Struktura nowych kompleksów miedzi(II) i cynku(II) z pochodnymi benzofuranu – badania z wykorzystaniem absorpcji i dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego

Aleksandra M. Drzewiecka 1,2Marcin T. Klepka 1Anna Wolska 1Anna E. Kozioł 2

1. Polish Academy of Sciences, Institute of Physics, al. Lotników 32/46, Warszawa 02-668, Poland
2. Maria Curie-Skłodowska University, Faculty of Chemistry, Maria Curie-Skłodowska 3, Lublin 20-031, Poland

Abstract
Ciągle rosnące zagrożenie chorobami cywilizacyjnymi jest przyczyną poszukiwania nowych leków, które są skuteczne, tanie i nietoksyczne. Zauważa się, iż koordynowanie jonów metali do aktywnych farmakologicznie ligandów może zwiększyć aktywność wyjściowego związku. W tym celu przeprowadzono reakcje kompleksowania, a następnie badania strukturalne, dla kilku serii pochodnych benzofuranu.

Analizie poddano nowo otrzymane kompleksy cynku i miedzi z organicznymi ligandami O-donorowymi (Rys. 1). Wisnaginon (2) i kelinon (3) oraz ich pochodne (metoksybenzofurany) posiadają różne właściwości biologiczne, począwszy od działania przeciwdrobnoustrojowego poprzez działanie antyarytmiczne i antymiażdżycowe, kończąc na aktywności antyfidantnej oraz właściwościach aflatoksyczych [1]. W ostatnich latach można zauważyć duże zainteresowanie tą grupą związków ze względu na możliwość ich zastosowania w leczeniu chorób autoimmunologicznych, głównie stwardnienia rozsianego [2]. Badania przeciwnowotworowe wykonane dla serii kwasów benzo[b]furano-karboksylowych i ich estrów wykazały ich silnie działanie hamujące wzrost komórek raka nerek, niedrobnoziarnistego raka płuc oraz białaczki [3,4]. Ponadto, badania mikrobiologiczne w przypadku jednego z prezentowanych kwasów (związek 5) wykazały inhibicję wzrostu komórek grzybowych w odniesieniu do stosowanego wzorca, którym był amiodaron [5].

Celem przeprowadzonych badań było ustalenie sposobu wiązania jonów cynku i miedzi w otrzymanych kompleksach, z ligandami o różnej budowie chemicznej. Do badań wykorzystano rentgenowską analizę strukturalną oraz absorpcyjną spektroskopię rentgenowską (XANES i EXAFS).

Wykazano, że kompleksy z jonami Cu(II) powstawały dla każdego użytego liganda, zarówno z pochodnymi, w których deprotonacji ulegała grupa –OH jak i –COOH, natomiast kompleksy z jonami Zn(II) uzyskano jedynie gdy ligandami były kwasy karboksylowe [1].

Rentgenowska analiza strukturalna pozwoliła na określenie struktury cząsteczek i budowy wielościanów koordynacyjnych trzech reprezentatywnych kompleksów, które uzyskano w postaci monokryształów. Uzyskane informacje o budowie kompleksów posłużyły do zbudowania startowego modelu sfery koordynacyjnej jonów metali, niezbędnego do analizy widm EXAFS.


Rys. 1. Schemat budowy ligandów - pochodnych benzofuranu (17)

Stopień utlenienia metali w badanych kompleksach określono z jakościowej analizy widm XANES. Polegała ona na porównaniu energetycznego położenia krawędzi absorpcji metali w badanych związkach względem odpowiednich wzorców, mianowicie tlenku miedzi(I) oraz tlenku miedzi(II). Stwierdzono, iż analizowane związki zawierają kationy Cu(II).

Z analizy widm EXAFS wyznaczono średnią liczbę koordynacyjną oraz rodzaj atomów w najbliższym otoczeniu jonów Cu i Zn.

Dla serii kompleksów miedzi(II) z ligandami, w których deprotonacji ulegała grupa –OH obserwuje się podobne chelatujące otoczenie wokół kationu metalu. Parametry dopasowania z analizy EXAFS oraz rentgenowska analiza strukturalna dla reprezentatywnego kompleksu pozwalają stwierdzić, iż wszystkie kompleksy charakteryzują się liczbą koordynacyjną równą 4. Wielościan koordynacyjny budowany jest przez cztery atomy tlenu: dwa atomy zdeprotonowanej grupy hydroksylowej i dwa atomy grupy acetylowej (Rys. 2). Dla całej serii kompleksów spodziewaną koordynacją jest koordynacja płaskiego kwadratu.

Rys. 2. Schemat koordynacji kationu metalu w kompleksach miedzi(II) z hydroksy-benzofuranami 

Analiza widm EXAFS dla kompleksu miedzi(II) z ligandem, w którym deprotonacji uległa grupa –COOH, i którego stereochemia w fazie stałej została określona za pomocą rentgenowskiej analizy strukturalnej, pozwoliła stwierdzić, iż w pierwszej strefie koordynacyjnej jonu znajdują się cztery atomy tlenu oraz jeden jon miedzi. Związek ten jest kompleksem dwurdzeniowym. Dla pozostałych dwóch kompleksów miedzi(II) z ligandami karboksylanowymi, obserwuje się jedynie cztery atomy tlenu w pierwszej strefie koordynacyjnej. Uzyskane wyniki nie wskazują na tworzenie się charakterystycznych dla miedzi(II) kompleksów wielordzeniowych.

Na podstawie analizy widm EXAFS kompleksów cynku(II) z ligandami o deprotonowanej grupie –COOH stwierdzono obecność pięciu atomów tlenu w pierwszej strefie koordynacyjnej. Korzystając z informacji uzyskanych z rentgenowskiej analizy strukturalnej dla jednego z kompleksów, można wywnioskować, iż wokół centrum metalicznego tworzy się piramida tetragonalna budowana przez cząsteczki wody oraz atomy tlenu grup karboksylanowych.

Zastosowanie rentgenowskiej spektroskopii absorpcyjnej do określenia otoczenia jonów cynku i miedzi w nowo otrzymanych kompleksach z pochodnymi benzofuranu, pozwoliło wyjaśnić sposób wiązania jonów metali przez koordynujące ligandy.

Podziękowania

Autorzy wyrażają podziękowanie za finansowanie z 7-mego projektu ramowego - projekt ELISA (FP7/2007-2013), numer kontraktu 226716.

Literatura

[1] Drzewiecka A. (2010) „Struktura potencjalnych ligandów O-donorowych i ich kompleksów organicznych z jonami metali”, Rozprawa doktorska, UMCS Lublin.

[2] Harvey A. J., Baell J. B., Toovey N., Homerick D., Wulff H. (2006) “A new class of blockers of the voltage-gated potassium channel Kv1.3 via modification of the 4- or 7-position of khellinone”, J. Med. Chem. 49, 1433–1441.

[3] Kossakowski J., Ostrowska K., Hejchman E., Wolska I. (2005) “Synthesis and structural characterization of derivatives of 2- and 3-benzo[b]furan carboxylic acids with potential cytotoxic activity”, Il Farmaco 60, 519-527.

[4] Ostrowska K. (2007) „Synteza nowych pochodnych kwasów 2- i 3-benzo[b]furano-karboksylowych i 7-benzo[b]furanolu o spodziewanym działaniu biologicznym”, Rozprawa doktorska, AM Warszawa.

[5] Courchesne W. E., Hejchman E., Maciejewska D., Kossakowski J., Ostrowska K. (2008) “Antifungal compounds”, Patent Application Nr US2009/0270496.

 

Related papers
  1. Absorpcja promieniowania synchrotronowego kluczem do tajemnic nanoświata
  2. Location of metals in ZnO electrospined nanofibers
  3. Mangan w warstwach ZnMnO hodowanych metodą osadzania warstw atomowych
  4. Can we control the process of room temperature ferromagnetic clusters formation in GaMnAs matrix?
  5. Optimization of technology for contact metallization in electronic devices - XRD and EXAFS studies
  6. Lokalne otoczenie atomów kobaltu w cienkich warstwach ZnCoO
  7. Localization of rare-earth dopants in the lattice of nanocrystalline ZrO2 - EXAFS study
  8. Phase composition study of natural minerals used as a source of white pigment production
  9. Electronic structure of Mn atoms in (Ga,Mn)As layers modified by high temperature annealing
  10. Identification of Mg based phases in ilmenites by X-ray absorption spectroscopy
  11. Influence of high temperature annealing on the local atomic structure around Mn atoms and magnetic properties of (Ga,Mn)As layers
  12. The single particles approach of x-ray miroanalysis for estimation a phase composition of altered ilmenite used in pigments production

Presentation: Oral at IX Krajowe Sympozjum Użytkowników Promieniowania Synchrotronowego, by Aleksandra M. Drzewiecka
See On-line Journal of IX Krajowe Sympozjum Użytkowników Promieniowania Synchrotronowego

Submitted: 2011-06-01 11:31
Revised:   2011-06-13 10:46