КООРДИНАЦИОННАЯ ХИМИЯ, 2015, том 41, № 1, с. 46-49
УДК 541.67+546.87
СТРУКТУРА КОМПЛЕКСОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ С ДИЭТИЛЕНТРИАМИНПЕНТАУКСУСНОЙ КИСЛОТОЙ
ПО ДАННЫМ ЯМР
© 2015 г. Т. А. Бабушкина1, *, Т. П. Климова1, А. С. Перегудов1, Ю. В. Гольтяпин2, А. А. Липенгольц2, 3, 4, А. А. Черепанов2, 3, 4, В. Н. Кулаков2, 5
1 Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, г. Москва 2Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна, г. Москва 3 Российский научный онкологический центр им. Н.Н. Блохина РАМН, г. Москва 4Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", г. Москва 5Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова *Е-таП: tab@ineos.ac.ru Поступила в редакцию 03.12.2014 г.
Рассмотрены парамагнитные сдвиги протонов и ядер 13С в комплексах диэтилентриаминпентаук-сусной кислоты с катионами Еи+3 и других редкоземельных элементов. Показано, что в водном растворе взаимодействие Би3+ с кислотным остатком одной из карбоксильных групп может осуществляться через образование циклической (бидентатной) связи с двумя атомами кислорода.
DOI: 10.7868/S0132344X15010016
Диэтилентриаминпентаацетат (ДТПА) известен как очень эффективный хелатирующий агент, который образует стабильные комплексы с большим числом ионов металлов [1]. Ряд таких комплексов применяется в медицине. В частности, комплекс гадолиния с ДТПА используется в медицине как контрастирующий агент в диагностических исследованиях методом магниторезо-нансной томографии (МРТ) [2—5], а также как препарат для дистанционной бинарной (нейтро-нозахватной (НЗТ) и фотонзахватной (ФЗТ)) лучевой терапии злокачественных новообразований [3—6]. Эти комплексы — прекрасные релаксационные реагенты. Скорость магнитной спин-решеточной релаксации (1/71, релаксуемость) протонов воды для растворов комплексов, содержащих гадолиний, широко используется для характеристики диагностических препаратов. Известно [7], что комплексы Gd+3 с лигандами, подобными ДТПА, в твердом состоянии имеют форму искаженной тригональной призмы, в которой Gd+3 образует связь с пятью атомами кислорода кислотных групп ДТПА и тремя атомами азота. Координационная сфера в многограннике дополняется одной молекулой воды. Катион редкоземельного металла (РЗМ) выходит из плоскости, образуемой атомами кислорода, всего на 0.07 нм. Подобные структуры найдены также в комплексах Bi+3 и Nd3+ с ДТПА [8, 9].
Структуру комплексов в растворе изучали методом ЯМР [10—12]. Отметим, что исследование ПМР спектров растворов комплексов Оё3+ невозможно, так как ион Оё3+ — уширяющий парамагнитный реагент. Другие ионы РЗМ являются сдвигающими реагентами. Поскольку комплексы ионов РЗМ с ДТПА, как правило, изоструктурны, то результаты исследования комплексов других РЗМ можно использовать для характеристики структуры комплексов Оё+3 в растворе. При комнатной температуре спектры ПМР растворов комплексов ионов РЗМ с ДТПА сложны и отвечают двум находящимся в равновесии структурам [10—12]. В спектрах ПМР комплексов РЗМ при 343 К имеются линии, обусловленные группами СН2 (пять из ацетатных фрагментов и четыре из этиленовых звеньев). Спектры ЯМР 13С комплексов в растворе также свидетельствуют об октадентантной координации атома металла. Близость значений спин-решеточной релаксации метиленовых протонов всех ацетатных фрагментов не противоречит этому выводу [11]. Несмотря на то что спектры ЯМР комплексов катионов РЗМ с ДТПА изучены довольно подробно, влияние катиона РЗМ на атомы лиганда, а также положение одного из пяти сигналов ЯМР 13С ядер углерода карбонильных групп (значительно отличающееся от положения четырех других сигналов ядер 13С) не рассматривались [11, 12]. Значение хим. сдвига сигнала ядра 13С метиленовой группы, связанной с
этой карбоксильной группой в комплексе Би(Ш) также отличается от таковых для метиленовых групп в остальных карбоксильных фрагментах (100 и ~70 м.д.).
Используемая нумерация атомов в молекуле лиганда приведена ниже:
13 СООН \
1Ь СН2
\ 1а 2а ^-СЩ-СНг /
Ь СН2 /
13 СООН
К2-СН I
2Ь СН2 I 2 23 СООН
2а
2
33 СООН
3Ь СН2 3а / 2 СН^К3
3Ь СН2 33 СООН
Хим. сдвиги ядер 13С определяются электронной плотностью на данном атоме углерода, которая, в свою очередь, зависит от расстояния между атомом углерода и парамагнитным ионом, а также от характера связи карбоксилатной группы с ионом металла [13, 14].
Цель настоящей работы — изучение особенностей электронного строения и характера координационной связи ионов РЗМ с лигандом ДТПА по данным спектров ЯМР.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе использовали оксиды РЗМ и ДТПА (чистота 99.9%). Комплексы РЗМ с ДТПА получали взаимодействием оксидов Ей, УЬ и Рг с концентрированным водным раствором ДТПА [15] и выделяли их в виде динатриевой соли Ма2МС14Н20010М3 (М = Ей, УЬ, Рг). Состав выделенных комплексов контролировали методом рентгенофлуоресцент-ного анализа, используя анализатор Х-арт-М (Комита, Санкт-Петербург). Концентрацию РЗМ находили с помощью предварительно построенных калибровочных кривых для каждого РЗМ. Степень чистоты полученных комплексов РЗМ с ДТПА контролировали по содержанию РЗМ в составе комплекса.
Найдено, %:
Для №2ЕиС14Н20010М3
вычислено, %:
Найдено, %:
Для №2УЬС14Н20010М3
вычислено, %:
Найдено, %:
Для ^РгСнНяРю^з
вычислено, %:
Еи 26.07.
Еи 25.91.
УЬ 28.77.
УЬ 28.49.
Рг 23.95.
Рг 24.50.
(рН 8—8.5) с концентрацией 50 мг/мл при комнатной температуре и 343 К на приборах Ауапсе-300 и Ауапсе-600 (Вгикег). Ширина развертки равна 150 м.д. Задержка между импульсами составляла 5 с. Число накоплений ~400.
Спектры ЯМР 13С комплекса Еи3+ с ДТПА записывали для раствора в D2O (рН 8—8.5) с концентрацией 120 мг/мл при 343 К на приборах Ауапсе-400 и Ауапсе-600 (Вгикег). Ширина развертки равна 300 м.д. Задержка между импульсами составляла 5 с. Число накоплений более 1000.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Для оценки электронного влияния Ln3+ на экранирование протонов ДТПА в комплексах РЗМ использовали методику [16], заключающуюся в представлении парамагнитных сдвигов ПМР (5п-м) для ряда комплексов РЗМ как суммы контактного (5к) и дипольного (5д) сдвигов с соответствующими коэффициентами (Кк и Кд) (их значения приведены в [16—18]):
5п-м = КА + КД8Д. (1)
Контактный сдвиг изотропен и определяется прямым взаимодействием протона и неспарен-ной спиновой плотности парамагнитного иона и зависит от расстояния (г) данного атома до иона. Дипольный сдвиг, зависящий от диполь-диполь-ного взаимодействия протона и иона, определяется тензором магнитной восприимчивости иона,
Спектры ПМР комплексов ионов Еи3+, УЬ3+, Рг3+ с ДТПА записывали для раствора в D2O
т.е. симметрией комплекса и зависит от указанного расстояния как г-3.
Парамагнитные хим. сдвиги протонов комплексов с ионами Еи3+, УЬ3+, Рг3+ вычисляли как разность между хим. сдвигами наблюдаемыми и происходящими в диамагнитном октадентантном комплексе ВР+ с ДТПА [19] (табл. 1).
Разделение парамагнитных сдвигов на ди-польный и контактный вклады [16] проводили по уравнению:
8п_м/Кд = 8д + (К/Кд)5к. (2)
Линеаризация парамагнитных сдвигов дает прямую линию (2) для сдвигов сигналов ПМР метиленовых протонов карбоксилатных групп лиганда:
8п_м (С2ЬН2) = 0.04К—0.1КД, 8п_м (С1ЬН2) = 0.085К—1.44КД, (3)
8п_м (С3ЬН2 ) = — 1.44Кд.
Коэффициент при Кк для протонов групп СН2 при карбоксильном фрагменте заметно меньше, чем коэффициенты при Кд. Это согласуется с выводом работы [11] о преимущественно дипольной природе хим. сдвигов протонов метиленовых остатков карбоксильных групп. При этом величины контактного и дипольного вкладов для ме-
48 БАБУШКИНА и др.
Таблица 1. Парамагнитные сдвиги комплексов редкоземельных металлов и В13+ с ДТПА при 353 К*
Группа В^+набл [I5] Еи3 + набл Еи3+ (5.0, -7.0) Рг3+ (-9.5, -1) УЬ3+ (20, -0.25)
М2СН2СООН 4.23 2.4 -1.83 2.6 13.0
^СН2СООН 4.00 -7.2 -11 11.7 -30.7
3.75 -2.1 -6
М3СН2СООН 3.70 -7.2 -10.9 15.0 -31.7
3.90 -11.1
м2СН2 3.27 4.0 +0.73 -3.2 0.14
3.30 4.0 +0.7
^СН2 3.0 2.4 -0.6 -9.4 46.7
М3СН2 3.85 6.4 +2.55 -16.9 46.7
* В скобках приведены значения Кд и Кк/Кд.
тиленовых протонов при среднем атоме азота № различаются намного меньше, чем для тех же протонов при атомах N и №, т.е. влияние контактного вклада в хим. сдвиг этих протонов более ощутимо.
Рассмотрение хим. сдвигов сигналов ядер 13С в спектрах ЯМР 13 С комплексов Ln3+ с ДТПА ^п = = Се, Рг, Мё, Sm, Еи, ТЬ) по методике разделения их на контактные и дипольные вклады [12] (предполагая наличие зеркальной плоскости, проходящей через атомы № и С2) указывает на существенный вклад последнего в положение сигналов атомов углерода. Однако, по данным РСА, для комплекса Оё3+ с ДТПА [7] зеркальная симметрия отсутствует, и поэтому эти результаты не могут быть использованы для оценки влияния парамагнитного вклада в хим. сдвиги ядер 13С карбоксильных углеродов. Вышеприведенные данные оценки влияния парамагнитных вкладов на экранирование протонов СН2-групп 1б, 2б, 3б не позволяют объяснить смещение сигнала ядра 13С одного из карбоксильных углеродов. Низкопольное положение сигнала 13С карбонильного атома углерода одной из карбоксильных групп при 206 м.д. в спектре комплекса Еи3+ с ДТПА, по-ви-
Таблица 2. Хим. сдвиги сигналов 13С в спектре ЯМР 13С комплексов Еи3+ и В13+ с ДТПА при 353 К
Группа Еи3+ с ДТПА ВР+ с ДТПА [15]
М2СН2СООН 98.6 60.4
^СН2СООН 68.46 61.7
М3СН2СООН 70.36 59.8
^СН2СН^2 94.6 54.95
^СН2СН2^ 114 60.07
М3СН2СН2М2 100.1 60.07
м2СН2СН2М3 114
С=О 206.0, 182.38 ш 179.89, 178.6, 180.1
димому, указывает на иной характер ее координации по сравнению с координацией остальных карбоксилов.
Координация атомов металлов с карбоксилат-анионами в их комплексах с ДТПА может осуществляться разными способами:
О-8 М—О
м+28 с-СИ3 С-СИ3
\ /8 3 / 3
О-8 О
(I) (II)
м х-сн3
V
(III)
Структуру I имеет большинство органических солей. Структуры II и III могут реализоваться в карбоксилатах Li, Са, Zn, а также в солях переходных металлов [13, 14]. При этом атом металла имеет максимальное КЧ, и разница в хим. сдвигах карбонильных ядер углерода ацетатных групп может быть обуслов
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.