Egy tren-alapú tripodális ligandum átmenetifémkomplexeinek vizsgálata

Egy tren-alapú tripodális ligandum átmenetifémkomplexeinek

vizsgálata

Matyuska Ferenc, Gajda Tamás,

Nagy Nóra Veronika

• Számos metalloenzim aktív centrumában a fémion több, általában imidazol oldallánc van koordinálva, míg egy szabad kötőhelyen a szubsztrát tud megkötődni

• Példa: szénsav-anhidráz

• Ezen enzimek szerkezeti és funkcionális modellezésére

megfelelőek lehetnek a tripodális ligandumok fémkomplexei

• Tripodális ligandumok általános szerkezete:

• Megfelelő megközelítés lehetne, ha ezt meghosszabbítanánk, és a szerkezetet egy, a „felső” részen koordinálódó fémmel stabilizálnánk

• Egy megfelelő tripodális platform: trisz(2-aminoetil)amin

• Ennek szubsztituált származékait terveztük előállítani

• Az irodalomban már találtunk a tervünkhöz hasonló, előállított molekulát: trisz(2-metilpiridil-aminoetil)amin

• Kristályszerkezetek: Fe(II), Fe(III), Ni(II), Cu(II), Zn(II)

• Oldategyensúly: Cu(II), Zn(II)

• Tapasztalatok:

– Nagy stabilitású 6 (7) N-es koordináció az amin és piridil-nitrogének által

– A ligandum redukálja a vas(III)-iont, miközben iminné oxidálódik

– Nyomnyi oxigén jelenlétében a kobalt(II) oxidálódik kobalt(III)-á, miközben a

ligandumról egy metil-piridil kar leszakad

• Tehát nem rendelkezik a nekünk kedvező tulajdonságokkal a 2’-tpaa

• Kézenfekvő választás: változtassuk meg a piridil-nitrogén helyzetét, így megakadályozva az extrém stabilitású egymagvú komplexek létrejöttét

• Így a tervezett ligandum a trisz(3-metilpiridil-aminoetil)amin (3’-tpaa)

• Szintézis menete:

– Schiff-bázis képzés a tren és a 3-piridilkarboxaldehid között – A képződő imin redukciója NaBH₄-el

– Tisztítás, majd száraz HCl-gázzal kicsapás

• Vizsgált fémionok: Mn(II), Fe(II), Co(II), Cu(II), Zn(II)

• Vizsgálati módszerek (oldategyensúly):

– pH-potenciometria

– UV-VIS spektroszkópia – NMR

– ESR

• Vizsgálati módszerek (kinetika):

– SOD aktivitás

– DTBC-oxidáz aktivitás

pH-potenciometria

• Ligandum: 6 protonálható nitrogén a vizsgált tartományban

• Komplexek: minden esetben van egy extra deprotonálódás, ami

valószínűleg a tren-hez hasonlóan egy koordinált vízhez rendelhető

• Mangán esetén nem tapasztaltunk komplexképződést

Deprotonálódási és stabilitási állandók

• ML komplexek stabilitása Cu(II)>>Zn(II)>Co(II)>>Fe(II) sorrendben csökken, ez megfelel az Irving-Williams sornak

log b

Cu(II) Zn(II) Co(II) Fe(II)

MH₃L 27,36(1) --- --- ---

MH₂L 23,53(1) --- --- ---

MHL 19,40(1) 13,84(4) 12,72(5) 10,9(1) ML 14,57(1) 8,89(1) 7,39(1) 3,17(8) MH_-1L 6,18(1) -0,56(1) -1,54(1) -5,19(4)

pK₁ 8,63(1)

pK₂ 7,57(1)

pK₃ 6,40(1)

pK₄ 3,74(1)

pK₅ 3,21(1)

pK₆ 2,69(1)

2,26 4,12 7,46 10,79

0 20 40 60 80 100

2 4 6 8 10

pH

% L

LH₆

LH₅

LH₄ LH₃

LH₂

LH L

9 8,5 8 7,5 ppm 4,5 4 3,5 3 2,5

• UV-VIS spektrofotometria Cu(II)- 3’TPAA rendszerre

• A keletkező komplexek matt világoskék színűek

• Az egyedi spektrumokból látszik, hogy magas hullámhosszon

nyelnek el a komplexek, ez trigonális bipiramisos szerkezet esetén jellemző

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8

400 500 600 700 800 900 1000

hullámhossz (nm)

abszorbancia

0 100 200 300 400 500 600

400 500 600 700 800 900 1000

hullámhossz (nm) ε (M-1 cm-1 )

CuH3L CuH2L CuHL CuL CuH-1L

0 20 40 60 80 100

2 4 6 8 10

pH

%Cu

Cu CuH₃L

CuH₂L

CuHL

CuL CuH_-1L

• A fagyasztott ESR-spektrumokon látszik, hogy

g(párhuzamos)<g(merőleges), vagyis a párosítatlan elektron alapállapota a d_z2 pálya

• Ez újabb bizonyíték a trigonális bipiramisos szerkezetre

• Látszik, hogy magas pH-n a csatolási állandó csökken, ez

koordinált víz deprotonálódásakor szokványos

Cu CuH₃L

CuH₂L

CuHL

CuL CuH_-1L

0 20 40 60 80 100

2 4 6 8 10

pH

%Cu

• A kobalt(II)-komplexek esetén meglepő, zöld színű lett az oldat a lúgos pH-tartományban

• Az egyedi spektrumokhoz

hasonlóak az irodalomban csak trigonális bipiramisos esetben találhatóak csak

0 20 40 60 80 100 120 140

400 500 600 700 800

hullámhossz (nm) ε (M-1 cm-1 )

CoL CoH_-1L

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

400 450 500 550 600 650 700 750 800

hullámhossz (nm)

abszorbancia

0 20 40 60 80 100

2 4 6 8 10

pH

%Co

Co

CoHL

CoL

CoH_-1L

• A szabad és a kötött ligandum lassú cserében van

• A komplexképződésnek és az extra deprotonálódásnak az alifás protonok jeleire van nagyobb hatásaitt is

trigonális bipiramisos koordináció

2,26 8,09 10,79

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

2 4 6 8 10

pH

%Zn

Zn

ZnHL

ZnL ZnH_-1L

9 8,5 8 7,5 4,5 4 3,5 3 2,5

ppm

Összehasonlítás a tren megfelelő komplexeivel

• Bázicitással korrigált stabilitási állandókból kiderül, hogy a 3’-TPAA komplexei 1-3

nagyságrenddel stabilabbak

• A koordinált víz deprotonálódása kb. 1 pH-egységgel hamarabb kezdődik el

• Ezeket a hatásokat valószínűleg a piridin-gyűrűk közötti (aromás, vízek keresztüli H-hidas)

TREN 3'-TPAA

log K’ pK_ML log K’ pK_ML Cu(II) -11,76 9,2 -8,96 8,41 Zn(II) -16,86 9,9 -14,63 9,34 Co(II) -17,93 9,9 -16,19 8,92 Fe(II) -21,82 - -20,49 8,23

• Hogy kiderítsük, mennyire szorosan kötött a koordinált víz, SCN^--ionnal titráltam a CuL(H₂O) komplexet

• Kiderült, hogy a CuL(H₂O) + SCN  CuL(SCN) + H₂O folyamatra az egyensúlyi állandó 3,24(1), azaz a koordinált víz könnyen kicserélhető

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

400 500 600 700 800 900 1000

hullámhossz (nm)

abszorbancia

0,55 0,6 0,65 0,7

0 0,5 1 1,5 2

SCN/CuL arány

abszorbancia

SOD aktivitás

• McCord-Fridovich tesztreakcióval

• pH=7,4-nél

• A komplex IC₅₀ értéke 1,25 μM

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0 2 4 6 8 10

c(komplex) (μM)

I %

HN N H

N H N

O O

HN N H

N H H N

O O

O

2 O₂

Xantin oxidáz Xantin

uronsav + H₂O₂

2 O₂^.-

SOD modell

O₂+ H₂O₂

NBT NBT-dif ormazán

NO2

NO₂

N

NN N

N N NH

HN

O

O H₃C

CH₃

• A komplexnek a DTBC-oxidáz aktivitását is néztük

• Ez 50% etanol-víz elegyben történt, ezért meghatároztuk az extra deprotonálódás pK-ját ebben az oldószerelegyben is

• Ez jelentősen eltolódott (pK=9,13 a 8,41 helyett)

• A CuL komplex szinte nem, a CuH_-1L komplex mérsékelten

katalizálja az oxidációt ⁰

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

400 500 600 700 800 900 1000

hullámhossz (nm)

A

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00

6,9 7,9 8,9 9,9 10,9

pH

Cu móltört

0 5 10 15 20 25

k (M-1 s-1 )

Összefoglalás

• A 3’-TPAA ligandum majdnem minden átmenetifémmel komplexet képez, ezek stabilitása Cu(II)>>Zn(II)>Co(II)>>Fe(II) sorrendben csökken

• Minden komplex esetén trigonális bipiramisos a szerkezet, ahol axiálisan koordinált víz van, ami képes magas pH-n deprotonálódni

• A komplexek stabilabbak, mint a TREN megfelelő komplexei, és az extra deprotonálódás is alacsonyabb pH-n következik be

• A koordinált víz nem erősen kötött, így könnyen kicserélhető egy szubsztrátra

• A CuL komplex SOD-aktivitásra vonatkozó IC50 érték 1,25 μM

• A CuH_-1L komplex képes katalizálni a DTBC oxidációját

Köszönetnyilvánítás

•TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0012

•OTKA K101541

Köszönöm a figyelmet!