CC BY
0
DOI - 10.32 743/UniChem.2024.119.5.17407
СИНТЕЗ И ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО КОМПЛЕКСА НА ОСНОВЕ 1,10- ФЕНАНТРОЛИНА И ХЛОРИДА ЦИНКА (II)
Тоштемиров Абдурасул Эркин угли
докторант,
Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез E-mail: tosabdurasul20@gmail.com
Тураев Хайит Худайназарович
д-р хим. наук, проф., Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез
Умбаров Ибрагим Амонович
д-р техн. наук, проф., Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез
Ашуров Джамшид Менгнарович
д-р хим. наук, проф., Институт биоорганической химии АН Узбекистана, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Джалилов АбдулахатТуропович
академик, АН РУз, директор ООО Ташкентского научно-исследовательского института
химической технологии, Республика Узбекистан, п/о Ибрат
SYNTHESIS AND STUDY OF NEW COMPLEX BASED ON 1,10-PHENANTHROLINE
AND ZINC (II) CHLORIDE
Abdurasul Toshtemirov
Doctoral student, Termez State University, Republic of Uzbekistan, Termez
Hayit Turaev
Doctor of chemical sciences, professor, Termez State University, Republic of Uzbekistan, Termez
Ibragim Umbarov
Doctor of Technical Sciences, Termez State University, Uzbekistan, Termez
Djamshid Ashurov
Doctor of chemical sciences, professor, Institute of Bioorganic Chemistry, Academy of Sciences of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Библиографическое описание: СИНТЕЗ И ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО КОМПЛЕКСА НА ОСНОВЕ 1,Ш-ФЕНАНТРО-ЛИНА И ХЛОРИДА ЦИНКА (II) // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Тоштемиров А.э. [и др.]. 2024. 5(119). URL: https://7universum. com/ru/nature/archive/item/17407
Abdulahat Jalilov
Academician
of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
Director of LLC
"Tashkent Research Institute of Chemical Technology" Republic of Uzbekistan, Ibrat
АННОТАЦИЯ
Синтезирован новый метало-комплекс cocTaBa[ZnCl4](Ci2Hi0N2) взаимодействием иона Zn (II) с 1,10-фенан-тролином. Состав молекулярной и кристаллической структуры синтезированного металлокомплекса был изучен с использованием метода рентгеноструктурного анализа (PCA). С помощью программы CrystalExplorer 17.5 была определена площадь поверхности пустот в элементарной ячейке размером 282,84 Â2 и объем пустот - 100,88 Â3, что составляет 11,98% от общего объема. Энергии молекулярного взаимодействия были рассчитаны с использованием волновых функций мономера B3LYP/6-31G в программе Crystal Explorer.
ABSTRACT
A new metal complex with a composition of [ZnCl4](C12H10N2)was synthesized by the interaction of Zn (II) ion with ortho-phenanthroline. The composition of the molecular and crystalline structure of the synthesized metal complex was studied using X-ray crystallographic analysis (XRD). Using the CrystalExplorer 17.5 program, the surface area of voids in the elementary cell was determined to be 282.84 Â2 and the void volume was 100.88 Â3, which constitutes 11.98% of the total volume. Molecular interaction energies were calculated using B3LYP/6-31G wave functions in the CrystalEx-plorer program.
Ключевые слова: рентгенограмма, программа CrystalExplorer, энергия молекулярного взаимодействия, цинк, 1,10-фенантролин, соляная кислота.
Keywords: X-ray diffraction, CrystalExplorer program, molecular interaction energy, zinc, 1,10-phenanthroline, hydrochloric acid.
Введение
Цинк является вторым по распространенности металлом для людей, и животных, растений и микроорганизмов после железа [1]. Это многофункциональный элемент, который встречается в почти 300 ферментах, где он выполняет катализаторные, со-катализаторные и/или структурные функции [2]. Таким образом, наиболее выгодным способом его биологического высвобождения для обеспечения степени окисления металлов, необходимого для ферментативного синтеза, облегчающего цинк-зависимые биохимические процессы, является использование низкомолекулярных хелатов или комплексов цинка [3]. В некоторых случаях взаимодействие металлических ионов (например, Zn(П)) с биоактивными антибактериальными органическими соединениями повышает биологическую активность лиган-дов [4]. Металл в окислительном состоянии, тип и количество донорных атомов, а также их относительное расположение внутри лиганда - основные факторы, определяющие взаимосвязь между структурой и активностью. В других случаях взаимодействие биоактивных органических соединений с металлами подавляет их активность, например, антибактериальная активность цефадроксила уменьшается, когда он связывается с комплексом Zn(П) [5].
Органические лиганды с двумя или более донор-ными центрами играют важную роль в формировании комплексов, которые образуют стабильные структуры, обычно представленные в виде кольца с центральным атомом. Образование пяти- и шести-членных хелатных комплексов, значительно увеличивает его стабильность [6].
Экспериментальная часть
На аналитических весах точно взвешивали 0,2083 г (1 ммоль) кристаллогидрата хлорида цинка ((ZnCb-4H2O)) и 0,1802 г (1 ммоль) фенантролина (Ci2H8N2; Молярная масса: 180,21 г/моль ) Из отобранных навесок реагентов были приготовлены их 0,05 М растворы в воде. Аликвоты полученных растворов смешивали в соотношении 1:1. Полученный в результате реакции осадок, был растворен добавлением нескольких капель разбавленной HCl при интенсивном перемешивании в течение 30 минут с применением магнитной мешалки при 50°C. Затем раствор охлаждали до комнатной температуры и наблюдали выпадение в течение 25 суток бесцветных кристаллов. С помощью рентгеноструктурного анализа были исследованы пригодные для этого кристаллы синтезированного вещества, и установлены его состав [ZnCl4]2"(C12H1öN2)2+.
Уравнение реакции синтеза представлено следующим образом:
+ZnCl2+2HCl
L L
2+
_, 2-
С1
С1
Zn
/ \
-С1
С1
Рисунок 1. Уравнение реакции синтеза комплекса [ZnCU]2'(CnHwN2)2
Результаты и их обсуждение
Для анализа чистоты и индивидуальности полученных комплексов были проведены их рентгено-
структурные исследования. Рентгенограммы лиган-дов отчетливо различаются от аналогичных изображений, полученных для синтезированных комплексов, что подтверждает уникальность и высокую степень чистоты последних (Рис. 2).
Рисунок 2. Рентгенограммы комплекса [ZnCl4](C12HwN2)(A) и 1,10-фенантролина (B)
Для определения устойчивости кристалла к внешним механическим воздействиям необходимо определить предел прочности кристалла. Если в результате износа кристалла появляются значительные пустоты, внешнее механическое воздействие может легко разрушить кристалл. Для проверки механической устойчивости кристалла был проведен анализ пустот путем сложения электронной плотности сферически симметричных атомов, содержащихся в асимметричной единице [7].
С помощью использования программы CrystalExplorer 17.5 была определена площадь поверхности пустот в элементарной ячейке 282,84 А2 и объем 100,88 А3, что составляет 11,9898% от объема. CrystalExplorer-это универсальный и мощный инструмент для исследования межмолекулярных
взаимодеиствии и упаковки в кристаллических материалах с использованием полного набора инструментов Hirshfeld surface и квантово-механических расчетов ab initio. Его можно использовать для исследования многих областей химии твердого тела, включая:
• Межмолекулярные взаимодействия;
• Полиморфизм;
• Влияние давления и температуры на кристаллические структуры;
• Взаимодействие монокристаллов друг с другом;
• Анализ кристаллических пустот;
• Взаимосвязь структуры и свойств.
Отображая плотности квантово-механических
свойств ab initio и другие показатели, связанные
с расстоянием и кривизнои, на поверхностях Хиршфельда, CrystalExplorer предоставляет уникальную информацию о внутренней среде кристалла.
Новой функцией в этой версии является возможность отображения и количественной оценки пустот в кристаллических структурах.
Рисунок 3. Графическое изображение пустот в кристаллической ячейке: a) по направлению оси а, b) по направлению оси b и c) по направлению оси с
Энергии межмолекулярного взаимодействия рассчитываются с использованием энергетической модели CE-B3LYP/6-31G(d,p), доступной в CrystalExplorer [8], где кластер молекул генерируется путем применения операций кристаллографической симметрии по отношению к выбранной центральной молекуле в радиусе 3,8 А по умолчанию [9]. Полная межмолекулярная энергия (Etot) представляет собой сумму электростатической (Ее1е), поляризационной (Еро1), дисперсионной (Edis) и обменно-отталкивающей (Егер) энергий [10].
Мы также рассчитали энергии взаимодействия молекул, используя волновую функцию мономера B3LYP/3-31G. Молекулы отличаются друг от друга с помощью соответствующих цветов. Кулоновское, дисперсионное и полное взаимодействие энергий молекул представлены на рисунке 6.
Рисунок 4. Энергетический диапазон [ZnCU](Cl2HwN2 молекул, рассмотренных по [001]: (а) диаграммы полной энергии, (Ь) электростатической энергии, (а) энергии дисперсии
Толщина радиуса цилиндра указывает на степень взаимодействия энергетических величин и устойчивость кристаллической структуры [11]. Цилиндрический радиус пропорционален относительной силе соответствующих энергий, и они были приведены к одному и тому же масштабному коэффициенту 5 с пороговым значением 5кДж моль-1 в пределах 1 х 1 х 1 элементарных ячеек.
Мы рассчитали энергию межмолекулярного взаимодействия (кДж/моль), приведенную на рисунке 4, расстояние между молекулярными центрами в R-A (среднее положение атома) и представили результаты в таблице 1.
Рисунок 5. Взаимодействующие молекулы а) вдоль оси а, б) вдоль оси Ь и с) вдоль оси с
Таблица 1.
Значения энергии взаимодействия комплексов
№ Код симметрии R Eele Epoi Edis г '-'rep Etot
2 - 7.02 -882.5 -89.3 -18.1 34.3 -993.7
2 - 8.11 -711.8 -54.6 -6.7 22.1 -785.2
2 x, y, z 7.02 792.9 -40.8 -3.7 12.9 812.9
2 - 4.26 -1123.1 -168.9 -32.7 83.5 -1289.2
2 - 7.55 -703.8 -48.7 -6.3 7.4 -781.0
Заключение. Рентгенограммы лигандов отчетливо различаются от аналогичных изображений, полученных для синтезированных комплексов, что подтверждает уникальность и высокую степень чистоты последних. С помощью программного обеспечения СгуБШЕхрЬгег 17.5 было обнаружено,
что площадь поверхности пустот и объем элементарной ячейки составляют 282,84 А2 и 100,88 А3 , соответственно, что составляет 11,9898% от общего объема. Рассчитаны межмолекулярные взаимодействия волновой функции мономера БЗЬУР/З-ЗШ.
Список литературы:
1. Коулман Дж. Э. Цинковые белки: ферменты, запасные белки, факторы транскрипции и белки репликации // Ежегодный обзор биохимии. - 1992. - Т. 61. - №. 1. - С. 897-946. https://doi.org/10.1146/annurev. bi.61.070192.004341
2. Тубек С., Гржанка П., Тубек И. Роль цинка в гемостазе: обзор. Биол. Трейс Элем Рес 121, 1-8 (2008). https://doi.org/10.1007/s12011-007-8038-y
3. Май П.М., Линдер П.В., Уильямс Д.Р. Компьютерное моделирование равновесия ионов металлов в биожидкостях: модели низкомолекулярного комплексного распределения кальция (II), магния (II), марганца (II), железа (III), меди Ионы (II), цинка (II) и свинца (II) в плазме крови человека //Журнал Химического общества, Dalton Transactions. - 1977. - №. 6. - С. 588-595. https://doi.org/10.1039/DT9770000588
4. Li Z.Q.,et.al. Синтез, характеристика и активность против стафилококков комплексов металл(П)-гатифлоксацин // Китайский химический журнал. - 2007. - Т. 25. - №. 12. - С. 1809-1814. https://doi.org/10.1002/cjoc.200790334
5. Auda S.H. et al. Effect of different metal ions on the biological properties of cefadroxil //Pharmaceuticals. - 2009. -v. 2. - №. 3. - P. 184-193. https://doi.org/10.3390/ph2030184
6. Суюнов Д.Р., Тураев Х.Х., Ашуров Д.М. Синтез комплексного соединения иона Zn (II) с ортофенилендиамином и динатриевой солью нафталин-1,5-дисульфокислоты //Universum: химия и биология. - 2023. - №. 9-2 (111). -С. 26-32. DOI - 10.32743/UniChem.2023.111.9.15852
7. Turner M.J., et.al. Visualisation and characterisation of voids in crystalline materials //Cryst.Eng.Comm. - 2011. -v. 13. - №. 6. - P. 1804-1813. https://doi.org/10.1039/C0CE00683A
8. Spackman P.R., et al. CrystalExplorer: A program for Hirshfeld surface analysis, visualization and quantitative analysis of molecular crystals //Journal of Applied Crystallography. - 2021. - v. 54. - №. 3. - P. 1006-1011. https://doi.org/10.1107/S1600576721002910
№ 5 (119)_химия и биология_май. 2024 г.
9. Turner M.J. et al. Accurate and efficient model energies for exploring intermolecular interactions in molecular crystals //The journal of physical chemistry letters. - 2014. - v. 5. - №. 24. - P. 4249-4255.
10. Turner M.J. et. al. Energy frameworks: insights into interaction anisotropy and the mechanical properties of molecular crystals //Chemical Communications. - 2015. - v. 51. - №. 18. - P. 3735-3738.
11. Kumara K. et al. Synthesis, crystal structure and 3D energy frameworks of ethyl 2-[5-nitro-2-oxopyridine-1 (2H)-yl] acetate: Hirshfeld surface analysis and DFT calculations //Chemical Data Collections. - 2019. - v. 20. - P. 100195. https://doi.org/10.1016Zj.cdc.2019.100195
