CC BY
34
СТРУКТУРА ВЕЩЕСТВА И ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
УДК 547.793,51.7 КС
Л. Р. Галимзянова, Е. В. Гусева, Б. З. Идиятуллин,
Р. З. Мусин, Е. Н. Васютина, Л. М. Юсупова
ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ ДИНАТРИЕВОГО КОМПЛЕКСА
4,6-ДИНИТРО-1-ОКСОБЕНЗ[6,5-С]-2,1,3-ОКСАДИАЗОЛДИОЛА-5,7
МЕТОДАМИ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ И ЯМР13С
Ключевые слова: диоксифункционализированные динитробензофуроксаны, динатриевый комплекс 4,6-динитро-1-оксо-бенз[6,5-c]-2,1,3-оксадиазолдиола-5,7, комплексообразование, фрагментация.
По данным масс-спектроскопии установлена схема фрагментации динатриевого комплекса 4,6-динитро-1-оксобенз[6,5-с]-2,1,3-оксадиазол-диола-5,7 при десорбции с поверхности матрицы. Эти данные позволили определить состав и точную молекулярную массу комплекса. Анализ спектров ЯМР13С позволил установить точную структуру и характер координации лиганда в составе комплекса. Виртуальный скрининг биологической активности выявил высокие показатели при лечении респираторных заболеваний.
Keywords: dihydroxyfunctionalized dinitrobenzofuroxanes, disodium 4,6-dinitro-1-oxobenz[6,5-c]-2,1,3-oxadiazoldiol-5,7 complex,
complexation, fragmentation.
The scheme of disodium 4,6-dinitro-1-oxobenz[6,5-c]-2,1,3-oxadiazoldiol-5, 7 complex fragmentation under the desorption from a matrix surface was established with the use of mass spectroscopy analysis. These data allowed us to determine the exact composition and molecular weight of the complex. Analysis of the 13C NMR spectra revealed the exact structure and nature of the coordination of the ligand in the complex. Virtual screening of biological activity showed high rates under the treatment of respiratory diseases.
Введение
Диоксифункционализированные динитро-
бензофуроксаны и комплексные соединения на их основе с s-, d-элементами обладают высокой и разнообразной биологической активностью [1-5].
Динатриевый комплекс 4,6-динитро-1-
оксобенз[6,5-c]-2,1,3-оксадиазолдиола-5,7 - ^) (рис. 1) в отличие от 4,6-динитро-1-оксобенз[6,5-с]-2,1,3-оксадиазолдиола-5,7 - ^1), устойчив на воздухе и не гигроскопичен.
. . К
(н_л) О
—Na
N
N
s Г- -^з\
1 О
6 К +2
- 7 " N
Ь
О О
Рис. 1 - Структурная формула V
Одним из основных свойств ^), играющим немаловажную роль при комплексообразовании, является его способность к ионизации в водных растворах с образованием дианионов. Поэтому ^) является удобным базовым соединением для синтеза новых комплексов на основе ^1).
Состав и строение ^) изучены методами ИК -, электронной спектроскопии, пламенной фотометрии, рентгенофлуоресцентного, термогравиметрического анализов [5, 6]. Для более полного изучение структуры ^) были проведены исследования методами масс-спектрометрии и спектроскопии ЯМР13С.
Экспериментальная часть
В работе использовали (L), синтезированный согласно [5, 6]. Чистота (L) определялась по температуре плавления (2900С), а также данным ИК спектроскопии [5, 7].
Спектры ЯМР13С получены на импульсном спектрометре с Фурье- преобразованием высокого разрешения Bruker АС-200 с рабочей частотой протонов 200,13 МГц. Спектры ЯМР13С получены по одноимпульсной методике с широкополосным подавлением протонов: длительность импульса
возбуждения 4 мкс с периодом следования 1 сек, число накоплений 4000-6000 сканов, внешний стандарт тетраметилсилан, растворители DMCO-d6, CDCl3; t=273^173K. Точность определения
химических сдвигов составляет ±0,5м.д.
Масс-спектры матрично-активированной лазерной десорб-ции/иониизации (МАЛДИ)
получены на время-пролетном масс-спектрометре DyNaMO MALDI ToF («Thermo Bioanalysis
Finnigan», США). Для лазерной десорбции
применялся импульсный УФ-лазер с длиной волны 337 нм. Образец приго-тавливался методом
«высушенной капли»: смесь раствора матрицы p-нитроанилина (C6H4N2O2) в этаноле (1% мас.) и раствора анализируемого вещества в метаноле (0,1% мас.) наносилась на подложку и высушивалась при температуре 400С.
Результаты и обсуждение
13
Исследования спектров ЯМР С (L1) и (L) (табл. 1) указывают на изменения в структуре
исходного лиганда (L1) [8-10]. Наблюдается
смещение сигналов от химических сдвигов (б, м.д.)
13^% /| \ 13~
ядер С в (L) относительно соответствующих ядер С
в ^1). Вследствие комплексообразования наблюдается
смещение сигналов от б атомов С4, С5, С6 в сторону
сильного поля в ^) относительно ^1).
Ыа
13
Таблица 1 - Значения хим. сдвигов(5, м. д.) С в Ы и I.
0 О |Н2
0 ГУ^А си^он
1 С о0 чо+2о„ ін
НО
гу/ , 0 ,
'№»0/ У-О—Ыа
О—С ыо ^О
/Р 0 Ы 02Ы
0 /=0 0- 2 О
1 л,
'О^
атом 5, (м.д.) 13С Д5, (м.д.)
(-1) [5] (І-)
С4 108,67 102,78 -5,89
С4' 146,71 147,75 1,04
С5 161,65 149,66 -11,99
С6 126,02 122,79 -3,23
С7 162,98 162,01 -0,97
С7' 106,57 106,75 0,18
|а
примечание: * - цифрами обозначены атомы углерода СНП групп (п = 0-2).
Сигналы от 5 атомов С4 и С7 смещаются в сторону слабого поля на 1,04 и 0,18 м.д., соответственно. Наибольшие изменения сигналов от б при образовании ^) наблюдаются для С4 (Дб=5,89м.д.) и С5 (Дб=11,99 м. д). Данный факт указывает на изменения в длинах связей С4-Ы(нитро) и С5-О(окси) и, следовательно, на образование связей с ионами натрия(1) посредством нит5рогруппы, связанной с С и оксигруппы, связанной7 с С5. Незначительное изменение сигнала от б атома С7 (Д5=0,97м.д.) показывает, что кислород
гидроксигруппы лиганда не участвует в процессе координации с ионами натрия(1).
Таким образом, диоксидинитробензофуроксан в ^) координируется ионами натрия(1) через атом кислорода нитрогруппы при С4 и кислородом оксигруппы при С5, что подтверждено также данными ИК спектроскопии [5, 7]: валентные колебания
фуроксанового цикла ~1642, 1570, 1450, 1400, 1217 см; деформационные колебания фуроксанового цикла —1165, 1029, 977, 930, 760, 462, 412, 394 см-1; уаз(1\Ю2)~ 1597,1265см-1; у5(1\Ю2)~1563, 1323см-1;
б(0-Ы)нитро~877, 850 см-1.
Метод МАЛДИ используется для установления точной молекулярной массы соединения. Спектры после каждого лазерного импульса суммируются для получения информации о молекулярной массе.
Первоначально в полученных масс-спектрах МАЛДИ мы наблюдаем интенсивные пики с т/г=379, 333 и 276, связанные с мономерной структурой ^) [5]. При последующем направлении импульса в новую точку образца кроме вышепере-численных пиков осколочных ионов в масс-спектрах удалось выявить более тяжелый пик с т/г=639 (38 %), вероятно связанный с димерной структурой ^), и два сопутствующих интенсивных пика с т/г=379 (100 %) и т/г=299 (62%). По-видимому, 06И4Ы2О2,
используемый в качестве матрицы, не является инертным веществом по отношению к ^) [11]. Поэтому при нанесении на избыток матрицы капли раствора ^) в ДМСО, последний взаимодействует с о6и4ы2о2 в виде димерного иона по реакции:
О
НО
г\->“0
^ Ч_о_Ыа
о-Ыч 0 О / ч0
0—0 / 0 0 ч°
°С 0/°
/О—о
Ы=го
О'
он ^сн II I
на ^сн
^О^
О-!' 'Ы
0- оН^он
II I
НО. ^ОН
^О^
,
02Ы
02Ы
т/г=599 ^ т/г= 799
Однако в полученных масс-спектрах МАЛДИ мы не наблюдаем пика молекулярного иона с т/г = 799 и состава [Ма2С24НдМі20і8+Н]+, что, по-видимому, связано с его частичной фрагментацией.
Следовательно, протонированный димерный ион состава [Ыа2С24Н12М12018+Н]+ распался на легкие осколочные ионы [Ма2С12Н6М507+Н]+ с т/г = 379 (100%) и [С12Н2Ы406+Н]+* с т/г = 299 (29%), соответствующие потере из бензольного цикла трех (-ЗЫО) и из фуроксанового цикла (-20) по реакции:
О
и___
N =с —С ■’ />'0--С >=°
I
ОО
С- Н
^С^0Н-Ы*О
/
^-Н С ^
/У ^Ы+Н2
-Ы
О
Н С '
II
Н С „
-с '
I
О 2 N
*С
I
<С Н
__N О
О ",-/'0
Чс =
^С-----О
/
Ы а
V
О Н
О
II
— Ы *
Н С '
II
Н С „
^С ' ,
О 2Ы
0Н
I
0Н
^С •
/
Ы ^С -
О //С
0------Ы
СН
II
НС
..С ,
*С
I
СН
С
/
С
Ы +Н 2 і 2
С Н ^С Н
^С '
I
О 2Ы
СН
т/г = 803 ^ т/г = 299 + т/г = 379
Кроме того, в случае взаимодействия между лигандом и матрицей в соотношении 1:1, возможно взаимодействие фрагмента исследуемого соединения с матрицей по реакции:
О
О
Ы
НО
С
С
Ы
С
С
О
О
+
НС
С
ЫО
О
О
о—Мч 0 О
' *с^с^
НО
с'\_^-с О-'"Ч />-^—^а V” >"Ч
0—0 о—N
с/ >0 О-
^0. он ^он
но. ^он
НО
I
.N3
О
II
О-----N
*0^0^
О \-0'
О^^с' >-О-----N8 ^^-Н0\
^он-с/ о—N NH
■ X
//
О
N=0
он ^он
НО^ „^0Н ^0^
т/г = 559- т/г= 683
В полученных масс-спектрах мы не наблюдаем пика, связанного с ионом состава [№2С18Н13^о017+Н]+ с т/г = 683, что связано с его частичной фрагментацией - удалением из бензофуроксана (N0) и (-О):
N8
\
О
^ с
N =С \-НС7
Ь, / \
\ //'о-
О^0~0'
/^=о
О
О
II
N =
II /
)-------------N . ,-/•
^0 -/
-0 ^
О
//
0 Н ■
1
//'
~N
О
N Н 2
I 2
0 Н ^0 Н
^НС
Ч >-о.
^0 Н —с
он ;-о
о
^0 * /
0
N8
\
О
/.
-0 ^
^0 ' I
N0
0Н
V
Н -О
N Н -
N 2
0
Н0
II
Н0
0Н
I
0Н
и далее взаимодействием фрагмента структуры (L) с матрицей [11] по реакции:
^0+ с
&-№ ^он
V
чы
НШ
I
1 ,1 0 С
нС'^сн
^ ^ "Н^ 0 .1 'о +
I 0+2
Н
счЛс^ ^
о 0 0 0^
т/г = 302
0 НЫ
I
-С.
СН ^СН
II I
н^°н
С^
— т/г = 423
I
шО^сы
су!
В полученных масс-спектрах МАЛДИ мы также не наблюдаем пика молекулярного иона состава [Na2012H4N6C9+H]+ с т/г = 423, что также связано с его частичной фрагментацией. Вместо этого появляются другие пики с т/г =379, 333 и 276. Наиболее интенсивный пик т/г = 379 (100%), который мы наблюдали выше при распаде димерной структуры иона, мы связываем с фрагментацией иона [№^-^^^0^^+ и формированием его осколочного иона [Na2С12H6N507+H]+, соответствующего потере из свободной нитрогруппы бензольного цикла (-N0) и из фуроксанового цикла (=0):
\\
П-------N8
с.
N
N8-0. с *С^с;
- I I
м+-С^ -С;
с с
О !Н
.С
СН ^СН
II I
НС. ^СН
^с^
О
-N0, -О
ч
ОН
О^-М8
1 ,1 ^с
с^сН
I +
NH2
НС
II
НС^
^■СН
I
- ^СН
чс^
N0,
т/г = 423 ----- т/г = 379
т/г = 683- т/г = 639
Вместо него появляется другой малоинтенсивный пик с т/г = 639, который мы связываем с формированием осколочного иона [Na2С18H10N9O15+H] и
соответствующий потере (-N0) из свободной N02 бензольного цикла и (-О) из фуроксанового цикла. Потеря кислорода фуроксанового цикла характерна при фрагментации бензофуроксанов и их производных. При фрагментации нитросоединений происходит превращение группы —N02 в группу =0, которое сопровождается элиминированием N0 [12]. Из-за малой интенсивности пика мы полагаем, что вероятность формирования осколочного иона с данной структурой очень мала. Поэтому наблюдение только интенсивных пиков с т/г = 379, 333, 276, по-видимому, связано с распадом димерной структуры ^)
Получение аналогичного иона мы наблюдали выше при распаде молекулярного иона состава
[Na2С24H12N12018+H] .
Последующий наименее интенсивный пик с т/г = 333 (29%), который не наблюдается при распаде димерного иона, также связан с фрагментацией исходного молекулярного иона [Na2012H5N609+H]+ и формированием другого осколочного иона общей формулы [012H5N3Na206] . По-видимому, при лазерной ионизации происходит раскрытие фуро-ксанового цикла с образованием промежуточного динитрозопроизводного с последующим удалением из фуроксанового цикла (N=0) и далее его замыканием [13]. Одновременно происходит потеря N0 через перегруппировку -И+^О^О- в -0^=0 из ^-положения С6Н4Ю202 и свободной нитрогруппы бензольного цикла:
N Н
+
О
N
О
N
Н0
О
О
Н0
N
02!
\:
+ V0'Na
-I I о II C
o NH
I
'C*.
CH ^CH
II I
H^^CH L
o
m/z = 423-
Os ^0~Na N'
C'
,N=O
HC
II
HC_.
^'C''-^=o
I
NH
I
^CH
I
-sCH
\ /0~Na
N
Na—O A
CH ^ +
C N>N=0
-3N0 ^^C''C
N
c
hc^ nch
C II
H^^CH
c
O
m/z = 333
Не исключено формирование различных форм [13] осколочного иона [Na2С12H4N306+H]+ в процессе десорбции лазером с поверхности:
№—O
V^№
v'N
C ч^і^о
O^-Na
O^cC
CH
I
N
II
^V°a
• ° P
нCO■^O
Na—O
1^0
+
C C"
кЛ
'CH
II
O
N
II
кЛк
II II к^ш
II
O
m/z = 333 ^ m/z = 333
к/
’CH
II
O
Малоинтенсивный пик с т/г = 276 (15%) относительно исходного иона [Na2С12H5N609+H]+ связан также с его фрагментацией и формированием иного осколочного иона общей формулы [О12H10N2Na2O3]+. Малая интенсивность пика
обусловлена тем, что в процессе облучения лазером уход (—2N02) групп полностью наименее вероятен, чем их превращение в =О, сопровождающееся элиминированием N0 [12]. Кроме того, раскрытие фуроксанового цикла с образованием промежуточного динитрозопроизводного с последующим удалением (^N=0) из фуроксанового цикла происходит, вероятно, сложнее [14], чем в случае образования осколочного иона [Na2012H4N306+H]+ с т/г = 333:
V
N^V^N
^N+'^C''1
I I o
0 N" "O
HO'^OH
II I
\.
нos^oн
-Ns
о 40
+ 0^№ ^VV^o
II
о
I
NH
I
c
II I
H^^CH
-Ns о '-о
Na—0>
-2NC2, 2N0 "
H2^c+.OH
ЮҐ
CH
H^OHгOH
т/г =423 т/г = 276
Не исключено, что в процессе десорбции лазером происходят взаимопревращения через образование одного из промежуточных осколочных ионов [Na2012H4N306+H]+ (т/г = 333), от которого возможен отрыв двух кислородных групп (=0) и нитро-
группы —(Ы=0) [13] из бензольного цикла с последующим превращением в [С12Н1оЫ2Ыа203] с 52% вероятностью, вследствие чего интенсивность пика резко падает:
о о-№
N
Na—о C
C c—n=o
I 11+
^;C. -C
о' ^CH
I
N
C
hcx nch
H^^CH
c
O
m/z = 333
O, NO
0 O-Na
N
Na—о C
N _ *^C^
c ^CH
1 II
H2^C^CH
c
N
c
hcx nch
hc-ch2ch
m/z = 276
Следовательно, по данным расшифровок масс-спектрометрии наиболее вероятной становится формирование осколочного иона димерной структуры (рис. 2); однако не исключена
возможность получения иона, состоящего из мономерного звена (рис. 3).
Na
/
II I
0—V-c
c.
о
II
Na
/
c
O-N 0
Рис. 2 - Структурная мономерная формула V без учета ионов воды (МАЛДИ)
O
O
C о
cC
fC>-4 O-N 0
O—Nv
/ 'c
HO
r\J
0-^'N^C/ ,c-0----Na
V '/
// °
0 ^
O
Рис. 3 - Структурная димерная формула L без учета ионов воды (МАЛДИ)
С целью поиска путей возможного практического применения синтезированного соединения был осуществлен виртуальный скрининг с помощью программы В.В. Поройкова PASS (Prediction of Activity Spectra for Substance, http:// www.ibmc.msk.ru/PASS) [14, 15,]. Согласно
расчетам у (L) с высокой вероятностью (Pa= 0,84) прогнозируется проявление антибактериальных свойств против возбудителей ангины (Antianginal). Кроме того, динатриевый комплекс может выступать в организме в качестве донора оксида азота (Pa = 0,62) (Nitric oxide donor), что играет не
Na—O
C
N
O
N
O
O
Na
O
Na
O
+
последнюю роль в регуляции функций организма, и может использоваться при лечении респираторных заболеваний (Respiratory distress syndrome treatment) [16].
Заключение
Таким образом, по данным масс-
спектроскопии лазерной десорбции установлена схема фрагментации динатриевого комплекса 4,6-динитро-1-оксо-бенз[6,5-c]-2,1,3-оксадиазолдиола-5,7 при де-
сорбции с поверхности матрицы, что позволило определить состав и точную молекулярную массу; анализ спектров ЯМР13С позволил установить точную структуру и характер координации диоксифункци-онализированного динитробензофуроксана в составе динатриевой соли 4,6-динитро-1-оксо-бенз[6,5-c]-2,1,3-оксадиазол-диола-5,7. Виртуальный скрининг биологической активности выявил высокие показатели при лечении респираторных заболеваний.
Литература
1. C.M. Silva, D.L. Silva, L.V. Modolo, R.B. Alves, M.A. Resende, C.V.B. Martins, A. Fatima, Journal of Advanced Research, 2, 1-8 (2011).
2. В.Г. Граник, С.Ю. Рябова, Н.Б. Григорьев, Усп. Химии, 66,
8, 792-807 (1977).
3. M. Li, S.S. Feng, M.L. Go, Chem. Pharm. Bull, 48, 6, 808-816 (2000).
4. Л.М. Юсупова, И.Ф. Фаляхов, ЖНХ, 48, 6, 937-946 (2003).
5. Е.И. Газизова. Дисс. канд. хим. наук, Казанский государственный технологический университет, Казань, 2008. 131с.
6. Е.И. Газизова, Р.А. Юсупов, Л.М. Юсупова, Вестник Казанского Технологического Универси-тета, 3-4, 12-17 (2007)
7. E.V. Guseva, L.R. Galimzyanova, A.M. Sai-futdinov, T.E. Busygina, L.M. Yusupova, Butlerov Com., 27, 12-20 (2011)
8. Р. Сильверстейн, Г. Басслер, Т. Моррил, Спектрометрическая идентификация органических соединений. Мир, Москва, 1977. 590с.
9. X. Гюнтер, Введение в курс спектроскопии ЯМР. Мир, Москва, 1984. 462с.
10. Л.А. Казицина, Н.Б. Куплетская, Применение УФ-, ИКи ЯМР-спектроскопии в органической химии. Мир, Высш. Школа, 1971. 264с.
11. И.В. Галкина, Е.В. Тудрий, О.Н. Катаева, Л.М. Юсупова, В. И. Галкин. Необычная реакция фосфорилирования дихлординитробензофуроксана трифенилфосфином // Тез. докл. XVIII Менделе-евского съезда по общей и прикладной химии. - М., 2007. - Т. 1. - С. 168.
12. V.C.J. Bhasu, M.M. Chaudri, J. Housden, J. Matrials Science, 26, 2199-2207 (1991).
13. I.M. Takakis, G.G. Tsantali, G.W. Haas, D. Giblin, M. L. Gross, J. Mass Spectrom., 34, 1137-1153 (1999).
14. Т.А. Глориозова, Д.А. Филимонов, А.А. Лагунин, В.В. Поройков,Хим.-фарм. журнал, 32, 12, 33-39 (1998).
15. А.В. Садым, А.А. Лагунин, Д.А. Филимонов, В.В. Поройков,Хим.-фарм. журнал, 36, 10, 21-26 (2002).
16. Е.И. Газизова, Л.М. Юсупова, О.Н. Катаева Вестник Казанского Технологического Универси-тета, 6, 31-36 (2007).
© Л. Р. Галимзянова - асп. каф. неорганической химии КНИТУ, [email protected]; Е. В. Гусева - канд. хим. наук, доцент каф. неорганической химии КНИТУ, [email protected]; Б. З. Идиятуллин - канд. биол. наук, науч. сотр. Института биохимии и биофизики КазНЦ РАН, [email protected]; Р. З. Мусин - канд. хим. наук, науч. сотр. Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН, [email protected]; Е. Н. Васютина - канд. хим. наук, ас. каф. химии и технологии органических соединений азота КНИТУ, [email protected]; Л. М. Юсупова - д-р хим. наук, проф. каф. химии и технологии органических соединений азота КНИТУ, [email protected].
