Основные результаты и выводы

1. Методами pH-потенциометрии и протонной магнитной релаксации в сочетании с методом математического моделирования установлены стехиометрия, константы образования, коэффициенты релаксационной эффективности и константы устойчивости комплексных форм в системах «Gd(III) – Mn(II) – HEDP» и «Gd(III) – Fe(III) – HEDP».

2. Установлено, что в гетероядерных системах наблюдается разнообразие и высокая устойчивость гетероядерных комплексов, благодаря чему происходит замещение гомополиядерных форм на гетероядерные. Причиной этого может быть существенно меньший радиус 3d- ионов по сравнению с ионом гадолиния(III), что уменьшает межкатионное отталкивание в структуре гетероядерных комплексов. Кроме того, комбинация "жесткого", орбитально контролируемого ковалентного связывания 3d- ионов и "подвижного" электростатического ионного взаимодействия с нуклеофильными центрами лиганда в случае гадолиния(III) приводит к энергетически оптимальным конфигурациям гетероядерных комплексов.

3. Установлено, что гетероядерные формы системы «Gd(III) – Fe(III) – HEDP» устойчивее гетероядерных комплексов системы «Gd(III) – Mn(II) – HEDP». Это связано с существенно меньшим ионным радиусом и большим ионным потенциалом Fe³⁺ в сравнении с Mn²⁺, что приводит к различиям в энергии связей и пространственной координации донорных групп лиганда .

4. Результаты моделирования гетероядерных композиций в организм человека (с 1000-кратным разбавлением) демонстрируют доминирование устойчивых гетероядерных форм с высокими значениями коэффициента релаксационной эффективности и практически нулевыми концентрациями свободных катионов. Это дает возможность говорить об изученных гетероядерных системах как о потенциальных эффективных нетоксичных МРТ контрастных реагентах.

Список литературы

1. Forgacs A., Regueiro-Figueroa M., Barriada J.L., Esteban-Gomez D., de Blas A., Rodriguez-Bias T., Botta M., Platas-Iglesias C. Mono‐, Bi‐, and Trinuclear Bis-Hydrated Mn²⁺ Complexes as Potential MRI Contrast Agents / A. Forgacs, M. Regueiro-Figueroa, J.L. Barriada, D. Esteban-Gomez, A. De Blas, T. Rodriguez-Bias, M. Botta , C. Platas-Iglesias// Inorg. Chem. - 2015. - V. 54, - P. A - B.

2. Kołodynska D., Hubicki Z., Skiba A. Heavy Metal Ions Removal in the Presence of 1-Hydroxyethane-1,1-diphosphonic Acid From Aqueous Solutions on Polystyrene Anion Exchangers / D. Kołodynska, Z. Hubicki, A. Skiba// Ind. Eng. Chem. Res. – 2009. – N. 48, - P. 10584.

3. Мусин Д.Р. 1-Гидроксиэтан-1,1-дифосфоновая кислота (hedp) и 1-аминоэтан-1,1-дифосфоновая кислота (aedp): протолитические свойства, комплексообразование с ионами кальция(ii) и лантаноидов(iii) иттриевой подгруппы / Дис. канд. хим. наук; Д.Р.Мусин// Казанский (Приволжский) федеральный университет. –Казань, - 2016. -158 c.

4. Kameda T., Shinmyou T., Yoshioka T. Kinetic and equilibrium studies on the uptake of Nd³⁺ and Sr²⁺ by Li–Al layered double hydroxide intercalated with 1-hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid / T. Kameda, T. Shinmyou, T. Yoshioka// Journal of Industrial and Engineering Chemistry. -2016. – V. 36, - P. 96 - 101.

5. Uchtnan, V.A. Structural investigations of calcium binding molecules. I. The crystal and molecular structure of ethane-I-hydroxy-l.l-diphosphonic acid monohydrate / V.A. Uchtnan // J. Phys. Chem. – 1972. – V. 76. – P. 1298-1304.

6. Silvestre, J. P. Refinement by Neutron Diffraction of the Crystal Structure of Hydroxyethylidene Bisphosphonic ACID Monohydrate: C(CH₃)(OH)(PO₃H₂)₂•H₂O / J. P. Silvestre, N. Q. Dao, G Heger, A. Cousson // Phosphorus, Sulfur and Silicon – 2002. – V. 177. – P. 277–288.

7. Afonin, G.G. X-Ray Identification of 1-Hydroxyethane-1,1-diphosphonic Acid / E. G. Afonin, G. G. Aleksandrov // Russ. J. Gen. Chem. – 2003. – V. 73. – P. 340.

8. Jansen D.R., Zeevaart J.R., Kolar Z.I., Djanashvili K., Peters J.A., Krijger G.C. ³¹P NMR study of the valence stability of tin in its 1-hydroxyethylene-diphosphonate (HEDP) and N,N′,N′-trimethylenephosphonate-polyethyleneimine (PEI-MP) complexes / D.R. Jansen, J.R. Zeevaart, Z.I. Kolar, K. Djanashvili, J.A. Peters, G.C. Krijger// Polyhedron. – 2008. – V. 27, - P. 1779 – 1781.

9. Мусин Д.Р Кислотно-основные свойства 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФК) в водных растворах /Д.Р. Мусин, А.В.Рубанов , Ф.В.Девятов // Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. – 2011. – Т. 153. – C. 40-47.

10. Ямалтдинова А.Ф., Гомо- и гетероядерное комплексообразование 1-гидрокси-1,1-бисфосфоновой кислоты (HEDP) с марганцем(II) и железом(III) в водных растворах / А.Ф.Ямалтдинова // Дипл. работа, К(П)ФУ, Казань, - 2016. – 56 с.

11. Devyatov F., Musin D. Study of homo- and heteronuclear complex formation in 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid (HEDP)-erbium(III) and HEDP-erbium(III)-calcium(II) systems in an aqueous solution / F. Devyatov, D. Musin// Russian chemical bulletin. -2015. – V. 64, - P. 1866 - 1870.

12. Кропачева Т.Н. Комплексообразование железа (III) c оксиэтилидендифосфоновой кислотой в водных растворах / Кропачева Т.Н., Пагин А.Н., Корнев В.И. // Вестник удмуртского университета. – 2012. - Вып. 4. – С. 64 .

13. Дятлова Н.М. Комплексоны и комплексонаты металлов / Дятлова Н.М., Темкина В.Я., Попов К.И //. М.: Химия. - 1988. - С. 544.

14. Lacour S. Complexation of trivalent cations (Al(III), Cr(III), Fe(III)) with two phosphonic acids in the pH range of fresh waters / Lacour S., Deluchat V., Bollinger J.C., Serpaud B // Talanta. - 1998. -V. 46. - P. 999-1009.

15. Васильев В.П. Комплексообразование Fe³⁺ с оксиэтилидендифосфоно-вой кислотой / Васильев В.П, Козловский Е.В., Сердюков В.В // Журн. неорг. химии. - 1990. - Т. 35. - N. 2. - С. 373-376.

16. Gumienna-Kontecka E. H. Bisphosphonate chelating agents: complexation of Fe(III) and Al(III) by 1-phenyl-1-hydroxymethylene bisphosphonate and its analogues / Gumienna-Kontecka E., Silvagni R., Lipinski R., Lecoyvey M., Marincola F.C., Crisponi G., Nurchi V.M., Leroux Y., Kozlowski // Inorg. Chim. Acta. - 2002. - V. 339. - P. 111-118. 31.

17. Кабачник М.И. О комплексообразующих свойствах оксиэтилидендифос-фоновой кислоты в водных растворах/ М.И. Кабачник, Р.П. Ластовский, Т.Я. Медведь //ДАН СССР. – 1967. – Т. 177. – С. 582.

18. Claessens, R. Stability-constant of tin(II) and calcium diphoshonat complexes/ R. Claessens, J. Van der Linden //Inorg. Biochem. – 1984. – V. 21. – P. 73.

19. Wada H. Interaction of methanehydroxyphosphonic acid and ethane-1-hydroxy- 1,1-diphosphonic acid with alkali and alkaline earth metal ions / H. Wada, Q. Fernando // Anal. Chem. – 1972. – V. 44. – P. 1640-1643.

20. Silvestre, J.P. A neutron diffraction study of the rubidium trihydrogen 1-hydroxy 1,1 – ethanedi(phosphonate) dihydrate / J.P. Silvestre, I. Brouche-Waksman, G. Heger, N. Q. Dao // New J. Chem. – 1990. – V. 14, N. 1. – P. 29.

21. Школьникова, Л.М. Кристаллическая и молекулярная структура дигидрата [1-оксиэтилидендифосфоната (1-)] калия и дигидрата [1-оксиэтилидендифосфонато (1-)] аммония / Л. М. Школьникова, А. А. Масюк, Г. В. Полянчук // Координационная химия. – 1989. – Т. 15, №. 4. – С. 486–495.

22. Barnard W., Paul S.O., Rooyen P.H., Cukrowski I. The analysis of pH-dependent protonated conformers of 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid by means of FT-Raman spectroscopy, multivariate curve resolution and DFT modelling / W. Barnard, S.O. Paul, P.H. Rooyen, I. Cukrowski// J. Raman Spectrosc. -2009. – V. 40, - P. 1935 – 1941.

23. Gale E.M., Atanasova I.P., Blasi F., Ay I., Caravan P. A Manganese Alternative to Gadolinium for MRI Contrast / E.M. Gale, I.P. Atanasova, F. Blasi, I. Ay, P. Caravan// J. Am. Chem. Soc. - 2015. - V. 137, - P. 2 - 5.

24. Islam M.K., Kim S., Kim H.K., Park S., Lee G.H., Kang H.J., Jung J.C., Park J.S., Kim T.J., Chan Y. Manganese Complex of Ethylenediaminetetraacetic Acid (EDTA) − Benzothiazole Aniline (BTA) Conjugate as a Potential Liver-Targeting MRI Contrast Agent / M.K. Islam, S. Kim, H.K. Kim, S. Park, G.H. Lee, H.J. Kang, J.C. Jung, J.S. Park, T.J. Kim, Y. Chan// J Med Chem. - 2017. - V. 60, - P. 2997.

25. Elhabiri M., Abada S., Sy M., Nonat A., Choquet Ph., Esteban-Gumez D., Cassino C., Platas-Iglesias C., Botta M., Charbonniere L. J. Importance of Outer-Sphere and Aggregation Phenomena in the Relaxation Properties of Phosphonated Gadolinium Complexes with Potential Applications as MRI Contrast Agents / M. Elhabiri, S. Abada, M. Sy, A. Nonat, Ph. Choquet, D. Esteban-Gumez, C. Cassino, C. Platas-Iglesias, M. Botta, L. J. Charbonniere// Chem. Eur. J. - 2015. - N. 21 – P. 6535 - 6543.

26. Srivastava K., Weitz E.A., Peterson K.L., Marjańska M., Pierre V.C. Fe- and Ln-DOTAm-F12 Are Effective Paramagnetic Fluorine Contrast Agents for MRI in Water and Blood / K. Srivastava, E.A. Weitz, K.L. Peterson, M. Marjańska, V.C. Pierre// Inorg. Chem. - 2017. – P. 1546 - 1557.

27. Cardoso B.P., Vicente A.I., Ward J.B.J., Sebastião P.J., Chávez F.V., Barroso S., Carvalho A., Keely S.J. Fe(III) salEen derived Schiff base complexes as potential contrast agents / B.P. Cardoso, A.I. Vicente, J.B.J. Ward, P.J. Sebastião, F.V. Chávez, S. Barroso, A. Carvalho, S.J. Keely// Inorganica Chimica Acta. - 2015. – V. 432, - P. 258 - 266.

28. Девятов Ф.В., Д.Р. Мусин. Комплексообразование в системах гадолиний(III) 1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота и кальций(II) 1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота в водных растворах / Ф.В. Девятов, Д.Р. Мусин// Журнал общей химии. – 2012. – Т. 83, вып. 11. – С. 1788-1795.

29. Bogatyrev O., Yamaltdinova A., Devyatov F. Complexation of 1-Hydroxyethylidene-1, 1-Diphosphonic Acid (HEDP) and Manganese (II) in Aqueous Solution / O. Bogatyrev, A. Yamaltdinova, F. Devyatov// Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. - 2016. - V. 158, - P. 44 - 54.

30. Попель А.А. Магнитно–релаксационный метод анализа неорганических веществ / А.А. Попель // Москва Химия, 1978. – 222 c.].

31. Вашман, А.А. Ядерная магнитная релаксация и её применение в химии / А.А. Вашман, И.С. Пронин // Москва, Наука. – 1979. – 236 с.

32. Бойченко А.П. Пересмотренные данные о кислотно-основных свойствах алендроновой кислоты в воде и организованных растворах и методика простого титриметрического определения алендроната натрия / Бойченко А.П., Марков В.В., Иващенко А.Л., Спирина Е.Ю., Логинова Л.П. // Вісник Харківського національного університету. – 2007. – № 770. – Вып. 15(38). – С. 62 - 69.

33. Алексеев В.Н. Количественный анализ //Москва, Высш.школа. – 1972. – С. 504.

34. Пршибил Р. Комплексоны в химическом анализе / Пршибил Р., Корыта И. // Москва, Издательство иностранной литературы. – 1960. – С. 313-314.

35. Blombergen N.J. The relaxation processes in NMR / N.J. Blombergen, E.M. Pursell, R.V. Pound // Phys. Rev. – 1948. – V. 53, № 7. – P. 679–712.

36. Solomon J. The relaxation processes in the interacting systems / J. Solomon // Phys. Rev. – 1955. – V. 99, N. 2. – P. 559–565.

37. Blombergen N.J. Proton relaxation times of paramagnetic solutions / N.J. Blombergen // Phys. Rev. – 1957. – V. 27, N. 2. – P. 537–572.

38. Золин, В. Ф. Редкоземельный зонд в химии и биологии / В. Ф. Золин, Л. Г. Коренева // Москва : Наука. – 1980. – 350 c.

39. Девятов Ф.В. Исследование гомо – и гетероцентровых комплексов гадолиния(III) и ионов иттриевой группы с лимонной и трикарбаллиловой кислотами магнитно–релаксационным методом в водных растворах: Дисс. … канд. хим. наук: 02.00.01 / Девятов Федор Владимирович. - Казань, 1980. - 196 c.

40. Журавлева Н.Е. Гомо– и гетерополиядерные координационные соединения 4f– ионов иттриевой группы и некоторых 3d– ионов в цитратрых водных растворах: Дисс. … канд. хим. наук: 02.00.01 / Н.Е. Журавлева. – Казань, 1986. - 214 с.

41. Соловский А.А. Исследование гомо– и гетероядерных комплексов ионов железа(III), кобальта(II), никеля(II), меди(II) с d– и dl– винными кислотами методом ядерной магнитной релаксации: Дис. … канд. хим. наук: 02.00.01 / А.А. Соловский. – Казань, 1985. - 255 c.

42. Вашман И.А. Ядерная магнитная релаксация и ее применение в химической физике / И.А. Вашман, И.С. Пронин. – М.: Наука, 1979. – 224 c.

43. Фаррар Т. Импульсная и фурье–спектроскопия ЯМР / Т. Фаррар, Э. Беккер. – М.: Мир, 1973. – 169 c.

44. Hinton J. NMR studies of ions in pure and mixed solvents / J. Hinton, E.S. Amis // Chem. Phys. – 1967. – V. 67, N. 4. – P. 367–392.

45. Blombergen N.J. Proton relaxation times in paramagnetic solution. Effect of electron spin relaxation / N.J.Bloembergen, L.O. Morgan // J. Chem. Phys. – 1961. – V. 31, N 3. – P. 842–850.

46. Керрингтон А. Магнитный резонанс и его применение в химии / А. Керрингтон, Э. Мак–Лечлан. – М.: Мир. 1970. – 248 c.

47. Драго Р. Физические методы в химии / Р. Драго. – М.: Мир, 1981. – Т. 1. – 424 c.

48. Васильев В.П. Термодинамические свойства растворов электролитов / В.П. Васильев М.: Высш. школа. 1982. – 320 с.

49. Сальников Ю.И. Полиядерные комплексы в растворах / Ю.И. Cальников, А.Н. Глебов, Ф.В. Девятов // Казань.: изд-во Казанск. ун-та. 1989. – 288 c.

51