CC BY
50
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ХИМИИ И ХИМИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ
И.В. Бачурина, М.А. Илюшин, А.М. Судариков, И.В. Шугалей
Синтез и свойства металлокомплексов коразола с аминокислотами
Микроорганизмы и вирусы непрерывно видоизменяются, мутируют. Появляются новые болезни и возвращаются старые, которые считались побежденными в ХХ веке. Возбудители болезней становятся резистентными к имеющимся лекарствам и требуются все новые эффективные биологически активные, малотоксичные вещества для борьбы с ними.
Известный путь получения новых лекарственных веществ - модификация свойств соединений путем введения новых заместителей в известные структуры.
Например, замена атома водорода в 5-положении цикла природного алкалоида урацила (1), не обладающего выраженными фармакологическими свойствами, на фтор привело к получению фторурацила (2) - известного противоракового препарата.
Также, если взять алкалоид теобромин (3), который придает шоколаду неповторимые вкус и аромат, и заменить в аннелирован-ном пятичленном цикле имидазола метильную группу на водород, то получится теофилин (4) - лекарство против астмы. Замена атома водорода в аннелированном шестичленном цикле (3) на метильную группу приводит к кофеину (5) - стимулятору нервной деятельности, способному нарушать сон.
308
Другой путь создания биологически активных соединений, в том числе, очевидно, лекарственных веществ - это получение металлокомплексов, лигандами в которых служат биологически активные органические молекулы.
Примером такого лиганда является коразол (6).
Рис. 1. 1,5-пентаметилентетразол (коразол, РМТ, 6)
РМТ за счет «пиридиновых» атомов азота тетразольного кольца способен давать комплексы с катионами тяжелых и переходных металлов. Соединение 6 известно своей биологической активностью, так РМТ был определен как средство сильно возбуждающее центральную нервную систему. В течение ХХ в. он активно использовался при лечении острых стадий шизофрении. В практической медицине и травматологии коразол нашел применение при лечении ряда тяжелых заболеваний и травм, осложненных развитием шока, ослаблением сердечной деятельности и дыхания, а также при острых отравлениях снотворными веществами и наркотиками, оказывающий возбуждающее действие на дыхательный и сосудодвигательный центры мозга. В последние годы коразол активно используется в научных исследованиях при изучении конвульсивных свойств препарата и нейрохимической организации мозговой деятельности у животных и человека.
Для изучения влияния комплексообразования на биологическую активность коразола был синтезирован комплекс (7) по реакции.
/Co(NH3)5H2Of+(ClO4)3 + РМТ {Co(NH3)5[PMTJ}3+(ClO4)3 + H2O
7
Одним из важнейших показателей биологической активности химических веществ является их токсичность. Были проведены экс-
309
перименты по определению сравнительной токсичности коразола и комплекса 7 на лабораторных животных. Установлено, что при пероральном введении лабораторным мышам коразола в количестве ~70 мг/кг (0,006 М/кг) массы тела наблюдался 100 % летальный эффект. Комплекс 7 вызывал гибель 100 °% животных при эквимолярной летальной дозе ~300 мг/кг (0,006 М|/кг), что говорит о близкой токсичности двух этих веществ. По предварительным данным по токсичности комплекс 7 можно отнести к 3 классу опасности. Комплексообразование привело к потере судорожного действия у 7, следовательно, воздействие на теплокровных коразола и комплекса 7 - различно.
Экспериментально было подтверждено предположение, что комплекс 7 обладает антиоксидантной активностью. Антиоксидантные (АО) свойства препаратов заключаются в их способности взаимодействовать с активными формами кислорода (АФК): H2O2 ; OH. ; O2' . Отклонения в генерации АФК и существенные сдвиги в течении свободнорадикальных процессов сопровождают воспалительные заболевания, канцерогенез, различные виды травм, легочную патологию, тяжелые инфекции, ишемическую болезнь сердца, инфаркт миокарда, сахарный диабет, нейродегенеративные заболевания. Для коррекции указанных состояний достаточно давно применяется терапия антиоксидантами. АО активность комплекса 7 была изучена в сравнении с коразолом в сравнимых условиях.
Традиционным методом первичного скрининга антиоксидантных свойств является выяснение способности веществ гасить инициированную хемилюминесценцию. Чем активнее подавляется хемилюминесценция при введении препарата, тем выше его антиоксидантные свойства. Опыт проводился в стандартных условиях, в качестве тест-объекта была выбрана суспензия липосом яичного желтка в фосфатном буфере с рН=7,6, в качестве стандарта использовали цистамин (HSCH2CH2NH2). Было показано, что комплекс 7 проявляет более выраженную способность гасить хемилюминесценцию, чем коразол и цистамин, то есть проявляет более выраженные антиоксидантные свойства.
Однако при изучении антиоксидантных свойств препаратов лишь выявление их способности эффективно гасить хемилюминесценцию является недостаточной, так как реальные системы, в которых продуцируются активные формы кислорода, намного сложнее. Использование клеток в качестве тест-системы позволяет полнее и шире оценить антиоксидантные свойства препаратов. Использова-
310
ние суспензии нативных клеток позволяет выяснить как способность препаратов улавливать активные формы кислорода, так и установить их влияние на собственную антиоксидантную систему защиты клетки через ингибирование или активацию ключевых ферментов антиоксидантной защиты, к которым относятся супероксиддисмута-за (СОД) и каталаза. В качестве тест-системы использовали суспензию эритроцитов в физиологическом растворе.
Было установлено, что лиганд 6 и комплекс 7 обладают разнонаправленным действием на процесс метгемоглобинобразования. Так лиганд 6 стимулировал процесс окисления железа гема, то есть усиливал процесс метгемоглобинобразования по сравнению со стандартным процессом. Комплекс 7, содержащий лиганд 6 во внутренней сфере, действует аналогично выбранному стандарту - ци-стамину, подавляя метгемоглобинообразование, и не уступает по эффективности стандарту. При использовании препаратов в качестве антиоксидантов важным показателем является их индифферентность по отношению к собственным ферментам антиоксидантной защиты клетки. Найдено, что стандарт, лиганд 6 и комплекс 7 незначительно снижают активность супероксиддисмута-зы, что является их недостатком, и приводит к более высокому стационарному уровню супероксидного анион-радикала в системе. Однако способность цистамина и комплекса 7 активно улавливать супероксидный анион радикал приводит к значительному снижению уровня метгемоглобина в системе. Неспособность лиганда 6 взаимодействовать с супероксидным анион радикалом и некоторое снижение активности супероксиддисмутазы при его введении в суспензию эритроцитов, приводит к росту метгемоглобина по сравнению с контролем. Исследование влияния цистамина, лиганда 6 и комплекса 7 на активность каталазы выявило, что цистамин не влияет на активность данного фермента, лиганд 6 активирует каталазу, а действие комплекса 7 заметно снижает активность фермента, что является недостатком последнего. Снижение активности каталазы приводит к более высокому стационарному уровню Н2О2 в тестсистеме. Пероксид водорода является высокореакционноспособным соединением и предшественником наиболее активного из всех активных форм кислорода - радикала ОН-. Именно гидроксильный радикал является частицей, ответственной за процесс деструкции биополимеров - липидов и белков. Присутствие этого радикала в системе интенсифицирует процессы их перекисной деструкции. При этом в тест-системе имеет место значительное усиление перекисно-
311
го окисления белков по сравнению с контролем при неизменном уровне пероксидации липидов. То есть в тест-системе параметр пе-рекисного окисления белков является более информативным. Возможно, такой результат связан с неравномерным распределением активных форм кислорода между различными мишенями.
Входящий в состав комплекса 7 перхлорат-анион сам является биологически активным соединением. Так, в 2006 г. было показано американскими исследователями, что перхлорат-анион, возможно, является тератогеном (вызывает уродства во время внутриутробного развития плода) и оказывает вредное воздействие на щитовидную железу. Поэтому для дальнейших исследований были получены комплексы биометаллов (меди, никеля, кобальта) с коразолом, где в качестве аниона использовали малотоксичные аминокислоты: глицин, L-пролин (НРго) и D^-триптофан (НТг).
Далее приведены несколько примеров таких синтезов.
Исходной солью в синтезе глицината
бис(1,5-пентаметилентетразола)никеля (II) (8) был семиводный сульфат никеля. В ходе реакции сульфат-анион осаждали добавлением восьмиводного гидроксида бария. Схема реакции выглядела следующим образом:
NiSO4-7H2O + 2PMT + 2 NH2CH2COOH + Ba(OH)2-8H2O ^ [Ni(PMT)2(NH2CH2COO)2] + BaSO4 j + 17 H2O
8
Высаживание целевого комплекса 8 проводили путем добавления к маточному водному раствору небольшого количества ацетона. Для полноты высаживания раствор оставляли на сутки на воздухе.
В качестве исходного реагента при получении смешенного про-лината меди (9) использовали карбонат меди. Карбонат-анион замещали пролином, который является достаточно сильной кислотой (рКа=2.0). Об окончании реакции судили по прекращению выделения углекислого газа. Для полноты удаления последнего из реакционной массы раствор выдерживали при температуре 60оС и перемешивании в течение 30 минут, и только затем приливали раствор РМТ. Реакция проходила по следующей схеме:
CuCO3 + 2HPro ^ Cu(Pro)2-2 H2O + H2O + CO2 Cu(Pro)2 2 H2O + 2PMT ^ Cu(PMT)2(Pro)2 + 2 H2O,
9
COOH
где НPro = H
312
Методом кругового дихроизма установили структуру соли 9. Наиболее вероятной геометрией комплекса [Cu(Pro)2PMT2] в водных и этанольных растворах является тетрагональная бипирамида (октаэдр, искаженный эффектом Яна-Теллера), плоскость которой образуют два прочно связанных (М,0)-координированных пролиновых лиганда (см. рис. 2). Комплекс достаточно быстро изомеризуется, но предпочтительно находится в транс-Н,Н-расположении (такое расположение предпочтительно для бис-аминокислотных комплексов с одинаковой хиральностью стереогенного центра). Два аксиальных положения занимают тетразольные лиганды. В водных растворах [Cu(Pro)2] эти положения большую часть времени заняты молекулами воды.
Рис. 2. Смешаннолигандный комплекс меди (II) [Cu(Pro)2PMT2] (9)
При получении смешанных комплексных солей с триптофаном использовали «мочевинный метод»:
[M(PMT)2]SO4 + 2HAn + CO(NH2)2 + H2O ^ [M(PMT)2](An)2 + (NH4)2SO4 +CO2,
где M= Cu(II) (10), Co(II) (11), Cd (12); An= Tr"
Суть метода состоит во взаимодействии при 60-80°С в течение 24-48 часов солей металлов с РМТ в присутствии мочевины. Роль мочевины состоит в том, что за счет ее гидролиза в растворе происходит депротонирование аминокислоты и связывание последней с ионом металла. Присутствие мочевины в смеси исходных реагентов обеспечивает медленное подщелачивание раствора за счет образования аммиака. При постепенном возрастании рН ионы металла не успевают гидролизоваться с образованием плохо растворимых
313
гидроксидов, а участвуют в комплексообразовании с электронодонорными атомами аминокислоты. Кроме того, плавное увеличение рН способствует медленному осаждению соединения, что приводит к хорошему качеству кристаллов.
Для ряда металлокомплексов коразола с аминокислотами была оценены АО свойства в опытах по гашению хемилюминисценции и экспериментах по изучению СОД подобной активности: способности препаратов катализировать реакцию:
202- + 2Н+ = Н2О2 +О2,
либо иным способом удалять из системы супероксидный анионрадикал, названа СОД-подобной активностью, так как эта реакция in vivo катализируется особым ферментом - супероксиддисмутазой (СОД).
Исследования на двух тест-моделях показали, что металлокомплекс 8 не обладает АО активностью.
При изучении СОД-подобной активности соли 9 было обнаружено, что комплекс обладает некоторой специфической СОД-подобной АО активностью. По-видимому, удаление O2'- зависит от наличия иона меди, который восстанавливается следующим образом:
Cu2+ + O2-^ Cu+ + O2.
Такой эффект не является неожиданным, так как атом меди входит в состав активного центра супероксиддисмутазы.
Биологическую активность других синтезированных металлокомплексов коразола с аминокислотами предполагается изучить в ближайшее время. На основании анализа полученных результатов можно заключить, что комплексообразование изменяет физиологическое действие лиганда на организм теплокровных, а АО активность комплексов нуждается в дальнейшем изучении с привлечением максимально большого числа тест-моделей.
М.А. Илюшин, А.В. Смирнов, А.М. Судариков, И.В. Целинский
Взаимодействие лазерного излучения с твердыми материалами
Впервые явление взаимодействия когерентного излучения с энергетическими материалами было опубликовано в 60-х гг. ХХ в. Примерно в то же время были взяты первые патенты на конструкции и использование оптических средств инициирования, показана их повышенная устойчивость к несанкционированному срабатыванию от ложного инициирующего импульса по сравнению с электрическими средствами взрывания.
314
