Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Комплексообразование и некоторые биологические эффекты Краун-эфиров

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Комплексообразование и некоторые биологические эффекты Краун-эфиров"

РГ6 од

1 9 АПР 1993

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН Институт физиологии и биофизики

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра биофизики

На правах рукописи

ТАРИНОВА Маргарита Владимировна

КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ И НЕКОТОРЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ КРАУН-ЭФИРОВ

(03.00.02 -биофизика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ТАШКЕНТ - 1993

^абота выполнена на кафедре биофизики

о

Ташкентского Государственного университета

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор химических наук, профессор Ташмухамедоза А. К. кандидат биологических наук доцент Мирходжаев У. 3. доктор биологических наук, профессор Рахимов М. М. ,

кандидат химических наук доцент Муфтахов О.Г.

Институт биоорганической

химии им. А. С. Садыкова

АН РУ.

Защита состоится " р^О " —1993 ГОда в

часаЬ на заседании Специалиэированного Совета

Д 015. 01. 21 при Институте физиологии и биофизики АН Республики Узбекистан по адресу: 700095, Ташкент, ул. Ниязова, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии и биофизики АН Республики Узбекистан.

Автореферат разослан " ■■ qbdfé&rf'f 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета Ол

доктор биологических наук IyCL КРАСИЛЬНИКОВ О. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЦ Актуальность проблемы.- Ыакроцкклические полиэфиры ' или краун-эфиры относящиеся к синтетическим мембраноактивным комплексонам, обладают способностью селективно образовывать комплексы с катионами металлов в растворах и переносить связанный катион черев мембрану.

Исследование взаимосвязи комллексообразующих и мембрано-активных свойств краун-зфиров может внести определенный вклад в формирование представлений об избирательности и эффективности их биологического действия. Селективное компдексосбра-' 8ование краун-зфиров предопределяет в основном все иввестные направления■их использования. Это комплексообразование в первую очередь зависит от процессов дессльватации катиона и кра-ун-зфира, возможных конформационных изменений молекулы краун-зфира при ксмплексообраэовании,- энергии взаимодействия катион -макроцикд, энергии сольватации образовавшегося комплекса. • Экспериментально'определяемая константа устойчивости комплекса краун-эфира с определенным катионом является величиной интегральной, отражающая совокупность всех вышеуказанных про-" цессов в целого

. Иввестные к настоящему времени краун-зфиры различаются как по комшюксообргвующим свойствам, так и по мембранному действию. Изучение зависимости влияния краун-зфиров на различные мембранные системы от молекулярного строения этих соединений служит предпосылкой для выявления закономерностей мевду структурой краун-зфиров и их мембранной активностью, обоснованием направленного, синтеза новых краун-зфиров с заранее заданными свойствами, а также для использования их в экспериментальной биологии, медицина, сельском хозяйстве.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом общесоюзной программы на период 1979 - 1990 гг. "Макроцикли-чес!сие комплексоны и их аналог!." (Постановление Президиума АН ССОР N181 ОТ 16.05.1979).

Цель работы. Основной целью работы является изучение природы избирательности комплексообразования краун-зфиров с катионами металлов в растворе и влияния растворителя на этот процесс. Исследование некоторых биологических эффектов мемб-

ранотропных краун-эфиров в зависимости от комплексообразугащих свойств и механизма их мембранного действия.

В свяэи о этим бьши поставлены следующие эадачи:

1. Изучить комплексообравование различных, производных дибенао-18-краун-6 (ДБ18К5) ;с катионами щелочных и щелоч-но-земельных металлов.

2. Исследовать взаимосвязь констант. устойчивости комплексов со структурными особенностями и физико-химическими свойствами молекул мембраноактивных краун-эфйров.

3. Экспериментально оценить константы устойчивости комплексных катионов в различных растворителях.

4. Сравнить комплексообравующие свойства краун-эфиров, различающихся механизмом мембранного действия и оценить некоторые биологические эффекты мембраноактивных краун-эфиров в зависимости от их комплексообраэующих свойств.

Научная новизна и практическая ценность работы. Исследованы комплексообравующие свойства краун-эфиров с различными боковыми заместителями в макроцикле, а также краун-эфиров, различающихся механизмом мембранного действия. Оценено влия- . ние растворителя на процессы комплексообразования для гомологического ряда ¿иацилпроЙБВодаых ДБ18К6. Проведен отруктурно-фуккционадьный анализ комплексообразования гомологических рядов диалкил- и диацилпроизводных ДБ18К5.

Впервые для гомологического^ ряда диацилпроизводных ДВ18К5, эффективных Са-ионофоров и комплексонов, изучены антирадикальные свойства, а.также прослежена зависимость анти-оксидантной активности этих соединений от их структуры и сольватации молекулы в растворе. Для этих же соединений пока1 зана способность стимулировать или подавлять (в зависимости от длины углеводородных цепей заместителей) рост растений и синтез пигментов в листовой пластинке.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации доложены на 11 Всесоюзной конф^нции по химии и биохимии мак-. роциклов (Одесса, 1984); на I Всесоюзном совещании по биологическим свойствам макроциклов(Ташкент, 1990); на С'езде физиологов Средней Азии и Казахстана (Душанбе, 1991).

По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит.иэ введения, обэора литературы, описания материалов и методов, использованных в работе, результатов и их обсуждения, выводов и' списка литературы; содеркит 110 страниц машинописного текста, 15 рисунков, 10 таблиц, библиография включает 150 наименований на русском и английском языках.

МАТЕРИМЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В работе испольвованы краун-эфиры, синтезированные под руководством д. х. н. Ташмухамедовой А. К (Табл. 1).

Табл. 1. Краун-эфиры, испольвованные в экспериментах

NN | Формула радикала I ■ i Нзэваниэ соединения М. вес*

1. 18-!фзул-6 264 •

2. CHgOO- 4' -ацетил-Б15К5 310

з CHgCO- 4', 4"( 5") -диацетил-ДВ30К10 620

н дибенво-18-краун-б 360

1 ЛразгзЕОДгые ДВ1ЕИБ

5 CEjCO- 4' 4"( 5")-диацетил-ДБ18К6 '444

6 Ci^CHgCO 4' 4"( 5")-дипрсплонил- 472

7 CHgtCH^CO- 4' 4"( 5") -дибутирил- 500

8 GHgCCHg^CO- 4'4"(5")-дивалерил- 528

9 CHg( CHg) 4CO- 4' 4"( 5") -дигексаноил- 556

10 CR3(CH2)5C(>- 4' 4"(5")-дигептаноил- 584

11 са3(сн2)6со- 4'4"(5")-ДИОктаноил~ 612

12 CHgCCH^CO- 4' 4"(5")-динонанокл-- 640

13 CligiCUgjgCO- 4'4"(5")-ДИДвканоил- 668

14-, CH -OH -CH-1 4'-вгррбутил-ДБ18Кб 416

\щ 3 2 1 4',5М-Дивт0рбутил-ДБ18К5 472

16J CH3 4' 4"( 5")-дивторбутил- 472

|l7 CH3-C0-NH- 4' 4"( 5") -диацетамид- ДБ18К5 474

18 nh2- 4' 4"(5")-ДИамино- 392

19 CHg-CH-CH-N- 4' 4"( 5")-дипропиленилимкн- 466

20 N02<^>CH=N- 4' 4"( 5")-ди-4-нитрофуранилимид|4

21 HO-CHj-CKj-NH-CHg- 4' 4"( 5")-бис(й-оксиэтилами-

нометил)-ДБ18К6 506

22 л /СН-CHp0CHo-CHv. А В,Сбис(2-метоксифенокси)

(oY 1 0 дизтиловый эфир 284

V\0CH3 H3CO ^

* по [ Ташмухаыедова А. К. и др. , 1979, 19813

- б -

Комплексообразование краун-эфиров изучали методом кон-дуктометрии [Андреев ЕГ. и др., 1971] в термостатированной

ячейке при 25 + О,1°С в метаноле, этаноле, пропаноле-2 и ацетоне. По экспериментальным кривым (С| /С^ расчитывали значения констант устойчивости комплексов, их предельные подвижности и радиусы по "Стоксу". Ошибка расчетных значений 1&К не превышает половины порядка.

Антирадикальные свойства краун-эфиров исследовали с помощью электрохемилюминесценции (ЭХЯ) [Лукин Ю. Л., 1979] в смеси ацетон: хлороформ (1:1)+1 мМ малеиновой кислоты.

Влияние краун-зфиров на рост и развитие проростков хлопчатника. оценивали по специальным биологическим тестам в модельном эксперименте [Лев С. Е и др. , 1981].

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1 Изучение комплексообразования производных дибен-зо-18-краун-б

С целью изучения зависимости процессов комплексообразования краун-эфиров от природы, длины и количества боковых заместителей в бензольных кольцах была исследована комплексооб-раэуюшдя способность различных мембраноактивных производных ДВ18К6.

Исследованные И-замещенные диамино-ДБ18К6 обладают способностью индуцировать калиевую и протонную проводимость искусственных и биологических мембран, что было показано на БЛМ и мембранах митохондрий. Нами установлено, что эти соединения образуют высоко стабильные комплексы с ионами калия в этаноле (Тайл 2); стехиометрия комплексов металл: лиганд составляет 1: 1. Сравнение мембранной активности и комплексообра8ующих свойств показывает хорошую'корреляцию между ними: наиболее высокие значения констант устойчивости получены для калиевых комплексов диацетамида-ДВ18К6, это соединение проявляет наибольшую мембралную активность.

Нам не удалось зафиксировать образования комплексов диа-цилпроиэводных ДВ18К6 с ионами одновалентных металлов, но все

. - 7 -

Тайл. 2. Количественные характеристики комплексообравования Ы-вамещенных ДБ18К6 с.ионом калия в этаноле при 25° С

краун-эфир | формула радикала 1вК Ло 1

1 4,4"(5") диашно- - . -кн2 7,05 7,46 10,05 1

4,4"(5")диацетамид- • -НН-С0-СН3 7,60 7,60 9,87

4,4"(5")ди-4-нитро-фураншшшн 6,38 7,59 9,87 I

4,4"(5")дипропилен-

илимин -К»СНр-СН2-СН3 6,82 7,60 9,87

соединения этого гомологического- ряда эффективно связывают ионы кальция (Рис. 1). Вероятно, комплексы с ионами кальция образуются 8а счет участия в компдексообразовании карбонильных кислородов [Стемпневская И.А.,1989].

дх 105

ю

18

* с, /с

Рис. 1. Кривы» колдуктометрического титроааиия Н - злмещекнш дкши(о-ДЕ18Кб (А) и диацилпроизвоцнъа ДБ18К6 (Б) Цифры у кривых - НоЛо соединений в табл. 1. '

з с,/сш

Диацилпроизводные ДВ18К5 индуцируют кальциевую проводимость бислоев и митохондриальных мембран С Ташмухамедов Б; А., 1987], причем мембранная активность этих соединений изменяется в зависимости от длины углеводородных радикалов. Максимальным мембранотропным действием обладают соединения, содержащие в боковых заместителях 3-5 атомов углерода. Именно для этих соединений '- дипропионил-, дибутирил- и дивалерил-ДБ18К6 наблюдаются самые высокие значения КуСТ (Табл. 3).

С удлинением углеводородной цепи заместителя возрастают сте-рические препятствия и устойчивость комплексов уменьшается. Следует отметить, что для соединений этого гомологического ряда не показана иокофорная активность по одновалентным ионам. Таким образом, для. диацилпроизводньгх ДБ18К6 также, как и в случав наученных нами М-замещенных диамино-ДБ18К8, наблюдается хорошая корреляция комплексообразущей способности и мембранной активности.

Табл. 3. Количественные характеристики комплексообразования диацилпроизводных дибенво-18-краун-б с СаС12.

краун-эфир

4,4"( 5")диацётил-ДБ18К6 4,4"(5")дипропионил-4.4"( 5") дибутирил--4,4"( 5")дивалерил-4,4"( 5") дигексаноил-4,4"(5")дигептаноил-А,А"{ 5,;) диокт аноил-

lgK | АГ

6.83 11.8

6.89 10. 3

•6.87 11. 4

6. 74 11.9

6.31 12.0

5.72 11.7

5.36 10.0

г„

6.4 7.3 6.6 6.3 6.1

6.5 7.5

Введение в бензольные кольца ДБ18КВ ггор-бутильных радикалов придает этому соединению способность транспортировать' черев мембраны ионы магния С Ташмухамедов Б. А. , 1987]. Еами ' были оценены количественные характеристики комплексообравова-ния вгор-бутил-замещенных ДБ18КБ с ионами одно- и двухвалентных металлов (Табл. А). Иэ приведенных данных видно, что константы комплексов с ионами Cs и Rb на 1 - 1,5 порядка выше, чем комплексов этих соединений с ионами Mg , хотя ионо-форная активность по одновалентным ионам весьма незначительна [Мирходяаев У.3. , 1981-, Ташмухамедов Б. А. , 1987]. Интересен тот факт, что соединение, имеющее только один боковой замес-

тигель является наиболее эффективным комплексоном ионов. Вероятно, это связано с тем, что наличие одного заместителя меньше сказывается на конформации молекулы и не создает серьезных стерических препятствий для захвата катионов макроиик-лической полостью. Мембранная же активность этого соединения незначительна в силу пониженной липофильности молекулы 4' -втор-бутил-ДБ18К6.

Табл. А. Константы устойчивости комплексов (1дК) вгор-бутильных-проивводных ДБ18К6

краун-зфир 1, * Rb+ Cs+ кИ « ......1 Са++.

4' -втор-бутил- 5. 51 7.13 7.46 5. 30 4. 89

4' ,5"-ди-вгор-

-бутил 5. 63 6.28 6. 60 5. 29 4. 32

4' ,4"(5")-ди-

-БТОР- буТИЛ 5. 05 5. 61 5. 70 5. 06 4. 70

Согласно исследованиям Жан-Мария Лена [Lehn J.-M. , 1983] не всегда эффективный комплексен является хорошим лонофором. Для проявления соединением транспортной функции считается оптимальным значение константы устойчивости комплекса порядка

104- 10®И/л. Слкшом устойчивые комплексы плохо диссоциируют и вседствие этого освобождение ионов ив комплекса затруднено.

Показано, что некоторые производные ДБ18К6 и их ациклические аналоги обладают не только ионофорной активностью, они способны также проявлять свойства каналоформеров [Мирходжаев У. 3. , 1988]. Для -этих соединений была показана способность транспортировать ионы Ca путем формирования "канальных" структур в мембране. В связи с этим наш было изучено комп-лвксообравование 4' ,4"(5")бис-(В-оксиэ'тиламинометил)-ДВ18К6 и 0,0-бис(2-метоксифенокси) диметилового эфира (псевдоциклический аналог ДВ18К6).

Анаяивируя экспериментальные данные (Табл. 5), можно от-

2+

метить, - что Куст комплексов "каналоформероз" с ионами Ca

на 1 - 1,5 порядка ниже, чем для Ca -ионофоров - диацилпроиз-водных ДБ18К6. Нами предполагается, что меньшая устойчивость комплексов "каналоформеров" с ионами металлов способствует механизму каналообравования.

Табл. 5. Сравнительная характеристика комплексообразующих свойств краун-эфиров, различающихся механизмом мембранного действия.

краун-зфир 1 ек

Са ме К

В,В-бис( 2-метоксифенок-

си)диэтиловый эфир 5.10 5. 03 5. 05

бис(В-оксиэтиламино-

метил)-ДБ18К6 5. 45 4. 12 4. 53

4,4"( 5") диацетил-ДБ18К6 6. 83 3. 78 -

4,4" (5") дибутирил- ДБ18К6 6.74 4.27 -

4' -вгор-бутил-ДБ18КБ 4. 89 5.30 5. 51

4,5"-ди-втор-бутилДБ18К6 4. 69 5. 29 5.63

Эти. соединения формируют также комплексы с ионами , причем устойчивость комплексов также меньше, чем в случае Мй ионофоров - вгор-бутил-вамвщэнных ДБ18К6; значения КуСТ комплексов с ионами калия того же порядка.

Соединения, различающиеся механизмом мембранного действия, существенно отличаются между собой комплексообразующей способностью.

»

3.2. Исследование взаимосвязи констант устойчивости ■комплексов со структурными особенностями молекул краун-эфиров.

Термодинамическая константа суммарного процесса комплек-сообрааования показывает степень комплексообраэования и характеризует устойчивость полученного комплекса в растворе. Другие термодинамические характеристики комплексообраэования ( .¿Н^, дБ^, ср и др.,) позволяют понять и оценить роль

энергетического и структурного вкладов в устойчивость и прочность комплексов, селективность комплексообразования..

Термодинамические функции являются наиболее общими физико-химическими параметрами, отражающими внутреннее строение молекул, с их помощью хорошо описываются отдельные стадии процессов химического взаимодействия.

Далее приводится понятие термодинамических вкладов отдельных заместителей в общую энергетику молекулы. Здесь следует оговорить отдельно, что подразумевается под понятием

- и -

"термодинамические параметры радикала". Здесь и далее имеется в виду, что при условии проведения химической реакции присоединения заместителя к макроциклу в газовой фазе при стандартных условиях (Р=1 атм. ,• Т=298 К) определяется количество вы-делевшейся в этой реакции теплоты и расчитывается изменение энтальпии реакции ( л 11^), энтропия (.3^ ),свободная энергия Гиббса ( и другие термодинамические функции этой реакции. Так можно определить термодинамику образования любой химической связи, существуют специальные способы расчета для различных термодинамических функций, например, метод Бенсона, позволяющий расчитать термодинамические параметры образования того или иного соединения по групповым составляющим, опираясь на анализ структуры молекулы [Рид Р. , 1982; Сталл Д. , 19763. Другими словами, вная структуру молекулы можно расчитать значения стандартных термодинамических функций для образования данного соединения, кроме .того, можно оценить вклад любой химической связи в значение каждой из этих функций.

Используя специальные таблицы, мы расчитали значения некоторых термодинамических функций для гомологических рядов диалкил- и диацил- замещенных ДБ18К6. А также была предпринята попытка найти корреляционную связь между термодинамикой образования той или иной молекулы краун-зфира и ее комплексо-образующей способностью с ионами одно- и двухвалентных металлов. С помощью специальной программы для построения корреляций были получены корреляционные уравнения, отражающие количественную зависимость константы устойчивости комплексов с ионами металлов от значений термодинамических параметров фенил-радикалов в макроцикле 18-краун-б. Для уравнений с максимальным коэффициентом корреляции были построены графические зависимости.

Б целом установлена хорошая корреляция комплексов со всеми термодинамическими параметрами, но наибольший коэффициент корреляции наблюдается для Н радикалов: с увеличениемлН^. фенил-радикала 18-краун-6 К комплексов монотонно изменяются. Для диалкилпроивводных ДБ18К6 зависимость линейная, тогда как для диацилпроивводкых ДБ18К^ она имеет квадратичный характер (см. уравнения корреляций).

- 12 - • ' • МаС] + Ла1ку1-0В18Сб: ЦК = 4,25 + 0,00900 -д}Ы1?РЬ)

г 0,992, - 0,013 КС1 + сИа1ку1 -051806: 1 дК - 4,89 + 0,00803 'лНу(ЙРИ)

■ г"- 0,955,-ее! - 0,02021 РЬС1 + сЦа1ку1-0В18Сб: 1 вК = 4,47 + 0,008011 -дН^РЬ)

Г = 0,9967, бс) = 0,005247 . СеС1 + с11 а! ку1-¿В18С6: 1 еК = 3,52 + 0,00986 -дН^ИРЬ) _ Г - 0,9851, БС) - 0,02092-СаС^+ <Иасу1- 0В18С6: -ЦК - 5,49 - 0,104-дН/ - 0,00193и!$Х Г •= 0,9958, Р(2,4) - 239,0, ЕС! - 0,06856 Боэыожно, комплексообраэушзя способность изменяется в зависимости от изменения энергии взаимодействия между катионом и донорными атомами кислорода макроцикла, поскольку заместители в . бензольных кольцах оказывают несомненное влияние на распределение зарядов в макроцикле, а значит и на электростатическое взаимодействие катиона с лигандом. 'Свой вклад вносят процессы сольватации исходных реагентов и комплексов. Очевидно, нельзя пренебрегать и возможными конформационными изменениями в молекуле краун-зфира в зависимости от природы заместителей.

Проведенные нами исследования позволяют теоретически оценить комплексообразующие способности соединений, схожих по строению о наученным;! макроциклами. Это поможет провести ана-лив "структура соединения - его функция" с определенной достоверностью. Накопление экспериментальных данных по физико-химическим свойствам краун-эфиров послужит получению максимально полной информации о свойствах вновь синтезирова-. анных или только еда "сконструированных" молекул соединений.

3. 3. Комплексообразование краун-эфиров в различных растворителях

Устойчивость комплексов может изменяться в широком диапазоне в зависимости от свойств растворителя [Овчинников ' Ю. А. , 19743. Взаимодействие растворителя с катионами может вызвать направленна изменения конформаций молекул краун-эфиров [ИуЬа 0., 19С .: • ютворитель вносит существенные коррективы не только в абсолютные значения констант устойчивости

комплексов, но и в характер их изменения с составом раствори-техч. Для выявления роли растворителя целесообразно использование избыточных термодинамических функций реакции комплексо-образованил, поскольку растворитель смещает равновесие реакии, сильно влияет на ее механизм, может выступать как катализатор и т. д.

Нами исследовано комплексообразование диацилпроизводных 2+

ДБ18К6 с ионами Са в различных растворителях. Оценены константы комплексообразования, предельные подвижности комплексов и их радиусы по "Стокеу" в метаноле, этаноле, пропаноле-2 и ацетоне (Табл. 6).

Табл. 6. Константы устойчивости (1 ё.Ч) комплексов диацилпроизводных ДБ18К6 в различных растворителях.

к и .1 «

краун-эфир || метанол Ц этанол || пропанол-2|| ацетон

4,4"( 5") диацетил- - 6.83 6.09 5.89

4,4"( 5") дипропионил- 7.09 6.89 6.78 6.25

4,4"( 5") дибутирил- 7.30 6.87 7.20 6.42

4,4"( 5") дивалерил- 6.82 6.74 6.83 6.61

4,4"(5") дигексаноил- 6.74 6.31 6.22 6.11

4,4"( 5") дигептаноил- 6.69 5.72 6.08 5.48

4,4"(5")диоктаноил- 6.18 5.36 6.06 5,64

Анализ экспериментальных данных показывает, что наиболее высокие значения КуСТ наблюдаются в метаноле и пропаноле-2,

тогда как в этаноле и, особенно, ацетоне устойчивость комплексов этих соединений с ионами Са ниже.

Наиболее высокие значения КуСТ комплексов наблюдаются

для диацилпроизводных ДВ18К6, имеющих в боковых заместителях 3-5 атомов углерода. Наиболее эффективные мембранотропные соединения дипропионил-, дибутирил-, дивалерил-ДИ8К6 облада-

2+

ют выраженной способностью связывать ионы Са во всех изученных растворителях. Поэтому мы оценили влияние растворителя на комплексообразование дибутирил- и дивалерил-ДВ18Кб с учетом различных физико-химических характеристик растворителей.

Покгшано, что существует линейная эмпирическая зависимость между К и диэлектрической проницаемостью растворителя для комплексов ДБ18К6 с ионами щелочных металлов в различных спиртах [АгоБИапо А., 1976].

В работах других . исследователей С Сох, 1981; Strasser Bruce 0., 19853 установлена корреляция между донорными числами Гутманна для растворителя и. комплексообраэукщей способностью криптандов и некоторых краун-эфиров.

Анализ имеющихся экспериментальных данных по комплексооб-равованию различных краун-эфиров с привлечением программы для построения корреляционных зависимостей позволил выделить до-норное число Гутманна как наиболее корректный оценочный фактор влияния растворителя на процессы комплексообравования.

Расчеты выявили линейную зависимость 1 gK Са-комплексов дибутирил- и дивалерил-ДБ18К5 и донорного числа Гутманна (DN) для исследованных, наш растворителей (Ркс. 2}.

1е к

7,20 7.00

б,во 6,60 5,40 - О

_ „ Рис. 2. Зависимость устойчивости

"•¿и комплексов дибутирил- (А)

и дивалерил- ДБ18КБ (Б) от I_|| , , _ донорного числа Гутманна.

18,0 1.0.0 22,0 DMg

С увеличением донорности растворителя устойчивость комплексов диацилпроизводных ДБ18К6 возрастает.

3.4 Оценка некоторых биологических эффектов мембранотроп-

ных краун-эфиров .3.4.1 Антирадикальная активность краун-эфиров

Физиологическая активность мембранотропных краун-эфиров, содержащих различные функциональные группировки, достаточно изучена. Однако, не всегда проявляемую краун-эфиром биологическую активность можно об'яснить ионофорным действием.

-15 -

Нами была . исследована антирадикальная активность'диа-цилпрсивводных ДБ1ВКБ, которые обладают выраженной способностью индуцировать Са-проводимссть искусственных и биологических мембран, а.также эффективно связывают ионы кальция.

■ Анализ полученных экспериментальных данных показал существенное изменение антирадикальных свойств диацилпроизвод-ных ДБ18КЗ . в растворе в зависимости от длины углеводородной

При введении в реакционную смесь 18 - краун - 6 не наблюдается изменения ' . исходного уровня свечения, т. в. это соединение не влияет на течение радикаль-

О

ной реакции в смеси. Наличие бензольных колец придает соединению слайо выра-ганнуто актирадикальную активность - тушение начального свечения на 50Х наблюдается при концентрации ДБ18К6 50 мкМ. Введение заместителей в бенэоль-ные кольца ревко изменяет характер действия этого соединения.

Диацетил-ДВ18К6 обладает резко выраженной антирадикальной активностью: при концентрации 2 мкМ это соединение на 50% подавляет радикальную реакцию, а при концентрации 50 мкМ практически полностью ингибирует процесс. С ростом длины углеводородного заместителя антирадикальные свойства диацллпро-ивводных претерпевают значительные изменения, так, дибути-рил-, дивалерил- и дигепта~оил-ДБ18К6 в малых концентрациях (2-4 мкМ) стимулируют течение радикальной реакции (проради-

цепи боковых' заместителей (Ркс. 3) .

Рис. 3. Аетнрадняальнью свойства даациллроизводаьа ДБ18К5 Цифры у кривых - НоНо соединений а тайл. 1.

кальное действие) и только при увеличении концентрации чтих соединений в смеси в 10 pas наблюдается антирадикальное действие.

Краун-эфиры, обладающие в низких концентрациях максимальным прорадикальным эффектом, способствуют росту пролифе-ративных клеток неопластических образований [Болдырев В. А. , 1989]. Тогда как наиболее эффективный антагонист радикального процесса - диацетил-ДБ18К6 - подавляет рост и развитие злокачественных опухолей.

Наши покаэаноТ что диаиилпроизводные ДБ18К6 проявляют как прорадикальную, так и антирадикальную активность в модельной системе. Проявление тех или иные свойств зависит от структуры молекулы краун-эфира, существенное влияние оказывает длина углеводородных заместителей макроцикла.

Для сравнения были изучены антирадикальные свойства ацетил- Б15К5 и диацетил-ДБЗОКЮ (Рис. 4). Оба эти соединения обладают некоторой способностью тушения радикальных реакций: так, для диацетил-ДБЗОКЮ LC5Q =50мкМ, для ацетил-Б15К5 эта

величина вдвое больше и составляет 100 мкМ. Видно, что антирадикальная активность диацетил-ДБ18К6 более чем на порядок выше.

i/i,

Молекула ди-

'о

ацетил - ДВ18К6 в кислой среде принимает хиноидную структуру ' - 530 нм) СТашму-хамедова А. К. ,

1.0

1

г

Рис. 4. Антирадикадькая акткшюсть краун-эфиров, различающихся ргамероы полости ыакроцжла. '1ифры у кривых - ЫоНо соединений в табл. 1.

0

2 1еС

1989], по которой происходит связывание радикалов и, как следствие, подавление радикальной реакции. В таком виде молекула диацетил-ДБ18К6 выступает

.- 17 - ,

как ловушка активных радикалов. Вероятно, удлинение углеводородной цепи заместителя сказывается на конфсрмационных изменениях в молекуле и на ее сольватации в растворе.

Попытка интерпретировать полученные экспериментальные данные на основе электронных эффектов, включая заряды на атомах и индукционные константы, боковых заместителей в макрокольце не привела к успеху. Электронные свойства карбонильного и эфирного атомов • кислорода при бензольном кольце не изменяются совсем. Вариация про- и антирадикальных свойств диацилпроизводных ДБ18КБ. не определяется влиянием заместителей на электронные свойства этих атомов.

Не исключено, что изменение антирадикадьных свойств в данном гомологическом ряду обусловлено сольватационными эффектами. В этом случае представляется возможным описать анти-радикальныэ свойства исследованных соединений изменением различных термодинамических характеристик заместителей в макроцикле. Такая зависимость антирадикальной активности кра-ун-зфиров от изменения энтальпии соответствующих углеводородных цепей .хорошо описывается полиномом второй степени (коэффициент корреляции г -0,959) (Рз:с. 5).

- 18 -

Итак, в исследованной нами модельной гомогенной среде антирадикальные свойства гомологического ряда диацилпроизвод-ных ДВ18К6 определяются термодинамическими изменениями молекулы, связанными прежде всего с сольватацией молекулы в растворе. Не исключено, что в гетерогенной среде, в частности, в мембранной фазе, поведение этих соединений будет другим, поскольку в этом случае значительную роль будут играть конформа-ция молекулы в мембране, а также эффекты на границе раздела фаз.

3. 4. 2. Влияние диацилпроизводных ДБ18К5 на рост и развитие эксплантантов хлопчатника Изучение действия диацилпроизводных ДБ18К6 на рост и раззвитие эксплантантов хлопчатника показал, что соединения этого ряда могут как подавлять рост растений, так и оказывать стимулирующее действие (Табл. 7).

Тайл. 7. Действие диацилпроизводных ДБ18К6 на рост и развитие эксплантатов хлопчатника

привес и содержание пигментов мкг/г с. в.

краун-эфир ¡прирост,

хл-л Ь | кар-в

.11 X « , хл-л а

контроль 100+5,0 4,4"(5")диацетил- 47+7,0 20+0,8 24+0,8 41+0,8

24+1,0 29+0,8 53+1,0

4,4"(5")дипропионил 68+6,5 4,4"( 5")дибутирил- 119+6,5 22+0,9 ' 30+0,9 54+1,0

32+0,8 48+0,9 ■ 71+0,8

4,4"( 5")дивалерил- 65+7,5 4,4"(5")дигексаноил 45+9,0 23+0,9 27+0,8 50+0,9

12+1,7 20+2,0 38+2,0

4,4"(5")дигепганоил 59+7,0 4,4"(5")диоктаноил 65+6,0 4,4"(5")динонаноил 74+8,0 4,4"(5")дидеканоил 122+8,0 20+1,0 24+1,0 46+1,0

18+1,7 20+1;5 42+1,5

21+0,8 26+0,8 47+0,8

27+1,0 35+1,0 58+1,0

гиббереллин А 136+6,0 19+1,0 24+0,9 39+1,3

Выраженным стимулирующим действием обладают дибутирил- и дидеканоил-ДВ18К5 Эти соединения в концентрации 10 М способствуют увеличению длины гипокотиля и зеленой массы всего экс-плантанта; в семядольных листьях эффективнее синтезируются пигменты (хлорофиллы а и Ь и каротиноиды). Остальные соединения этого ряда оказывают угнетающее действие на рост и развитие проростков.

Более высокие концентрации краун-эфиров в среде прорас-

тания ингибируют прирост гипокотиля, привес эксплантантов, и процессы синтеза-хлорофиллов в листовой пластинке.

Описанные•эффекты могут быть обусловлены изменением ионного (особенно кальциевого) гомеостаза в растительных клетках, поскольку исследованные диацилпроиэводные ДБ18К6 являются эффективными кальциевыми комплексонами.

Установлено, что в стимулирующем влиянии краун-зфиров на рост растений ионофорный механизм не играет существенного значения СБогатский A.B., 1983]. Особо-стмечают изменение ионного гомеостааа, и возможное воздействие на'функции мембранных ферментов и поверхностные свойства биологических мембран.

Экспериментально доказано [Тонких А. К. и др., 1990], что краун-эфиры, оказывающие стимулирующее действие на рост и развитие растений являются, агонистами ауксина, т.е. конкурентно взаимодействуя с ауксиновыми рецепторами, краун-эфиры способны оказывать действие аналогичное действию фитогормона Видимо, с этим и связана стимуляция роста эксплантантов и ускорение синтеза пигментов в присутствии некоторых диацилпро-ивводных -ДБ18К6.

ВЫВОДЫ:

1. Изучены комплексообразующие свойства производных ДБ18К5, различающихся природой, числом и длиной заместителей. Установлено, что наиболее стабильные комплексы с ионами калия формируют N-замещечные . диамино-ДБ18Кб; диацилпроизводные ДБ18К6 эффективно комплексируют ионы кальция; вгор-бутил-про-изводные ДБ18К6 являются комплексонами ионов магния.

2. Обнаружена корреляция констант устойчивости комплексов мембраноактивных гомологических рядов диалкил- и диацилп-роизводных ДВ18К6 с термодинамическими параметрами комплексо-образования. Наибольший коэффициент корреляций наблюдается для изменения стандартных значений энтальпий радикалов заместителей, которые наиболее полно отражают процессы сольватации исходных реагентов и комплексов, а такяе энергию связи с до-норными атомами макроцикл".

- 20 -

3, Экспериментально оценены константы устойчивости комплексов диацилпроизводных ДБ18К6 в метаноле, этаноле, пропано-ле-2 и ацетоне. Установлено, что при исследовании влияния природы растворителя на комплексообраэование • диацилпроизводных Д318К5 наиболее эффективным оценочным параметром растворителя является донорное число Гутманна (ОК'ц ). Зависимость

констант устойчивости комплексов диацилпроизводных ДБ18К6 с ионами кальция от донорного числа растворителя имеет линейный характер.

' 4. Исследованы комллексообразующие свойства краун-эфи-ров, различающихся механизмом мембранного действия. Для наиболее эффективных ионофорных краун-эфиров наблюдаются значе-

с с

ния констант устойчивости комплексов порядка 10^- 10 л/моль. Для каналообразующих краун-эф1фов константы стабильности комплексов на 1 - 2 порядка ниже.

Б. Впервые продемострировано наличие антирадикальных свойств у краун-эфиров; эффективность тушения радикальных реакций изменяется в зависимости от длины углеводородного заместителя, а также от размера полости макроцикла Для диацилпроизводных Д518КБ антирадикальная активность определяется также и сольватацией молекулы краун-эфира в растворе. Зависимость антирадикальных свойств от изменения энтальпии заместителя описывается полиномом второй степени (г = 0,959).

6. Установлено, что 4',4"(5")-дибутирил- и 4',4"(5")-ди-деканоил- ДВ18К5 стимулируют рост и развитие эксплантатов хлопчатника, способствуют увеличению синтеза растительных пигментов. Сравнительный анализ литературных данных и ревуль-татов собственных экспериментов позволили заключить, что сти-. муляция роста эксплантантов хлопчатника и ускорение синтеза пигментов в присутствии диацилпроизводных ДБ18К6 обусловлена их конкурентным взаимодействием с ауксиновыми рецепторами.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Мирходжаев У. 3. , Таринова М. В. , Ташмухамедова А. К. , Касымов М. М. Комплексообразующие свойства мембраноак-тивных диацилпроивводных дибенво-18-краун-6 // Мат. II Всесоюэ. конф. по химии макроциклов - Одесса, 1984. -с. 190

2. Мирходжаев У. 3. , Таринова М. Е , Ташмухамедова А. К. Комплексообразование диацилпроивводных дибенэо-18-кра-ун-б // Узб. биол.ж. - 1986. - N2 - с. 6-8

3. Мирходжаев У. 3. , Таринова М. Е , Попова Е П. , Подгорная И. Е , Фэдорова О. Е , Ташмухамедов Е А. Мембраноактив-ные свойства М-вамещанных диамино-дибен8о-18-краун-6 // Узб.биол. ж. - 1988. - N3 - с. 9-12

4. Еакурас Г. Е , Таринова М. Е , Мирходжаев У. 3. , Ташмухамедова А. К Мембранная активность и термодинамические параметры комплексообразования диацилпроивводных ДБ18К5 // Узб. биол. ж. - 1988. - N5 - с.

5. Ахмедов. Т. Р. , Таринова М. Е , Мирходжаев У. 3. Ионофор-ная и комплексообраеуюшэя способность структурных изомеров ди-вгор^бутил-проивводных ДЕ18К6 // Мат. I с'ев-да фивиологов Средней Азии и Казахстана - Душанбе, 1991 - ч. 1 - с. 55

6. Таринова М. Е , Наджимов У. К. , Мирходжаев У. 3. О механизме действия диацилпроизводных ДВ18К6 на примере хлопчатника // Доклады АН УзССР - 1991. - N11 - с. 54-55

SUMMARY

The present report contains the results of di benzo-18-crown-6 (Compound I) wi th al kal i ne and al kal i ne-earth metal ions compl exati on study.

11 has been establ i shed the N-substi tuted di ami no-(Compound I) deri vati ves stabi 1 e compl ex formati on wi th potassium. Sec- butyl-(Compound I), and di acyl-(Compound I) deri vati ves are compl exones for magnesi um and cal ci um respecti vel y.

The solvent nature influence on diacyl-(Compound I) derivatives complexation process was evaluated. The lgK versus sol vent Gutman doni ci ty piot is 1 i near.

It was shown that crown-esters different by the membrane action mechanism have consederably variant stability constants. The lonophoric crown-esters to calcium ion comlpex stability constant is 1 - 1,5 exponent higher then the channel formating crown-esters one. '

Some biological effects of Ca-compl ex formating crown-esters are also described. It is first demonstrated the anti radi cal acti vi ty on macrocycl e cavi ty si ze and on substituent 1ength dependence for diaoyl-( Compound 1) deri vati ves.

Di acyl-(Compound I) derivatives aiter plant growth and devel opement i n .model experi ¡rent. Mi cromol ar concentrati ons of 4',4"(5)-dibutyri1 - and 4', 4"(5)-didecanoyl-(Compound I) stimulate cotton explantants growth and pigment accumulation in leaf plate.

-23-, \

• ушбу ишда дабензо-18-крвун-б адсилаларининг ищорий ва ищорий-ёр металлари ионлари билан. комплекс *осил килишини ур^аниш бУйича натижалар такдаы килинган.

ДБ18К6 диамино-хосилалари калий ионлари билан, втор-бутнл-хосилалари магний ионлари билан,. диацил-^осилалари кальций иолари билан эффектов комплекс хосш кдшп аникланган.

ДБ18К6 диашл 2;осилаларининг комплекс з;осил ндлиш жараёнларига вритувчи табиатининг тяъсирига ба^о берилган, вритувчилар учун Гутыанн донор сони билан борлшушги т?гри

чизшушдир.

Мембранага таъсир хдагаш • механизма .билан фарк килувчи краун-ефирлар • тургунлик константаларига' караб з;ам сезиларли аъсралади. Масалан, ионофор краун-эфирларнинг кальций ионлари билан тургунлик константасиги, нисбатан 1-1,5 марта юкоридир.

Шунингдек, Са-комплекс хооил килувчи краун-эфирларнинг баъзи биологик вффектлари курилган. ^

Еиринчи марта краун-эфирларнинг антирадакал активлигини макроцикл катталиги зцамда ДБ18К6 диацил-з;осилалардаги Уринбосардар узунлигига боглшушги курсатилган.

Тажрибаларда ДБ18К6 диацил-хосилаларининг Усишшк усиши в а ривоаланишга таъсири курсатилган дибутирил- ва дидеканоил-ДБ18К6 мкМ кокцентрацияда гуза вкспплантантасининг усшшна кУнайтиради ва барг пластинкасида шгмектлар тупланишни кУнайтиради..

Подписано в печать 24.02.93 г. Отпечатано на ротапринте СПКьГ

700Т70.г.Ташкект,Золодарского,2б.