CC BY
27
УДК 541.49+547.455
ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕДИ (II) С N-ГЛИКОЗИЛАМИНАМИ
1 ЧЕРЕПАНОВ И.С., 2ТРУБАЧЕВ А.В., 1СЕРГЕЕВА К.А., 1КНЯЗЕВА В С.
1Удмуртский государственный университет, 426034, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 2Институт механики Уральского отделения РАН, 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34
АННОТАЦИЯ. Изучен характер координации «металл-лиганд» в системах медь (II) - Ы-и-карбоксифенил-Р-Э-глюкопиранозиламин и медь (II) - Ы-и-толил-Р-Э-глюкопиранозиламин. Показано совместное участие вицинальных донорных групп гликона и гликозидного фрагмента в формировании структуры комплексов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Ы-гликозиламины, медь (II), комплексные соединения.
Современные исследования в области химии углеводов находят растущее применение для разработки новых лекарственных препаратов и способов диагностики, в том числе с использованием методов координационной химии. Введение углеводных фрагментов в молекулы биологически активных соединений позволяет модифицировать направленность их физиологического действия, в частности, оптимизировать целенаправленную транспортировку и проникновение внутрь клетки, создавать препараты, хорошо растворимые в воде, менее токсичные, с повышенной пролонгированностью действия, что делает перспективными дальнейшие исследования в области синтеза различных модифицированных производных углеводов и изучения спектра их биологического действия [1]. Подобные структурные изменения приводят, в том числе и к изменению комплексообразующей способности, что также оптимизирует действие ряда лекарственных препаратов.
Ы-гликозиламины привлекают большое внимание химиков, поскольку они могут возникать в биологических условиях и являются продуктами взаимодействия углеводов с алкил- и ариламинами; фармакологи рассматривают Ы-гликозиламины как потенциальный источник новых лекарственных средств, т.к. как они являются ключевыми билдинг-блоками в построении молекул природных соединений. Иммобилизованные на синтетических полимерах или при помощи агарозного геля синтетические углеводные производные, содержащие #-гликозидные связи, могут применяться для разделения различных белков или природных гликопротеинов [1].
Комплексы металлов с углеводами и их производными участвуют в биологических процессах, используются в конформационном анализе моно- и полисахаридов, в методах идентификации и хроматографическом определении сахаров. При этом современная координационная химия углеводов остается малоизученной областью биоорганической и бионеорганической химии по причине сложности объектов изучения, что связано с особенностями углеводов как комплексонов, наличием у них циклических и ациклических форм, полидентантностью, определяющей возможность существования региоизомеров, кроме того хиральность углеводов предполагает образование неодинаковых количеств диастереомеров по хелатному узлу [2].
Особое место занимают комплексные соединения биогенных металлов с биолигандами. В обзоре [2] приводятся данные о структуре координационных соединений металлов со свободными углеводами, авторы [3] обсуждают строение комплексов d-металлов с бмс-(гликозиламино)углеводородами. Сведения о систематическом изучении комплексообразования металлов с Ы-алкил(арил)гликозиламинами в публикациях последних десятилетий отсутствуют. Имеются немногочисленные данные о составе комплексов в рассматриваемых системах, при этом отмечается образование комплексов мольного состава Си(П) - лиганд 1: 1 как в случае бмс-(гликозиламино)углеводородов с бидентантной координацией обоих аминоуглеводных фрагментов, так и в случае моно-Ы гликозилдиаминов, содержащих объемные агликоны [3].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Взаимодействием моносахаридов и азотсодержащих производных синтезированы, выделены и идентифицированы целевые Ы-гликозиды заданной структуры, использованные для получения медьсодержащих комплексных соединений.
Для синтеза целевых продуктов использовались реактивы марок «ч.д.а» и «х.ч.»; фильтрование и удаление избытка растворителей проводилось в вакууме водоструйного насоса. Электронные спектры регистрировались на спектрофотометре СФ-2000, инфракрасные спектры конъюгатов и комплексов снимались в таблетках КВг на ИК-Фурье спектрометре ФСМ 1201, измерение температур плавления проводилось в открытых капиллярах на установке Кьельдаля.
Синтезы углеводных конъюгатов были реализованы кислотно-каталитической конденсацией альдогексоз с ароматическими аминами при нагревании в этанольной среде:
ЕНОН.Д&Ъ- 1ч.
01с~0Н + Н2Ы-Аг-Х--* р~01с-ЫН-Аг-Х + Н20,
где 01е, Аг-Х - фрагменты гликона (О-глюкозы) и агликона (Х- п-карбоксил и п-метил) соответственно. Идентификация продуктов проводилась методом определения температур плавления и спектроскопически.
Методики синтеза
а) Ы-и-карбоксифенил-Р-Б-глюкопиранозиламин (КФГПА).
К раствору, содержащему 1,8 г (0,01 моль) Б-глюкозы и 1,5 г (0,01 моль) и-аминобензойной кислоты в 20 мл этанола, добавляли 2 капли ледяной уксусной кислоты, затем раствор нагревали, периодически перемешивая, в течение 1 ч при 80 °С. Раствор концентрировали до 1/2 объема, при охлаждении в течение часа выпадал кристаллический осадок, который отфильтровали и перекристаллизовывали из 96%-ного этанола. Выход: 80 %; V = 125 - 127 °С; Хшах = 310 нм (0,005М ЕЮН). ИК-спектр (таблетка КВг, см-1): 3300 - 3600 (ОН, ЫН); 1650, 1520 (С=С); 1600 (ЫИ); 1400 (ОН); 1320 (СО, ОН); 1075, 1050, 1030, 1010, 980 (С-О-С, С-ОН); 890 (С1-Н); 710 (СНаг).
б) Ы-п-толил-Р-Б-глюкопиранозиламин (ТГПА).
К раствору, содержащему 1,8 г (0,01 моль) Б-глюкозы и 1,1 г (0,01 моль) и-толуидина, добавляли 10 мл этанола и 0,5 мл воды, после чего раствор нагревали, периодически перемешивая, в течение 0,5 ч при 70 °С. Смесь концентрировали, при охлаждении и добавлении диэтилового эфира выпадал кристаллический осадок, который отфильтровали и перекристаллизовывали из спиртово-эфирной смеси. Выход: 75 %; 1;пл = 118 - 120 °С, Хшах = 280 нм (0,005М ЕЮН). ИК-спектр (таблетка КВг, см-1): 3300-3600 (ОН, ЫН); 1650, 1520 (С=С); 1605 (ЫН); 1435 (ОН); 1075, 1050, 1030, 1010, 980 (С-О-С, С-ОН); 890 (С1-Н); 710 (СНаг).
Оба гликозиламина умеренно растворимы в воде, незначительно растворимы в этаноле, практически нерастворимы в эфире.
2+
Образование комплексных соединений с ионами Си достигалось их взаимодействием с конъюгатами при нагревании с выделением в виде твердой фазы:
А0ЯД1Х5-1*.
Си2 01с~ЫН-Аг-Х--» [Си:{С1с-ЫН-Аг-Х}-\юН,--» [Си:{01с-ЫН-Аг-Х}\оЫ.
Основной проблемой реализации взаимодействия ионов комплексоообразователя с конъюгатами является повышенная склонность Ы-гликозидов к гидролизу в водных растворах, поэтому синтез соединений меди с гликозиламинами проводили в неабсолютированном этаноле.
Методика синтеза
К 30 мл этанольного раствора (0,004 моль/л) Ы-гликозиламина при интенсивном перемешивании небольшими порциями приливали спиртовой раствор СиС12 из расчета на эквимольное количество комплексообразователя, реакционную смесь нагревали при 40 °С в колбе с обратным холодильником в течение 0,5 - 1,0 часа до выпадения осадка, который отфильтровывали, промывали эфиром и высушивали до постоянной массы [4]. Выход: 75 % (Си(П)-КФГПА) и 60 % (Си(П)-ТГПА).
ИК-спектр Си(П)-КФГПА (КВг, см-1): 3300-3600 (ОН, ЫН); 1650, 1520 (С=С); 1560 (ЫН); 1360 (ОН); 1320 (СО, ОН); 1070, 1050, 1030, 1005, 980 (С-О-С, С-ОН); 890 (С1-Н); 710 (СНаг); 550 (Си-О); 500 (Си-Ы).
ИК-спектр Си(П)-ТГПА (КВг, см-1): 3300-3600 (ОН, ЫН); 1650, 1520 (С=С); 1560 (ЫН); 1360 (ОН); 1070, 1050, 1030, 1005, 980 (С-О-С, С-ОН); 890 (С1-н); 710 (СНаг); 560 (Си-О); 500 (Си-Ы).
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Как указывалось выше, Ы-гликозиламины, являясь синтетически доступными биолигандами, характеризуются повышенной по сравнению с другими гликозидами реакционной способностью, что проявляется в склонности к мутаротации в растворах, а также отчасти обуславливающих ее гидролитическим расщеплением и перегруппировкой Амадори [5]. Степень протекания указанных процессов зависит от структуры гликозиламина и в определенных условиях может быть увеличена либо снижена. Данные ИК-спектроскопии свидетельствуют о формировании Р-аномерной структуры конъюгата (полоса поглощения в области 890 см-1) в пиранозной форме (группа полос в интервале 1100 - 1000 см-1), что удовлетворительно согласуется с [5, 6], аналогичная конформация предполагается сохраненной и в структуре комплексов.
Более сложным представляется вопрос о характере взаимодействия донорных атомов конъюгатов при комплексообразовании с ионами меди. Для свободных углеводов данная проблема начала изучаться достаточно давно [7], но на первых этапах были сформулированы лишь общие выводы. Авторы новых работ [8, 9] обсуждают дополнительные стереохимические особенности при координации ионов металла с донорными атомами циклических и ациклических форм моносахаридов.
В общем случае можно утверждать [7], что ведущую роль в комплексообразовании играет расположение донорных групп друг относительно друга, а также конформации цикла: устойчивая бидентантная координация реализуется в случае расположения вицинальных групп под углом 60°, при этом участие в связывании могут принимать несколько пар функций, как показано на рисунке для С1-С2 (-ЫН -ОН) и С3-С4 (-ОН -ОН; аналогично для С2-С3).
Практически структура описываемых координационных узлов такова, что кресло-конформация пиранозного цикла искажается с соответствующим уменьшением двугранного
угла, а геометрия хелатного цикла представляется в виде искаженного тетраэдра [10].
2+
На основании данных капиллярного электрофореза в системах Си-ЫНэ -моносахарид, автор работы [9] доказывает координацию ионов меди (II) с гидроксилами С1-С2-атомов, подтверждая свои выводы на примере пары эпимеров по С4-атому - а-О-глюкозе и а-О-галактозе. На основании полученных ИК-спектров синтезированных комплексов можно придти к аналогичному выводу. Полосы поглощения в ИК-спектрах комплексов в интервале 500 - 600 см-1, отсутствующие в спектрах конъюгатов, могут быть отнесены к колебаниям связей Си-О и Си-Ы [11]. Кроме того, достаточно интенсивная полоса деформационных колебаний ЫН-фрагмента 5(МН) = 1600 - 1605 см-1 в спектрах Ы-гликозиламинов становится менее интенсивной и смещается в более длинноволновую область на 40 см-1 в спектрах комплексов, что может являться дополнительным свидетельством в пользу координации ионов меди с атомами азота гликозидного фрагмента конъюгата.
Рис. Взаимодействие ионов Си2+ с донорными группами ]]-гликозиламинов
Таким образом, результаты настоящего исследования достоверно указывают на бидентантную координацию ионов меди (II) с вицинальными ОН и КН-группами гликозида, оставшиеся координационные вакансии иона Си2+ могут быть заняты низкомолекулярными лигандами [4].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Курьянов В.О., Чупахина Т. А., Шаповалова А. А., Дуваджиева Н.Н. Углевод-аминокислотные конъюгаты: синтез и биологическая активность // Ученые записки ТавНУ им. В.И. Вернадского. Серия «Биология и химия». 2010. Т. 23, № 2. С. 238-243.
2. Алексеев Ю.Е., Гарновский А. Д., Жданов Ю. А. Комплексы природных углеводов с катионами металлов // Успехи химии. 1998. Т. 67, № 8. С. 723-744.
3. Жданов Ю.А., Алексеев Ю.Е. Основные достижения координационной химии модифицированных моносахаридов // Успехи химии. 2002. Т. 71, № 11. С. 1090-1102.
4. Погосян Л.Е., Авакян С.Н., Аракелян А.М., Авагян С.С. Синтез и исследование комплексных соединений меди (II), цинка (II) и марганца (II) с 3-карбоэтоксикумарином // Армянский химический журнал. 1989. Т. 42, № 7. С. 467-470.
5. Степаненко Б.Н. Химия и биохимия углеводов. Моносахара. М. : Химия, 1977. 224 с.
6. Жбанков Р.Г. Инфракрасные спектры и структура углеводов. Минск : Наука и техника, 1972. 456 с.
7. Жданов Ю.А. Теория строения органических соединений. М. : Высшая школа, 1971. 288 с.
8. Вешняков В.А. Изучение взаимодействия моносахаридов с катионами ртути (2) и меди (2) и разработка методов определения углеводов в технологических средах переработки древесины : Автореф. дис. канд. хим. наук. Архангельск, 2010. 20 с.
9. Алексеева А.В. Аналитические возможности лигандообменного капиллярного электрофореза при определении биологически активных веществ : Автореф. дис. канд. хим. наук. СПб., 2009. 20 с.
10. Комова Е.П. Координационные взаимодействия глюкозамина, хитозана и их гидрохлоридов с ионами ё-металлов в водных растворах : Автореф. дис. канд. хим. наук. Н. Новгород, 2008. 26 с.
11. Самусь Н. М., Цапков В. И. Координационные соединения меди (II) и никеля (II) с основаниями Шиффа, полученными на основе фурфурола или 5-нитрофурфурола и моноэтаноламина // Известия АН МССР. Серия биологических и химических наук. 1987. № 2. С. 65-68.
STUDY OF THE INTERACTION OF COPPER (II) WITH N-GLYCOSYLAMINES
1Cherepanov I.S., 2Trubachev A.V., 1Sergeeva K.A., 1Knyazeva V.S. :Udmurt State University, Izhevsk, Russia
2Institute of Mechanics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia
SUMMARY. Type of the metal-ligand coordination in the copper (II) - N-«-carboxyphenyl-p-D-glucopyranosylamine and copper (II) - N-«-tolyl-p-D-glucopyranosylamine systems has been studied. Joint participation of the vicinal donor-groups of the glycone and glycoside fragment in formation of structure of complexes is shown.
KEYWORDS: N-glicosylamines, copper (II), complexes.
Черепанов Игорь Сергеевич, кандидат химических наук, доцент кафедры Фундаментальной и прикладной химии УдГУ, тел. 8(3412)916-434, e-mail: cherchem@mail. ru
Трубачев Алексей Владиславович, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник ИМ УрО РАН, тел. 8(3412)508-810, e-mail: [email protected]
Сергеева Кристина Александровна, магистрант УдГУ, e-mail: [email protected] Князева Валентина Сергеевна, магистрант УдГУ, e-mail: vsk2510@mail ru
