- •Глава 1. Комплексные соединения
- •1.1. Основные положения координационной теории
- •1.2. Природа химической связи в комплексном ионе
- •1.2.1. Электростатическая теория
- •1.2.2. Метод валентных связей
- •1.2.3. Метод молекулярных орбиталей
- •1.3. Пространственное строение и изомерия комплексных соединений
- •1.4. Классификация комплексных соединений
- •1.5. Номенклатура комплексных молекул
- •1.6. Диссоциация в растворах
- •1 Ступень
- •2 Ступень
- •1.7. Реакции комплексообразования
- •1.8. Хелатирование. Его роль в биологии и медицине
- •Полидентатные лиганды
- •1.9. Хелатотерапия
Полидентатные лиганды
Название |
Химическая формула |
Этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) |
НООССН2 СН2СООН NCH2CH2N НООССН2 СН2СООН |
Диметилглиоксим |
СН3 – С – С – СН3 | | | | N N HO OH |
D-пеницилламин |
СН3 | СН3 – С – СН – СООН | | SH NH2 |
Дитизон |
NH – NHC6H5 / S = C \ N = NC6H5 |
2,3 - димеркаптопропанол |
СН2 – СН – СН2 | | | SH SH OH |
Унитиол |
СН2 – СН – СН2 | | | SH SH SO3Na |
Аммонийная соль нитрозофенилгидроксиламина (купферон) |
N = O / – N \ ONH4 |
1.9. Хелатотерапия
В организме непрерывно происходит образование и разрушение биокомплексов из катионов металлов и биолигандов (порфинов, аминокислот, белков, полинуклеотидов), в состав которых входят донорные атомы кислорода, азота, серы. Обмен с окружающей средой поддерживает концентрации этих веществ на постоянном уровне, обеспечивая металло-лигандный гомеостаз. Нарушение сложившегося равновесия ведет к ряду патологических явлений – металлоизбыточным и металлодефицитным состояниям. В качестве примера можно привести неполный перечень заболеваний, связанных с изменением металло-лигандного баланса только для одного иона – катиона меди. Дефицит этого элемента в организме вызывает синдром Менкеса, синдром Морфана, болезнь Вильсона-Коновалова, цирроз печени, эмфизему лёгких, аорто- и артериопатии, анемии. Избыточное поступление катиона может вести к серии заболеваний самых разных органов: ревматизму, бронхиальной астме, воспалению почек и печени, инфаркту миокарда и т.д., называемых гиперкупремиями. Известен и профессиональный гиперкупреоз – медная лихорадка.
Негативные воздействия чаще всего свойственны катионам d-металлов, что связано с устойчивостью образуемых ими биокомплексов. Если константа нестойкости комплексного соединения с таким переходным металлом ниже, чем константа нестойкости комплекса с каким-либо биокатионом организма, при его поступлении идёт вытеснение последнего. Это видно из схемы:
, где
M1L – биокомплекс;
M2 – ион поступающего d-металла.
В результате возможно накопление чуждого организму комплекса M2L, обладающего токсичным действием. К примеру, из данных таблицы 1.2 следует, что катионы ртути прочнее связываются цианид ионами, чем катионы меди, вытесняя их, а также катионы марганца, железа и др. из относительно нестабильных биокомплексов, что будет вести к токсикозному состоянию.
Опасность представляет отравление человека именно теми металлами, которых он в нормальных условиях не содержит или содержит в незначительных количествах, поэтому поступление даже небольших их доз приводит к заметному изменению концентрации таких компонентов. Природа снабдила человеческий организм некоторыми средствами защиты от токсикозов. Во-первых, ионы металлов, за исключением натрия, калия и кальция, лишь с трудом попадают в организм через пищеварительный тракт и их поступление с пищей не обязательно оканчивается отравлениями. Во-вторых, почки освобождают кровь от металлов, не являющихся необходимыми для жизнедеятельности. Однако в ряде случаев, в условиях возрастающей антропогенной активности человека, возникает необходимость в фармакотерапии.
Выведение ионов тяжелых металлов из организма под действием хелатирующих лигандов называется хелатотерапией. Чтобы выполнить функцию детоксикантов, вводимые комплексоны-лиганды должны отвечать ряду требований:
быть нетоксичными;
не подвергаться разложению или какому-либо изменению в биологической среде;
эффективно связывать ионы-токсиканты, причем вновь образующиеся соединения должны быть более прочными, чем те, которые существовали в организме;
не разрушать жизненно необходимые комплексы: гемоглобин, витамин В12, цитохромы и др.
Одним из первых лекарственных комплексонов, используемых в таких целях, был 2,3-димеркаптопропанол (британский антилюизит; табл. 1.3). Близок ему по структуре применяемый в России унитиол. Унитиол эффективно выводит из организма мышьяк, ртуть, хром, висмут; препарат менее перспективен при отравлениях свинцом.
С учётом приведенных требований наибольшее распространение среди комплексонов получили различные соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), из которых самой доступной является динатриевая соль, известная как трилон Б. Применение трилона Б показано, к примеру, при отравлениях соединениями кальция – СаО (негашеная известь), Са(ОН)2 (гашеная известь), СаС2 (карбид кальция). При этом, связывая ионы металла, он превращается в тетацин:
O = C – ONa NaO – C = O O = C – ONa NaO – C = O
| | | |
CH2 CH2 CH2 CH2
\ / Ca2+ \ /
N – CH2 – CH2 – N N – CH2 – CH2 – N
/ \ -2H+ / \
CH2 CH2 CH2 CH2
| | | Ca |
O = C – OH HO – C = O O = C – O O – C = O
трилон Б тетацин
По возрастающей степени устойчивости образующихся с ЭДТА комплексов металлы располагаются в следующем порядке: Sr, Mg, Ca, Fe2+, Mn, Co, Zn, Cd, Pb, Cu, Hg, Ni. Это значит, что включая в себя жизненно важные ионы кальция и не выводя их из организма, тетацин является эффективным детоксикантом при отравлениях ионами, расположенными правее кальция, так как катионы этих металлов, замещая центральный ион в комплексе, подвергаются более прочному хелатированию. Получающийся в реакции тетацина с катионом свинца комплекс Na2Pb-ЭДТА хорошо растворим в воде и легко удаляется из организма через почки. Таким образом, тетацин оказался достаточно универсальным реагентом.
В последнее время разработаны перспективные хелатообразующие средства, позволяющие избирательно выводить из организма те или иные ионы. Для удаления ионов железа используют, например, дефероксамин, для удаления меди – при острых отравлениях и гепатоцеребральной дистрофии – пеницилламин (табл. 1.3). Последний менее специфичен как лиганд: помимо ионов меди, он связывает также ионы ртути, свинца, что усиливает его достоинства, но также железа и кальция, что может вести к нежелательным последствиям из-за снижения концентрации этих металлов.
Высокой степенью комплексообразования отличается фитин – сложный органический препарат. Его получают из конопляных жмыхов. Фитин полностью защищает животных, токсицированных смертельными дозами свинца. При этом, в отличие от солей ЭДТА, фитин выводит яд преимущественно через желудочно-кишечный тракт, а не через почки, снижая нагрузку на этот жизненно важный орган.
Важную группу лекарственных препаратов составляют комплексы, в которых ионы-комплексообразователи выполняют роль не токсикантов, а лекарственных средств. К 2500 году до н.э. восходит история применения в медицине золота, которое использовали в Китае для лечения проказы. В настоящее время соединения этого металла употребляют в основном при лечении ревматоидного артрита, когда наиболее активные в физиологическом отношении атомы золота, в степени окисления +1, стабилизируются серосодержащими лигандами гидролитических ферментов, что блокирует разрушающее действие их на суставы.
Инертные, устойчивые хелаты золота обладают значительной антивирусной активностью. При этом они эффективны даже по отношению к тем из микроорганизмов, которые нечувствительны к влиянию антибиотиков. Существенно, что требующиеся для этого концентрации хелатов в большинстве случаев практически нетоксичны. Поэтому хелаты золота, а также цинка всё чаще используют для борьбы с вирусными инфекциями кожи и ран.
Токсический эффект некоторых комплексов реализуется при создании противораковых препаратов. Для разрушения раковых клеток особенно удачным оказалось применение соединений элементов восьмой группы: никеля, палладия и платины. Анионные комплексы платины (IV) оказывают бактерицидное действие (например, гексахлороплатинаты (IV)); нейтральные способны приостанавливать деление, но не рост клеток (например, цис-тетрахлородиамминплатина (IV)); цис-комплексы платины (II) обладают противоопухолевыми и лизогенными свойствами (например, цис-дихлородиамминплатина (II)). Использование некоторых из этих комплексов в качестве противораковых препаратов приводило к снижению смертности, повышению числа случаев полного излечения и давало иммунитет к опухолям, вызываемых канцерогенами и вирусами. При совместном использовании таких комплексов с другими лекарственными препаратами наблюдался синергический эффект, а вред, наносимый клеткам нормальных тканей, оказался возместимым. Положительное действие комплексных соединений в лечении раковых заболеваний, как правило, вызвано блокированием ими участков ДНК, принимающих участие в передаче генетической информации.