CC BY
8
Раздел 02.00.10
УДК 546.22:547.7:663.12
Биоорганическая химия
DOI: 10.17122/bcj-2019-4-21-24
В. Р. Ахметова (д.х.н., проф.) Р. А. Зайнуллин (д.х.н., проф.) 2, Н. С. Ахмадиев (к.х.н., н.с.) Н. А. Глушкова (магистрант) 2, Р. В. Кунакова (д.х.н., проф.) 2
ВОДОРАСТВОРИМЫЙ КОМПЛЕКС ПАЛЛАДИЯ(П) С БИС(1,2-ИЗОКСАЗОЛ-4-ИЛМЕТИЛСУЛФАНИЛ)ЭТАНОМ: СИНТЕЗ И РОСТОСТИМУЛИРУЮЩАЯ АКТИВНОСТЬ В ОТНОШЕНИИ SACCHAROMYCES CEREVISIAE
1 Институт нефтехимии и катализа УФИЦ РАН,
лаборатория гетероатомных соединений 450075, г. Уфа, пр. Октября, 141, e-mail: vnirara@mail.ru 2 Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра специальной химической технологии 450062, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1, e-mail: 5599032@mail.ru
V. R. Akhmetova 1, R. A. Zainullin 2, N. S. Akhmadiev 1, N. A. Glushkova 2, R. V. Kunakova 2
WATER-SOLUBLE PALLADIUM (II) COMPLEX WITH
BIS(1,2-ISOXAZOL-4-ILMETILSULFANIL) ETHANE: SYNTHESIS AND GROWTH-STIMULATING ACTIVITY AGAINST SACCHAROMYCES CEREVISIAE
1 Institute of Petrochemistry and Catalysis of the UFRC of RAS, 141, Prospekt Octyabrya Str., 450075, Ufa, Russia, e-mail: vnirara@mail.ru
2 Ufa State Petroleum Technological University,
1, Kosmonavtov Str., 450062, Ufa, Russia, e-mail: 5599032@mail.ru
Последовательным взаимодействием ацетилаце-тона с СН20 и 1,2-этандитиолом (реакция тио-метилирования), далее, in situ, с гидроксилами-ном (реакция Кнорра) и последующим взаимодействием синтезированного лиганда с ацетатом палладия синтезирован водорастворимый комплекс Pd(II) с бис(1,2-изоксазол-4-ил-метилсульфанил)этаном. Выявлена ростостиму-лирующая активность водорастворимого органо-палладиевого комплекса на дрожжи Saccharomyces cerevisiae — сахаромицеты, продуцирующие этанол.
Ключевые слова: ацетилацетон; водорастворимый комплекс палладия(11); дрожжи Saccharomyces cerevisiae; реакция тиометили-рования; ростостимулирующая активность.
Работа выполнена в рамках проектной части государственного задания AAAA-A19-119022290010-9 и при финансовой поддержке гранта РФФИ 17-43-020292р_а.
A palladium(II) water-soluble complex was synthesized with a bis( 1,2-isoxazol-4-ylmethylsulfanyl)ethane ligand by successive transformations of acetylacetone with CH2O and 1,2-ethanediol (thiomethylation reaction) and then in situ with hydroxylamine (Knorr reaction) followed by the interaction of the synthesized ligand with palladium acetate. The growth-promoting activity of the water-soluble organo-palladium complex on Saccharomyces cerevisiae yeast, accharomycetes producing ethanol, has been established.
Key words: acetylacetone; growth stimulating activity; thiomethylation reaction; water-soluble palladium(II) complex; yeast Saccharomyces cerevisiae.
The work was performed as part of the project part of the state task AAAA-A19-119022290010-9 and with financial support from the RFBR grant 17-43-020292r_a.
Дата поступления 05.07.19
Перспективными подходами в создании возобновляемых источников энергии, в частности, биотоплива, являются процессы сбраживания полисахаридов растительного происхождения, а именно, сельскохозяйственных и промышленных отходов, с участием сахаромицетов. При этом увеличение выхода биотоплива может быть обеспечено за счет улучшения качества микроорганизмов с помощью синтетических стимуляторов их роста. Недавно мы сообщали 1 о ростостимулирующей активности в отношении дрожжей Saccharomyces cerevisiae бис-изоксазолов, связанных метил-сульфанильными цепочками,.
В данной работе в качестве стимулятора роста Saccharomyces cerevisiae, продуцирующих этанол, изучен водорастворимый комплекс диацетата палладия с бис(1,2-изоксазол-4илметилсульфанил)этаном (1). Ранее нами было установлено 2, что дихлоропалладиевый комплекс с данным лигандом является практически не токсичным соединением и проявляет гепатопротекторные свойства.
Материалы и методы исследования
Для синтеза целевого продукта использовали коммерчески доступные исходные соединения с чистотой >98% (Acros organics и Sigma Aldrich). Контроль ростостимулирующей активности осуществляли путем подсчета количества дрожжевых клеток с использованием камеры Горяева и светового микроскопа.
Синтез 4,4'-[этан-1,2-диилбис-сульфанил-метилен)]бис-(диметилизоксазола) (1) осуществляли по методике .
Реакцию ацетата палладия с лигандом 1 проводили в ацетонитриле при 60 оС по методике, описанной в 4. Получили желтый порошок, т.пл. 146-148 оС. Спектр ЯМР 1Н (400 MHz, *Н ДМСО-Э6), 5, м. д. (J, Гц): 1.77 (6Н, с, Me), 2.22 (6Н, с, Me), 2.43 (6Н, с, Me), 2.69 (2Н, дд, 2J = 9.5, SCH2CH2S), 2.69 (2Н, дд, 2J = 9.5, SCH2CH2S), 2.92 (2H, дд, 2J = 14.5, CH2S), 3.35 (2Н, дд, 2J = 9.5, SCH2CH2S), 4.15 (2H, дд, 2J = 14.0, IzCH2S), 4.25 (2H, дд, 2J = 14.0 , IZCH2S), 4.37 (2H, дд, 2J = 14.5 , IZCH2S), 4.46 (2H, дд, 2J = 14.0, IzCH2S). Спектр ЯМР 13С (500 M^, ДМСО-D6) 10.1, 11.3, 23.2, 28.9, 29.4, 34.9, 35.2, 107.8, 159.7, 168.9, 175.4,
Методика приготовления ячменного сусла.
В стакан помещали 100 г раздробленного на лабораторной мельнице солода и 400 мл
воды с температурой 42 0С. Стакан помещали в термостат, нагретый до 42 0С, и выдерживали 30 мин, периодически перемешивая содержимое. Затем температуру затора повышали до 52 оС, выдерживая белковую паузу 30 мин. Далее температуру заторной массы поднимали до 63 оС, выдерживая мальтозную паузу еще 30 мин. После выдержки затор подогревали до 70 оС, проводя осахаривание в течение 30 мин. Затем температуру поднимали до 72 оС и выдерживали до полного осахаривания. Конец осахаривания проверяли по иодной пробе. Окончанием осахаривания считают момент, когда цвет раствора и иода остаются неизменными. Осахаренный затор фильтровали через бумажный фильтр.
Методика тестирования ростостимулирующей активности синтезированного соединения 2 на дрожжах Басскатотусев сегею1з1ае.
В работе использовали штамм дрожжей БассНатотусв$ свтвю{з{ав расы 717 для получения этилового спирта, полученный из коллекции ВНИИПБТ (Москва). Для культивирования БассНатотусвз свтвю1$1ав в качестве питательной среды использовали ячменное сусло. Дрожжевую разводку готовили, исходя из расчета 0.05 г дрожжей на 100 мл питательной среды, разливали в конические колбы в одинаковом объеме для культивирования. Путем последовательных разведений готовили растворы тестируемого соединения в этаноле и вносили их в среду, содержащую БассНатотусвз свтвю1$1ав. Тестируемое соединение 2 оценивали в дозировках 0.0373, 0.07462 и 0.1343 ммоль/л.
Контроль — ячменное солодовое сусло без добавления химических соединений. Дрожжи инкубировали в термостате при 25 оС до стационарной фазы роста. Через сутки подсчитывали количество живых и погибших клеток с использованием камеры Горяева и светового микроскопа Микмед-5 (ЛОМО, Россия) с комплексом визуализации ТСА-3.0 С. Также оценивали морфологические характеристики дрожжей - внешний вид клеток, состояние клеточной стенки и просматриваемых в цитоплазме органелл. Для анализа оценивали не менее 3000 клеток. Статистическую значимость между вариантами оценивали с помощью ¿-критерия Стьюдента при доверительной вероятности 0.95. Повторность экспериментов трехкратная.
Содержание спирта в дистиллятах определяли по показателям преломления спирта на лабораторном рефрактометре ИРФ-454 Б2М.
O O
CH2O + hs
5 mol% NiCl2 ■ 6H2O, MeOH, r.t.
/ \
\ /S' /\
Pd(OAc)2
Результаты и их обсуждение
Стратегия синтеза целевого продукта 2 основывается на последовательных реакциях синтеза лиганда 1 и его комплексообразования с диацетатом палладия(П) (схема).
Первоначально в режиме one-pot осуществляли тиометилирование ацетилацетона реагентом «СН20-этандитиол» с последующей гете-роциклизацией интермндиата А по реакции Кнорра с гид роксил амином с образованием бис-изоксазола 1 3.
Реакция ацетата палладия с лигандом 1 в соотношении 1:1 дает растворимый в воде продукт 2, что открывает возможность его использования в биохимических процессах. С учетом этого, проведены опыты по изучению влияния соединения 2 на рост и активность дрожжей Saccharomyces cerevisiae через
определение выхода этанола при спиртовом брожении растительных полисахаридов.
Для изучения процесса сбраживания дрожжи вносили в ячменное сусло из расчета 0.05 г/100 мл. После часовой выдержки при температуре 25 °С добавляли соединение 2 и проводили культивирование дрожжей, наблюдая за процессом в течение 5—7 дней. Следует отметить, что токсического действия соединения 2 на дрожжи не было выявлено.
Влияние соединения 2 на рост клеток дрожжей представлено на рис. 1. Как видно, прирост числа дрожжевых клеток наиболее эффективно стимулируется в концентрации соединения 2, равной 0.1343 ммоль/л, причем
300000000
250000000
200000000
150000000
100000000
50000000
□ контроль
□ 0,0373 ммоль/л
□ 0,07462 ммоль/л
□ 0,1343 ммоль/л
ггТпГГ
1 2 3 4 5 6
кол-во суток
Рис. 1. График зависимости общего количества дрожжей от времени культивирования при добавлении соединения 2 в концентрациях 0.0373, 0.07462 и 0.1343 ммоль/л.
Башкирский химический журнал. 2019. Том 26. N° 4 23
SH
Me
Me
CHCN. r.t
Me
2
0
стимулирующий эффект начинает проявляться на третьи сутки от начала культивирования.
Для определения массовой доли спирта в исследуемых образцах осуществляли прямую перегонку. В дистиллятах методом рефрактометрии определяли количество этилового спирта (табл. 1).
Таблица 1 Массовая доля этилового спирта в
полученных дистиллятах
Концентрация 2, моль/л Количество этанола в 20 мл дистиллята, г
Контроль 1.596
0.0373 1.76
0.07462 1.847
0.1343 1.9528
Литература
1. Ахметова В. Р., Зайнуллин Р. А., Ахмадиев Н.С., Хуснутдинова Э.К., Ялаев Б.И., Кунако-ва Р. В. Мультикомпонентный синтез водорастворимых гидрохлоридов сульфанилзамещен-ных азолов и их ростостимулирующая активность в отношении Saccharomyces cerevisiae / / Баш. хим. ж.- 2016.- Т.23, №3.- С. 28-34.
2. Akhmetova V.R., Galimova R.A., Akhmadiev N.S., Galimova A.M., Khisamutdinov R. A., Nurtdinova G. M., Agletdinov E. F., Kataev V. A. Synthesis of bis(isoxazol-4-ylmethylsulfanyl)alkanes and some metal complexes as a hepatoprotective agents // Adv. Pharm. Bull.- 2018.- V.8, №2.- Pp.267-275.
3. Akhmetova V.R., Akhmadiev N.S., Meshcheryakova E.S., Khalilov L.M., Ibragimov A.G. Multicomponent synthesis and biological activity of (sulfanylalkyl)-substituted azaheterocycles // Chemistry of Heterocyclic Compounds.- 2014.- V.50, №5.- Pp.742-751.
4. Akhmadiev N.S., Mescheryakova E.S., Khisamutdinov R.A., Lobov A.N., Abdullin M.F., Ibragimov A.G., Kunakova R.V., Akhmetova V.R. Synthesis, structure and catalytic activity of novel five-membered Pd(II) and Pt(II) metallaheterocycles based on 1,2-bis(3,5-dimethylisoxazol-4-yl-methylsulfa-nyl)ethane // J. Organomet. Chem.- 2018.-V.872.- Pp.54-62.
С увеличением концентрации соединения 2 увеличивается выход спирта, причем при концентрации 2, равной 0.1343 ммоль/л, наблюдается максимальное увеличение выхода С2Н5ОН на 17%.
Таким образом, полученные результаты показали, что диацетат 1,2-ди(3,5-диметил-изоксазол-4-илметилсульфанил)этан палладия (II) 2 оказывает ростостимулирующую активность на дрожжи Saccharomyces cerevisiae, способствуя увеличению выхода этанола при сбраживании полисахаридов.
References
1. Akhmetova V.R., Zainullin R.A., Ahmadiev N.S., Khusnutdinova E.K., Yalaev B.I., Kunakova R.V. Mul'tikomponentnyy sintez vodorastvorimykh gidrokhloridov sul'fanilza-meshchennykh azolov i ikh rostostimuliruyu-shchaya aktivnost' v otnoshenii Saccharomyces cerevisiae [Multicomponent synthesis of water-soluble hydrochlorides of sulfanyl-substituted azoles and their growth-promoting activity in relation to Saccharomyces cerevisiae]. Bashkirskii Khimicheskii Zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2016, vol.23, no.3, pp.28-34.
2. Akhmetova V. R., Galimova R.A., Akhmadiev N.S., Galimova A.M., Khisamutdinov R.A., Nurtdinova G.M., Agletdinov E.F., Kataev V.A. [Synthesis of bis(isoxazol-4-ylmethylsulfanyl)-alkanes and some metal complexes as a hepatoprotective agents]. Adv. Pharm. Bull., 2018, vol.8, no.2.— Pp.267-275.
3. Akhmetova V.R., Akhmadiev N.S., Meshcheryakova E.S., Khalilov L.M., Ibragimov A.G. [Multicomponent synthesis and biological activity of (sulfanylalkyl)-substituted azaheterocycles]. Chemistry of Heterocyclic Compounds, 2014, vol.50, no.5, pp.742-751.
4. Akhmadiev N.S., Mescheryakova E.S., Khisamutdinov R.A., Lobov A.N., Abdullin M.F., Ibragimov A.G., Kunakova R.V., Akhmetova V.R. [Synthesis, structure and catalytic activity of the novel five-membered Pd(II) and Pt(II) metallaheterocycles based on 1,2-bis(3,5-dimethylisoxazol-4-yl-methylsulfa-nyl)ethane]. J. Organomet. Chem., 2018, vol.872, pp.54-62.
