CC BY
23I. ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Неорганическая и физическая химия
УДК: 541.49; 546.742; 539.26; 544.47 А.В.Еремин1, А.А.Никифоров2,
Н.Л. Медведский3, А. Н. Беляев4
ВЛИЯНИЕ
КООРДИНАЦИОННОГО ОКРУЖЕНИЯ НА РЕАКЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ КОМПЛЕКСОВ НИКЕЛЯ(11)
Са нкт- П етербургский государственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26
Синтезирована серия новых моноядерных комплексов никеля(11) [NІ(phen)2L(OH2)]L (рЬеп = 1,10-фенантролин (ИПИ); I = С—, СН£ОГ, СР3СОГ)■ Полученные комплексы выделены и исследованы методами элементного, ренгеноструктурного анализа, электронной-, ИК- и ЕБ1-МБ спектроскопии. Приведены кристаллические и молекулярные структуры комплексов с I = СГ и СРзСОГ. Сопоставлены относительные каталитические активности полученных комплексов и серии стерически затрудненных комплексов никеля(И) Ni(phen)x2+ (х = 1 - 3) в модельной реакции гомогенного окисления низкомолекулярного пептида - глута-тиона пероксидом водорода.
Ключевые слова: комплексы никеля, карбоксилатные комплексы, глутатион, прооксиданты, относительная каталитическая эффективность.
Введение
Дизайн и самосборка металлокомплексов в су-прамолекулярные конструкции различной размерности в настоящее время привлекает внимание с точки зрения их потенциального использования во многих исследовательских и прикладных областях [1, 2]. Образование различных типов супрамолекулярных структур зависит от: 1. природы комплекса (-элемента с би- или полидентатным лигандом(ами); 2. самоорганизации этих комплексов через систему водородных связей и/или стекинговых п-п взаимодействий между ароматическими сегментами лигандов [3, 4]. Последнее часто проявляется в комплексах, содержащих фенантролиноные или дипиридильные лиганды, и зачастую определяет молекулярную упаковку соединений.
Координационные соединения (-элементов
также могут рассматриваться как модели активных центров металлоферментов [5-7], катализирующие важные для организма физиологические процессы. Среди таких процессов в последние годы большое внимание уделяется реакциям, связанным с окислительно-восстановительной (ОВ) регуляцией процессов внутриклеточной сигнализации. Последняя базируется на посттрансляционной окислительной модификации серосодержащих белков [8], которая в живом организме осуществляется за счет эндогенных окислителей - так называемых активных форм
кислорода (АФК, кОБ) [9-13], среди которых можно выделить: молекулярный (О2), и синглетный (1О2) кислород, пероксид водорода (Н2О2), супероксид-анион (О2Т и/или гидроксид-радикал (НО^). Как правило, окислительновосстановительная регуляция осуществляется через тио-ловые группы цистеина в составе эволюционноконсервативных доменов сигнальных белков [10, 14], такие гомогенно-каталитические ОВ процессы с участием тиоаминокислот тесно связаны с двумя типами параллельно протекающих химических реакций [12, 13]:
2к-БН - 2е + Ох1 = к-Б-Б-к + 2Н+ + Р1 или к-БН + к/-БН - 2е + Ох1 = к-Б-Б-к/ + 2Н+ + Р1 (1) к-Б-Б-к + 2Н+ + ке(2 = 2кБН + Р2 или
к-Б-Б-к/ + 2Н+ + ке(2 = к-БН + к/-БН + Р2 (2)
гдеОх1 и Яе( - эндогенные окислитель и восстановитель соответственно, Р и Р - продукты восстановления окислителя Ох1 и окисления восстановителя Яе( соответственно.
Реакции (1) и (2) обеспечивают физиологическое функционирование глутатиона (у-1-глутамил-1-
цистеинилглицин, СБН), 2-аминоэтантиола (цистеамина, аеЦ, цистеинсодержащих пептидов, как протекторов окисления кровяных телец, образование вторичной структуры белков и многих других процессов. Также известно, что реакции (1) и (2) также являются ответными на окислительный стресс [15], в результате которого в организме
1 Еремин Алексей Владимирович, канд. хим. наук, ст. преподаватель. каф. неорганической химии, [email protected]
2 Никифоров Алексей Александрович, студ. четвертого курса, [email protected]
3 Медведский Николай Леонидович, канд. хим. наук, науч. сотр. ООО «Электрохим», 197101, Санкт-Петербург, ул. Мира, д. 16, литер А, пом. 10Н, п[email protected]ст.
4 Беляев Александр Николаевич, д-р хим. наук, профессор. каф. неорганической химии, [email protected] Дата поступления - 22 июня 2012 года
возникают избыточные количества АФК, которые в условиях неферментативного окисления могут приводить к продуктам более глубокого окисления тиольных групп серосодержащих пептидов [16] с образованием сульфено-вых (-БОН), сульфиновых (-БО2Н) или сульфоновых (-БО3Н) производных. Нужно отметить, что обратимость реакций (1) и (2) является необходимым условием того, чтобы они были сигнальными [17-19].
В настоящей работе было исследовано влияние стерических факторов и природы лигандов I комплексов [М^пЖО^)]! (I = СГ, СН3СО2-, СР3СО2-, р!^ = 1,10-фенантролин) и ИКр!^)^ (х= 1 - 3) на относительную каталитическую активность в модельной реакции селективного, гомогенного окисления глутатиона пероксидом водорода до его дисульфидной формы (СББС).
Экспериментальная часть
Аква-трифторацетат-бис(О-1,10-фенантро-лин)-никеля(П) трифторацетат [№(рИеп)2(ОН2) (О2ССРз)]О2ССРз (1). К 50 мл водного раствора (0.9856 гр., 1.8736 ммоль) добавили CFзCOOAg (0.828 гр., 3.747 ммоль), растворенный в минимальном количестве воды. Осадок хлорида серебра удаляли центрифугированием. Фиолетовые ромбические кристаллы выпадают из раствора через ~1.5 недели при медленном упаривании на воздухе. Выход ~70%. Комплекс ограниченно растворим в воде, хорошо - в ДМСО, нерастворим в этаноле. Найдено, %: С 50.6; Н 1.9; N1 8,65; N 8.4. С28Н^И4ИЮ5. Вычислено, %: С 50.7; Н 2.7; N1 8.8; N 8.4. ИК-спектр V (см-1, табл. в КВг): 3419 ср. шир.; 3063 сл. шир.; 1678 оч. с.; 1627 пл.; 1583 сл.; 1519 ср.; 1427 с.; 1411 пл.; 1346 сл.; 1201 оч. с.; 1176 с.; 1136 с.; 1120 с.; 869 сл.; 850 ср.; 798 ср.; 729 с.; 717 пл.; 644 сл.; 426 оч. сл. ЭСП комплекса: Л(е) (п^1 (|•moГ1•cm'1)): 556 (8.41), пл. 764 (3.75), 904 (7.54).
Аква-хлоридо-бис(О-1,10-фенантролин)-никеля(П) хлорид дигидрат [М1(рИеп)2(ОН2)С1] С1'2Н2О (2). Комплекс получали взаимодействием №С!2'6Н2О (0.804 гр., 3.382 ммоль) и о-фенантролина (1.341 гр., 6.764 ммоль) в этанольном растворе. Синие ромбические кристаллы, выпавшие при медленном охлаждении р-ра, отфильтровывали и промывали ледяным этанолом. Выход ~40%. Комплекс растворим в воде, этаноле. Найдено, %: С 52.81; Н 3.89; N1 10.61; N 10.22 С24Н22й2И4МО3. Вычислено, %: С 52.98; Н 4.08; N1 10.79; N 10.30. ИК-спектр V (см-1, табл. в КВг): 3055 ср.; 1648 ср.; 1623 с.; 1604 ср.; 1587 с.; 1580 с.; 1516 оч. с.; 1495 ср.; 1425 оч. с. 1343 ср.; 1320 сл.; 1308 сл.; 1257 сл.; 1225 ср.; 1208 ср.; 1199 сл.; 1142 ср.; 1103 ср.; 1150 сл.; 870 с.; 855 оч. с.; 776 ср.; 727 оч. с.; 643 ср.; 507 сл. ЭСП комплекса: Лмах (п^|): 561, пл. 757, 910.
Аква-ацетат-бис(О-1,10-фенантролин)-никеля(П) ацетат [М1(рИеп)2(ОН2)(О2ССНз)]О2ССНз (3). Комплекс синтезировали аналогично комплексу 2, но в качестве исходного соединения использовали №(О2ССН3)2'4Н2О. Выход 77%. Комплекс растворим в воде, этаноле. Найдено, %: С 60.48; Н 3.95; N1 10.37; N 9.98 С28Н24^№О5. Вычислено, %: С 60.64; Н 4.37; N1 10.46; N 10.11. ИК-спектр V (см-1, табл. в КВг): 3419 ср. шир.; 1682 плечо; 1625 с.; 1582 плечо; 1560 с. шир.; 1517 с.; 1495 ср.; 1426 с.; 1401 с.; 1332 ср.; 1305 сл.; 1224 ср.; 1195 сл.; 1145 ср.; 1105 ср.; 1010 срн.; 867 ср.; 849 оч. с.; 726 оч. с.; 660 сл.; 423 сл. ЭСП комплекса: Лмах (п^1): 533, плечо 786, 892.
Моно(О-1,10-фенантролин)никеля(11) хло-
рид М1(рИеп)С12'3Н2О (4). Комплекс синтезировали аналогично методике, приведенной в [20], но с соотношением = 1:1. Найдено,%: С 39.3; Н 3.8; N1 15.9; N
7.5 Cl2Hl4CІ2N2OзNi. Вычислено, %: С 39.78; Н 3.90; N1 16.01; N 7.74.
Три(О-1,10-фенантролин)никеля(11) хлорид Ni(phen)3Cl2 (5)- Комплекс синтезировали по методике, приведенной в [21].
Относительную каталитическую активность
комплексов исследовали на модельной реакции каталитического окисления GSH в реакционной системе, содержащей: 2 мг/мл глутатиона (1.3'10-4 моль); стехиометрическое количество NaOH (1.3'10-4 моль) и пероксида водорода (0.65110-4 моль). В полученные растворы вносили аликвоту, содержащую 1.3'10-7 моль катализатора, таким образом, соотношение GSH/Ni составляло 1000:1. Реакцию проводили в аэробных условиях. Суммарный объем раствора доводили ацетатным буферным раствором с рН 5.65 [22] до 20 мл. рН полученого раствора составлял 5.65±0.05 и не меняется в течение всего процесса окисления GSH. Растворы термостатировали при 40±0.5°С. Отсчет времени начинали с момента внесения в реакционную систему аликвоты раствора пероксида водорода. За протеканием реакции окисления следили с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на хроматографе Shimadzy LC-10AS, колонка: Kromasil 100-5C18, 4.6х250 мм, термостатирование при 40°С. Спектрофотометрическое детектирование при Л = 220 нм, подвижная фаза - раствор 2 % CH3CN, 0,1 % CF3COOH в
0,05М (NH4)2SO4, скорость подачи: 1.00 - 2.00 мл/мин, объем анализируемого образца - 20 мкл.
Относительную каталитическую активность комплексов никеля сравнивали с активностью цис-[Pt(NH3)2Cl2] (цис-ДДП, цисплатин), полученого по методике [23], которую принимали за условный ноль. Контроль чистоты цис-дДп проводили согласно методикам [24, 25].
Кристаллы комплексов 1 и 2, пригодные для РСА, были отобраны непосредственно из реакционных смесей. РСА комплексов выполнены на автоматическом дифрактометре Bruker Smart APEXU CCD при 210 (I) и 100 (II) К соответственно (Mo Ka-излучение, Л = 0.71073 А, графитовый монохроматор). Структуры решены прямым методом и уточнены в анизотропном (1) и анизотропноизотропном (2) приближении для неводородных атомов и изотропном приближении для атомов водорода полноматричным методом наименьших квадратов с использованием программного комплекса SHELXL-97 [26]. Позиции атомов водорода молекул воды определены из разностных синтезов Фурье, позиции остальных атомов водорода заданы геометрически. Кристаллографические данные РСА комплексов депонированы в Кембриджском банке структурных данных (Cambridge Crystallographic data centre): CCDC 842336 (1) и 880414 (2). Копия этой информации может быть свободно получена из CCDC (CCDC, 12 Union Road, Cambridge, CB2 1EZ, UK. Fax: +44-1223-336033; e-mail: [email protected]; http ://www.ccdc. cam. ac.uk/deposi t).
ЭСП растворов комплексов записывали на спектрофотометре СФ-56 («ЛОМО») в интервале 200-1000 нм в кварцевых кюветах с l = 1 см. ИК спектры образцов, таблет-и1рованных с KBr, регистрировали в области 4000400 см-1 на спектрофотометре ФСК-1202 («ИНФРАСПЕК»).
Масс-спектрометрические измерения комплексов проводили на ESI-oa-TOF масспектрометре (microTOF, Bruker) в метанольном растворе в массовом диапазоне 503000 m/z в режиме регистрации положительных ионов. Условия эксперимента оптимизировали для получения максимальной интенсивности пиков комплексов нике-ля(11). Параметры эксперимента: напряжение на игле источника ионов +4500 В, температура 180°С, скорость подачи сухого азота 4.0 л/мин.
Анализ полученных соединений на содержание никеля проводили гравиметрически, прокаливанием образцов в токе осушенного водорода. Элементные анализы
на содержание углерода, водорода и азота проводили с помощью CHNБ-анализатора 1ЕСО CHNБ(O)-932.
Результаты и их обсуждение
Кристаллографические данные, параметры эксперимента и уточнения структур комплексов 1 и 2 приведены в таблице 1. Комплексы 1 и 2 (рисунок 1) кристаллизуются в триклинной сингонии с пространственной группой Р1. Все атомы в структурах комплексов 1 и 2 расположены в общих позициях. В элементарных ячейках находятся по две формульные единицы комплексов, связанные центром симметрии, что, в совокупности с идеализированной симметрией С1 катионов, позволяет рассматривать комплексы 1 и 2 как рацематы. В молекулярных структурах комплексов ионы никеля находятся в искаженных октаэдрических окружениях №^О2 (1) или М^ОО (2), образованных атомами азота двух бидентатно координированных молекул фенантролина, атомами кислорода молекул воды, атомом кислорода трифторацетатного (1) или хлоридного (2) ионов (рисунок 1). Основные длины связей и валентные углы комплексов 1 и 2 приведены в таблице 2.
Таблица 1. Кристаллографические данные, _____параметры эксперимента и уточнения структур комплексов 1 и 2.
Комплекс 1 2
формула C28H18F6N4NiOs C24H22CizN4NiO3
молекулярная масса 663,17 544,07
сингония триклинная триклинная
пространственная группа P-1 P-1
а/А 7.7232(11) 9.5857(8)
ь/А 13.1750(19) 11.3168(10)
c/A 14.417(2) 12.8425(11)
а/град 69.722(3) 64.228(2)
в/град 85.551(3) 94.599(4)
Y/град 76.132(3) 78.464(2)
V/A3 1335.9(3) 1228.87(18)
Z 2 2
^ыч/г-ем-3 1,649 1,47
/(000) 672 560
р/мм-1 0,816 1,04
-9 < h < 9 -12 < h < 10
интервалы индексов отражений: -15 < k< 15 -14 < k< 14
-16 < l< 17 -16 < l< 16
29ггах/град 50 55
число измеренных/независимых рефлексов
4685/3075 5642/4393
Rnt 0,0363 0,0762
число параметров 448 302
Дpmax, Apmin/e А 0.237, -0.177 3.134, -1.334
GOOF 0,9 1,088
R-факторы (I> 2a(I):
R 0,0383 0,0659
Rw 0,0806 0,2004
R-факторы (все данные):
Комплекс 1 2
R 0,0664 0,0784
Rw 0,0868 0,2113
Таблица 2. Основные длины связей (А) и валентные углы °) комплексов 1 и 2
Комплекс 1
Ni1-O3(w) 2,066 Ni1-O1(OzCCF3) 2,068
Ni1-N2 2,079 Ni1-N4 2,084
Ni1-N3 2,081 Ni1-N1 2,098
O3(w)-O4a(w) 2,595 O2(OzCCF3)-O3(w) 2,683
O1(O2CCF3)-Ni1- N1 168,63 O3(w)-Ni1-N3 167,99
N2-Ni1-N4 179 O1(OzCCF3)-Ni1- O3(w) 93,25
N4-Ni1-N3 79,51 N1-Ni1-N2 79,19
N1-Ni1-N3 89,7 O2-C25-O1 130,28
Комплекс 2
Ni1-O1(w) 2,088 Ni1-Cl1 2,38
Ni1-N1 2,085 Ni1-N4 2,08
Ni1-N2 2,076 Ni1-N3 2,099
Cl1-Ni1-N3 172,53 O1(w)-Ni1-N2 174,44
N4-Ni1-N1 169,9 Cl1-Ni1-O1(w) 89,02
N1-Ni1-N2 80,02 N3-Ni1-N4 79,42
N3-Ni1-N2 92,52
мой нумерации атомов (атомы водорода для ясности не показаны, уровень вероятности эллипсоидов тепловых смещений 50 %). Пунктиром показана внутримолекулярная водородная связь в комплексе I.
Длины связей (А) №-О^, Н2О) составляют 2,066 (1) и 2,088 (2), что практически совпадает с соответствующими значениями в кристаллическом ацетате никеля
№(О2ССН3)2'4Н2О - 2.11, 2.06 [27], и в родственных комплексах, содержащих фенантролиновые лиганды [3]. Обращает на себя внимание тот факт, что связи М-^р!^), находящися в транс-положении к ацидо-лигандам ^зСО2_ или СГ - ионам) несколько удлиннены (~0.02 А), что находится в согласии с положением соответствующих лигандов в ряду транс-влияния [28].
Атомы кислорода и фтора внешнесферного три-фторацетатного иона комплекса 1 испытывают сильные тепловые колебания и были разделены на две позиции с заселенностями 0.5/0.5. Внутрисферная молекула воды комплекса 1 участвует в образовании двух Н-связей: внутримолекулярной с координированным трифтораце-татным ионом (с(О3,,,О2) = 2.683 А, рисунок 1) и межмо-лекулярной с внешнесферным трифторацетатным ионом ((О3-"О4А) = 2.595 А, (О3'"О5В) = 2.730 А).
Все частицы в кристаллической структуре комплекса 2 объединены межмолекулярными Н-связями в бесконечные цепи, расположенные вдоль направления [011]. В образовании этих связей участвуют координированные и внешнесферные молекулы воды и хлоридные ионы.
В кристаллических структурах комплексов 1 и 2 катионы попарно объединены с помо-
щью стековых п-п взаимодействий (рисунок 2) между плоскими фенантролиновыми фрагментами соседних комплексов с межплоскостными расстояниями 3.38-3,39 А (I) и 3.32-3,35 А (II), что характерно для подобного типа взаимодействий [4].
Рисунок 2. Упаковка комплексов 1 (а) и 2 (б) в кристаллической структуре с межмолекулярными водородными связями и стековыми ж-ж взаимодействиями (А) между ароматическими сегментами фенантро-линовых лигандов
В отличие от комплексов 1 и 2 маточные растворы, содержащие 3 склонны к образованию пересыщенных метастабильных растворов и последующему лавинообразному процессу кристаллизации, поэтому для исследования 3 мы использовали, кроме косвенных методов, метод масс-спектрометрии с электроспрей-ионизацией для установления идентичности комплексов.
Фрагменты ЕБ1-МБ спектров метанольных растворов комплексов 1 и 2 приведены на рисунках 3 и 4, наиболее значимые пики и их отнесения - в таблице 3. В масс-спектрах обоих комплексов отсутствуют сигналы, соответствующие молекулярным ионам, но присутствуют интенсивные пики с ^1/1 = 209.04 и 419.08, соответсвую-щие одно- и двухзарядным ионам [Мф!^^ + Н]+ и ^(р!^^]^. В спектре комплекса 1 наблюдается пик с
т/і = 531.05, соответствующий иону [ІМКрИепНС^ССРз) -н]+ , II - пик с т/і = 463.07, соответствующий фрагменту [1\Л(рИеп)2(02С) - Н]+ и серия пиков аддуктов с молекулами растворителя (т/і = 360.32
([МІ(рИеп)(СНзСС2)(СНзСН)2 - Н]+), 393.30
([ІЧІ(рІіЄП)(СН3аС2)(СН30Н)3]+), 507.09
([ІЧІ(рІіЄП)2(СН3аС2)(СН30Н) - 2Н]+))
1000 ИМ 1200 т/г
Рисунок 3. ЕБІ МБ спектр в области положительных ионов комплекса 1 в метанольном растворе. А - изотопное распределение для фрагмента [Ы1(рЬеп)2(СР3С02)]2(02ССР3)+; В - рассчитанное изотопное распределение того же фрагмента.
Ъ 5 =
0 4 -
я
1 3 3
1 2 I І 1 6
Мі(рЬеп)2(03С)'
463.0694
ЩрЬепУ'
209.0368
НІ(рЬеп)(0,ССН.,)(СН>0Н)/
Мі(рЬепКО,ССН,)(СН,ОН), Мі(рЬеп).
304.2597
360.3218 І 419.0785 393.2956 І,
507.0944
200 250 300 350 400 450 500 т/г
Рисунок 4. ЕБІМБ спектр в области положительных ионов комплекса 3 в метанольном растворе.
Таблица 3. Отнесение пиков в ЕБІ-МБ спектров метанольных раство-
Ион т/і
Комплекс 1
|\Л(р|пеп)22+ 209,04
І\ІІ(рІіеп)2(Ср3С02)2+ 266,01
(І\ІІ(рІіеп)2(Ср3С02) - Н)+ 531,05
[І\ІІ(рІ1ЄП)2(СР3С02)]2(02ССР3)+ 1175,09
Комплекс 3
І\ІІ(рІ1ЄП)22+ 209,04
(І\ІІ(рІ1еп)(СН30Н)2 + 2Н)+ 304,26
(1\П(р|1еп)(СН3С02)(СН30Н)2 -Н)+ 360,32
1\П(р|1еп)(СН3С02)(СН30Н)3+ 393,3
(І\ІІ(рІ1ЄП)2 + Н)+ 419,08
(І\ІІ(рІіеп)2(02С) + Н)+ 463,07
(1\П(р|1еп)2(СН3С02)(СН30Н) - 2Н)+ 507,09
В случае комплекса 1 в масс-спектре присутствует пик с ^1/1 = 1175.09, отнесенный к гипермолекулярному иону [(phen)2(O2CCFз)Ni](|J-O2CCFз)[Ni(O2CCFз) (р!^^:
О
С
VN Oi
O
CF3C(O)
/
N>NO
Ю I O
\
CF
C(O)CF
3
3
Полученное изотопное распределение частицы с мостиковым карбоксилатным ионом (рисунок 3, А) хорошо согласуется с теоретически рассчитанной картиной для фрагмента [(М(рИеп)2(СРзС02))2(02ССРз)]+ (рисунок 3, В). Интересно отметить, что аналогичные конструкции были обнаружены авторами в водно-метанольных растворах трехъядерных карбоксилатов хрома(Ш) с помощью ЕБ1 РТ-1Ск масс-спектрометрии. Авторы [29] пришли к заключению, что комплексы хрома [Сгшз(цз-0)(ц-02СС6Н5)б1-2(Н20)](СЮ4) за счет водородного связывания склонны к «...супрамолекулярной самоорганизации...» с образованием ансамблей [(СЮ4){Сггаз(цз-0)(ц-
02ССбН5)б-2(Н20)}п]2+ (где - = монодентатный терминальный лиганд; 1< п <з; I = п - 1)».
Относительная каталитическая активность комплексов никеля 1-5
Ионы никеля(11) способны образовывать с тиоами-нокислотами, в частности, с СБН как плоскоквадратные, диамагнитные комплексы с координацией через атомы серы и азота, так и октаэдрические, парамагнитные [з0-зб], где в координации к иону металла участвуют также атомы азота и кислорода. В сильнокислых средах, предпочтительно, протекает N,0-, при рН более б. 5 - 1\1,Б-координация [з4] глутатиона. По данным [з2, з4, зб-з8] образующиеся в зависимости от рН среды комплексы СБН могут быть моно- или биядерными. По данным [з9] при физиологических значениях рН в растворах СБН, содержащих ион никеля(11) преобладают комплексы с остовами Ni(GБ-A3Б,N,0)(GБ-AБ)3' и NІ2(GБ-A-Э'Б:N,0)22':
^оП3'
V С
8 V
-O.
S
В растворах цистеина, или цистеин-содержащих ди- или трипептидов, возможно образование стабильных комплексов более высокой ядерности [зб], также содержащие биядерные, тиолат-мостиковые фрагменты ^2(--Л2Б:Б)2 (- = СуБ, --Cys-Gly, Gly---Cys, Gly-Gly---Cys). Однако авторы [зб] отмечают значительное влияние на формирование и ядерность образующихся комплексов вици-нальных аминокислотных остатков пептидов.
В работе [40] авторы показали, что при автоокислении GБн, катализируемом ионами №(11) происходит образование пероксида водорода, правда в существенно меньшем количестве, чем, при катализе ионами меди(11) или железа(11). Позднее авторы [41, 42], исследуя системы никель(11)-тиол-молекулярный кислород, никель(11)-тиол-гидропероксид (гидропероксиды трет-бутила или кумола) или никель(11)-тиоаминокислота (цистеин, пени-циламин, ^ацетилцистеин) в водных растворах методами ЭПР-спектроскопии и спиновых ловушек показали, что в них происходит образование гидропероксидных радикалов, запускающих целую цепь окислительных процессов. В [4з, 44] также было высказано мнение, что окисление тиолов или тиоаминокислот молекулярным кислородом или пероксидом водорода протекает с участием ради-
кальных частиц, и, только в 2005 г было экспериментально доказано, что процесс идет с образованием гидроксид-радикалов HO* [11].
В растворах с низкими концентрациями комплексов никеля не менее важную роль по сравнению с процессами комплексообразования с тиоаминокислотами играют процессы гидролиза, приводящие к моно (n = 1, 2; L = phen): NiLn(OH2)2 + H2O = NiLn(OH)(OH2)+ + H3O+ (3)
а затем, в основном, к би- и, в меньшей степени - олиго-ядерным комплексам [45, 46]:
2LnNi(OH)(OH2)+ = LnNi(M-OH)2NiLn2+ + 2H2O (4)
Присутствие в комплексах электрондонорных ами-натных лигандов может облегчать протекание реакций (3) и (4) и стабилизировать образующиеся гидролизные формы [47]. Комплексы с остовом Ni2(|J-OH)2 для никеля(11) описаны, например в [48-50] и, в частности, позиционируются как моносайтовые катализаторы (single-site catalysts, SSC) [51] для реакций полимеризации в системах Циглера-Натта. Подобные структуры также характерны и для палладия(п): большое количество биядерных комплексов были выделены в твердую фазу и рентгеноструктурно охарактеризованы, например, в работах: [52] (L = 2,2'-дипиридил, n = 1), [53] (L = C6F5, n = 2) или [54] (l = РМез, n = 2). Далее, образовавшиеся гидроксомости-ковые частицы могут вступать в серию реакций, образовывающих каталитический цикл аналогично аминатным соединениям палладия(11) [55]:
LnNi(j-OH)2NiLn2+ + 2 RSH = LnNi(j-SR)2NiLn2+ + 2 H2O(5) LnNi(j-SR)2NiLn2+ + 2 H2O2 = {Ni2(j-SR)2(OH)2L2n} (6) Ni2(j-SR)2(OH)2L2n = LnNi(j-OH)2NiLn2+ + RSSR (7) В реакциях (5) и (6) катализатор расходуется и вновь регенерируется. Реакция (6) является основной стадией, на которой возможно образование промежуточного неустойчивого комплекса никеля {Ni2(J-SR)2(OH)2L2n}. При этом для комплексов никеля при взаимодействии с пероксидом водорода характерно окисление центрального металлоостова до состояния NiHI2(j-OH)2 [49, 51], в отличие от палладия, в аналогичных реакциях образующего смешанновалентные комлексы с остовом LPdn(|j-OH)PdIV(OH)2L [55]. На основе реакций (5-7), наблюдаемой относительной каталитической активности комплексов (рисунок 5) и данных работ [48-51, 55] можно предложить следующую модель каталитического цикла (рисунок 6).
Комплекс
Рисунок 5. Относительная каталитическая активность комплексов в модельной реакции окисления вБН пероксидом водорода (каталитическая активность цисплатина принята за условный ноль).
C><>Q
,
V
НА
Рисунок 6. Предполагаемый каталитический цикл окисления алифатических тиолов пероксидом водорода.
Коственными подтверждениями, что процесс, возможно протекает по предложенному механизму является то, что в случаях комплексов, с полностью занятыми координационными сайтами (Ni(phen)32+(V), Ni2+) сравнительная каталитическая эффективность меньше, чем для комплексов, содержащих, как минимум, два сайта (рисунок 5). Другим косвенным подтверждением для предложенного механизма реакции является яркая зависимость процесса от кислотности реакционной среды: реакция резко ускоряется при повышении рН. Низкая каталитическая активность комплекса 1 может быть объяснена высокой устойчивостью стерически затрудненных комплексов, содержащих трифторацетатные лиганды во внутренней сфере (рисунок 3).
Выводы
1. Соединения [Ni(phen)2]L2 (L = CF3CO2', CH3CO2', Cl-), полученные из водных растворов образуют однотипные комплексы с одной молекулой воды во внутренней сфере - [Ni(phen)2(OH2)L]L.
2. Относительная каталитическая активность полученных
комплексов в модельной реакции окисления глутатиона пероксидом водорода уменьшается в ряду: Ni(phen)Cl2 > [Ni(phen)2(OH2)Cl]Cl > NiCl2 > [Ni(phen)3]Cl2 ^
[Ni(phen)2(OH2)(O2CCF3)](O2CCF3).
3. Предложен каталитический цикл окисления тиолов
пероксидом водорода с участием интермедиатов, содержащих Ni(III). -
4. Катал изируемая [Ni(phen)2(OH2)L]L (L = CF3CO2', CH3CO2-, Cl-) реакция окисления глутатиона пероксидом водорода протекает строго селективно только до его ди-сульфидной формы.
4. Наибольшей каталитической активностью обладают стерически затрудненные комплексы с двумя или четырьмя доступными координационными сайтами.
Литература
1. Lehn J.-M. Supramolecular Chemistry - Scope and Perspectives Molecules, Supermolecules, and Molecular Devices (Nobel Lecture) // Angew Chem. Int. Ed. Engl. 1988. V. 27. № 1. P. 89-112.
2. Lehn J.-M. Perspectives in Supramolecular Chemistry - From Molecular Recognition towards Molecular Information Processing and Self-Organization // Angew Chem. Int. Ed. Engl. 1990. V. 29. № 11. P. 1304-1319.
3. Bao-Hui Ye, Xiao-Ming Chen, Gen-Qiang Xue [et
a.] Mononuclear nickel complexes assembled into twodimensional networks via hydrogen bonds and n-n stacking interactions. // J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1998. P. 28272831.
4. Meyer AE, Castellano R.K., Diederich F. Interactions with Aromatic Rings in Chemical and Biological Recognition. // Angewandte Chemie (Inter. ed. in Engl.). 2003. V. 42. № 11. P. 1210-1250.
5. Lippard S.J. Principles of bioinorganic chemistry. Mill Valley (California): University Science Books, 1994. 411 p.
6. Golden ML, Rampersad M. V, Reibenspies, J.H, [et al] Capture of Nin, CuI and Znn by thiolate sulfurs of an N2S2N complex: A role for a metallothiolate ligand in the acetyl-coenzyme A synthase active site. // Chem. Comm. 2003. P. 1824-1825.
7. Bertini I., Gray H.B, Uppard S, [et a.l] Bioinorganic chemistry. Mill Valley: University Science Books, 1994. 611 p.
8. Игамбердиев А.У. Роль пероксисом в организации метаболизма растений // Соросовский образовательный журнал. 2000. Т. 6. № 12. С. 20-26.
9. Valacchi G, Davis P.A. Oxidants in Biology: A Question of Balance. Springer, 2008. 324 p.
10. Jordan P. A. Extracellular Disulfide Exchange and the Regulation of Cellular Function // Antioxidants & Redox signaling. 2006. V. 8, № 3&4. P. 312-324.
11. Josh! S., Husain M.M., Chandra R, [et at.]. Hydroxyl radical formation resulting from the interaction of nickel complexes of L-histidine, glutathione or L-cysteine and hydrogen peroxide. // Human & Experimental Toxicology. 2005. V. 24. P. 13-17
12. Октябрьский О.Н. Редокс - регуляция клеточных функций. // Биохимия. 2007. Т. 72. № 2. С. 158-174.
13. Быстрова М.Ф. Перекись водорода и пероксиредоксины в редокс-регуляции внутриклеточной сигнализации. // Биол. мембраны. 2007. Т. 24. № 2. С. 115-125.
14. Filomeni G.Activation of c-Jun-N-terminal kinase is required for apoptosis triggered by glutathione disulfide in neuroblastoma cells // Free Rad. Biol. and Med. 2005. V. 39. P. 345-354.
15. Romano A.D., Serviddio G, de Matthaeis A. [et at.]. Oxidative stress and aging. // J. Nephrol. 2010. V. 15. P. 29-36.
16. Торчинский Ю.М. Сера в белках. М.: Наука, 1977. 301 с.
17. Flomeni G, Roti/io G, Ciriolo M.R. Cell signaling and the glutathione redox system. // Biochem. Pharmacol.
2002. V. 64. P. 1057-1064.
18. Gamaley IA, Kiyubin I. V Roles of reactive oxygen species: signaling and regulation of cellular functions. // Inter. Rev. Cytol. 1999. V. 188. P. 203-255.
19. Thannickal VJ, Fanburg B.L. Reactive oxygen species in cell signaling. // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2000. V. 279. P. 1005-1028.
20. Mitra S., Singh L.N. Thermal investigation and stereochemical studies of methylamine, diethanolamine, 2,2'-bipyridyl and 1,10-phenanthroline complexes of nickel(II) in the solid state. // Thermochim. Acta. 1994. V. 239. P. 87-103.
21. Pfeiffer P., Tappermann Fr. Dipyridyl- und phenanthrolinhaltige Komplexsalze zweiwertiger Metalle. // Z. anorg. und allg. Chem. 1933. V. 215. P. 273-287.
22. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. -М.: Химия, 1971. 456 с.
23. Синтез комплексных соединений металлов платиновой группы. / под ред. ИИ Черняева М.: Наука, 1964. 337 с.
24. Кукушкин Ю.Н., Карнейская Е.И., Трофимов B.A. О наличии примеси изомерных соединений в цис- и транс-дихлородиамминах платины(П) // Журн. неорг. химии. 1971. Т. 16. Вып. З. С.72-76.
25. Бреусова-Байдала Ю.Г, Желиговская Н.Н., Спицын В.И. Изомеризация цис-дихлородиамина
платины(П) в водном растворе. // Изв. Акад. Наук. СССР. Сер. хим. 1974. № 6. С. 1239-1242.
26. Sheidrick G.M. A short history of SHELX. // Acta Cryst., Sec. A. 2008. V. A64. P. 112-122.
27. Smith H.G.. The Crystal Structures of Nickel Acetate, Ni(CH3COO)2.4H2O, and Cobalt Acetate, Co(CH3COO)z4H2O. // Acta Cryst. 1953. V. 6. P. 609-612.
28. Черняев И.И. Комплексные соединения переходных металлов: избранные труды. М.: Наука, 1973. 467 с.
29. Palii S.P., Richardson D.E, Hansen MU. [et ai.]. Mixed-terminal-ligand oxo-centered carboxylate - bridged trinuclear complexes: gas phase generation by means of electrospray ionization FT-ICR MS, condensed phase synthesis, and X-ray structure of K+[Cr3O(C6H5COO)6(F)2(H2O)]'-2(CH3)2CO. // Inorg. Chim. Acta. 2001. V. 319. P. 23-42.
30. Krezei A, Bai W Coordinatiun chemistry of gluthatione. // Acta Biochimica Polonica. 1999. V. 46. № 3. P. 567-580.
31. Ostern M.I., Jaruga-Baranowska M. Complex structure and catalytic hydrogen ion reduction in Ni (II)-glutathione system. // Electrochim. Acta. 1983. V. 28. № 9. P. 1173-1175.
32. Jezowska-Trzebiatowska B, Formicka-Kozowska G, Kozowski H. Metal-glutathione interaction in water solution. NMR and electron spectroscopy study of Ni(II)-glutathione complexes in aqueous solution. // Chem. Phys. Lett. 1976. V. 42. №. 2. P. 242-245.
33. Formicka-Koziowska G, Koztowski H, Jezowska-Trzebiatowska B. Metal-glutathione interaction in aqueous solution. Nickel(II), cobalt(II) and copper(II) complexes with oxidized glutathione. // Acta Biochimica Polonica. 1979. V. 26. № 3. P. 239-248.
34. Formicka-Koziowska G, May P.M., Williams D.R. Potentiometric studies on nickel(II)-glutathionate interactions. // Inorg. Chim. Acta. 1980. V. 46. P. L51-L53.
35. Letter J. E Jr., Jordan R.B. Complexing nickel(II) by cysteine, tyrosine, and related ligands and evidence for zwitterion reactivity. // J. Am. Chem. Soc. 1975. V. 97. № 9. P. 2381-2390.
36. Kozlowski H, Decock-Le Reverend B, Ficheux D. [et a.] Nickel(II) Complexes with Sulfhydryl Containing Peptides. Potentiometric and Spectroscopic Studies. // J. Inorg. Biochem. 1987. V. 29. № 3. P. 187-197.
37. Krezei А, Szczepanik W, Sokotowska M [et a.] Correlations between Complexation Modes and Redox Activities of Ni(II)-GSH Complexes // Chem. Res. Toxicol.
2003. V. 16. № 7. P. 855-864
38. Ross S.A., Burrows C.J. Nickel Complexes of Cysteine- and Cystine-Containing Peptides: Spontaneous Formation of Disulfide-Bridged Dimers at Neutral pH. // Inorg. Chem. 1998. V. 37. №. 20. P. 5358-5363.
39. Krezei A, Bai W. Studies of Zinc(II) and Nickel(II) Complexes of GSH, GSSG and Their Analogs Shed More Light on Their Biological Relevance. // Bioinorg Chem Appl. 2004. V. 2. № 3-4. P. 293-305.
40. A/bro P.W., Corbett J.T, Schroeder J.L Generation of Hydrogen Peroxide by Incidental Metal Ion-Catalyzed Autooxidation of Glutathione. // J. Inorg. Biochem. 1986. V. 27. P. 191-203.
41. Xiang/in S., Nar S.D., Kazimierz S.K. Generation of Free Radicals in Reactions of Ni(II)-Thiol Complexes with Molecular Oxygen and Model Lipid Hydroperoxides. // J. Inorg. Biochem. 1993. V. 15. P. 211-225.
42. Xiangiin S., Nar S.D., Kazimierz S.K. Generation of Free Radicals from Lipid Hydroperoxides by Ni2+ in the Presence of Oligopeptides. // Arc. Biochem. and Biophys. 1992. V. 299. № 1. P. 154-162.
43. Проблемы современной бионеорганической химии: сб. статей. Новосибирск: Наука, 1986. 312 с.
44. Stohs S.J., Bagchi D. Oxidative mechanisms in the toxicity metal ions. // Free Rad. Biol. and Med. 1995. V.
18. № 2. P. 321-336.
45. Spiccia L Homopolynuclear and
heteropolynuclear Rh(III) aqua ions - a review. // Inorg.Chim.Acta. 2004. V. 357. № 10. P. 2799-2817.
46. Spiccia L, Stoeckii-Evans H, Marty W [et a/.]
A new "active" chromium(III) hydroxide: Cr2(j-
OH)2(OH)4(OH2V2H2O. Characterization and use in the preparation of salts of the (H2O)4Cr(j-OH)2Cr(OH2)44+ ion. Crystal Structure of [(H2O>Cr(j-
OH)2Cr(OH2)4][(H3C)3C6H2SO3]4^4H2O. // Inorg.Chem. 1987. V. 26. № 4. P. 474-482.
47. Березин Б.Д., Ломова Т.Н. Реакции диссоциации комплексных соединений. М.: Наука, 2007. 278 с.
48. Gilroy J.B., Patrick B.O., McDonald R. [et ai.] Transition Metal Complexes of 3-Cyano- and 3-Nitroformazans. // Inorg. Chem. 2008. V. 47. № 4. P. 12871294.
49. Cho J., Furutachi H, Fujinami S. [et a/.]. Bis(^-alkylperoxo)dinickel(II) Complex as a Reaction Intermediate for the Oxidation of the Methyl Groups of the Me2-tpa Ligand to Carboxylate and Alkoxide Ligands. // Angew. Chem. Int. Ed. 2004. V. 43. P. 3300-3303.
50. Hikichi S., Yoshizawa M, Sasakura Y [et a/.]. Structural Characterization and Intramolecular Aliphatic C-H Oxidation Ability of MnV-O)2MIH Complexes of Ni and Co with the Hydrotris-(3,5-dialkyl-4-X-pyrazolyl)borate Ligands TpMe2,X (X = Me, H, Br) and TpiPr2 . // Chem. Eur. J. 2001. V. 7. №
23. P. 5011-5028.
51. Pickel M, Casper T, Rahm A. [et a.] Facile Preparation and Activation of High-Productivity Single-Site Nickel Catalysts for Highly Linear Polyethylene. // Helv. Chim. Acta. 2002. V. 85. P. 4337-4352.
52. Adrian R.A., Benson R.E, Daniels L.M. [et at.]. Di- ^-hydroxo-bis[(2,2'-bipyridine)palladium(II)] trifluoromethanesulfonate. // Acta Cryst. 2006. V. E62. P. m601-m603.
53. Lopez G, Ruiz J., Garcia G. [et ai.]. Synthesis, structural characterization, and reactivity toward weak, protic electrophiles of di- ^-hydroxytetrakis(pentafluoro-phenyl)dipalladate(2-). // Inorg. Chem. 1991. V. 30. № 12. P. 2605-2610.
54. Pieri G, Pasquaii M, Leoni P [et a.] Oxidation of palladium(I) dimers: formation and X-ray crystal structure of [(Me3P)2Pd(^-OH)2Pd(PMe3)2](CF3SO3)2. // J. Organomet. Chem. 1995. V. 491. № 1. P. 27.
55. Еремин А.В, Антонов В.Г., Панина Н.С, [и др.] Кислородмостиковые координационные соединения палладия и железа в реакциях окисления тиоаминокислот пероксидом водорода. // Росс. хим. журнал (Журнал РХО им. Д.И.Менделеева). 2009. Т. LIII. № 1. С. 135-140.
