Влияние некоторых катионов d-металлов на рост и продукцию белка культурой Coriolus hirsutus Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ХИМИИ И ХИМИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

И. В. Шугалей, А. М. Судариков, В. В. Соколова, А. А. Иванова, З. В. Капитоненко

Влияние некоторых катионов d-металлов на рост и продукцию белка культурой Coriolus hirsutus

В последнее время все больший интерес представляет изучение токсического воздействия тяжелых металлов на растения, животных и человека в связи с катастрофически возросшим уровнем загрязнения окружающей среды.

Широкомасштабное техногенное загрязнение наземных экосистем неизбежно ведет к накоплению тяжелых металлов в почве. Почва, как известно, является начальным звеном пищевой цепи: почва - растение - животное - человек. Существенная доля тяжелых металлов, загрязняющих природную среду, накапливается в почве и из нее поступает в растения, а затем по пищевым путям - в живые организмы, вызывая нарушения их жизнедеятельности. Для почв составлен ряд по убыли токсичности металлов: Cd > Ni> Cu > Zn.

Попадая в почву, тяжелые металлы могут мигрировать горизонтально и вертикально в сопредельные среды, в результате чего происходит загрязнение грунтовых и поверхностных вод.

В водных средах металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения. В почвах тяжелые металлы содержатся в водорастворимой, ионообменной и непрочно адсорбированной формах. Металлы сравнительно быстро накапливаются в почве и крайне медленно выводятся из нее. Период полувыведения цинка - до 500 лет, кадмия - до 1100 лет. Тяжелые металлы обладают высокой токсичностью и степенью аккумуляции.

На биоценотическом уровне влияние тяжелых металлов приводит к доминированию видов, эффективно преобразующих тяжелые металлы. Вблизи предприятий естественные фитоценозы становятся более однообразными по видовому составу, так как многие виды не выдерживают повышения концентрации тяжелых металлов в почве. Количество видов может сокращаться до двух - трех, а иногда и до образования моноценозов. В лесных фитоценозах первыми

363

реагируют на загрязнение тяжелыми металлами лишайники и мхи. Наиболее устойчив древесный ярус, однако длительное или интенсивное загрязнение вызывает в нем сухостойные явления.

Кадмий склонен к активному биоконцентрированию, что приводит в довольно короткое время к его накоплению в избыточных биодоступных концентрациях. Поэтому кадмий по сравнению с другими тяжелыми металлами является наиболее сильным токсикантом почв. Среднее содержание кадмия в почвах, как основного источника его миграции по трофической цепи, колеблется от 0,07 до 1,1 мг/кг. Содержание кадмия в почвах выше этого уровня свидетельствует об антропогенном его происхождении. При превышении концентрации кадмия в почвах до 3 мг/кг содержание его в биомассе растений может составить 0,4 мг/кг, что уже вызывает токсический эффект у животных и человека. Детоксикация таких почв затруднена вследствие того, что кадмий включается в состав гумуса, поглощается и надолго удерживается корнеобитаемым слоем почвы.

Фоновое содержание никеля в растениях, произрастающих на обычных почвах, составляет 0,2-2,0 мг/кг сухого вещества, на почвах, богатых никелем (серпентины) - до 50 мг/кг, в зонах выбросов промышленных предприятий, перерабатывающих никельсодержащую руду - от 10 до 180 мг/кг в зависимости от расстояния до источника загрязнения.

Тяжелые металлы накапливаются не только клетками растений, но и клетками животных, обитающих в почвенном слое. Например, содержание кадмия, свинца, цинка в тканях дождевых червей может превышать таковое по сравнению с почвой в 10-15 раз. Следует отметить, что имеется эффект увеличения токсичности тяжелых металлов при их совместном воздействии на живые организмы в почве. Совместное воздействие цинка и кадмия оказывает в несколько раз более сильное ингибирующее влияние на микроорганизмы, чем при такой же концентрации каждого элемента в отдельности.

Поскольку тяжелые металлы и в продуктах сгорания топлива, и в выбросах металлургической промышленности встречаются обычно в различных сочетаниях, то действие их на природу, окружающую источники загрязнения, бывает более сильным, чем предполагаемое на основании концентрации отдельных компонентов.

Однако, несмотря на негативное влияние тяжелых металлов, не существует единого взгляда на механизм их воздействия на живые объекты. Известно, что на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, снижается урожайность, т. е. происходит угнетение роста. Одним из основных компонентов биомассы является белок, таким

364

образом, представляло интерес выявить влияние тяжелых металлов на биосинтез белка. Для решения поставленной задачи была выбрана культура высшего гриба Coriolus hirsutus. Данная культура является удобным тест-объектом, с хорошими показателями роста как при поверхностном, так и при глубинном культивировании на различных средах, что позволяет быстро наращивать необходимую для исследования биомассу гриба. При выращивании гриба использовали метод глубинного культивирования, при котором создаются оптимальные условия для роста: для мицелия, растущего в толще питательной среды, создаются одинаковые условия (физические и химические), перемешивание питательной среды и непрерывная аэрация способствуют росту мицелия и накоплению продуктов обмена, в встряхиваемых культурах растворение и скорость диффузии кислорода выше, чем в стационарных. Кроме того, сокращается срок ферментации и увеличивается количество получаемого продукта за счет увеличения области контакта фаз.

Исследования проводились с использованием кадмия и цинка. Выбор этих металлов обусловлен их чрезвычайной токсичностью. Известно, что с пищей в организм человека поступает 90-95 % кадмия, с водой 5-10, с воздухом - 1 %. Кроме того, сигареты также содержат кадмий (1 сигарета - 1-2 мкг кадмия), а фильтр его практически не задерживает. Особенно опасно сочетание кадмия с витамином С, провоцирующее канцерогенез. При хроническом отравлении кадмием развивается специфическое заболевание - болезнь «итай-итай». Тяжелые формы заболевания приводят к деформации скелета и потере трудоспособности. У женщин отравление кадмием приводит к невынашиванию беременности, токсикозам, осложнениям при родах, врожденным уродствам у детей. Для человека безопасные концентрации кадмия чрезвычайно низки и составляют не более 1 мкг/кг в сутки, а в питьевой воде - не более 0,01 мкг/л. Летальная доза кадмия не определена, но по оценкам ВОЗ может составлять 350-3500 мг.

Выбросы цинка в окружающую среду составляют 120 тыс. т в год. Цинк, относящийся к d-элементам и имеющий степень окисления +2, является сильным восстановителем. Цинк относится к числу активных микроэлементов, влияющих на рост и нормальное развитие организмов. Являясь биометаллом, цинк принимает участие в более чем 200 различных ферментативных реакциях, в то же время многие соединения цинка токсичны, прежде всего, его сульфат и хлорид.

365

Кадмий и цинк выбраны для проведения эксперимента также и в связи с тем, что они находятся в одной группе в периодической системе Менделеева, являются близкородственными по электрохимическим и окислительно-восстановительным характеристикам, что обусловливает близкие механизмы их токсического действия.

Влияние кадмия и цинка на рост культуры Coriolus hirsutus проверялось на питательной среде на основе 4-процентного сусла, куда вносились добавки катионов кадмия (в концентрации 10-3 М-10-4 М) и цинка аналогичной концентрации. Анализировались следующие параметры: прирост биомассы, содержание белка в культуральной жидкости и в экстракте биомассы, распределение белка между культуральной жидкостью и экстрактом биомассы.

В результате эксперимента было выявлено существенное влияние катионов кадмия и цинка на прирост биомассы, а именно снижение продукции биомассы до 97 % в сравнении с контрольным образцом.

Таблица 1

Количество полученной биомассы при культивировании

,г\ ,г\

в различных условиях в присутствии добавок катионов Cd 2 и Zn 2

Условия культивирования Вес биомассы, г % изменения веса биомассы по отношению к контролю

Культура без добавок (контроль) 2,05 ± 0,03 -

Культивирование в присутствии Cd+2( c=10-4M) 0,42 ± 0,03 Падение на 80 %

Культивирование в присутствии Cd+2 (c=10-3M) 0,06± 0,01 Падение на 97 %

Культивирование в присутствии Zn+2 (c=10-4M) 0,67± 0,03 Падение на 67 %

Культивирование в присутствии Zn+2 (c=10-3M) 0,12± 0,01 Падение на 94 %

Полученный эффект необходимо объяснить с точки зрения перестройки обменных процессов в клетках культивируемого организма, которые имеют место как приспособительные реакции по отношению к измененному составу среды культивирования. Хорошо известно, что грибы являются активными продуцентами белка, а тяжелые металлы оказывают существенное влияние на биосинтез

366

протеинов. В связи с вышеизложенным, представляло интерес изучить уровень продукции белка культур, произрастающей на средах, содержащих d-металлы и корректирующие добавки, а также исследовать перераспределение синтезируемого белка между клеткой и внеклеточной средой, что и было проведено для выбранных двух металлов.

Таблица 2

Концентрация белка в культуральной жидкости и биомассе в присутствии катонов Cd 2

Условия культивирования Концентрация белка в культуральной жидкости Концентрация белка в биомассе

Абсолютное значение мг/ л Изменение в сравнении с контролем, % Абсолютное значение мг/ л Изменение в сравнении с контролем, %

Культура без добавок (контроль) 1,21±0,03 - 0,96±0,01 -

Культивирование в присутствии Cd+2( c=10-4M) 3,26±0,01 Рост на 168 % 0,42±0,01 Падение на 56%

Культивирование в присутствии Cd+2 (c=10-3M) 2,61 ±0,01 Рост на 116% 0,57±0,01 Падение на 41%

Как ожидалось, присутствие тяжелого металла в среде культивирования существенным образом влияет на продукцию белка культурой. При этом существенно увеличивается экстрацеллюлярная продукция белка.

При росте в присутствии катионов Cd 2 культура не только усиленно продуцирует белок во внеклеточную среду, но при этом активно угнетается синтез внутриклеточного белка. Суммарная продукция белка культурой меняется незначительно, а в основном имеет место перераспределение белка между клеткой и внеклеточной средой. Таким образом, выращивание высшего гриба Coriolus hirsutus в среде, содержащей тяжелые металлы, приводит к существенному обеднению массы белком.

В дальнейшем представляло интерес проверить, сохраняются ли выявленные тенденции при смене металла, добавляемого в среду культивирования.

367

Таблица 3

Концентрация белка в культуральной жидкости в присутствии катионов Zn+2

Условия культивирования Концентрация белка в культуральной жидкости

Абсолютное значение мг/ л Изменение в сравнении с контролем, %

Культура без добавок (контроль) 1,45±0,03 -

Культивирование в присутствии Zn+2( c=10-4M) 2,77±0,03 Рост на 91 %

Культивирование в присутствии Zn+2 (c=10-3M) 2,23±0,01 Рост на 54 %

Действительно, как и в случае с кадмием присутствие цинка в среде приводило к резкому увеличению содержания белка в культуральной жидкости. Иными словами, приспособительный ответ культуры на присутствие данного металла для обоих катионов является аналогичным.

Переходные металлы, как более токсичный кадмий, так и менее токсичный цинк, существенно угнетают рост выбранной тесткультуры и при этом существенно влияют на биосинтез культурой белка.

Как показано на примере кадмия, в присутствии данных токсикантов наблюдается существенное обеднение биомассы белком. На примере как кадмия, так и цинка установлено, что при росте культуры в присутствии переходных металлов в среде наблюдается перераспределение белка между внутри- и внеклеточной средой с увеличением количества белка в культуральной жидкости.

Экспериментальная часть

Подготовка посевного материала

Исходную культуру Coriolus hirsutus выращивали в пробирках на косяках сусло-агара при температуре 28-30 °С в течение 7-10 дней (до полного зарастания поверхности косяка). Выросшие образцы хранили в холодильнике при +4 °С.

Посевной материал для глубинного культивирования готовили следующим способом: 2-3 кусочка мицелия (размером около 50 мм2) стерильно пересевали с агаризованной среды в конические колбы Эрленмейера объемом 0,5 л со 1560 мл среды. На дно колб насыпали стеклянные бусы диаметром 7-10 мм. Посевной материал выращивали в стационарных условиях при температуре 28-30 °С в течение 7-8 дней до полного зарастания поверхности среды пленкой мицелия.

368

Выросший поверхностный посевной материал измельчали с помощью стеклянных бус. Полученную суспензию использовали в качестве посевного материала на стадии ферментации.

Подготовка и стерилизация питательной среды

Приготовление питательной среды для поверхностного культивирования

Состав полусинтетической среды (из расчета на 1 л) приведен в табл. 4.

Таблица 4

Состав питательной среды для поверхностного культивирования

Компонент Масса, г

Пептон 2,5

D-глюкоза 10

Сухой дрожжевой экстракт 2.0

NaCl 0,5

KH2PO4 1,0

MgSO4x7H2O 0,5

CaCl2 0,05

FeSO4 0,005

ZnSO4 0,001

Примечание. рН среды до стерилизации 5,8-6,0. Стерилизацию среды проводили в автоклаве при 0,7 атм в течение 30 мин.

Приготовление питательной среды для глубинного культивирования

Глубинное культивирование проводили в колбах Эрленмейера объемом 0,75 л. Питательная среда состоит из сусла (содержание сахаров в сусле 4 %) и содержит добавки тяжелых металлов. В качестве источника азота использовали NH4NO3 из расчета 240 мг на 100 мл среды. Объем питательной среды для глубинного культивирования составляет 100 мл. Сусло в качестве среды для данного опыта было выбрано не случайно. Глюкозо-пептинную среду не использовали для данного эксперимента, так как в состав этой среды входит пептон, который может активно образовывать координационные соединения с вводимыми в среду катионами переходных металлов, что приведет к существенному искажению результатов эксперимента.

Состав сред для соответствующих условий культивирования:

1 среда без добавок металлов( сусло);

2 сусло + Cd+2( c=10-3M); 4 сусло + Zn+2( c=10-3M);

3 сусло + Cd+2( c=1 0-4m); 5 сусло + Zn+2( c=1 0-4m).

Стерилизацию среды проводили при 0,7 атм в течение 40 мин.

369

Посев и выращивание гриба

10 мл суспензии посевного материала стерильно переносили в колбы с питательной средой (объем среды 100 мл). После чего колбы помещают на роторную качалочную установку (230 об/мин) при 28-30 °С. Процесс культивирования длится 7 суток.

Обработка биомассы продуцента

После глубинного культивирования продуцента культуральную жидкость отделяли от мицелия через бумажный фильтр с использованием нутч-фильтра под вакуумом.

Подготовка биомассы к экстракции

После отделения мицелия от культуральной жидкости, биомассу высушивали в сушильном шкафу при 50 °С до постоянного веса биомассы. Сухую биомассу измельчали и использовали для водной экстракции.

Водная экстракция из мицелия гриба

К 1 г измельченного высушенного мицелия добавляли 14 мл экстрагента (воды). Холодную экстракцию проводили в течение 5 часов при постоянном взбалтывании на роторной качалочной установке (230 об/мин). После этого смесь центрифугировали в течение 10 мин при 3000 об/мин, надосадочную жидкость фильтровали и использовали для проведения анализа.

Количественное определение белка

Определение количества белка в растворе проводили по методу Лоури.

Определение содержания металла в культуральной жидкости и в экстрактах биомассы проводили с использованием вольтамперометрического измерительного комплекса.

М. А. Илюшин, И. В. Бачурина, А. В. Смирнов, А. М. Судариков, А. А. Стародубцева, А. С. Козлов

Металлокомплексы

с 4-амино-3-гидразино-5-меркапто-1,2,4-триазолом как лигандом

4-Амино-3-гидразино-5-меркапто-1,2,4-триазол (Purpald) (рис.1) является как высокоэнтальпийным соединением, так и гетероциклическим аналогом антиоксиданта цистамина (HSCH2CH2NH2), регулирующего уровень активных форм кислорода в живых системах.

370

N-N

HS

N

H

NH2

NH2

Рис 1.4-Амино-3-гидразино-5-меркапто-1,2,4-триазол (Purpald)

Поэтому синтез металлокомплексов Purpald представляет интерес как для химии энергетических материалов, так и для решения проблемы получения антиоксидантов, превосходящих по эффективности существующие фармакологические препараты.

Purpald является полидентатным лигандом. В качестве центров координации в зависимости от условий могут выступать как атомы азота N1, N2 триазольного цикла, так и экзоциклические заместители. Лиганд в реакцию комплексообразования может вступать как в тиольной, так и в тионной форме:

N---N

HN---N

HS— N nhnh2 s-^ N nhnh2

NH2 NH2

Рис. 2. Таутомерия Purpald

Синтез координационных соединений проводили по схеме: M(ClO4)2+ C2H6N6S^M(C2H6N6S)(ClO4)2 , где М^ЩМ), Ni(II), Co(II), Cd(II).

В результате были получены следующие координационные соединения: Cu(C2H6N6S)(ClO4)2 (1), Co(C2H6N6S)(ClO4)2 (2),

Ni(C2H6N6S)(ClO4)2 (3).

Перхлораты переходных металлов получали из карбонатов соответствующих металлов. Исключение составил перхлорат кобальта. Для него углекислую соль готовили из 6-водного двухлористого кобальта. Ввиду чрезвычайной гигроскопичности кадмиевого комплекса, точный состав данного соединения установить не удалось. Меняя порядок слива и растворители при получении комплексных перхлоратов, увеличили выход продуктов 1-3 с ~20 до ~85 %. Индивидуальность металлокомплексов 1-3 подтверждена результатами тонкослойной хроматографии (ТСХ). Состав и строение комплекс-

371

ных соединений 1-3 были доказаны с помощью данных элементного анализа, ИК-, УФ-, ЯМР 1Н спектроскопии.

В результате координации в ИК-спектрах комплексов 1-3 появляются характеристические полосы гетероциклического соединения. Это поглощение функциональных групп-заместителей, а также колебания самого кольца. Полосы поглощения функциональных групп находятся в следующих областях:

• Полосы -NH- NH2 - группы, см -1: 1360-1250 ( v,a).

• Полосы ^Н2группы, см-13450 - 3300 ( v,a).

Валентные и валентно-деформационные колебания кольца находятся в области:

• валентных колебаний - 1550-1420см-1; 1410-1340см-1; 1320-1240см-1; 1100-1020см-1.

• деформационных колебаний (1020-950 см-1 , плоские) и (720-630 см -1, неплоские).

На основании сравнения ИК-спектров синтезированных солей

1-3 и свободного лиганда можно сделать предварительное заключение о координации последнего по атомам N1, N2 триазольного кольца. Все перхлоратные комплексы имеют в ИК-спектрах интенсивную широкую полосу поглощения в диапазоне 1050-1170 см-1, относящуюся к vas СЮ4" и полосу средней интенсивности при 624-672 см-1, относящуюся к 5, Расщепление полосы при ~ 1090 см-1 свидетельствует о понижении тетраэдрической симметрии аниона за счет эффектов кристаллического поля лиганда и возможного образования водородных связей с экзоциклическими заместителями. Лиганд, очевидно, координирован в тиольной форме.

Возможность эффективно применять для исследования строения синтезированных координационных соединений 1-3 спектроскопию ЯМР 1Н позволяет наличие протонов у экзоциклических заместителей лиганда (табл. 1).

Таблица 1

Химические сдвиги протонов лиганда и комплексов 1-3

Соединение 5NH2, м.д 5NH- NH2, м.д 5SH, м.д

Purpald 4,4 7,5 8,5

Cu(Purpald)(ClO4)2 (1) 7,8 8,3 10,0

Co(Purpald)(ClO4)2 (2) 7,7 8,2 10,6

Ni(Purpald)(ClO4)2 (3) 6,8 7.9 9,9

Анализируя данные табл. 1, можно отметить, что комплексообразование приводит к смещению сигнала протонов NH- и SH-групп в

372

область слабого поля. Химический сдвиг протонов зависит от радиуса катиона металла. С увеличением радиуса катиона металла в ряду Ni<Co<Cu увеличивается химический сдвиг протонов в координированном лиганде.

Можно предположить, что в комплексе Cu(Purpald)(ClO4)2 гетероциклический лиганд координируется с центральным атомом по аминной, гидразиновой и тиольной группам. Вероятно, тиольная группа не участвует в образовании водородных связей с перхлорат-ным анионом внешней сферы, что приводит к уменьшению химического сдвига протона по сравнению с комплексом 2.

В комплексе Co(Purpald)(ClO4)2 имеется существенный сдвиг в область слабого поля протонов аминной, гидразиновой и тиольной групп, причем для тиольного протона наиболее существенно изменение химического сдвига из всех изученный солей. Полученные значения химических сдвигов протонов свидетельствуют как о вероятности координации Purpald по всем имеющимcя экзоциклическим группам, так и о возможности образования водородных связей между экзоциклическими группами и атомом кислорода перхлоратных ионов.

При анализе спектра комплекса Ni(Purpald)(ClO4)2 обращает на себя внимание недостаточно большое смещение химических сдвигов протонов аминной группы по сравнению с другими комплексами, из чего можно сделать предположение, что аминная группа не участвует в образовании водородных связей, в то время как тиольная и гидразиновая группы участвуют как в комплекообразовании, так и, вероятно, в образовании водородных связей с перхлоратным ионом.

Изменение химических сдвигов протонов всех экзоциклических групп по сравнению с Purpald, свидетельствует о их возможном участии в комплексообразовании. Следует заметить также, что полученные значения химических сдвигов протонов для координированного лиганда не исключают участия триазольного кольца в комплексообразовании с катионами d-металлов.

Исследованные низкоспиновые комплексы 1-3 дают две полосы поглощения в области d-d переходов, молярный коэффициент поглощения (s) которых мал, что объясняется запрещением переходов согласно правилу Лапорта. Запрет частично снимается вследствие выхода иона металла из положения равновесия в центре правильного полиэдра в результате теплового движения.

Результаты анализа УФ-спектров комплексов 1-3 представлены в табл. 2.

373

Расчеты константы расщепления выполнены на основании уравнений (1) и (2):

А = h1+ [d(h2/h1)] (h2-h1) (1)

d-(h2/hi) = 0,1824 (h2/hi)2 - 0,5531 ^1) + 0,6165, (2) где h2, h1 - волновые числа, соответствующие максимумам поглощения d-d переходов, см-1; А - константа расщепления, см-1.

Таблица 2

Результаты УФ-анализа синтезированных комплексов

Соединение Полосы поглощения в области d-d перехода А Цвет Конфигурация комплекса

X, нм s, л/моль-см

Cu(Purpald)(ClO4)2 560 675 49,2 42,0 1546 8 Синий Октаэдр

Ni(Purpald)(ClO4)2 375 600 8,2 3,2 1865 2 Зеленый Октаэдр

Co(Purpald)(ClO4)2 423 548 69.7 68.8 1935 9 Красный Октаэдр

Полученные значения коэффициента экстинкции (s<100) позволяют сделать вывод об октаэдрической конфигурации полученных соединений. Комплексы 1-3 лабильны, в растворах солей лиганд быстро обменивается с молекулами растворителя, что подтверждается низкими значениями констант расщепления (А< 20000 см-1).

Термораспад продуктов 1-3 в неизотермических условиях был изучен методом TG/DTA при скорости нагрева 5 К/мин. Температура начала интенсивного разложения комплекса Cu(C2H6N6S)(ClO4)2 ~200оС. Разложение соли 1 происходит в две макрокинетические стадии. На первой стадии вероятнее всего происходит окисление гидразиновой и тиольной групп лиганда внешнесферным анионом ClO4". Процесс сопровождается экзотермическим эффектом (температурный интервал первой стадии 170-230оС). Убыль массы образца составляет ~40%. На второй стадии термораспада происходит окисление аминной группы оставшимся перхлорат-анионом и разложение триазольного кольца в результате перестройки внутренней сферы комплекса. Разложение комплекса 1 сопровождается экзотермическим эффектом. Процесс происходит в интервале температур 235-300 оС. Убыль массы образца на второй стадии ~ 12,5 %. Твердый остаток представляет собой медьсодержащее вещество неопределенного состава.

374

Разложение комплекса Ni(C2H6N6S)(ClO4)2 происходит в одну макрокинетическую экзотермическую стадию в температурном интервале 270-310оС. Температура начала интенсивного разложения 3 ~ 295 оС. Убыль массы образца ~ 35 %. При термораспаде, по-видимому, происходит окисление гидразиновой и аминной групп внешнесферным анионом ClO4", В результате получается никельсодержащий осадок неизвестного состава.

Разложение комплекса Co(C2H6N6S)(ClO4)2 происходит в одну экзотермическую стадию в температурном интервале 260-295оС и сопровождается, вероятно, окислением гидразиновой и аминной групп перхлоратным анионом. Температура начала интенсивного разложения 2 ~ 280 оС. Убыль массы образца ~ 35 %. В результате получается кобальтсодержащий осадок неопределенного состава.

Анализ результатов термораспада комплексов 1-3 показал, что катионы металлов катализируют разложение лиганда (см. табл. 3)

Таблица 3

Зависимость термической устойчивости перхлоратных комплексов от энергетических свойств центрального атома

Соединение Т °С 1 нр, С Тнир, °С Ионный радиус М2+, нм

Cu(Purpald)(ClO4)2 170 200 0,080

Co(Purpald)(ClO4)2 260 280 0,078

Ni(Purpald)(ClO4)2 270 295 0,074

Из данных табл. 3 следует, что с увеличением ионного радиуса катиона снижается температура начала интенсивного разложения (Тнир,) комплексов и увеличивается каталитическое действие катионов на термораспад лиганда.

Ионный радиус, r: Ni<Co<Cu Тнир: Cu< Co<Ni

Для синтезированных координационных соединений были определены энергии активации и гарантийный срок хранения (ГСХ). ГСХ Purpald и комплексов 1-3 рассчитаны по уравнениям (3) и (4) (в с):

^ ГСХ

(

ln -11

о

Л доп )

z

(3)

375

z = k0 • exp|

E

RT

(4);

где k0 - предэкспоненциальный множитель; E - энергия активации реакции в Дж; R - универсальная газовая постоянная; T - абсолютная температура; - допустимая степень разложения (принимаем 0,02 % или соответственно 0,0002). Расчет вели при n=1.

Пересчет ГСХ на годы проведен по уравнению (5):

Тгсх /(3600 24365) (5)

Purpald - Еакт=201.3 кДж/моль, log(k0) = 21.2, ГСХ при 20 град ~ 3250 лет

1 - Еакт=171.2 кДж/моль, log(k0) = 17.5, ГСХ при 20 град ~ 78 лет

2- Еакт=120.8 кДж/моль, log(k0) = 9.2, ГСХ при 20 град ~ 16 лет 3 - Еакт=181.4 кДж/моль, log(k0) = 14.8, ГСХ при 20 град ~ 2,2 миллиона лет

Еакт.: Co(M)<Cu(M)<Ni(M)< Purpald.

На основании полученных данных можно заключить, что координация снижает энергию активации термораспада лиганда. Наименее устойчивым среди изученных соединений является комплекс Co(II), а наиболее устойчивым - комплекс Ni(II), имеющий наибольшую энергию активации термораспада (181.4 кДж/моль).

Выводы

1. Синтезированы металлокомплексы с 4-Амино-3-гидразино-5-меркапто-1,2,4-триазолом как лигандом и исследованы их физикохимические свойства.

2. Рассчитаны кинетические параметры термораспада полученных координационных соединений. Показано, что координация снижает энергию активации свободного лиганда.

3. Рассчитан гарантийный срок хранения комплексов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ, межвузовская аналитическая целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы» на 20092011 гг. Проекты 2.1.1/2908 и 2.1.2/1581.

376