ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ, 2019, том 89, № 10, с. 1560-1565

УДК 541.49:547.854.9

КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ 2,3-ДИМЕТИЛ-

5-ГИДРОКСИ-6-АМИНОПИРИМИДИН-4(3Н)-ОНА

С ИОНАМИ МЕДИ(II) В НЕВОДНЫХ РАСТВОРАХ

Уфимский институт химии Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук,

пр. Октября 69, Уфа, 450054 Россия

*e-mail: murinov@anrb.ru

Поступило в Редакцию 15 апреля 2019 г.

После доработки 15 апреля 2019 г.

Принято к печати 19 апреля 2019 г.

Методами электронной, ЯМР, ИК спектроскопии и масс-спектрометрии изучено комплексообразова-

ние 2,3-диметил-5-гидрокси-6-аминопиримидин-4(3Н)-она с ионами меди(II) в неводных растворах.

Наблюдается последовательное образование четырех- и пятикоординационных комплексов меди(II), в

которых лиганд координирован моно- и бидентатно. Спектрофотометрическим методом мольных отно-

шений определен состав комплекса. Установлены донорные центры в молекуле лиганда, участвующие

в координации с ионами меди(II) и рассчитаны константы комплексообразования.

Ключевые слова: 2,3-диметил-5-гидрокси-6-аминопиримидин-4(3Н)-он, четырехкоординационные и

пятикоординационные комплексы, ионы меди(II)

DOI: 10.1134/S0044460X1910010X

Окислительно-восстановительные

реакции

реакции. В отсутствие воды и кислорода

в живых системах катализируются металлофермен-

2,3-диметил-5-гидрокси-6-аминопиримидин-

тами, имеющими в своем составе ионы металлов

4(3Н)-он практически не расходуется, добавление

переменной валентности (медь, кобальт, железо

воды значительно ускоряет реакцию. Было

и др.) [1-]. Ион меди в таких металлоферментах

предположено, что процесс протекает через

обычно координирован электронодонорными

образование комплексов иона меди(II) с

связями с атомами азота и кислорода аминокислот

2,3-диметил-5-гидрокси-6-аминопиримидин-

белков

[4,

5].

Поскольку производные

4(3Н)-оном.

пиримидиновых оснований гомологичны нуклео-

В данной работе изучено комплексообразование

тидным компонентам ДНК и РНК, синтез

2,3-диметил-5-гидрокси-6-аминопиримидин-

низкомолекулярных координационных соединений

4(3Н)-она с ионами меди(II) в неводных растворах.

ионов меди с производными пиримидинов

При добавлении лиганда L к раствору хлорида

представляет интерес для моделирования

меди(II) в безводном ДМСО и ацетонитриле в

ферментативных процессов. Перспективными

видимой области спектра появляется полоса

лигандами являются производные урацила с

поглощения с максимумом при 420 нм (ДМСО)

заместителями различной природы [6-8]. В работе

и 410 нм (CH₃CN), характерная для четырех-

[9] изучено каталитическое гидроксилирование

координационных комплексов меди(II) [10]. Со

2,3-диметил-5-гидрокси-6-аминопиримидин-

временем интенсивность этой полосы поглощения

4(3Н)-она (L) молекулярным кислородом в

уменьшается и появляется полоса поглощения при

присутствии хлорида меди(II) в водных и

665 нм (ДМСО) и 635 нм (CH₃CN), характерная для

неводных растворах. Показано, что растворитель

пятикоординационных комплексов меди(II) [11-

оказывает значительное влияние на протекание

13], интенсивность которой увеличивается. При

1560

КОМПЛЕКСООБР

АЗОВАНИЕ 2,3-ДИМЕТИЛ-5-ГИДРОКСИ-...

1561

этом наблюдается изменение окраски раствора. На

рисунке в качестве примера приведено изменение

60 мин

спектров поглощения реакционной смеси в

диметилсульфоксиде.

Состав комплексов определяли методом моль-

0 мин

ных отношений при фиксированной концентрации

ионов меди(II). При смешении растворов лиганда

и CuCl₂ в различных мольных соотношениях в на-

чальный момент времени не менее чем из 3 опытов

определяли среднее значение оптической плот-

60 мин

ности раствора в максимуме полосы поглощения

0 мин

комплекса 1 (420 нм). Для комплекса 2 значение

оптической плотности при 665 нм определяли при

λ, нм

установлении равновесия, которое достигалось

Изменение электронных спектров поглощения ком-

через 60 мин. Из зависимостей оптической плот-

плексов ионов меди(II) с 2,3-диметил-5-гидрокси-6-

ности растворов в максимумах полос поглощения

аминопиримидин-4(3Н)-оном в ДМСО от времени

от соотношения концентраций лиганда и CuCl₂

([L]₀= [CuCl₂]₀= 1×10^-4 моль/л, 20°С).

определяли состав комплексов, равный 1:1.

CuCl₂при молярном отношении 1:1 в ДМСО-d₆

При увеличении концентрации лиганда состав

(табл. 2). Наибольшее изменение химического

комплексов сохраняется, поэтому мы предположи-

сдвига наблюдается для атома С⁵лиганда и незна-

ли, что при переходе от четырех- к пятикоордина-

ционному комплексу происходит перестройка вну-

чительное для атома С⁴, что свидетельствует об

тренней координационной сферы иона меди(II), и

участии атомов кислорода гидроксильной и кар-

лиганд L становится бидентатным. Элементный

бонильной групп в координации с ионом меди(II).

анализ выделенного комплекса 1 подтверждает со-

Время накопления сигналов углеродных атомов

став 1:1.

составляет более 5 ч, поэтому методом ЯМР¹³С

Для установления донорных центров лиганда

было зарегистрировано образование комплекса 2 с

в образующихся комплексах в начальный момент

бидентатным лигандом L.

времени реакции выделен первый комплекс, вто-

Дополнительная информация о составе образу-

рой - через 60 мин. Для этих комплексов зареги-

ющихся комплексов получена методом масс-спек-

стрированы ИК спектры (табл. 1). В спектре ком-

трометрии. В масс-спектре реакционной массы в

плекса 1 наблюдается смещение полосы поглоще-

ацетонитриле регистрируются как пики комплек-

ния валентных колебаний связи С-ОН на 19 см^-1

сов ацетонитрила с ионами меди [Cu⁺(МеCN)₂],

и незначительное смещение полосы поглощения

[Cu⁺(МеCN)₃] с m/z 144.9 и 186.1 соответственно,

валентных колебаний карбонильной группы. В

так и пик с m/z 260.0 комплекса [Cu⁺L(МеCN)], что

спектре комплекса 2, кроме смещения полосы по-

подтверждает образование комплекса состава 1:1.

глощения валентных колебаний связи С-ОН на

19 см^-1, наблюдается и значительное смещение

Таблица 1. Отнесение характеристических полос по-

полосы поглощения валентных колебаний кар-

глощения в ИК спектрах 2,3-диметил-5-гидрокси-6-

бонильной группы на 100 см^-1в низкочастотную

аминопиримидин-4(3Н)-она (L) и его комплексов с

область. В спектрах обоих комплексов появляет-

Сu(II)

ся полоса поглощения валентных колебаний связи

Отнесение

Комплекс 1

Комплекс 2

Сu-O при 497 см^-1.

(C=O)

1739 с

1710 с

1638 с

Для установления донорных центров лиганда,

(C⁵-C⁶)

1634 с

1622 c

1623 с

участвующих в образовании донорно-акцептор-

ных связей с ионами меди(II), были записаны спек-

(C-OH)

1260 ср

1241 ср

тры ЯМР ¹³С растворов 2,3-диметил-5-гидрок-

(Cu-O)

497 сл

498 сл

си-6-аминопиримидин-4(3Н)-она и в присутствии

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 10 2019

1562

МИШИНКИН и др.

Таблица 2. Химические сдвиги атомов углерода (м. д.) в спектрах ЯМР ¹³С 2,3-диметил-5-гидрокси-6-аминопири-

мидин-4(3Н)-она и его комплекса с Cu(II) в ДМСО-d₆

Соединение

С²

С⁴

С⁵

С⁶

СН₃-С²

СН₃-N³

149.94

156.65

147.72

118.34

21.88

30.04

Комплекс

152.68

155.47

143.25

118.99

20.07

30.88

Δδ

+2.74

-1.18

-4.47

+0.65

-1.81

+0.84

Основываясь на данных работ [14, 15] о том,

(6.9±0.6)×10⁷ соответственно. Вычисленные

что ионы меди(II) в растворе ДМСО и ацетони-

значения согласуются со значениями констант

трила преимущественно образуют четырехкоор-

устойчивости четырехкоординационных комплек-

динационные комплексы состава 1:4 с молекулами

сов меди(II) c ДМСО и ацетонитрилом [14, 15], в

растворителя, а также на основании эксперимен-

растворе которых изучено комплексообразование.

тальных данных мы предположили, что комплек-

Определены константы равновесия K_р между

сообразование

2,3-диметил-5-гидрокси-6-амино-

четырех- и пятикоординационным комплексами

пиримидин-4(3Н)-она с ионами меди(II) происхо-

(схема 2).

дит по схеме 1.

Значения K_р равны 2.6±0.2 и 2.8±0.3 в растворе

Рассчитанные с использованием спектрофото-

ДМСО и ацетонитрила, соответственно. Исходя

метрического метода значения констант K₁реак-

из полученных значений констант комплексо-

ций комплексообразования ионов меди(II) c лиган-

образования K₁ и констант равновесия K_р, оцене-

дом L в ДМСО и ацетонитриле равны (2.2±0.5)×10⁷

ны константы комплексообразования K₂= K₁K_р=

Схема 1.

Solv

H₃C

K₁

H₃C

Solv

+ [Cu(Solv)₄]²⁺

+ Solv

H₃C

N NH₂

H₃C

N NH₂

{[CuL(Solv)₃]²⁺}[Solv]

K₁ =

{[CuL(Solv)₄]²⁺}[L]

Схема 2.

Solv

K_p

Solv

Cu²⁺

H₃C

Solv

H₃C

N NH₂

H₃C

N NH₂

[Ʉɨɦɩɥɟɤɫ 2]

K_p =

[Ʉɨɦɩɥɟɤɫ 1]

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 10 2019

КОМПЛЕКСООБР

АЗОВАНИЕ 2,3-ДИМЕТИЛ-5-ГИДРОКСИ-...

1563

(5.7±1.4)×10⁷ (ДМСО) и (1.7±0.2)×10⁸(CH₃CN)

Масс-спектры ионизации получены на квадру-

и величины энергии Гиббса процесса образова-

польном жидкостном хромато-масс-спектрометре

ния пятикоординационных комплексов ΔG°_T =

LCMS-2010 EV (Shimadzu) методом электрорас-

-RTlnK₂=

-43.5

кДж/моль (ДМСО) и

пыления (элюент - ацетонитрил, скорость пото-

–46.7 кДж/моль(CH₃CN). Рассчитанная энергия

ка - 0.1 мл/мин) в режиме регистрации положи-

Гиббса свидетельствует о самопроизвольном об-

тельных ионов при потенциале капилляра 4.5 кВ.

разовании пятикоординационного комплекса с

Температура нагревателя - 200°С, температура ис-

бидентатным лигандом L.

парителя - 230°С, скорость потока распыляющего

газа (азот) - 1.5 л/мин.

Таким образом, с использованием методов элек-

тронной, ¹³С ЯМР, ИК спектроскопии и масс-спек-

Изучение комплексообразования 2,3-диме-

трометрии изучено комплексообразование 2,3-ди-

тил-5-гидрокси-6-аминопиримидин-4(3Н)-она с

метил-5-гидрокси-6-аминопиримидин-4(3Н)-она с

ионами меди(II). Состав образующихся комплек-

ионами меди(II) в неводных растворах. Впервые

сов определяли спектрофотометрическим методом

наблюдали самопроизвольный переход четырех-

мольных отношений. Из свежеприготовленных

координационного комплекса меди(II) в пятико-

растворов лиганда (0.005 М.) и CuCl₂ (0.005 М.)

ординационный, с изменением дентатности ли-

в ДМСО готовили серию растворов с разным со-

ганда. Определен состав комплексов, равный 1:1.

отношением концентраций, в которой концентра-

Установлены донорные центры лиганда, участву-

ция CuCl₂ была постоянной, а концентрация ли-

ющие в комплексообразовании - атомы кислорода

ганда изменялась в пределах 2.5×10^-5-4.0×10^-4 М.

гидроксильной и карбонильной групп. Рассчитаны

Оптическую плотность растворов измеряли в мак-

константы образования четырехкоординационно-

симумах полос поглощения при 420 нм и 665 нм.

го комплекса K₁ионов меди(II) c 2,3-диметил-5-ги-

Для регистрации спектров ЯМР ¹³С растворы

дрокси-6-аминопиримидин-4(3Н)-оном в ДМСО и

CuCl₂·2H₂O (27.5 мг в 0.4 мл ДМСО-d₆) и лиган-

ацетонитриле и оценены значения констант равно-

да (25 мг в 0.4 мл ДМСО-d₆) в течение 15 мин

весия между четырех- и пятикоординационными

продували аргоном для предотвращения окис-

комплексами, а также величина энергии Гиббса

ления

2,3-диметил-5-гидрокси-6-аминопирими-

процесса образования пятикоординационных ком-

дин-4(3Н)-она и переносили в предварительно

плексов.

продутую аргоном ампулу.

Синтез комплексов

2,3-диметил-5-гидрок-

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

си-6-аминопиримидин-4(3Н)-она с ионами

2,3-Диметил-5-гидрокси-6-аминопиримидин-

Cu(II) (1, 2). Смешивали предварительно проду-

4(3Н)-он получен по ранее описанной методике

тые аргоном и дегазированные растворы лиган-

[9]. Использовали CuCl₂∙2H₂O (ХЧ). Ацетонитрил

да (0.0775 г в 150 мл безводного ацетонитрила)

и ДМСО предварительно сушили над молекуляр-

и CuCl₂∙2H₂O (0.0852 г в 10 мл безводного аце-

ными ситами 3 Å.

тонитрила). Реакционная смесь окрашивалась

в ярко-зеленый цвет. Для получения комплекса

Электронные спектры поглощения регистри-

1 растворитель удаляли в вакууме сразу после

ровали на UV-Vis спектрофотометре Shimadzu

смешения растворов, остаток сушили в вакууме.

UV-2600 с термостатируемым кюветодержателем

Комплекс 1. Выход 82%, аморфный темно-зеле-

в области 200-900 нм с использованием кварце-

ный порошок. Найдено, %: C 26.6; H 2.8; N 14.5.

вых кювет толщиной 1 см. Температуру поддер-

C₈H₁₂Cl₂CuN₄O₂. Вычислено, %: C 29.0; H 3.6; N

живали с помощью термостата LOIP LT-205a. ИК

16.9.

спектры регистрировали на спектрофотометре IR

Prestige-21 (Shimadzu Corp.) для образцов в виде

Комплекс 2 получали аналогично. Полученный

суспензии в вазелиновом масле в диапазоне 4000-

раствор ярко-зеленого цвета перемешивали 60-

400 см^-1. Спектры ЯМР ¹³С записаны на спектро-

70 мин при 20°С, при этом окраска раствора посте-

метре Bruker Avance 500 (125.75 МГц) с использо-

пенно становилась темно-синей. Ацетонитрил от-

ванием тетраметилсилана в качестве внутреннего

гоняли в вакууме. Выход 73%, аморфное вещество

стандарта.

черного цвета.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 10 2019

1564

МИШИНКИН и др.

Константа комплексообразования

2,3-диме-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

тил-5-гидрокси-6-аминопиримидин-4(3Н)-она с

1. Holm R.H., Kennepohl P., Solomon E.I. // Chem. Rev.

ионами меди(II) K₁ рассчитана на основании дан-

1996. Vol. 96. N 7. P. 2239. doi 10.1021/cr9500390

ных, полученных методом спектрофотометрии

[16]. Были записаны электронные спектры погло-

2. Bissaro B., Røhr Е.K., Müller G., Chylenski P., Skau-

щения растворов, содержащих лиганд и хлорид

gen M., Forsberg Z., Horn S.J., Vaaje-Kolstad G.,

меди(II) с различным соотношением концентра-

Eijsink V.G. // Nature Chem. Biol. 2017. Vol. 13.

P. 1123. doi 10.1038/nchembio.2470

ций, при постоянной концентрация хлорида ме-

ди(II). Для каждого из соотношений рассчитывали

3. Chowdhury B., Maji M., Biswas B. // J. Chem. Sci.

константу комплексообразования по уравнению (1).

2017. Vol. 129. N 10. P. 1627. doi 10.1007/s12039-

017-1379-y

[CuL]

(1)

K₁ =

4. Solomon E.I., Heppner D.E., Johnston E.M., Gins-

[Cu²⁺][L]

bach J.W, Cirera J., Qayyum M., Kieber-Emmons M.T.,

Молярный коэффициент экстинкции рассчиты-

Kjaergaard C.H., Hadt R.G., Tian L. // Chem. Rev.

вали при допущении, что в момент выхода кривой

2014. Vol. 114. P. 3659. doi 10.1021/cr400327t

(см. рисунок) на плато все ионы меди(II) находятся

в комплексе 1.

5. Liu J.J., Diaz D.E., Quist D.A., Karlin K.D. // Isr.

J. Chem. 2017. Vol. 56. N 9-10. P. 1. doi 10.1002/

(2)

ijch.201600025

H_CuL =

c(Cu²⁺)l

6. Ribeiro da Silva M.A.V., Amaral L.M.P.F., Szter-

Равновесную концентрацию комплекса опреде-

ner P.// J. Chem. Thermodyn. 2011. Vol. 43. P. 1763. doi

ляли по уравнению (3).

10.1016/j.jct.2011.06.003

(3)

7. Муринов Ю.И., Мишинкин В.Ю., Акчурина О.В.,

CuL =

HCuLl

Грабовский С.А., Кабальнова Н.Н. // ЖОХ. 2017.

Здесь ΔА - изменение оптической плотности при

Т. 87. № 8. С. 1252.; Murinov Yu.I., Mishinkin V.Yu.,

образовании комплекса; l - длина оптического

Akchurina O.V., Grabovskii S.A., Kabal’nova N.N. //

Russ. J. Gen. Chem. 2017. Vol. 87. N 8. P. 1667. doi

пути.

10.1134/S1070363217080047

Аналогично определяли концентрацию ком-

8. Мишинкин В.Ю., Грабовский С.А., Кабальнова Н.Н.,

плекса 2.

Муринов Ю.И. // ЖОХ. 2017. Т.87. №7. С. 1149;

Равновесные концентрации лиганда и ионов

Mishinkin V.Yu., Grabovskii S.А., Kabal’nova N.N.,

меди(II) вычисляли по уравнениям (4), (5).

Murinov Yu.I. // Russ. J. Gen. Chem. 2017.Vol. 87. N 7.

[L] = c_L - [CuL],

(4)

P. 1542. doi 10.1134/S1070363217070167

[Cu²⁺] = c(Cu²⁺) - [CuL].

(5)

9. Мишинкин В.Ю., Грабовский С.А., Кабальнова Н.Н.,

Из полученных констант комплексообразова-

Муринов Ю.И. // ЖОХ. 2019. Т. 89. № 3. С. 372.;

ния вычисляли среднее значение.

Mishinkin V.Yu., Grabovskii S.А., Kabal’nova N.N.,

Murinov Yu.I. // Russ. J. Gen. Chem. 2019.Vol. 89. N 3.

ФОНДОВАЯ ПОДДЕРЖКА

P. 405. doi 10.1134/S107036321903006X

Работа выполнена в рамках научно-исследова-

10. Lever A.B.P. Inorganic Electronic Spectroscopy.

тельских работ Уфимского института химии РАН

Amsterdam: Elsevier, 1984. 863 p.

(№ госрегистрации АААА-А17-117011910033-1,

11. Abbas G., Mir M., Hassan A., Irfan A., Mariya-Al-

АААА-А17-117011910035-5) с использованием

Rashida, Wu G. // ЖСХ. 2015. Т. 56. № 1. С. 99; Ab-

оборудования Центра коллективного пользования

bas G., Mir M., Hassan A., Irfan A., Mariya-Al-Rashi-

«Химия» Уфимского института химии Российской

da, Wu G. // J. Struct. Chem. 2015. Vol. 56. N 1. P. 92.

академии наук

doi 10.1134/S0022476615010138

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

12. Derrick J.S., Kim Y., Tak H., Park K., Cho J., Kim S.H.,

Авторы заявляют об отсутствии конфликта ин-

Lim M.H. // Dalton Trans. 2017. Vol. 46. P. 13166. doi

тересов.

10.1039/c7dt01489a

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 10 2019

КОМПЛЕКСООБР

АЗОВАНИЕ 2,3-ДИМЕТИЛ-5-ГИДРОКСИ-...

1565

13. Tordin E., List M., Monkowius U., Schindler S.,

kin M.Yu., Mereshchenko A.S. // Chem. Phys. 2018.

Vol. 503. P. 14. doi 10.1016/j.chemphys.2018.01.020

Knör G. // Inorg. Chim. Acta. 2013. Vol. 402. P. 90. doi

15. Elleb M., Meulemeestre J., Schwing-Weill M.-J.,

10.1016/j.ica.2013.03.034

Vierling F. // Inorg. Chem. 1982. Vol. 21. P. 1477. doi

14. Olshin P.K., Myasnikova O.S., Kashina M.V., Gorbu-

10.1021/ic00134a042

nov A.O., Bogachev N.A., Kompanets V.O., Cheka-

16. Бек М., Надьпал И. Исследование комплексообразо-

lin S.V., Pulkin S.A., Kochemirovsky V.A., Skrip-

вания новейшими методами. М.: Мир, 1989. 413 с.

Complex Formation of 2,3-Dimethyl-5-hydroxy-

6-aminopyrimidin-4(3H)-one with Copper(II) Ions

in Non-Aqueous Solutions

V. Yu. Mishinkin, S. A. Grabovskii, N. N. Kabalnova, and Yu. I. Murinov*

Ufa Institute of Chemistry, Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences,

pr. Oktyabrya 69, Ufa, 450054 Russia

*e-mail: murinov@anrb.ru

Received April 15, 2019; revised April 15, 2019; accepted April 19, 2019

The complexation of 2,3-dimethyl-5-hydroxy-6-aminopyrimidine-4(3H)-one with copper(II) ions in non-aque-

ous solutions was studied by electronic, NMR, IR spectroscopy and mass spectrometry. The sequential for-

mation of four- and five-coordination copper(II) complexes was observed, in which mono- and bidentate

coordination of the ligand was determined. Composition of the obtained complex was determined by the spec-

trophotometric method of molar ratios. The donor sites in the ligand molecule, which participate in coordina-

tion with copper(II) ions, were established and complexation constants were calculated.

Keywords: 2,3-dimethyl-5-hydroxy-6-aminopyrimidine-4(3Н)-one, four-coordination and five-coordination

complexes, copper(II) ions

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 10 2019