метал. Оскільки більшість патологічних процесів у живих організмах супроводжується “радикальним вибухом” - неконтрольованим збільшенням кількості вільних радикалів, тому вивчення можливостей запобігання цьому “вибуху” є актуальним завданням.

Актуальність постановки і проведення такого дослідження, спрямованого на вивчення взаємодії похідних Re₂⁶⁺ з вільними радикалами, визначається ще й тим, що до складу усіх зазначених сполук входить біядерний координуючий центр із мультиплетним зв'язком Реній-Реній, що містить д-компоненту, з незначною енергією дд^* розщеплення (0,615 еВ), здатну відігравати роль “пастки” вільних радикалів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі неорганічної хімії ДВНЗ “Український державний хіміко-технологічний університет” і проводилася відповідно до планів наукових досліджень кафедри: держбюджетна тема Міністерства освіти і науки України “Розробка наукових основ синтезу високодисперсних систем з прогнозованими властивостями на базі сполук перехідних елементів”, державний реєстраційний номер 0105U000417 (2005-2007р.), “Кластерні та супрамолекулярні сполуки перехідних елементів як біологічно активні речовини та матеріали для нової техніки”, державний реєстраційний номер 0108U001161 (2008-2010р.), “Синтез та дослідження властивостей і процесів вільнорадикального окиснення комплексних та змішаних гетерогенних систем”, державний реєстраційний номер 0106U003720 (2006-2010р.)

Мета роботи: визначення характерних особливостей взаємодії біядерних кластерних сполук ренію(III) різних структурних типів з вільними радикалами.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:

- синтезувати представників різних структурних типів похідних кластеру Re₂⁶⁺ з галогенідними та карбоксилатними лігандами;

- дослідити їх взаємодію зі стійкими вільними радикалами;

- запропонувати маршрут реакції вільних радикалів зі сполуками, які містять кластерний фрагмент Re₂⁶⁺, показати роль четверного зв'язку у цьому процесі;

- визначити можливі області практичного застосування результатів здійсненних досліджень. синтез ліганда радикал сполука

Об'єкт дослідження - кластери ренію у реакціях з вільними радикалами, хімічні, спектральні та фізико-хімічні властивості продуктів взаємодії.

Предмет дослідження - ефективність антирадикальних властивостей кластерів ренію, кінетика, маршрут процесу взаємодії кластерів ренію(III) з вільними радикалами.

Методи дослідження - ІЧ- і електронна спектроскопія (ЕСП) (ідентифікація та вивчення хімічних властивостей сполук), електронний парамагнітний резонанс (вивчення електронної будови досліджуваної системи), елементний аналіз, метод "зупиненого" струменя.

Наукова новизна отриманих результатів. Уперше здійснено дослідження взаємодії біядерних кластерних галогенідних і галогенокарбоксилатних сполук диренію(III) усіх структурних типів зі стійкими 1,3,5- трифенілвердазильним і гальвіноксильним радикалами. Методами елементного аналізу, ІЧ- і електронної спектроскопії, методом "зупиненого" струменя, а також ЕПР встановлено склад і будову отриманих продуктів.

Уперше показано, що похідні кластеру Re₂⁶⁺, що містять четверний зв'язок Re-Re, здатні бути “пасткою” вільних радикалів. Встановлено, що поступове заміщення галогенідних лігандів на місточкові карбоксилатні у кластерах диренію(III) призводить до зменшення швидкості реакції з радикалом, що пов'язане з перерозподілом електронної густини навколо комплексоутворюючого центра Re₂⁶⁺ і, як наслідок, зміною механізму взаємодії похідних Re₂⁶⁺ кластера з вільними радикалами.

Уперше вивчені деякі кінетичні закономірності взаємодії похідних кластера Re₂⁶⁺ із 1,3,5- трифенілвердазильним і гальвіноксильним радикалами в 1,2-дихлоретані, визначені умови проходження, розраховані константи швидкості такого процесу та зроблені припущення щодо його маршруту.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено методики дослідження антирадикальної активності галогенокарбоксилатів диренію(III), що дозволило дослідити їх взаємодію з вільними радикалами та надати пояснення їх біохімічним властивостям.

Показано перспективність використання похідних Re₂⁶⁺ у якості малотоксичних речовин, що проявляють широкий спектр біологічної активності, у тому числі антигемолітичну та антирадикальну активність.

Особистий внесок здобувача. Полягає в здійсненні експериментальних досліджень, обробці експериментальних даних, публікації результатів роботи. Постановка мети і завдань дослідження, а також аналіз його результатів виконані разом з науковим керівником д.х.н., проф. Штеменком О.В. Спектри електронного парамагнітного резонансу отримані за участю к.ф-м.н. Ворони Ігоря Петровича (Інститут фізики напівпровідників НАН України, м. Київ). Дослідження кінетики швидких реакцій методом "зупиненого" струменя здійснювали за участю д.х.н., проф. Шаповалова В.В. (Донецький національний технічний університет).

Апробація роботи. Матеріали дисертації доповідалися на: ІІ, ІІІ, ІV Міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Хімія і сучасні технології” (м. Дніпропетровськ, 2005, 2007, 2009 р.), ХХII, ХХІІІ Международной Чугаевской конференции по координационной химии (м. Кишинів, 2005 р., м. Одеса, 2007 р.), XV-th Conference"Physical Methods in Coordination and Supramolecular Chemistry" (м. Кишинів, 2006 р.), 13th International Conference on Biological Inorganic Chemistry (м. Відень, Австрія, 2007 р.), 10th International Symposium on Metal Ions in Biology and Medicine (Корсика, Франція, 2008 р.), Українській конференції з неорганічної хімії за участю закордонних вчених (м. Львів, 2008 р.).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковані 5 статей і 8 тез доповідей і матеріалів конференцій.

Структура та обсяг. Дисертація складається зі вступу, трьох розділів, заключення, висновків, списка літератури та додатка. Вона викладена на 138 сторінках (з них 9 сторінок - додаток) і містить 59 рисунків (з них 3 у додатку) і 11 таблиць. Перелік цитованої літератури нараховує 135 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність роботи, сформовані мета та завдання дослідження, відображені наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

У літературному огляді (розділ I) викладені відомості про будову та властивості кластерів перехідних металів зі зв'язком порядку 4, 3 та 3,5. Надано детальну характеристику вільних радикалів, описані їх основні фізико-хімічні властивості. Показано значення вільнорадикальних процесів у живому організмі.

У II розділі наведено експериментальні методики синтезу кластерних сполук ренію, а також методики фізико - хімічних досліджень методами ІЧ-, ЕПР та електронної спектроскопії, елементного хімічного аналізу та метод "зупиненого" струменя.

У III розділі викладено результати експериментальних досліджень та їх обговорення.

Була вивчена взаємодія усіх можливих структурних типів галогенокарбоксилатів та октагалогенідів диренію(III) зі стійкими радикалами. Досліджено взаємодію представників структурного типу тетракарбоксилатів - Re₂(RCOO)₄Х₂, трикарбоксилатів - Re₂(RCOO)₃Cl₃, дикарбоксилатів цис-будови - цис-Re₂(RCOO)₂Cl₄2L та транс-будови - транс-Re₂(RCOO)₂Cl₄ (де R = СН₃, С₂Н₅, С₃Н₇, i-С₃Н₇, С₁₀Н₁₅, Х= Cl, Вr, L = ДМФА, ДМАА, ДМСО, Py), (NBu₄)₂Re₂Cl₈, (NBu₄)₂Re₂Br₈ з 1,3,5-трифенілвердазильним і гальвіноксильним радикалами.

Взаємодія похідних кластеру Re₂⁶⁺ з 1,3,5-трифенілвердазильним радикалом

Причиною високої стабільності 1,3,5-трифенілвердазильного радикала (ТФВ) (рис. 1) є те, що у нього реакційні центри досить сильно екрановані фенільними кільцями та відбувається супряження неспареного електрона із системою р-зв'язків. У кристалічному стані радикал зберігається без змін протягом 15 років, а у неполярних розчинниках не змінюється протягом декількох місяців, тому є зручною моделлю для дослідження взаємодії з біядерними кластерними сполуками Re(III).

Дослідження здійснювали спектрофотометрично у 1,2-дихлоретані, оскільки у нього відсутні електронодонорні властивості (DN(SbCl₅) = 0), що виключає можливість взаємодії з радикалом. Максимум поглинання радикала при 13900 см^-1 не змінюється за розташуванням і за інтенсивністю протягом декількох місяців, що підтверджує відсутність взаємодії між ТФВ-радикалом і розчинником.

Для виявлення впливу четверного зв'язку на взаємодію з вільними радикалами попередньо було здійснено дослідження сполук, що не містять зв'язок Реній-Реній. Внаслідок такого дослідження для КReО₄, NH₄ReО₄, Re(CO)₅Br та інших подібних речовин не виявлено змін спектральної картини у часі при змішуванні з ТФВ-радикалом, що свідчить про відсутність процесу руйнування радикала моноядерними сполуками ренію. Крім того, встановлено, що вільні ліганди (Н₂О, СН₃СООН, Сl-, Br-) не руйнують радикал. Було висловлено припущення, що саме наявність четверного зв'язку, який містить “активну” д-компоненту, може призвести до взаємодії з вільними радикалами. Об'єктами для подальших досліджень були обрані похідні кластеру Re₂⁶⁺ з галогенідними та карбоксилатними лігандами. Такий вибір зумовлений широким спектром біологічної активності, виявленим раніше для галогенокарбоксилатів диренію(III). Зазначені речовини досить добре вивчені та стійкі. Крім того, місточкова координація карбоксилатних лігандів до четверного зв'язку Re-Re призводить до утворення п'ятичленного циклу із гіперконьюгованою електронною системою (рис. 2).

Внаслідок реакції з віддачею електрона ТФВ-радикал переходить у ТФВ-катіон (рис. 1). Такий перехід можна легко зафіксувати за допомогою ЕСП, оскільки для ТФВ-радикала характерні максимуми поглинання при 13900 см^-1 та 25000 см^-1, а для катіона, який утворюється -18180 см^-1. Крім того, за допомогою ЕСП можна також встановити наявність четверного зв'язку Реній-Реній у кластерах диренію(III) з галогенідними та карбоксилатними лігандами у видимій області за дд - електронним переходом.

Дигалогенотетра--карбоксилати диренію(ІІІ) (рис. 3). Була вивчена взаємодія Re₂(RCOO)₄Х₂ (де R = С₂Н₅, С₃Н₇, i-С₃Н₇, С₁₀Н₁₅, Х= Cl, Вr) із ТВФ-радикалом у часі. Аналіз отриманої спектральної картини (рис.4) показав, що з часом зникає максимум поглинання при 13890 см-¹, характерний для ТФВ-радикала, з'являється та поступово зростає максимум поглинання при 18180 см-¹, що пов'язано з утворенням ТФВ-катіона. Взаємодія дигалогенотетра-м-карбоксилатів диренію(ІІІ) із ТФВ- радикалом проходить протягом 30-35 діб. Зростання максимуму поглинання д-д* - електронного переходу четверного зв'язку Re-Re (рис. 5) свідчить про те, що на початку реакції відбувається координація радикала в аксіальні положення комплексу диренію(ІІІ), як найбільш лабільні. Така координація підтверджується даними ЕСП, оскільки відомо, що при заміщенні екваторіальних лігандів відбувається зміна положення максимуму поглинання д-д*-електронного переходу четверного зв'язку Re-Re, а при заміні аксіальних лігандів змінюється тільки екстинкція комплексу зі збереженням положення максимуму поглинання. Крім того, за допомогою даних прямого рентгеноструктурного аналізу на прикладі ацетатних похідних, для яких раніше був зроблений прямий рентгеноструктурний аналіз, було показано, що екваторіальні ліганди Х (Х = Cl, Br, СОО-) утворюють із атомами Ренію міцні зв'язки: Re-Clекв= 2,28 Е, Re-Oекв= 1,97-2,03 Е для цис-Re₂(RCOO)₂Cl₄·2H₂O, а взаємодія аксіальних лігандів L (L = Cl, Br, H₂O, ДМФА, ДМСО) з атомами Ренію набагато слабша і довжина Re - L значно більша, ніж Re - X (Re-Clакс = 2,52 Е для Re₂(RCOO)₄Cl₂, Re-O_акс = 2,35 Е для цис-Re₂(RCOO)₂Cl₄·2H₂O).

Таким чином, на першій стадії реакції відбувається координація радикала в аксіальні положення, а на другій - протікає реакція з перенесенням електрона, оскільки в ЕСП зафіксовано появу максимуму поглинання ТФВ - катіона.

Вивчення кінетики процесу взаємодії ТФВ - радикала з кластерами ренію показало, що цей процес складний та багатостадійний. На кінетичних кривих (рис. 6) спостерігається два відрізки. Перший етап взаємодії від 0 до 400 хвилин (рис. 6) відбувається за кінетичним рівнянням другого порядку. При цьому швидкість накопичення продукту взаємодії (катіона) дуже мала (рис. 7), тобто спостерігається період індукції. Таким чином, за формою кінетичних кривих можна зробити припущення, що взаємодія є послідовною з утворенням перехідного комплексу на першому етапі, від 0 до 400 хвилин (рис. 7) цей процес є лімітуючим. На другому етапі реакції понад 400 хвилин експериментальні дані дають прямолінійну залежність на графіку lnC-f(t), що вказує на перший порядок реакції, тобто реакції безпосереднього перенесення електрона.

За допомогою спектрофотометрії було доведено, що радикал координується в аксіальні положення кластеру ренію, утворюючи перехідний комплекс, а потім відбувається перенесення електрона з утворенням катіона, що узгоджується з отриманими кінетичними даними та підтверджує припущенний маршрут процесу.

Аналіз значень констант швидкості реакцій, розрахованих за кутом нахилу прямої (рис. 6), показав, що зі збільшенням індукційного ефекту алкільної групи [J(C₁₀H₁₅-)> J(i-C₃H₇-)>J(C₃H₇-)>J(C₂H₅-)] швидкість реакції зменшується. У ряду похідних пропіонової, масляної, ізомасляної, адамантанкарбонової кислот найменша швидкість поглинання радикала спостерігається для адамантанового похідного, оскільки, адамантантильна група має найбільший індукційний ефект.

Збільшення розгалуженості алкільної групи однакового складу (наприклад, C₃H₇ та i-C₃H₇) призводить до зменшення константи швидкості, що пов'язане з більшим індукційним ефектом розгалуженої групи i-C₃H₇.

Дослідження дибромотетра--карбоксилатів диренію(III) дозволило вивчити вплив природи галогену у лігандному оточенні кластеру Re₂⁶⁺ на швидкість перебігу процесу, а також ще раз підтвердити той факт, що координація радикала відбувається в аксіальні положення, як більш лабільні у порівнянні з екваторіальними. Довжина зв'язку Re-Br_акс = 2,603 Е більша, ніж Re-Cl_акс = 2,477 Е, а отже зв'язок слабший, тому заміна Cl? на Br? сприяє зниженню енергетичного бар'єра реакції заміщення галогену на радикал і варто очікувати, що Re₂(RCOO)₄Br₂ буде реагувати з радикалом швидше, ніж Re₂(RCOO)₄Cl₂. Реакція проходить протягом 20-25 діб, а отримані кінетичні криві аналогічні отриманим раніше для хлоридних похідних. Отримані експериментальні дані для дибромотетра--карбоксилатів диренію(III) підтверджують зроблений раніше висновок, що на першому етапі реакції відбувається координація радикала, а збільшення швидкості може бути ще одним доказом координації радикала саме в аксіальні положення.

Тригалогенотри--карбоксилати диренію(ІІІ) (рис. 8) містять меншу кількість карбоксилатних груп у порівнянні з тетракарбоксилатами. Внаслідок взаємодії із ТФВ-радикалом (рис. 9) з часом зникає максимум поглинання при 13890 см-¹, характерний для ТФВ-радикала, з'являється та поступово зростає максимум поглинання при 18180 см-¹, який відповідає утворенню ТФВ-катіона. Виявлено, що взаємодія ТФВ-радикала з трикарбоксилатними похідними відбувається протягом 3-5 діб, що значно швидше, ніж у випадку з відповідними тетра-µ-карбоксилатами.

Вивчення кінетики показало, що так само, як і для попереднього структурного типу, за формою кінетичних кривих можна зробити припущення, що реакція є послідовною з утворенням перехідного комплексу на першому етапі, а на другому відбувається процес перенесення електрона, що дає підставу припускати про подібний механізм взаємодії цих двох структурних типів галогенокарбоксилатів диренію(III) з ТФВ-радикалом.

Попередні дослідження показали, що заміна карбоксилатних лігандів на галогенідні призводить до підвищення швидкості процесу, тому у подальшому було досліджено ще один структурний тип: цис-Re₂(RCOO)₂Cl₄·2L (рис.10).

Спектральна картина процесу взаємодії цис-Re₂(СН₃COO)₂Cl₄2ДМФА з ТФВ-радикалом наведена на рис. 11. Про повне протикання реакції свідчило зникнення максимуму поглинання ТФВ-радикала у видимій області і поява максимуму поглинання, що характеризує утворення ТФВ-катіона (рис. 11).

Взаємодія ТФВ-радикала із цис-тетрагалогеноди-м-карбоксилатами диренію(III) у дихлоретані відбувається протягом доби, ще швидше, ніж з тетра- і трикарбоксилатами. Для вивчення впливу надлишку вихідної речовини на взаємодію комплексів ренію з радикалом була досліджена взаємодія цис-Re₂(СН₃COO)₂Cl₄2ДМФА із ТФВ за різного мольного співвідношення (1:1, 1:2, 1:10 та 10:1). Незалежно від співвідношення вихідних речовин процес проходить повністю, оскільки в ЕСП спостерігається зникнення максимуму поглинання ТФВ-радикалу та відбувається поява піка ТФВ-катіона. Дослідження процесу за 10 кратного надлишку радикала показало, що реакція протікає повністю навіть за такого надлишку ТФВ-радикала.

Отримані дані дозволяють зробити висновок, що кластери ренію реагують із будь-якою кількістю вільного радикала, та можуть виступати як речовини з антирадикальними властивостями багаторазової дії.

Дослідження взаємодії ТФВ-радикала із транс-тетрагалогеноди-м-карбоксилатами диренію(ІІІ) (рис. 12) показало, що ТФВ-радикал реагує із транс-Re₂(RCOO)₂Cl₄ набагато швидше, ніж з усіма іншими структурними типами галогенокарбоксилатів диренію(III). Процес проходить протягом декількох секунд, тому дослідження взаємодії з радикалом у часі проводили метод "зупиненого" струменя. При здійсненні даного дослідження фіксували зміну пропускання в часі при постійній довжині хвилі. Вимірювання проводилися спочатку при 13900 см^-1 - смуга поглинання, що відповідає ТФВ-радикалу, пропускання якої збільшувалося з часом. Потім була зафіксована спектральна картина для максимуму поглинання при 18180 см^-1, що відповідає ТФВ-катіону та 16130 см^-1 - що характеризує д>д^*-електронний перехід у транс- Re₂(RCOO)₂Cl₄. Отримана спектральна картина наведена на рис. 13. Використання результатів, отриманих при взаємодії транс-Re₂(С₂Н₅COO)₂Cl₄ з ТФВ-радикалом при різному мольному співвідношенні, дає відповідь про форму існування вихідного диренієвого комплексу після реакції з перенесенням електрона та можливість дослідити маршрут цього процесу (рис. 14).

Для транс-тетрагалогеноди-м-карбоксилатів диренію(ІІІ), також було зафіксовано зростання максимуму поглинання д>д^* електронного переходу четверного зв'язку Re-Re, що відбувається за рахунок координації радикала в аксіальні положення кластера ренію. Відомо, що заміна менш електронодонорного аксіального ліганду на більш електронодонорний призводить до збільшення екстинкції максимуму поглинання комплексу без зміни його положення. На підставі отриманих експериментальних даних і літературних відомостей можна зробити висновок, що на початку реакції відбувається координація радикала в аксіальні положення комплексу ренію, тому спостерігається зростання максимуму поглинання четверного зв'язку Реній-Реній.

На другій стадії відбувається перенесення електрона з утворенням катіона з радикала, що також було зафіксовано спектрофотометрично.

Вивчення взаємодії (NBu₄)₂Re₂Cl₈ і (NBu₄)₂Re₂Br₈ (рис. 15) із ТФВ-радикалом показало, що як і для карбоксилатів така взаємодія характеризується зменшенням максимуму поглинання радикала та зростанням піка катіона. Порівняння кінетичних даних окиснення ТФВ-радикала за допомогою (NBu₄)₂Re₂Cl₈ і (NBu₄)₂Re₂Br₈ показує, що заміна Cl? на Br? сприяє збільшенню швидкості реакції. Так (NBu₄)₂Re₂Cl₈ реагує з радикалом протягом декількох днів, у той час як (NBu₄)₂Re₂Br₈ протягом декількох хвилин. Така закономірність може бути пояснена більшою електронегативністю хлоридних атомів у порівнянні із бромідними і, як наслідок, більш негативним індукційним ефектом хлоридних лігандів, через що на них зосереджена більша електронна густина, що підсилює відштовхування радикала і уповільнює взаємодію з диренієвим фрагментом. Оскільки тетра-н-бутиламоній октабромодиренат(ІІІ) та тетра-н-бутиламоній октахлородиренат(ІІІ) не містять карбоксилатних груп, то можна зробити висновок, що антирадикальна активність кластерних сполук диренію(ІІІ) є функцією четверного зв'язку Реній-Реній, а лігандне оточення кластера Re₂⁶⁺ впливає лише на швидкість взаємодії похідних кластеру Re₂⁶⁺ з ТФВ-радикалом.

Взаємодія похідних кластеру Re₂⁶⁺ з гальвіноксильним радикалом

Для вивчення впливу електронодонорних властивостей вільних радикалів у реакціях взаємодії з комплексами диренію(III) був використаний гальвіноксильний (Gl) радикал (рис. 16). Як і для трифенілвердазильних радикалів, основними факторами, які відповідають за стабільність феноксильних радикалів, до яких належить Gl, є делокалізація неспареного електрона у системі р-зв'язків фенільного кільця та замісників, а також сильне просторове екранування атома, який формально несе неспарений електрон. Відомо, що ТФВ-радикал більш електронодонорний, ніж Gl-радикал. Тому слід очікувати, що у Gl-радикала при взаємодії з похідними диренію швидкість реакції буде менша, ніж у ТФВ-радикала.

Внаслідок реакції з віддачею електрона радикал переходить у катіон (рис. 16). Такий перехід може бути легко зафіксований за допомогою ЕСП, оскільки для радикала та катіона, який утворюється, характерна різна спектральна картина. Так у Gl-радикала максимум поглинання при 11428 см^-1, а у катіона, який утворився, -19230 см^-1. Крім того, як зазначалося раніше, максимум поглинання, що характеризує четверний зв'язок Реній-Реній у похідних диренію(III), також є присутнім у видимій області ЕСП.

Була досліджена взаємодія усіх структурних типів похідних Re₂⁶⁺ з Gl-радикалом. Здійснені дослідження показали, що взаємодія кластерів диренію(III) з Gl-радикалом відбувається довше, ніж із ТФВ-радикалом. Транс-Re₂(RCOO)₂Cl₄ з Gl-радикалом реагують протягом 30 хвилин. Аналіз спектральної картини показав, що згодом відбувається падіння максимуму поглинання Gl-радикала протягом 30 хвилин, з'являються одночасно піки при 19230 см-¹ та 14285 см^-1 (рис. 17), зростання яких продовжується протягом 2 годин. Відомо, що феноксильні радикали вступають у реакції одноелектронного перенесення, як відновники, так і окисники. Крім того, вони можуть проявляти електронодонорні та акцепторні властивості за утворення комплексу з перенесенням заряду (КПЗ). Аналіз літературних даних дозволяє стверджувати, що максимум поглинання при 14285 см^-1 за своїм розташуванням та шириною цієї смуги відповідає поглинанню КПЗ, утвореного Gl-радикалом і комплексом ренію. Оскільки у спектрі системи Gl-радикал - комплекс ренію крім смуги перенесення заряду спостерігається також смуга фенолят-катіона при 19230 см^-1, то можна зробити висновок про паралельний перебіг реакцій одноелектронного перенесення та утворення КПЗ Gl-Re₂⁶⁺.

Тригалогенотри--карбоксилати диренію(ІІІ) з Gl-радикалом реагують аналогічно транс-дикарбоксилатам. Максимум поглинання Gl-радикала зменшується протягом доби, піки катіона та КПЗ продовжують зростати впродовж 10 діб. При взаємодії цис-тетрагалогеноди-м-карбоксилатів диренію(III) з Gl-радикалом відбувається тільки процес перенесення електрона з утворенням катіона і не відбувається утворення КПЗ.

Таким чином, з отриманих результатів можна зробити висновок, що взаємодія похідних диренію(III), які володіють антирадикальними властивостями, з вільними радикалами залежить від лігандного оточення Re₂⁶⁺ центру та просторової будови як вільних радикалів, так і комплексів диренію(ІІІ), але обов'язковим є наявність четверного зв'язку рений-рений, який може виконувати роль акцептора неспарених електронів.

Спектральні властивості продукту реакції взаємодії ТФВ-радикала з комплексними сполуками диренію(ІІІ)

Відомо, що для усіх структурних типів галогенокарбоксилатів диренію(III) в ІЧ-спектрах спостерігається одна характерна інтенсивна, але слабко розщеплена смуга поглинання в області н(СО) з максимумом в інтервалі 1440-1470 см-¹. Таке розташування вказує на наявність координованої карбоксилатної групи, оскільки при цьому зникають смуги поглинання в області карбонільної групи карбонової кислоти, однак її розташування не змінюється для комплексних сполук із різним співвідношенням галогенідних і карбоксилатних лігандів. Для фрагмента Re₂⁵⁺ (порядок зв'язку 3,5) в ІЧ-спектрах присутня характеристична смуга (6811 см-¹), за наявності якої можна стверджувати, що у досліджуваній сполуці порядок зв'язку Реній-Реній дорівнює 3,5. Крім того, за допомогою ІЧ-спектроскопії можна говорити про форму існування ТФВ: радикал, катіон, аніон або лейковердазил. При переході від ТФВ-радикала до заряджених іонів, (катіона або аніона), які можуть бути отримані з радикала за віддачі або приєднання електрона відповідно, в ІЧ-спектрі з'являються помітні зміни.

Були отримані тверді продукти реакції взаємодії комплексів диренію(ІІІ) з ТФВ і Gl радикалами, які вивчені за допомогою ІЧ-спектроскопії, ЕСП та ЕПР. Аналіз отриманих ІЧ-спектрів продуктів реакції похідних диренію(III) із ТФВ-радикалом показав, що в спектрі присутні смуги, які характеризують наявність катіона та відсутні смуги радикала. Отримані дані дозволяють зробити висновок, що внаслідок проходження реакції радикал переходить у катіон, а у комплексу ренію зберігається четверний зв'язок, що також підтверджує дані, отримані з ЕСП.

Продукти реакції, отримані при взаємодії кластерів ренію(III) з вільними радикалами, були вивчені методом ЕПР. Аналіз отриманих результатів показав, що тверді продукти реакції не містять неспарений електрон. Крім того, було проведено дослідження заморожених розчинів вільних радикалів із кластерами ренію. Визначено, що сигнал вільного радикала за взаємодії із комплексами ренію зникає, продукти, які утворилися після проходження реакції, не містять неспарений електрон. Таким чином, методом ЕПР також було доведено, що за взаємодії вільних радикалів з комплексами диренію(III) відбувається руйнування радикалів з утворенням нейтральних продуктів реакції.

Маршрут реакції взаємодії похідних кластеру Re₂⁶⁺ з вільними радикалами

Опираючись на отримані експериментальні дані, ми можемо описати маршрут процесів, що відбуваються наступним чином.

На першій стадії реакції відбувається координація вільного радикала в аксіальні положення кластерного фрагмента Re₂⁶⁺ (рис. 18).

Після координації між радикалом і комплексом ренію в системі, що утворилася, відбуваеться процес перенесення електрона на четверний зв'язок Реній-Реній, при цьому неспарений електрон “сідає” на д*-орбіталь, оскільки вона має найменшу енергію, через що відбувається зниження порядку зв'язку Реній-Реній до 3,5 (рис. 18). Перебіг такої реакції зафіксовано спектрофотометрично: в ЕСП фіксується зникнення максимуму поглинання радикала та поява смуги поглинання катіона.

Комплекс ренію, який утворився, з порядком зв'язку 3,5 дуже нестабільний, час життя його становить долі секунд, тому далі він дуже швидко рекомбінує, віддаючи наступному вільному радикалу електрон (рис. 19).

Таким чином, внаслідок реакції з перенесенням електрона ми отримуємо комплекс ренію із четверним зв'язком Реній-Реній, а радикал під дією електрона повністю руйнується, даючи нейтральні сполуки (N) (рис. 19), що підтверджується методом ЕПР. У випадку Gl-радикала проходять дві паралельні реакції, одночасно відбувається утворення катіона та КПЗ. Після координації між радикалом і кластером ренію відбувається перенесення електрона на зв'язок Реній-Реній зі зниженням порядку зв'язку до 3,5, а паралельно утворення КПЗ між радикалом і комплексом ренію. Перебіг паралельних реакцій у випадку Gl-радикала обумовлене його окисно-відновними властивостями.

Таким чином, нами було встановлено, що кластерні сполуки ренію(III) проявляють антирадикальні властивості саме за рахунок четверного зв'язку Реній-Реній. Пасткою вільних радикалів є д* компонента фрагмента Re₂⁶⁺. Крім того, комплексні сполуки ренію можуть виступати як речовини з антирадикальними властивостями багаторазової дії.

У заключенні зазначено, що при здійсненні дослідження було синтезовано 52 різних комплексних сполук ренію з галогенідними та карбоксилатними лігандами. Усі зазначені сполуки містять біядерний координуючий центр з мультиплетним зв'язком Реній-Реній, який включає д-компоненту, здатну в силу незначної енергії д-д* розщеплення відігравати роль пастки вільних радикалів. Виявлено, що поступове заміщення галогенідних лігандів на карбоксилатні у кластерах диренію(ІІІ) призводить до уповільнення реакції з радикалом. Найменша швидкість реакції спостерігається для тетракарбоксилатних похідних, найбільша для транс-дикарбоксилатів. Показано, що довжина та разгалуженість алкільних лігандів впливає на міцність четверного зв'язку Реній-Реній і, як наслідок, на антирадикальну активність галогенокарбоксилатів диренію(ІІІ).

У додатку надані результати вивчення антирадикальних властивостей біядерних кластерів диренію(ІІІ) in vitro та in vivo які були проведені співробітниками кафедри біофізики та біохімії Дніпропетровського національного університету під керівництвом д.б.н., проф. Штеменко Н.І.

Було встановлено, що кластерні сполуки ренію проявляють антирадикальну, протипухлинну та антигемолітичну активність при їх введені за схемою антиоксидантної терапії.

Вивчено вплив біядерних кластерних сполук ренію на інтенсивність перекисного окиснення ліпідів. За канцерогенезу спостерігається значне підвищення концентрації малонового діальдегіду (МДА), що свідчить про інтенсифікацію процесу перекисного окиснення ліпідів і виснаження системи антиоксидантного захисту (АОЗ). Введення кластерних сполук ренію, як індивідуально, так і в комплексі з цисплатином призводить до зниження рівня МДА, що свідчить про те, що комплексні сполуки диренію(ІІІ) виявляють антирадикальні властивості. Крім того, було визначено, що введення пухлиноносіям одночасно цисплатину та кластерної сполуки ренію за схемою антиоксидантної терапії призводить не тільки до майже повної редукції пухлини, але й до зростання концентрації гемоглобіну (на 28-71%), підвищення кількості дискоцитів (у 7 - 8 разів).

Таким чином, було доведено, що кластерні сполуки ренію гальмують процеси перекисного окиснення ліпідів в моделі пухлинного росту проявляючи антирадикальні властивості.

Дослідження антирадикальних властивостей кластерних сполук диренію(ІІІ) на біологічних об'єктах показали перспективність використання комплексних сполук ренію в якості лікарських засобів з низькою токсичністю, в тому числі як протипухлинних препаратів.

ВИСНОВКИ

1. Вивчено взаємодію комплексних сполук диренію(III) з галогенідними та карбоксилатними лігандами усіх можливих структурних типів на прикладі стійких 1,3,5- трифенілвердазильного та гальвіноксильного радикалів, що дозволило запропонувати маршрут реакції взаємодії похідних кластеру Re₂⁶⁺ c ТФВ та Gl- радикалами. На першій стадії реакції відбувається координація вільного радикала в аксіальні положення кластерного фрагмента Re₂⁶⁺, потім відбувається процес перенесення електрона.

2. Показано, що похідні кластеру Re₂⁶⁺ здатні бути “пасткою” вільних радикалів за рахунок четверного зв'язку Реній-Реній, при цьому поступове заміщення галогенідних лігандів на карбоксилатні в кластерах диренію(III) призводить до уповільнення реакції з радикалом.

3. Встановлено, що зменшення довжини та збільшення розгалуженості алкільної групи карбоксильного ліганду призводить до уповільнення взаємодії з вільним радикалом, що може бути пояснено ростом індукційного ефекту алкільної групи та зміцненням четверного зв'язку Реній-Реній.

4. Методами ЕПР, ІЧ- і електронної спектроскопії досліджений продукт реакції біядерних кластерів(III) з вільними радикалами, внаслідок чого було виявлене збереження кластерного фрагмента Re₂⁶⁺ і відсутність неспареного електрона.

5. Вивчені деякі кінетичні закономірності взаємодії похідних кластеру Re₂⁶⁺ із ТФВ та Gl- радикалами у 1,2-дихлоретані, показана багатостадійність проходження такого процесу.

6. Показано значні антирадикальні властивості кластерних сполук ренію у моделі пухлинного росту, що може бути основним фактором гальмування росту пухлини і призводить до норми інтенсивність перекисного окиснення ліпідів, підвищує активності ферментів антиоксидантного захисту, підвищує концентрацію гемоглобіну.

РОБОТИ, ОПУБЛІКОВАНІ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Штеменко А.В. Взаимодействие (NBu₄)₂Re₂Br₈ с 1,3,5-трифенилвердазильным радикалом / А.В. Штеменко, А.А. Голиченко, С.Ю. Третяк // Вопросы химии и хим. технологии. 2005. № 5. С. 37-39.

Особистий внесок здобувача полягає у проведені експериментальних досліджень процесу взаємодії (NBu₄)₂Re₂Br₈ з вільним радикалом.

2. Голиченко А.А. Взаимодействие дигалогенотетра-µ-карбоксилатов дирения(III) c 1,3,5-трифенилвердазильным радикалом / А.А. Голиченко, С.Ю. Третяк, А.В. Штеменко // Вопросы химии и хим. технологии. 2006. № 6. С. 22-24. Особистий внесок здобувача полягає у виконані всі експериментальних досліджень дигалогенотетра-µ-карбоксилатів диренію(III) із ТФВ-радикалом. Зроблено відповідні розрахунки та висновки.

3. Shtemenko A.V. Interaction of quadruple bonding rhenium unit with free radicals / A.V. Shtemenko, S.Y. Tretyak, A.A. Golichenko // Chemistry journal of Moldova. 2007. № 2. P. 93-97. Особистий внесок здобувача полягає у проведені всіх експериментальних досліджень по вивченню взаємодії біядерних кластерів ренію(ІІІ) із стійкими вільними радикалами.

4. Третяк С.Ю. Взаимодействие производных кластера Re₂⁶⁺ с гальвиноксильным радикалом / С.Ю. Третяк, А.А. Голиченко, А.В. Штеменко // Вопросы химии и хим. технологии. 2008. № 4. С. 117-119. Особистий внесок здобувача полягає у проведені всіх експериментальних досліджень та обробці отриманих даних.

5. Shtemenko A. Synthesis and antiradical properties of dirhenium cluster compounds / A. Shtemenko, A. Golichenko, S. Tretyak, N. Shtemenko, M. Randarevich // Metal ions in biology and medicine. 2008. V.10. P. 229-234. Особистий внесок здобувача полягає у проведені дослідження взаємодії кластерів диренію зі штучними радикалами, участь в обговоренні результатів.

6. Третяк С.Ю. Антирадикальная активность производных кластера Re₂⁶⁺ / С.Ю. Третяк, А.А. Голиченко, А.В. Штеменко // ІІ Міжнародна науково-технічна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених “Хімія і сучасні технології”: Праці міжнар. конф. Дніпропетровськ, 2005. С. 33. Особистий внесок здобувача полягає у постановці завдань досліджень та розробці методик проведення експериментів з вивчення антирадикальних властивостей кластерів Re₂⁶⁺.

7. Штеменко А.В. Взаимодействие кластерных соединений рения(III) cо свободными радикалами / А.В. Штеменко, А.А. Голиченко, С.Ю. Третяк // ХХII Международная Чугаевская конференция по координационной химии: Праці міжнар. конф. Кишинёв, 2005. C. 560. Особистий внесок здобувача полягає у проведені експериментів, виборі вільних радикалів в залежності від їх стійкості.

8. Tretyak S.Y. Interaction of quadruple bonding rhenium unit with free radicals / S.Y. Tretyak, A.A. Golichenko, A.V. Shtemenko // XV-th Conference "Physical Methods in Coordination and Supramolecular Chemistry": Праці міжнар. конф. Kishinev, R. Moldova, 2006. P. 187. Особистий внесок здобувача полягає у проведені всіх експериментальних досліджень по вивченню взаємодії біядерних кластерів ренію(ІІІ) із стійкими вільними радикалами.

9. Рандаревич М.С. Взаимодействие дигалогенотетра--карбоксилатов дирения(III) с 1,3,5-трифенилвердазильным радикалом / М.С. Рандаревич, С.Ю. Третяк, А.А. Голиченко // IІІ Міжнародна науково-технічна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених “Хімія і сучасні технології”: Праці міжнар. конф. Дніпропетровськ, 2007. С. 15. Особистий внесок здобувача полягає у проведені всіх експериментальних досліджень. Виконано розрахунки та висновки.

10. Shtemenko A.V. Interaction of cluster Rhenium compounds with radicals in vitro and in vivo / A.V. Shtemenko, N.I. Shtemenko, A.A. Golichenko, S.Y. Tretyak // 13th International Conference on Biological Inorganic Chemistry: Праці міжнар. конф. Vienna, 2007. P. 191. Особистий внесок здобувача полягає у проведені експериментальних досліджень кластерів ренію зі штучними радикалами, обробці експериментальних даних.

11. Штеменко А.В. Антирадикальные свойства галогенокарбоксилатов дирения(III) in vitro и in vivo / А.В. Штеменко, А.А. Голиченко, С.Ю. Третяк, Н.И. Штеменко // ХХIII Международная Чугаевская конференция по координационной химии: Праці міжнар. конф. Одесса, 2007. C. 257-259. Особистий внесок здобувача полягає у проведені експериментальних досліджень антирадикальних властивостей галогенокарбоксилатів диренію(III).

12. Третяк С.Ю. Взаимодействие галогенокарбоксилатов дирения(ІІІ) с гальвиноксильным радикалом / С.Ю. Третяк, А.А. Голиченко, А.В. Штеменко // XVIІ Українська конференція з неорганічної хімії за участю закордонних вчених: Праці міжнар. конф. Львів, 2008. С. 92. Особистий внесок здобувача полягає у проведені експериментальних досліджень взаємодії галогенокарбоксилатів диренію(ІІІ) з гальвиноксильним радикалом.

АНОТАЦІЯ

Третяк С.Ю. Взаємодія біядерних кластерів ренію(ІІІ), що містять зв'язок метал-метал підвищеної кратності з вільними радикалами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.01 - неорганічна хімія. - ДВНЗ “Український державний хіміко-технологічний університет”, Дніпропетровськ, 2009.

Досліджено взаємодію комплексних сполук диренію(ІІІ) з галогенідними та карбоксилатними лігандами усіх можливих структурних типів на прикладі стабільних трифенілвердазильного та гальвіноксильного радикалів, що дозволило запропонувати маршрут реакції взаємодії похідних кластеру Re₂⁶⁺ c ТФВ та Gl- радикалами. На першій стадії реакції відбувається координація вільного радикала в аксіальні положення кластерного фрагмента Re₂⁶⁺, потім відбувається процес перенесення електрона.

Показано, що похідні кластеру Re₂⁶⁺ здатні бути “пасткою” вільних радикалів за рахунок четверного зв'язку Реній-Реній, при цьому поступове заміщення галогенідних лігандів на карбоксилатні в кластерах диренію(III) призводить до уповільнення реакції з радикалом.

Ключові слова: біядерні комплекси ренію(ІІІ), кластерні сполуки, вільні радикали, антирадикальні властивості.

АННОТАЦИЯ

Третяк С.Ю. Взаимодействие биядерных кластеров рения(ІІІ), содержащих связь металл-металл повышенной кратности со свободными радикалами. Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата химических наук по специальности 02.00.01 - неорганическая химия. - ГВУЗ “Украинский государственный химико-технологический университет”, Днепропетровск, 2009.

Изучено взаимодействие комплексных соединений дирения(III) c галогенидными и карбоксилатными лигандами всех возможных структурных типов на примере устойчивых 1,3,5- трифенилвердазильного и гальвиноксильного радикалов, что позволило предложить маршрут реакции взаимодействия производных кластера Re₂⁶⁺ c ТФВ и Gl- радикалами. Показано, что производные кластера Re₂⁶⁺ способны быть “ловушкой” свободных радикалов за счёт четверной связи рений-рений, при этом постепенное замещение галогенидных лигандов на карбоксилатные в кластерах дирения(III) приводит к замедлению реакции с радикалом.

Наименьшая скорость реакции наблюдается для дигалогенотетра--карбоксилатов дирения(ІІІ), наибольшая - для транс-тетрагалогеноди--карбоксилатов дирения(ІІІ).

Установлено, что уменьшение длины и увеличение разветвлённости алкильной группы карбоксильного лиганда приводит к замедлению взаимодействия со свободным радикалом, что может быть объяснено ростом индукционного эффекта алкильной группы и в дальнейшем упрочнением четверной связи рений-рений.

На основании полученных экспериментальных данных был предложен маршрут проходящего процесса. На первой стадии реакции происходит координация свободного радикала в аксиальные положения кластерного фрагмента Re₂⁶⁺. После координации в системе, которая образовалась происходит процесс переноса электрона на четверную связь рений-рений, при этом неспаренный электрон “садится” на д*- орбиталь, так как она имеет наименьшую энергию, в следствии чего происходит уменьшение порядка связи до 3,5. Образовавшийся комплекс рения с порядком связи 3,5 очень нестабилен, время жизни доли секунд, поэтому дальше он очень быстро рекомбенирует, отдавая следующему свободному радикалу электрон. Таким образом, в результате реакции мы получаем комплекс рения с четверной связью, а радикал полностью разрушается, образуя нейтральные продукты реакции.

Показана перспективность дальнейшего использования кластерних соединений рения в качестве малотоксичних веществ, проявляющих антирадикальные свойства.

Ключевые слова: биядерние комплексы рения(ІІІ), кластерные соединения, свободные радикалы, антирадикальные свойства.

ANNOTATION

Tretyak S.Y. Interaction of dinuclear clusters of rhenium(III) that contain metal-metal bond of higher multiplication with free radicals. - Manuscript.

Dissertation for the competition of chemical science candidate degree, Specialty 02.00.01 - inorganic chemistry. SHEE Ukrainian State Chemical Technological University, Dnipropetrovs'k, 2009.

The interaction between complex compounds of dirhenium(III) with halogenide and carboxylic ligands of all possible structural types and stable triphenylverdazyl (Vd) and galvinoxyl (Gl) radicals as examples was investigated. This permitted to suggest the reaction route of the interaction between derivatives of the cluster Re₂⁶⁺ with Vd and Gl-radicals. The coordination of the free radical into the axial positions of the cluster fragment Re₂⁶⁺ took place in the first stage. Then was the process of the electron transfer started. It was shown that the derivatives of the cluster Re₂⁶⁺ were able to be the “trap” for free radicals due to quadruple rhenium-rhenium bond existance. Besides, gradual substitution of halogenide ligands on carboxylic ligands in the clusters of dirhenium(III) led to inhibiting the reaction with a radicals.

Key words: Dinuclear complexes of rhenium(III), cluster compounds, free radicals, antiradical properties.

Размещено на Allbest.ru