Координационная химия, 2021, T. 47, № 11, стр. 689-697

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Для синтеза использовали CuCl₂ ⋅ 2H₂O, CuBr₂ квалификации “ч. д. а.”, этанол – ректификат. Все реагенты использовали без дополнительной очистки. 2-(3,5-Диметилпиразол-1-ил)бензимидазол синтезирован по методике, близкой к описанным в [17, 18].

Синтез CuLCl₂ (I). Навески 1 ммоля (0.18 г) Cu-Cl₂ ⋅ 2H₂O и 1 ммоля (0.21 г) L растворяли отдельно при нагревании в 5 мл этанола и быстро смешивали полученные растворы. Образовывался раствор зеленого цвета, который постепенно темнел. При упаривании из раствора выпадал коричневый осадок. Раствор с осадком упаривали до 1/2 первоначального объема, охлаждали в кристаллизаторе со льдом, осадок отфильтровывали на фильтре Шотта, промывали 2 раза небольшими порциями (1–2 мл) этанола и высушивали на воздухе. Выход 0.26 г (71%).

Cинтез [CuL₂Cl]Cl ⋅ H₂O ⋅ C₂H₅OH (II). 0.5 ммоля (0.09 г) CuCl₂ ⋅ 2H₂O и 1.5 ммоля (0.32 г) L растворяли отдельно при нагревании в 5 мл этанола. При смешивании растворов выпадал осадок светло-зеленого цвета. Осадок отфильтровывали, промывали и высушивали так же, как в синтезе I. Выход 0.26 г (80%).

При длительном стоянии маточного раствора образовывались кристаллы соединения II, пригодные для РСА.

Синтез CuLBr₂ (III). Навески 1 ммоля (0.22 г) CuBr₂ и 1 ммоля (0.21 г) L растворяли отдельно при нагревании в 5 мл этанола. При смешивании растворов выпадал коричневый осадок. Раствор с осадком упаривали на водяной бане на 1/3 от первоначального объема, а затем охлаждали в кристаллизаторе со льдом. Осадок отфильтровывали, промывали и высушивали так же, как в синтезе I. Выход 0.39 г (88%).

Элементный анализ комплексов выполняли в аналитической лаборатории ИНХ СО РАН на приборе EUROEA 3000 фирмы EuroVector (Италия).

Дифрактометрическое исследование поликристаллических образцов выполняли на дифрактометре Shimadzu XRD 7000 (CuK_α-излучение, Ni-фильтр, сцинтилляционный детектор) при комнатной температуре. Образцы растирали в гептане и наносили на полированную сторону стеклянной кюветы. Съемку проводили в диапазоне углов 5°–60° с шагом 0.03° и экспозицией 1 с/точку.

РСА выполнен по стандартной методике на автоматических четырехкружных дифрактометрах Bruker-Noniusx8 APEX для комплекса II (MoK_α-излучение, λ = 0.71073 Å, графитовый монохроматор, двухкоординатные 4K CCD-детекторы). Поглощение учтено эмпирически по интенсивностям эквивалентных отражений (SADABS) [19]. Структура расшифрована прямым методом и уточнена полноматричным МНК по F ² в анизотропном приближении для всех неводородных атомов с помощью SHELXS [20], SHELXL [21] и графической оболочки OLEX2 [22]. Высокие параметры атомных смещений у сольватного EtOH, по-видимому, связаны с разупорядочением по нескольким близким позициям. Атомы водорода лиганда L локализованы геометрически и уточнены по модели “наездника”; атомы Н молекул воды локализованы из разностного синтеза Фурье и также уточнены в модели “наездника” с фиксированными значениями U_изо(H) = 1.5U_экв(O); атомы водорода сольватного EtOH не были локализованы из разностного синтеза и расставлены из геометрических соображений. Основные кристаллографические данные и детали уточнения структуры II приведены в табл. 1.

Координаты атомов и величины параметров атомных смещений комплекса [CuLCl₂] депонированы в Кембриджском банке структурных данных (КБСД № 2043452 http://www.ccdc.cam.ac.uk/ data_request/cif).

ИК-спектры поглощения снимали на спектрометрах Scimitar FTS 2000 и Vertex 80 в области 4000–100 см^–1. Образцы готовили в виде суспензий в вазелиновом и фторированном маслах и полиэтилене.

Магнитные свойства поликристаллических образцов изучали на SQUID-магнетометре MPMS-XL фирмы Quantum Design в интервале температур 2–330 K и магнитных полей H = 0–10 кЭ. Для определения парамагнитной составляющей молярной магнитной восприимчивости (χ_p(T)) из измеренных значений полной молярной восприимчивости χ = M/H (M = намагниченность) вычитали вклады ларморовского диамагнетизма (χ_d) и ферромагнетизма микропримесей (χ_F): χ_p(T, H) = = χ(T, H) – χ_d – χ_F(T, H). Температурно-независимый вклад χ_d вычисляли согласно аддитивной схеме Паскаля, а для определения ферромагнитного вклада χ_F проводили измерения полевых зависимостей M(H) и зависимостей M(T) при различных значениях магнитного поля. В исследованных образцах χ_F < χ_d в полях H > 2 кЭ. Эффективный магнитный момент вычисляли по формуле μ_эфф = = [3kχ_pT/(${{N}_{{\text{A}}}}\mu _{{\text{B}}}^{2}$)]^1/2 ≈ (8χ_pT)^1/2, где N_A, μ_B и k – число Авогадро, магнетон Бора и постоянная Больцмана соответственно.

Исследование цитотоксического действия лигандов и комплексов проводили на клеточной линии Hep-2 (карцинома гортани человека), предоставленной коллегами из Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии “Вектор”. Клетки высевали на 96-луночные планшеты по 5 × 10³ клеток на лунку и культивировали в среде Dulbecco’s Minimum Essential Medium (DMEM) с 10%-ным содержанием в ней эмбриональной бычьей сыворотки (FBS, HyClone) в увлажненной атмосфере с 5%-ным содержанием CO₂ при 37°C. Через 24 ч добавляли исследуемые соединения, растворенные в этаноле или 50%-ном водно-этанольном растворе, в диапазоне концентраций 0.2–125 мкМ и инкубировали в течение 48 ч. Конечная концентрация растворителя в среде не превышала 1%. Затем клетки окрашивали флуоресцентными красителями Hoechst 33342 (в течение 30 мин при 37°C) и Propidium Iodide (в течение 10 мин при 37°C) [23]. По истечении указанного времени меняли среду в лунках для удаления избытка красителей. Съемку проводили на приборе IN Cell Analyzer 2200 (GE) в автоматическом режиме по 4 поля на лунку. Полученные изображения анализировали с помощью программного обеспечения IN Cell Investigator (GE Healthcare, UK) для определения процентного содержания каждой группы клеток (нормальные, апоптозные и мертвые) во всей популяции в результате действия препаратов. Результат представляли в виде процентного соотношения клеток из трех независимых экспериментов ± стандартное отклонение. Полумаксимальное ингибирование (IC₅₀) определяли как концентрация соединения, при которой гибель клеток составляет 50%, и рассчитывали после аппроксимации нелинейной функцией кривых экспериментальной зависимости выживаемости клеток (%) от концентрации соединения (мкМ).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Комплексы I–III выделяли из водно-этанольных растворов при различных соотношениях металла и лиганда. Соотношения были подобраны экспериментально для получения фазы определeнного состава. По данным РФА, все соединения кристаллические, но среди них нет изоструктурных.

По данным РСА, комплекс [CuL₂Cl]Cl ⋅ H₂O ⋅ ⋅ C₂H₅OH (II) кристаллизуется в триклинной сингонии, пр. гр. $P\bar {1}$, Z = 2 (табл. 1). Независимая часть элементарной ячейки включает комплексный катион [CuL₂Cl]⁺, внешнесферный хлорид-анион и по одной молекуле кристаллизационной воды и этилового спирта. Катион нецентросимметричен; координационное окружение центрального иона Cu²⁺ – искаженное тетрагонально-пирамидальное – образовано четырьмя атомами азота двух бидентатно-координированных лигандов L и хлорид-анионом (рис. 1). Длины связей Cu–N лежат в диапазоне 1.9761(18)–2.2650(18) Å, причем наибольшее значение наблюдается для атома N(1), находящегося в вершине координационной пирамиды.

Рис. 1.

Строение комплексного катиона [CuL₂Cl]⁺ в структуре II. Приведены эллипсоиды атомных смещений 50%-ной вероятности.

Для количественного описания пятичленной координации, которая реализуется в комплексе II, можно использовать τ-дескриптор: τ = (α – β)/60, как ранее было предложено в [24] (α и β – два наибольших угла LML, α > β). Очевидно, что параметр τ в диапазоне от 0 до 1 определяет любую комбинацию состояний ТП (тетрагональная пирамида) и ТБП (тригональная бипирамида) в геометрии координационного полиэдра. В комплексе II два наибольших угла NCuN и NCuCl составляют 169.32(8)° и 145.96(6)° соответственно. Таким образом, τ-дескриптор, имеющий значение 0.389, позволяет количественно охарактеризовать координационный полиэдр [CuN₄Cl] как близкий к ТП с достаточно большим (38.9%) вкладом состояния ТБП.

Значения основных валентных углов приведены в табл. 2. В структуре присутствуют сильные водородные связи четырех типов: N–H···O – между лигандами L и молекулами воды (расстояние N···O 2.732(2) Å), N–H···Cl – между лигандами L и хлорид-анионами (расстояние N···Cl 3.112(2) Å), O–H···Cl – между молекулами воды и хлорид-анионами (как внешне-, так и внутрисферными; расстояния O···Cl 3.103(2) и 3.155(2) Å) и O–H···Cl – между молекулами этилового спирта и внешнесферными хлорид-анионами (расстояние O···Cl 3.302(6) Å). Указанные водородные связи приводят к образованию цепочек, параллельных направлению [–1 1 0], в которых оказываются задействованными все структурные единицы (рис. 2). При этом в пределах цепочки лиганды L ориентированы попарно параллельно с минимальным межплоскостным расстоянием ~3.3 Å, что указывает на наличие π–π-взаимодействий.

Рис. 2.

Фрагмент цепи, образованной за счет водородных связей (пунктирные линии) между комплексными катионами [CuL₂Cl]⁺, Cl^–-ионами, молекулами воды и этилового спирта. Показаны только атомы H, участвующие в образовании водородных связей.

В ИК-спектре L в высокочастотной области 3300–2500 см^–1 расположена широкая средней интенсивности полоса поглощения NH-групп, участвующих в образовании водородных связей. Слабовыраженные максимумы ν(CH) кольца и ν(CH₃) наблюдаются в диапазоне 3100–2800 см^–1. Спектры комплексов I–III подобны. Полосы ν(NH) и ν(CH) в них становятся более четкими по сравнению со спектром L, что, вероятно, связано с изменением характера H-связей при комплексообразовании.

Число и положение полос в области 1620–1480 см^–1 (колебания кольца, R) существенно изменяются по сравнению со спектром L (табл. 3). Это позволяет сделать вывод, опираясь на данные РСА для II, о координации атомов азота циклов к иону Cu²⁺ во всех полученных комплексах. В интервале низких частот (400–200 см^–1) проявляются полосы, отсутствующие в спектре L, которые отнесены к ν(Cu–N) и ν(Cu–Hal).

Таким образом, данные элементного анализа и ИК-спектроскопии свидетельствуют о том, что координационный узел в комплексах I и III формируется за счет атомов азота L, координированных по бидентатно-циклическому типу, и двух галогенид-ионов, которые входят во внутреннюю сферу. Во внутренней сфере комплекса II находятся две молекулы L и один хлорид-ион, во внешней сфере – второй хлорид-ион и молекулы воды и этанола. Характер ИК-спектров согласуется с данными РСА для комплекса II.

Температурные зависимости μ_эфф и обратной магнитной восприимчивости (1/χ_p) для комплексов I и II представлены на рис. 3. Для комплекса I значение μ_эфф при 300 K составляет 1.85 µ_B и практически не меняется при понижении температуры до 50 K, после чего уменьшается, достигая 1.38 µ_B при 5 K. Для комплекса II значение μ_эфф при 300 K составляет 1.80 µ_B и не меняется при охлаждении до гелиевых температур. Зависимости 1/χ_p(T) для комплексов I и II линейны и хорошо описываются законом Кюри–Вейсса с оптимальными значениями параметров C и θ, равными 0.433 K см³/моль и –2.8 K для комплекса I и 0.408 K см³/моль и –0.7 K для комплекса II. Значения μ_эфф при 300 K и постоянных Кюри C для комплексов I и II хорошо согласуются с теоретическими чисто спиновыми значениями 1.86 µ_B и 0.433 K см³/моль для одного иона меди(II) со спином S = 1/2 при g = 2.15. Уменьшение μ_эфф ниже 50 K и значение постоянной Вейсса θ для комплекса I указывают на наличие слабых антиферромагнитных обменных взаимодействий. Для комплекса II значимые обменные взаимодействия отсутствуют, на что указывает постоянное значение μ_эфф в широком температурном интервале и малая величина постоянной Вейсса θ.

Рис. 3.

Температурные зависимости µ_эфф и 1/χ_p для комплекса CuLCl₂ (a) и [CuL₂Cl]Cl ∙ H₂O ∙ EtOH (б). Пунктирная линия на панели (а) показывает результат обработки данных согласно зависимости Кюри–Вейсса.

Магнитные свойства комплекса CuLBr₂ (III) существенно отличаются от таковых в комплексах, содержащих хлорид-ионы. Хотя в интервале температур 50–330 К восприимчивость χ_p(T), как и в комплексах I и II, хорошо описывается законом Кюри–Вейсса с близким значением µ_эфф, при понижении температуры зависимость χ_p(T) существенно отклоняется от парамагнитного поведения и проходит через максимум при температуре T_м ≈ 20 К (рис. 4). Уменьшение восприимчивости при низкой температуре, так же как и большая отрицательная величина константы Вейсса θ ≈ –25 K свидетельствуют о существенно более сильных антиферромагнитных обменных взаимодействиях в этом комплексе. Широкий и плавный максимум в зависимости χ_p(T) является характерным признаком низкоразмерных магнетиков и свидетельствует о формировании магнитных цепочек из ионов Cu²⁺ с сильным внутрицепочечным и слабым межцепочечным обменным взаимодействием. Величину внутрицепочечного антиферромагнитного обменного взаимодействия J можно качественно оценить из значений T_м и θ на уровне J/k_B ≈ 20 К. Отметим, что спиновые корреляции в цепочках начинают развиваться уже с температур ~50 К, что проявляется в значительном уменьшении μ_эфф (рис. 4).

Рис. 4.

Температурная зависимость µ_эфф для комплекса CuLBr₂, измеренная в магнитном поле H = = 1 кЭ (⚫) и 10 кЭ (⚪). На вставке показаны температурные зависимости χ_p в области низких температур.

Рис. 5.

Репрезентативное изображение, показывающее морфологические изменения клеток Hep-2 после инкубации с 1 мкМ CuLCl₂ (I), обнаруженные методом двойного окрашивания Hoechst 33342/PI.

Исследовано влияние лиганда L и комплексов хлоридов и бромидов меди(II) с ним на клеточную линию Hep-2. На риc. 5 представлены морфологические изменения клеток Hep-2. Значения IC₅₀ приведены в табл. 4. Лиганд L не оказал цитотоксического действия по отношению к данной клеточной линии в исследованном диапазоне концентраций (0.2–125 мкМ). Полученные данные показали, что комплекс I наиболее токсичен, его воздействие привело к гибели клеток на уровне 50% (1 мкМ), среди которых процент клеток, проявивших морфологические изменения в ядрах, характерные для апоптоза, составил 30% (рис. 6). Цитотоксичность комплексов II и III оказалась сопоставима. Значения IC₅₀ составляют 3.6 ± 0.3 (II) и 3.1 ± 0.3 (III) мкМ.

Рис. 6.

Результаты обработки клеток Hep-2 растворами соединений в течение 48 ч: ▲ – живые клетки, ◼ – апоптозные клетки, ⚫ – мeртвые клетки.

В [19–21] мы изучили цитотоксичность ряда комплексов с триазоло[1,5-a]бензимидазолами, отличающимися от L наличием еще одного конденсированного гетероцикла. Отметим, что исследованные в данной работе соединения меди(II) c 2‑(3,5-диметилпиразол-1-ил)бензимидазолом имеют существенно более высокую цитотоксичность, чем полученные ранее (табл. 4).

Таким образом, получены новые соединения галогенидов меди(II) с 2-(3,5-диметилпиразол-1-ил)бензимидазолом (L) состава [CuLCl₂], [CuL₂Cl]Cl ⋅ H₂O ⋅ C₂H₅OH и [CuLBr₂]. На клеточной линии Hep-2 изучены цитотоксические свойства лиганда L и синтезированных комплексов. Полученные данные показали, что комплекс CuLCl₂ наиболее токсичен, его воздействие приводит к гибели клеток на уровне 50% (1 мкМ). Процент клеток, проявивших морфологические изменения в ядрах, характерные для апоптоза, составил 30%. Сравнение полученных данных с литературными показало, что цитотоксичность CuLCl₂ сопоставима с таковой для цисплатина. Значение IC₅₀ составляет (1.1 ± 0.1) мкМ [25].

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.