Синтез и свойства водорастворимых производных хлорина е6 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 541.49: 542.547.963.4

СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ХЛОРИНА Е6

© Л.А. Тулаева', Г.П. Потапов

Сыктывкарский государственный университет, ул. Петрозаводская, 120,

167005, Сыктывкар (Россия) е-mail: kbhvms@ssu.komi.com

Целью настоящей работы являлся синтез водорастворимого производного хлорина е6 (производного хлорофилла), получение полимерного иммобилизата, а также первичная оценка физиологической активности полученных соединений.

Установлено, что полученные соединения (водорастворимые производные хлорина е6, низкомолекулярный и высокомолекулярный продукты) проявляют физиологическую активность.

Введение

Одной из важнейших проблем химии природных порфиринов является синтез и исследование физикохимических свойств и биологической активности новых порфиринсодержащих объектов, образованных физиологически активными веществами.

В последние годы одним из направлений, выдвинутых на передний план в области использования порфиринов и металлопорфиринов, а также их производных является применение их в качестве лекарственных средств. Однако, как известно, многие природные порфирины не растворимы в воде, поэтому встает проблема получения водорастворимых форм данных соединений.

Доступными источниками природных порфиринов могут являться хлорофилл и его производные.

Из литературы известно, что производные хлорофилла способны образовывать металлокомплексы с ионами переходных металлов. Для реакций образования металлопорфиринов характерно отщепление двух протонов КН-группы, почти полное разрушение координационной сферы исходной соли и формирование принципиально иной координационной сферы с чрезвычайно сильным взаимодействием металл-порфирин. В условиях образования металлопорфиринов эта реакция практически необратима [1]. Учитывая широкий спектр свойств, которыми обладают металлопорфирины, нами изучена возможность синтеза кобальтового производного хлорина е6.

Таким образом, целью настоящей работы являлся синтез водорастворимого производного хлорина е6 (производного хлорофилла), получение полимерного иммобилизата, а также первичная оценка физиологической активности полученных соединений.

Экспериментальная часть

Исходным объектом в синтезе металлокомплекса хлорина е6 являлся хлорофиллин натрия. Синтез осуществляли в 3 стадии. Схематично данный процесс представлен на рисунке 1.

Первой стадией данного процесса являлась обработка хлорофиллина натрия (1) концентрированным раствором соляной кислоты, в результате чего образуется соответствующий феофорбид (2), при последующем омылении которого 30%-ным раствором щелочи в метаноле образуется хлорин е6 (3). Заключительным этапом синтеза кобальтового комплекса хлорина е6 (Со-Х) (4) являлась обработка хлорина е6 избытком раствора ацетата кобальта в ледяной уксусной кислоте (мольное соотношение хлорин : ацетат кобальта 1 : 10, температура реакционной смеси - 60°С, время реакции - 2 ч).

Автор, с которым следует вести переписку.

СН=СН2 сн3

СН=СН2 сн3

СН=СН2 сн3

СН=СН2 СН3

С2Н5

СН3

СООН

(1)

(2)

(3)

(4)

Рис. 1. Схема синтеза кобальтового комплекса хлорина е6

Полученный кобальтовый комплекс хлорина е6 представляет собой мелкодисперсное вещество темнозеленого цвета, хорошо растворимое в хлороформе, ацетоне, эфире, нерастворимое в воде, этаноле.

Структура полученного кобальтового комплекса хлорина е6 подтверждена данными электронной спектроскопии. Результаты электронных спектров поглощения соответствуют литературным данным [1]. Так, для кобальтового комплекса хлорина е6 в спектре наблюдается полоса поглощения в ближнем ультрафиолете при 406 нм, известная в литературе как полоса Соре (наиболее интенсивная, характерная для всех порфириновых систем) и полоса в видимой области спектра при 625 нм, так называемая полоса 1 (малоинтенсивная).

Полученный на первом этапе кобальтовый комплекс хлорина, как и сам хлорофиллин натрия, является нерастворимым в воде соединением, именно это свойство ограничивает возможность практического использования данного соединения, в частности, в медицине.

Наличие в хлорине е6 (рис.1, (3)) концевых карбоксильных групп позволяет модифицировать его путем взаимодействия с азотистыми основаниями, с образованием водорастворимого продукта.

В качестве основного реагента нами выбран препарат группы витамина В1 - кокарбоксилаза (дифосфорный эфир тиамина), который близок по биологическому действию к витаминам и ферментам.

Синтез осуществляли в термостатируемых условиях, при атмосферном давлении, в водной среде. Условно общая схема синтеза водорастворимого продукта кобальтового комплекса хлорина е6 может быть представлена следующим образом:

СН=СН2 СН3

С2Н5

СН3

СН2 СН2 СООН

СН2 СООН I

СООН

СОО *Н3Ы-К

НэС^А

СН3

СН2~!Л( О Я

ЫН2 СН2СН2-О-Р-О—Р-ОН

I I

ОН ОН

Рис. 2. Схема синтеза водорастворимого продукта кобальтового комплекса хлорина е6

Отделение непрореагировавшего металлокомплекса проводили методом фильтрации и

центрифугирования. Выход продукта (растворимого производного металлокомплекса хлорина) оценивали по конверсии кобальтового комплекса хлорина. По результатам синтезов были определены оптимальные условия получения водорастворимого производного кобальтового комплекса хлорина.

Установлено, что максимальное значение конверсии кобальтового комплекса хлорина (77%)

происходит в следующих условиях:

1) температура реакционной смеси - 90°С,

2) время протекания реакции - 3 часа,

3) массовая концентрация кобальтового комплекса хлорина - 0,033 мг/мл.

Выделение и очистку продукта проводили методом переосаждения из системы вода-ацетон. Контроль чистоты продукта осуществляли рентгено-флуоресцентным методом анализа, суть которого заключается в определении процентного содержания кобальта в синтезированных соединениях до и после очистки. Продукт представляет собой порошок темно-зеленого цвета, хорошо растворимый в воде.

Обсуждение результатов

Структура полученного гидрофилизированного производного кобальтового комплекса хлорина еб подтверждена методами электронной и ИК-спектроскопии. Поскольку взаимодействие кобальтового комплекса хлорина еб с аминами приводит к образованию солевой связи, это вызывает изменение полос поглощения амино- и карбоксильной групп.

Так, в ИК-спектре кобальтового комплекса хлорина еб наблюдаются полосы поглощения валентных колебаний неионизированной карбоксильной группы при 1700 см-1 и деформационных колебаний при 1400 см-1, что соответствует литературным данным [1]. ИК-спектр водорастворимого производного кобальтового комплекса хлорина еб, характеризуется двумя интенсивными полосами поглощения при 1б50 и 1320 см-1, отвечающих антисимметричным и симметричным деформационным колебаниям ионизированной карбоксильной группы. Валентные колебания протонированной аминогруппы проявляются в области 3б00-3200 см-1, однако здесь мы наблюдаем широкую интенсивную неидентифицируемую полосу поглощения, вызванную наложением полос поглощения гидроксильной и протонированной аминогруппы.

Изучение электронных спектров поглощения полученного металлокомплекса и его водорастворимого производного подтверждает тот факт, что при усложнении структуры порфирина (в результате процесса солеобразования) в спектрах происходит незначительное смещение полосы Соре и батохромный сдвиг полосы 1 в видимой области спектра. Так, в электронном спектре гидрофилизированного кобальтового комплекса хлорина еб максимумы поглощения находятся при 40S и б52 нм, что на 2 и 27 нм отличается от соответствующих максимумов поглощения исходного металлокомплекса.

Иммобилизация порфиринов на полимерах позволяет получить соединения пролонгированного действия, дольше поддерживающие необходимый уровень этих физиологически активных веществ в организме, чем при использовании их в традиционных формах.

В настоящей работе в качестве полимерной матрицы для получения иммобилизата водорастворимого кобальтового комплекса хлорина еб использовали поливинилпирролидон (ПВП) с молекулярной массой 12б00, хорошо зарекомендовавший себя в медицинской практике. Иммобилизацию проводили в водном растворе при перемешивании, в течение двух часов, при S0°C. Продукт иммобилизации выделяли путем осаждения ацетоном.

Учитывая структурные особенности ПВП и синтезированного низкомолекулярного соединения, мы предполагаем наличие кооперативного комплексообразования между ними за счет координационных возможностей иона кобальта в растворимом комплексе хлорина.

Методом скоростной седиментации рассчитана доля звеньев ПВП, связанных в полимерном комплексе. Анализ и расчет проводили по методу Сведберга [2]. Было установлено, что в полимерном комплексе на 1 моль водорастворимого производного хлорина приходится в среднем б мономерных звеньев ПВП.

Косвенным доказательством получения полимерного комплекса растворимой соли кобальтового комплекса хлорина еб методом координационной иммобилизации могут служить электронные спектры поглощения. В данном случае наблюдается аналогичное смещение максимумов поглощения (как и в

случае получения водорастворимого продукта) полосы Соре (2 нм) в длинноволновую область. Также происходит батохромный сдвиг полосы 1 в видимой области спектра на 20 нм по сравнению с исходным порфирином. Данная полоса является наиболее чувствительной к координационному окружению металла в порфирине.

Анализ ИК-спектров иммобилизованного растворимого кобальтового комплекса хлорина еб и чистого полимера (ПВП) показал, что предполагаемая координация ПВП с растворимым производным хлорина подтверждается смещением полосы «Амид-1» (характерной для ПВП), обусловленной сложными колебаниями карбонильной группы, из области 1б75 в область 1бЗ5 см-1.

Для синтезированных водорастворимых производных кобальтового комплекса хлорина еб (низкомолекулярный и высокомолекулярный продукты) проведена первичная оценка биологической активности на стандартных тестах, позволяющих определить влияние соединений на физиологические показатели животных (обезболивающий, стимулирующий эффекты, влияние на энергетические показатели) [3-5]. Изучение влияния данных препаратов на животных показало, что полученные соединения проявляют анальгезирующий и стимулирующий эффекты.

Выводы

Таким образом, найден перспективный путь получения физиологически активных соединений -водорастворимых производных хлорина еб с продленным действием в организме и показана возможность разработки этих препаратов в качестве анальгезирующих и стимулирующих средств.

Список литературы

1. Аскаров К. А., Березин Б. Д., Евстигнеева Р.П., Ениколопян Н.С. и др. Порфирины: структура, свойства, синтез. М., 19S5. 333 с.

2. Svedberg T, Pedersen K.O. The ultracentrifuge. Oxvord, 194б. 430 p.

3. Калабухов Н.И. Методика экспериментальных исследований по экологии наземных позвоночных. М., 1951. 17б с.

4. Тестов Б.В., Баранова А.Н., Яновская Н.П. Изменение теплопродукции животных при облучении и введении радиопротекторов // Радиационная биология. Радиоэкология. 199б. Т. Зб. Вып. 1. С. 47-51.

5. Ульмер Т. Энергетический баланс // Физиология человека. М., 19S6. Т. 4. С. 15-17.

Поступило в редакцию 25 декабря 2001 г.