Исследование состава, строения и некоторых свойств координационных соединений производных метронидазола с катионами Fe2+, Co2+ и Ni2+

Изучены состав и строение комплексных соединений производных метронидазола с катионами 4d-металлов: Ni2+, Fe2+ и Co2+ в водно-этанольном растворе. Стехиометрия реакции комплексообразования установлена спектрофотометрически методом молярных отношений, условные константы устойчивости комплексов рассчитаны методом Комаря. По данным ИК-спектроскопии лигандов и комплексов показано, что сайтом связывания с исследуемыми катионами можно считать азот пятичленного цикла метронидазольного фрагмента соединений.

Аннотация статьи
производные метронидазола
комплексообразование с катионами биометаллов
Ключевые слова

В последние несколько десятилетий активно развивается направление исследований в области фармацевтической химии, косметологии и медицины, связанное с поиском новых комплексных соединений гетероциклических органических лигандов с катионами Fe2+, Mn2+, Ni2+, Co2+, Cu2+, обладающими высокой биологической активностью [7, с. 16]. Для таких металлокомплексов характерно проявление более выраженных антимикробных и антивирусных свойств, чем у исходных лигандов, благодаря сочетанию и взаимному усилению в одном таком веществе различных видов активности [6, с. 54].

В настоящее время для лечения различных бактериальных инфекций и в качестве противопротозойного агента широко используется метронидазол - 1-(b-оксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазол, который имеет в своем составе донорный атом азота и легко вступает в реакции комплексообразования с переходными металлами. Известны его координационные соединения с ионами Fe2+ и Ni2+ состава Ме:L=1:2, обладающие более высокой активностью в отношении Candida tropicalis, чем лиганд [5, с. 1].

Поэтому, можно предположить, что и производные метронидазола [1]: (2 - (5-нитро-1H-имидазол-1-ил) этил 2 - (9-тиооксоакридин-10 (9H) - ил) ацетат (L1), 2-метокси-N-(2 - (2-метил-5-нитро-1H-имидазол-1-ил) этил) акридин-9-амин (L2), 2 - (2-метил-5-нитро-1H-имидазол-1-ил) этил-2-((4 - (2 - (2-метил-5-нитро-1H-имидазол-1-ил) этокси) карбонил) фенил) амино) бензоат (L3), 2 - (2-метил-5-нитро-1H-имидазол-1-ил) этил 2 - ((3 - ((2 - (2-метил-5-нитро-1H-имидазол-1-ил) этокси) карбонил) фенил) амин) бензоат (L4), 2-(2-метил-5-нитро-1H-имидазол-1-ил)этил-(9-акридон-10-ил)ацетат (L5) участвуют в реакции комплексообразования с катионами металлов, а образующиеся координационные соединения обладают высокой биологической активностью.

Термодинамические константы депротонизации производных метронидазола лежат в диапазоне рК 1,77-2,02 (таблица 1) [3].

Таблица 1

Константы депротонизации производных метронидазола, Р=0,95, n=3

Лиганд

К1

рК1

К2

рК2

L 1

0,13±0,05

0,86±0,09

1,00*10-2±0,35*10-2

2,00±0,13

L 2

9,64*10-3 ± 1,77*10-3

1,25 ± 0,13

1,66*10-2±0,29*10-2

1,77±0,15

L 3

1,91*10-2 ± 0,36*10-2

1,72 ± 0,08

9,50*10-3±0,25*10-3

2,02±0,02

L 4

2,48*10-2 ± 0,17*10-2

1,60 ± 0,03

1,20*10-2±0,12*10-2

1,88±0,05

L 5

-

-

1,00*10-2±0,25*10-2

2,00±0,09

Комплексообразование производных метронидазола с катионами металлов происходит в водно-этанольном растворое при рН 3,5-7,5. В этом диапазоне атом азота метронидазольного фрагмента соединения депротонирован, это позволяет предположить его участие в комплексообразовании.

Координационные соединения производных метронидазола с катионами Fe2+, Ni2+, Co2+ получали в этом диапазоне рН из водно-этанольных растворов соответствующих солей и лигандов. Навески хлоридов кобальта (II), нитрата никеля (II) и сульфата железа (II) квалификации «ч.д.а», а также лигандов растворяли в этиловом спирте на теплой водяной бане. Затем при постоянном перемешивании приливали раствор соли в этанольный раствор лиганда в мольном соотношении 1:1, а для Lс солями железа(II) и никеля(II) в соотношении Ме:L=1:2, и оставляли на 5 часов при комнатной температуре. Затем отгоняли этиловый спирт из раствора комплексной соли, а образовавшиеся нерастворимые комплексы отфильтровывали под вакуумом, промывали этанолом для удаления не вступивших в реакцию металлов и лиганда, а затем высушивали в сушильном шкафу при 60°C.

Методом ИК-спектроскопии утановлен координационный узел комплексных соединений. Спектры L5 и его комплекса с ионами Со2+ представлены на рисунке 1, а спектр L3 и его комплекса с ионами Fe2+ на рисунке 2.

ИК-спектры лигандов и их комплексов имеют сходный характер, что доказывает присутствие лиганда в молекулах координационных соединений. Также в ИК-спектрах комплексов по сравнению со спектрами всех лигандов наблюдается изменение характера поглощения в области 1180-1300 см-1, а для комплексных соединений Lи L4 с d-металлами появление новой полосы при 1627 см-1. Все это позволяет предположить, что лигандным атомом выступает азот пятичленного цикла метронидазольного фрагмента соединений. В результате L3 и L4 в комплексных соединениях ведут себя как бидентатные лиганды, а остальные как монодентатные. Полоса в области 3431-3436 см-1 доказывает наличие в структуре комплексного соединения кристаллизационной воды.

Рис. 1. ИК-спектр (KBr) L5 (1) и его комплекса с кобальтом (2): Ar-C=O – 1630 см-1; -C=C-(ar) – 1400 - 1500,7см-1; С–Н - 3125 – 3075 см-1, 2980 – 2849 см-1 ; С=Оэфирн - 1630 см-1 ; С=С, С=N 1611, 1597, 1581, 1495, 1460 см-1 ; NO– 1526 см-1 ; C-(ar) –N- 1180 см-1 [4, с.21-36]

Рис. 2. ИК-спектр (KBr) L3 (1) и его комплекса с железом (2): Ar-COO-R – 1726,8 см-1; -C=C-(ar) – 1427, 1454, 1463см-1; С–Н - 3431см-1 ; С=С - 1460 см-1 ; NO– 1529,5 см-1 ; C-(ar) –N- 1261 см-1 ; C=N -1627 см-1 [4, с. 36 – 69]

Мольные отношения металл-лиганд в составе комплексов с ионами Fe (II), Ni(II), Co(II) в водно-этанольном растворе (9:1), а также некоторые физико-химические характеристики образующихся соединений определяли спектрофотометрически методом молярных отношений (по кривой «насыщения») по известным методикам [2, с. 214-216]. Оптическую плотность растворов лигандов и металлокомплексов в водно-этанольном растворе измеряли на спектрофотометре UV – 1800 SHIMADZU в диапазоне длин волн 200-400 нм с точностью ± 0,5 нм с использованием стандартной кварцевой кюветы с толщиной светопоглощающего слоя 10 мм.

Характер UV-спектров комплексных соединений с катионами металлов аналогичен спектрам производных метронидазола, наблюдается лишь гиперхромный или гипохромный эффект в спектрах поглощения металлокомплексов в диапазоне длин волн 250-300 нм. Спектры поглощения водно-этанольных растворов L3 и Lв присутствии ионов Fe2+ (С=5*10-5 моль/дм3) при рН 4,06 представлены на рисунке 3.

Рис. 3. Спектры поглощения водно-этанольных растворов L3 (1) и Lв присутствии ионов Fe2+ (2) (С=5*10-5 моль/дм3) при рН 4,06

На рисунках 4-5 представлены кривые насыщения при постоянной концентрации лиганда и переменной концентрации металлов для комплексных соединений лигандов L1 и L2 с ионами Fe(II) и Ni(II). Точка излома на кривых насыщения отвечает отношению стехиометрических коэффициентов, которое равно отношению концентраций реагирующих компонентов в абсциссе точки эквивалентности. Таким образом, состав координационных соединений лигандов L1, L3-L5 с ионами Fe2+, Ni2+, Co2+– Ме: L=1:1, а для L2 с ионами Fe2+ и Ni2+ - 1:2 , с Co2+ также 1:1 .

Рис. 4. Кривая насыщения для комплекса L2 с ионами железа (II): концентрация L3*10-5 моль/дм3 при λ=275 нм

Рис. 5. Кривая насыщения для комплекса L1 с ионами никеля (II): концентрация L3*10-5 моль/дм3 при λ=275 нм

Следовательно, уравнение реакции комплексообразования лигандов L1, L3-L5 с ионами Fe2+, Ni2+, Co2+ имеет вид:

2++L ↔ [MеL]2+.

А для Lс ионами Fe2+ и Ni2+ :

2++2L ↔ [MеL2]2+

Методом Комаря [2, с. 216-230] были установлены условные константы устойчивости каждого координационного соединения (таблица 2). Для этого приготовили ряд растворов со стехиометрическим отношением реагирующих компонентов С(L)/С(Ме)=n и измеряли оптические плотности полученных растворов при заданной длине волны (рис. 6). Полученные значения условных констант устойчивости соответствуют ряду Ирвинга-Вильямса.

Рис. 6. Спектры поглощения комплексного соединения L5 с ионами Fe2+: 1 – С=2,5*10-5 моль/ дм3; 2 – С=1,25*10-5 моль/ дм3; 3 – С=8,35*10-6 моль/ дм3; 4 – С=6,3*10-6 моль/ дм3; 5 – С= 5*10-6 моль/ дм3

Таблица 2

Условные константы устойчивости для комплексных соединений P=0,95, n=6

Молекулярная формула

β¢ комплексов с ионами Со2+

β¢ комплексов с ионами Fe2+

β¢ комплексов с ионами Ni2+

MeL1

1,69±0,89*105

1,57±0,34*105

1,70±0,64*105

MeL(Me(L2)2)

3,06±1,81*105

2,47±0,90*108

4,19±1,89*109

MeL3

2,08±0,19*105

1,82±0,14*105

2,20±0,71*105

MeL4

1,20±0,31*105

2,50±0,50*104

1,28±0,43*105

MeL5

9,20±0,4*104

3,10±0,2*104

9,80±0,4*104

Таким образом, производные метронидазола с катионами 4d-металлов: Ni2+, Fe2+ и Co2+ в водно-этанольном растворе образует комплексные соединения состава Ме(II):лиганд = 1:1 и 1:2. Стехиометрия реакции комплексообразования установлена спектрофотометрически методом молярных отношений, условные константы устойчивости комплексов рассчитаны методом Комаря. По данным ИК-спектроскопии лигандов и комплексов показано, что сайтом связывания с исследуемыми катионами можно считать азот пятичленного цикла метронидазольного фрагмента соединения.

Текст статьи
  1. Богатырев К.В., Кудрявцева Т.Н. Бушина Л.Г., Климова Л.Г. Синтез и изучение антимикробной активности новых производных акридонкарбоновых кислот [Электронный ресурс] / К.В. Богатырев, Т.Н. Кудрявцева, Л.Г. Климова. – Режим доступа: http://scientific-notes.ru.
  2. Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа. [Текст] / М.И. Булатов, И.П. Калинкин; 5-е изд., перераб. – Москва, 1986. – С. 214-230.
  3. Лепина А.В., Богатырев К.В., Лозинская Е.Ф. Изучение состава и строения координационных соединений производных метронидазола с ионами Fe2+, Mn2+ и Cu2+ [Электронный ресурс] / А.В. Лепина, К.В. Богатырев, Е.Ф. Лозинская. – Режим доступа: http://auditorium.kursksu.ru
  4. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений [Текст] / К. Наканиси. – Москва, 1965. – С.21-69.
  5. Bouchoucha A. Iron and nickel complexes with heterocyclic ligands: Stability, synthesis, spectral characterization, antimicrobial activity, acute and subacute toxicity [Текст] / A. Bouchoucha // Journal of Trace Elements in Medicine and Biology.–2013.– Vol.1.– P.1-12.
  6. Obaleya J.A. Synthesis and antibacterial studies of mixed metronidazole – vitamin C metal complexes [Текст] / J.A. Obaleya // Centrepoint (Science Edition). – 2009. – Vol. 15. – Р. 54-59.
  7. Obaleya J.A. Synthesis, Characterization and Antifungal Studies of Some Metronidazole Complexes [Текст] / J.A. Obaleya // Journal of Applied Sciences and Environmental Management. – 2007. – Vol. 11. – P. 15-18.
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 25 сентября по 01 октября
Осталось 3 дня до окончания
Публикация электронной версии статьи происходит сразу после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии журнала
05 октября
Загрузка в eLibrary
05 октября
Рассылка печатных экземпляров
13 октября