Synthesis and physicochemical properties of magnesium complexes with 4Н pyran ligands

全文:

ВВЕДЕНИЕ

Препараты магния широко применяются и исследуются в фармакологии в связи с высокой биологической активностью данных катионов [1]. Ионы Mg²⁺ оказывают антигипертензивное, антиаритмическое, противовоспалительное и антикоагулянтное действия, поэтому применение препаратов магния может быть полезным при профилактике и лечении сердечно-сосудистых заболеваний [2]. Ионы Mg²⁺ являются естественными блокаторами каналов NMDA-рецепторов, поэтому способны снижать гибель нейронов при эксайтотоксичности [3]. Данные эффекты позволяют рассматривать ионы Mg²⁺ как потенциальные средства в борьбе с последствиями постинсультных состояний головного мозга. Актуальной задачей фармакологии является поиск новых лигандов, оказывающих синергетическое действие ионов магния. Обнаруженные у хелидоновой кислоты противовоспалительные и нейропротекторные свойства дают основание рассматривать ее как потенциальный лиганд для ионов Mg²⁺ в качестве новых нейропротекторных средств.

Хелидоновая кислота (4-оксо-4H-пиран-2,6-дикарбоновая кислота, H₂Chel), относящаяся к кислотам γ-пиранового (4-оксо-4H-пиранового) ряда, является малой биологически активной молекулой, в отношении которой обнаружен ряд биологических эффектов. H₂Chel входит в состав лекарственного растения Chelidonium majus L. и оказывает выраженное противовоспалительное и антигистаминное действие [4]. Установлено, что внутрибрюшинное введение H₂Chel предотвращало индуцированную провокацией овальбумином дегрануляцию тучных клеток, а также способствовало снижению количества эозинофилов и уровня IgE в сыворотке крови [5]. При моделировании язвенного колита и аллергического ринита у экспериментальных животных H₂Chel уменьшала выброс провоспалительных молекул [6, 7]. Комплексное соединение H₂Chel с кальцием – хелидонат кальция – способствовало усилению минерализации внеклеточного матрикса in vitro и формированию эктопической костной ткани in situ [8]. В литературе встречается ограниченное количество работ, посвященных влиянию хелидоновой кислоты на центральную нервную систему. Имеются данные о анксиолитическом эффекте и противовоспалительном действии H₂Chel на ткани головного мозга [9]. В отношении родственных хелидоновой кислоте соединений, таких как коменовая, койевая и меконовая, также установлена биологическая активность [10–14].

В литературе представлены данные о кристаллической структуре координационных соединений хелидоновой кислоты с катионами металлов: Mn²⁺, Ca²⁺, Be²⁺, Cu²⁺ и Cd²⁺ [15]. В комплексе бериллия с хелидоновой кислотой [Be(H₂O)₄]²⁺(C₇H₂O₆)^2– катион посредством молекул воды связан восемью водородными связями с молекулами лиганда, образуя трехмерную каркасную структуру. Каждый из ионов в кристалле (N₂H₆)²⁺[Ca(C₇H₂O₆)]₂(H₂O)₂]^2– лежит на кристаллографической оси второго порядка в пр. гр. P2/c; анионы образуют листы с водородными связями, которые катионы связывают в трехмерный каркас. В тетрагидрате [Mn₂(C₇H₂O₆)₂(H₂O)₈] ∙ 4H₂O ионы металлов и органические лиганды образуют циклическое центросимметричное звено Mn₂(C₇H₂O₆)₂, и эти звенья связаны в сложную трехмерную каркасную структуру, содержащую двенадцать независимых водородных связей. Катион меди образует с хелидоновой кислотой комплекс (тетрааква(4-оксо-4H-пиран-2,6-дикарбоксилат) меди) [Cu(C₇H₂O₆)(H₂O)₄] так, что два независимых иона Cu²⁺ лежат на центрах инверсии пр. гр. P1; ионы металлов и органические лиганды образуют одномерный координационный полимер, а полимерные цепи связаны в трехмерный каркас, содержащий восемь независимых водородных связей. Не встречаются работы, в которых была бы охарактеризована структура хелидоната магния, при этом кристаллические структуры комената и мальтолата магния представлены в литературе [16, 17].

Целью данной работы являлось осуществление синтеза хелидоната магния, изучение его структуры, физико-химических и нейропротекторных свойств, а также сравнение их со структурой и свойствами комената магния.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Для синтеза в качестве исходных соединений использовали коммерческие реактивы Mg(CH₃COO)₂ · 4H₂O (ч. д. а, >99.5%, ХимКрафт) и H₂Chel (Sigma-Aldrich).

4-оксо-4H-пиран-2,6-дикарбоновая кислота

ИК-спектр (ν, см^–1): 3597, 3473, 3107, 3055, 1722, 1647, 1576, 1408, 1286, 1228, 1122, 1030, 958, 903, 739, 689, 530.

Спектр ЯМР ¹Н [D₂O, 298 K], (δ, м. д.): 6.97 с. (2H, С–H).

Спектр ЯМР ¹³С [D₂O, 298 K], (δ, м. д.): 179.2 (С¹⁴), 160.8 (С¹¹, С¹⁷), 153.9 (С¹², С¹⁶), 118.9 (С¹³, С¹⁵).

Координационное соединение магния

Синтез 4-оксо-4H-пиран-2,6-дикарбоксилата (хелидоната) магния(II) выполняли по следующей методике. Раствор хелидоновой кислоты 0.45 г (2.4 ммоль) в 15 мл воды при температуре 80 ± 2°C смешивали с раствором Mg(CH₃COO)₂ · · 4H₂O 0.26 г (1.2 ммоль) в 5 мл воды. В результате реакционная масса приобретала значение pH 3.0–4.0 и окрашивалась в светло-желтый цвет. Хелидонат магния выделяли из раствора упариванием на ~3/4 от первоначального объема, при этом хелидонат магния начинал кристаллизоваться из горячего раствора. Полученный продукт дополнительно очищали перекристаллизацией из дистиллированной воды. Выход 0.45 г (91%).

ИК-спектр (ν, см^–1): 3456, 3116, 3070, 1716, 1637, 1576, 1392, 1331, 1261, 1136, 968, 908, 798, 708, 621, 543.

Спектр ЯМР ¹Н [D₂O, 298 K], (δ, м. д.): 7.00 с. (2H, С–H).

Спектр ЯМР ¹³С [D₂O, 298 K], (δ, м. д.): 184.4 (С¹⁴), 164.1 (С¹¹, С¹⁷), 159.0 (С¹², С¹⁶), 117.2 (С¹³, С¹⁵).

Рентгеноструктурный анализ выполнен на автоматическом дифрактометре Bruker D8 Venture при температуре 100 K с использованием CuK_α-излучения (1.54178 Å). Адсорбционная коррекция введена по измерениям интенсивностей эквивалентных отражений (SADABS). Структура решена прямым методом и уточнена полноматричным анизотропным методом наименьших квадратов для всех не водородных атомов (SHELXTL). Все атомы водорода найдены из разностного ряда и уточнены изотропно. Пр. гр. $P\stackrel{-}{1}$, Fw = 1235.67 г/моль, а = 6.7390(3), b = 12.4844(6), с = 15.5758(8) Å, α = 104.2629(18), β = 100.413(2), γ = 93.441(2)°, V = 1241.58(10) ų, Z = 1, μ(CuK_α) = 1.770 мм^–1, D_calc = 1.653 г/см³, F(000) = 646, область съемки 3.68° ≤ θ ≤ 72.50°; интервалы индексов отражений: –8 ≤ h ≤ 8, –15 ≤ k ≤ 15, –19 ≤ l ≤ 19, число измеренных отражений 54030, число независимых отражений 4883 (R_int = 0.0187), число уточняемых параметров 475. Финальные факторы расходимости по 4643 отражениям с I > 2σ(I): R₁ = 0.0241 (wR₂ = 0.0636), R-факторы по всем отражениям: R₁ = 0.0254 (wR₂ = 0.0645); добротность по F² 1.039, Δρ_max/Δρ_min = 0.337/–0.198 е/ų. Результаты РСА соединения депонированы в Кембриджском банке структурных данных (CCDC 2385263).

Термогравиметрический анализ проводили на синхронном термическом анализаторе STA-409 PC Luxx (Netzsch, Германия). Испытания осуществляли в окислительной атмосфере (воздух) в алундовых тиглях в условиях программируемого изотермического нагрева с эталоном α-Аl₂O₃ при скорости нагрева 10 град/мин, диапазон температур 30–1000°С.

ИК-спектры записывали на ИК-Фурье-спектрометре VERTEX 70 (Bruker Corporation, США) в области 4000‒400 см^–1 с использованием приставки многократного нарушенного полного внутреннего отражения. Для обработки результатов использовали оригинальное программное обеспечение прибора и программу SpecMan из пакета ACDLabs 10.0. Отнесение частот в ИК-спектрах проводили на основании литературных данных и результатов квантово-химического расчета колебательного спектра фрагмента кристаллической решетки полуэмпирическим методом XTB2 [18]. Для сравнения рассчитанных колебательных частот с экспериментальными использовали стандартный поправочный коэффициент 0.99 [19]. Расчет проводили с использованием программного пакета ORCA 6.0 [20, 21], для визуализации молекулярных колебаний применяли программу ChemCraft 1.8.

Спектры ЯМР регистрировали на импульсном спектрометре JNM-ECA 400 (JEOL, Япония) [400 ⁽¹Н) и 101 МГц (¹³С)]. Стандартные условия (298 K), раствор вещества в D₂O. В качестве стандарта использовали тетраметилсилан и остаточные сигналы растворителя. Для обработки результатов использовали программное обеспечение NMRMan из пакета ACDLabs 10.0.

Электронные спектры поглощения фиксировали на спектрофотометре Leki UV 2109 (Финляндия) в кварцевых спектрофотометрических кюветах c толщиной поглощающего слоя 10 мм в диапазоне 190–1100 нм. Обработку спектров проводили при помощи оригинального программного обеспечения прибора LekiScanPro.

Нейропротекторный потенциал был исследован на культуре нейронов мозжечка, полученных от восьмидневных крысят линии Wistar методом феpментно-меxаничеcкой диссоциации [22]. Культуры выращивали в 96-луночныx планшетах, покрытых поли-L-лизином, в культуpальной среде, содержащей 10% эмбриональной телячьей сыворотки, 2 мМ глутамина, 10 мМ буфеpа НEPES, 25 мМ KCl. В каждую лунку добавляли 0.1 мл клеточной суспензии до конечной плотности 3–5 × 10³ клеток/мм². Клетки культивировали в инкубаторе CO₂ при 36°C и относительной влажности 98% в течение 7 дней перед экспериментом.

В экспериментах использовали две инкубационные среды (ИС). Первая среда состояла (в мМ): NaCl – 154, KCl – 25, CaCl₂ – 2.3, MgCl₂ – 1, NaHCO₃ – 3.6, Na₂HPO₄ – 0.35, HEPES – 10, глюкоза – 5.6 при pH 7.3. Вторая среда, используемая для моделирования депривации, была без глюкозы и имела тот же солевой состав. Кислородно-глюкозную депривацию (КГД) моделировали, помещая культуры в аргоновую атмосферу на 45 мин вместе с безглюкозным солевым раствором. Через 45 мин культуры промывали и возвращали в солевой раствор с глюкозой и добавлением хелидоновой кислоты и хелидоната магния в концентрациях 5 и 50 мкМ. Через сутки культуры промывали от вещества и проводили измерения.

Для определения уровня гибели нейронов в культурах использовали йодид пропидия (PI), который добавляли к культурам в концентрации 5 мкг/мл на 15 мин. После этого культуры трижды промывали ИС и измеряли флуоресценцию при длине волны возбуждения 535 нм и длине волны испускания 625 нм на многофункциональном микропланшетном ридере Filter Max F5 (Molecular Devices, США). Результаты измерений представляли в процентах. За 100% принимали интенсивность флуоресценции контрольных культур. Для анализа использовали данные, полученные в трех–пяти независимых экспериментах.

Эксперименты с животными проводили в соответствии c требованиями Приказа МЗ PФ № 267 от 19 июня 2003 года “Об утверждении правил лабораторной практики”, Правил лабораторной практики (GLP), Хельсинской декларации (2000) и Директив Европейского cообщеcтва 86/609EEC.

Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием программы STATISTICA 10. Достоверность различий средних значений, найденных между группами, статистически оценивали с помощью непараметрического U-критерия (Манна–Уитни), различие считалось достоверным при p < 0.05. Данные представлены в виде M ± m, где М – среднее значение, m – стандартная ошибка среднего.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Ранее нами был описан синтез и различные физико-химические свойства, а также биологическая активность комената магния [16, 23], имеющего близкие структурные характеристики, поэтому в рамках данной работы был произведен сравнительный анализ структуры и свойств магниевых солей хелидоновой и коменовой кислот.

Синтез комената магния, проведенный ранее, осуществлен по аналогичной методике и протекал с несколько меньшим выходом (85% по сравнению с 91% в данной работе). В обеих реакциях осуществляли достаточно строгий контроль температурного режима (80 ± 2°C). Следует обратить внимание на различие pH в реакционных средах. При синтезе хелидоната магния pH 3.0–4.0, тогда как при синтезе комената магния реакционная масса имела значение рН, близкое к 5.5, что обусловлено более слабыми кислотными свойствами коменовой кислоты по сравнению с хелидоновой. В целом применяемая методика достаточно универсальна и может применяться для синтеза соединений кислот 4-оксо-4H-пиранового ряда с различными металлами.

При анализе термического поведения и гидратного состава хелидоната магния (рис. 1) было обнаружено, что термолиз данного соединения включает нескольких стадий. В диапазоне 100–200°С на кривой ДСК отмечается эндоэффект (–35.55 мкВּ с/мг, 133.2°С) с потерей массы в 12.12%, вызванный частичной дегидратацией образца. Данная потеря массы соответствует отрыву 9 молекул воды – всех 6 молекул, не входящих в гидратные оболочки магния и по одной молекуле из каждого гексагидрата магния, при этом, вероятно, координационное положение удаленной молекулы воды в катионе магния занимает карбоксилатная группа лиганда. Дальнейшее повышение температуры до 240°С сопровождается еще одним эндоэффектом (–42.36 мкВּ с/мг, 229.3°С) с потерей массы в 7.86 %, который может быть вызван декарбоксилированием протонированных карбоксильных групп двух ионов HChel^–. Последующее уменьшение массы на 22.76% в диапазоне 240–300°С соответствует отрыву оставшихся 15 молекул воды, входящих в гидратные оболочки Mg²⁺, и, таким образом, полной дегидратации образца. При нагревании в диапазоне от 300 до 550°С наблюдаются два ярко выраженных экзоэффекта (220.9 мкВּ с/мг, 343.0°С и 1356 мкВּ с/мг, 490.9°С) с потерей массы в 17.48 и 30.07% соответственно, которые вызваны термодеструкцией и последующим выгоранием молекул лиганда. Конечным продуктом термолиза является оксид магния. Следует отметить, что термическое поведение полученного хелидоната магния несколько отличается от полученного ранее комената магния. Так, полная дегидратация комената реализуется в одну ступень – в диапазоне 100–200°С отщепляются все восемь молекул воды (шесть входящих в гидратную оболочку магния и две кристаллизационные), в то время как дегидратация хелидоната происходит в два этапа. При этом температуры эндоэффектов дегидратации оказываются весьма схожими (137.8°С у комената и 133.2°С у хелидоната). Обобщенные результаты, полученные при определении состава хелидоната магния, представлены в табл. 1.

 

Рис. 1. Термогравиметрические кривые [Mg(H₂O)₆]₃ · (Chel)₂(HChel)₂ · 6H₂O.

 

Таблица 1. Сопоставление данных физико-химического анализа для установления состава хелидоната магния

	Найдено, мас. %		Вычислено, мас. %
	термогравиметрия	комплексонометрическое титрование
Mg	5.85	5.57	5.90
HHel–	32.53	–	29.64
Hel2–	26.74	–	29.47
H2O	34.88	–	34.96

 

Дальнейшее исследование структурных характеристик хелидоната магния было проведено с помощью ИК- и ЯМР-спектрометрии. Для интерпретации ИК-спектра хелидоновой кислоты использовали литературные данные [24], следует отметить, что колебательные спектры для соединений с хелидонат-анионами изучены в значительно меньшей степени. Для корректного отнесения характеристических полос в ИК-спектрах хелидоната и комената магния был выполнен квантово-химический расчет колебаний фрагментов кристаллической решетки при помощи полуэмпирического метода GFN2-XTB. В целом, хотя полуэмпирическая расчетная схема GFN2-XTB уступает в надежности полноценным DFT-методам, ее использование может быть полезным для интерпретации ИК-спектров в тех случаях, когда объект исследования содержит большое количество атомов (например, фрагменты кристаллических решеток в данной работе) и для его расчета высокоуровневыми квантово-химическими методами требуются слишком большие временные затраты.

 

Схема 1. Получение сокристаллического соединения – хелидоната магния.

 

В ИК-спектре хелидоната магния (табл. 2) по сравнению со спектром исходной кислоты отмечается общее снижение интенсивности поглощения в области 2200–3000 см^–1, что связано с разрывом прочных межмолекулярных водородных связей в димерах хелидоновой кислоты и последующим депротонированием большинства карбоксильных групп. В то же время наблюдается повышение интенсивности поглощения в области валентных колебаний ν(O–H) 3100–3400 см^–1, это связано с присутствием большого количества кристаллизационной воды в структуре комплекса, что также подтверждается общим повышением интенсивности поглощения в области 1600–1700 см^–1, обусловленным деформационными колебаниями δ(H₂O). Также в ИК-спектре комплекса интенсивность полосы валентных колебаний COOH-группы существенно снижается, но появляются две полосы колебаний карбоксилат-аниона: ν_as(COO^–) при 1576 см^–1 и ν_s(COO^–) при 1392 см^–1, при этом разница между ними составляет 184 см^–1, что, согласно литературным данным, может указывать на наличие ионизированной карбоксильной группы, связанной только водородными связями с молекулами воды, но не координационной связью с ионом металла [24]. Таким образом, данные ИК-спектроскопии полностью согласуются с результатами рентгеноструктурного анализа и электронной спектроскопии поглощения. Для удобства сравнения спектральных характеристик хелидоната магния с полученным ранее коменатом магния основные полосы в ИК-спектре комената магния [25] были помещены в табл. 2. Как можно заметить, разница в положении максимумов симметричных и асимметричных колебаний карбоксилат-аниона в спектре комената магния (249 см^–1) оказывается больше, чем в случае хелидоната магния (184 см^–1), что указывает на явно выраженную асимметрию в координации карбоксилатной группы и склонность к монодентатному связыванию.

 

Таблица 2. Характеристические частоты и их отнесения в ИК-спектрах лиганда (H₂Chel) (хелидоновой кислоты), хелидоната магния(I) и комената магния(II), см⁻¹

Соединение	ν(O–H)	ν(С–H)	ν(C=O)	ν(COOH)	νas (COO –)	νs (COO –)	Δν = νas – νs	ν(C–O)	ν(Mg–O)
H2Сhel	3597 3473	3107 3056	1722	1647	–	–	–	1228	–
I (эксп.)	3456	3117 3070	1716	1637	1576	1392	184	1261	418
I (расч.)	3457	3101 3062	1742	1669	1604	1375	212	1156	376
II (эксп.)	3500	3093	–	1628	1601	1352	249	1213 1157	517
II (расч.)	3485	3070	–	1631	1658	1362	296	1226 1179	382

 

Исследование ЯМР на ядрах ¹Н дало следующие результаты. Наблюдаемое смещение сигнала винильных протонов в слабое поле в спектрах растворов хелидоната магния по сравнению с исходной кислотой является достаточно слабым (0.03 м.д.), при этом в спектре ранее синтезированного комената магния сигнал винильного протона смещается (0.09 м.д.) уже в сильное поле по сравнению с исходной коменовой кислотой. Наблюдаемые изменения спектров ЯМР ¹Н являются крайне незначительными и говорят о том, что спектры исходных кислот (хелидоновой и коменовой) практически идентичны спектрам их магниевых солей.

Изучение поглощения оптического излучения в УФ-диапазоне растворов хелидоновой кислоты и хелидоната магния показало соответствующие отличия. В УФ-спектре хелидоновой кислоты наблюдали две достаточно интенсивные полосы при 225 и 273 нм, вызванные поглощением сопряженных систем, включающих хромофорные группы. Интенсивность этих полос незначительно уменьшилась в случае комплекса хелидоновой кислоты с Mg²⁺ (табл. 3), в то же время положения максимумов остались неизменными. Некоторое уменьшение интенсивности может быть связано с координацией хелидоновой кислоты с катионами Mg²⁺, но, учитывая крайне незначительные изменения в УФ-спектре, а также данные РСА для кристаллического состояния, можно сделать вывод о том, что хелидоновая кислота связывается с Mg²⁺ не непосредственно, а через молекулы воды гидратной оболочки посредством образования водородных связей.

 

Таблица 3. Параметры полос поглощения в электронном спектре хелидоната магния

λmax, нм	Сопряженная система	Переход	А, отн. ед.
225	–C(O)–	n → π*	1.496
274	–СOO–	n → π*	1.301

 

Таблица 4. Кристаллографические данные, параметры эксперимента и уточнения структуры [Mg(H₂O)₆]₃ · (Chel)₂(HChel)₂ · 6H₂O

Параметр	Значение
Брутто-формула	C28H58Mg3O48
Fw	1235.64
Температура, K	100
Размер кристалла, мм	0.20 × 0.15 × 0.10
Излучение	CuKα (λ = 1.54178)
Сингония	триклинная
Пр. гр.	P¯1
a, Å	6.7390(3)
b, Å	12.4844(6)
c, Å	15.5758(8)
α, град	104.2629(18)
β, град	100.413(2)
γ, град	93.441(2)
V, Å3	1241.58(10)
Z	1
ρ(выч.), г/см3	1.653
μ, мм–1	1.770
F(000)	646
Область углов съемки θ, град	3.675–72.497
Диапазоны h, k, l	–8 ≤ h ≤ 8, –15≤ k ≤ 15, –19 ≤ l ≤ 19
Число измеренных рефлексов	54030
Число независимых рефлексов (Rint, Rσ)	4883 (0.0187, 0.0381)
Данные/ограничения/параметры	4883/0/475
Добротность по F2	1.039
R-фактор (I > 2σ(I))	R1 = 0.0241, wR2 = 0.0636
R-фактор (все данные)	R1 = 0.0254, wR2 = 0.0645
Δρmax/Δρmin, e Å–3	0.337/–0.198

 

В случае комената магния изменения в его УФ-спектре по сравнению со спектром исходного лиганда оказываются более существенными (наблюдается как значительное уменьшение интенсивности полос поглощения, так и батохромный сдвиг полосы n → π^*-перехода карбоксильной группы), что позволяет сделать вывод о более высокой степени координации коменовой кислоты с магнием по сравнению с хелидоновой в растворе.

Проведенный РСА хелидоната магния показал следующие результаты. Кристаллографически независимая область содержит два катиона [Mg(H₂O)₆]²⁺ (один из которых лежит в общем положении, а другой – на центре инверсии), анионы Chel^2– и HChel^–, а также три внешнесферные молекулы воды (рис. 2). Анионы хелидоновой кислоты плоские в пределах 0.22 Å и связаны между собой очень прочной почти линейной водородной связью –CO₂H…O₂C– с расстоянием O(24)…O(14), составляющим 2.489(1) Å. Оба атома магния имеют обычное для гексааквагидратов слегка искаженное октаэдрическое окружение с длинами связей Mg–O в интервале 2.0188(9)–2.0966(8) Å и цис-углами OMgO, лежащими в переделах 82.72(4)°–94.63(4)°.

 

Рис. 2. Независимая область в структуре хелидоната магния. Тепловые эллипсоиды показаны с 50%-ной вероятностью. Водородные связи обозначены пунктирными линиями.

 

В структуре все молекулы воды (как внутри-, так и внешнесферные) выступают как доноры двух водородных связей либо по отношению к другим молекулам Н₂О, либо к атомам кислорода органических анионов. Длины этих Н₂О…О-взаимодействий соответствуют слабым и средней силы Н-связям (2.667(1) –3.129(1) Å). Три внешнесферных молекулы воды О(31), О(32) и О(33), кроме этого, образуют еще и акцепторные водородные связи с внутрисферными молекулами воды. В свою очередь, девять независимых внутрисферных водных лиганда определенно делятся на две группы: пирамидализованные молекулы О(4) и О(9), образующие три водородные связи (две донорные и одну акцепторную) и характеризующиеся минимальной суммой валентных углов вокруг атомов кислорода (336° и 340°) и наибольшими расстояниями Mg–O (2.0945(9) и 2.0966(8) Å) и семью уплощенными остальными O(1), O(2), O(3), O(5), O(6), O(7) и O(8), образующими только две донорные Н-связи с суммами валентных углов 344°–360° и расстояниями Mg–O < 2.0759(9) Å. В кристалле наблюдается сложная трехмерная упаковка частиц за счет разветвленной сети многочисленных водородных связей. Помимо этого, в кристалле имеются π-стекинг взаимодействия между соседними центросимметрично связанными моноанионами HChel^–, характеризующиеся межплоскостными расстояниями 3.23 и 3.24 Å и кратчайшим межатомным расстоянием О(26)–С(23), равным 3.26 Å.

Установленная структура хелидоната магния хорошо согласуется с литературными данными. В литературе описаны структуры некоторых комплексных соединений магния с биоактивными лигандами [25]. Известно, что лиганды, взаимодействующие с катионами магния, могут находиться как во внутренней координационной сфере, так и во внешней. В первом случае такая координация является внутрисферной и наблюдается в структуре мандалата, формиата и глицината магния. Для хелидоната и комената магния характерна внешнесферная координация с магнием, когда во внутренней координационной сфере катиона располагаются шесть молекул воды, а лиганды находятся во внешней сфере. Подобная координация также наблюдается в структуре оротата, антранилата и малеата магния.

Изучение защитного эффекта исследуемых веществ на нейроны мозжечка при действии кислородо-глюкозной депривации в экспериментах in vitro показало следующие отличия. В данном эксперименте о развитии защитного эффекта судили по снижению интенсивности флуоресценции PI. Поскольку PI связывается с ДНК только мертвых клеток, то интенсивность его флуоресценции пропорциональна количеству погибших клеток. Рис. 3 демонстрирует, что кислородо-глюкозная депривация приводила к возрастанию уровня гибели нейронов, что выражалось увеличением интенсивности флуоресценция на 29% (p < 0.05) по сравнению с интактными клетками. Добавление в культуру клеток хелидоната магния и хелидоновой кислоты в концентрациях 50 и 5 мкМ после КГД приводило к снижению гибели клеток головного мозга, что выражалось снижением интенсивности используемого красителя. Так, при добавлении хелидоната магния в концентрации 50 мкМ флуоресценция PI возросла на 11% (p < 0.05), тогда как при концентрации 5 мкМ интенсивность флуоресцентного красителя была на уровне интактных клеток (p < 0.05). Интенсивность свечения PI, следовательно, и гибель клеток при добавлении хелидоновой кислоты при концентрации 50 и 5 мкМ увеличилась на 20 и 15% по сравнению с интактными клетками (p < 0.05). Действие хелидоната магния при концентрациях 50 и 5 мкМ было на 9 и 15% выше, чем хелидоновой кислоты при соответствующих концентрациях. Развитие гипоксического состояния в используемой нами модели клеточной ишемии приводит к запуску ряда деструктивных процессов в клетках головного мозга. Одними из таких патологических процессов являются окислительный стресс, развитие воспалительного процесса и гиперстимуляция глутаматных NMDA-рецепторов. Развитие защитного эффекта на фоне применения хелидоновой кислоты связано с ее антиоксидантными и противовоспалительными свойствами [4–7, 9, 26], а более высокий защитный потенциал хелидоната магния по сравнению с хелидоновой кислотой, вероятнее всего, связан с развитием синергического эффекта, обусловленный одновременным физиологическим действием аниона хелидоновой кислоты и катиона магния. Магний является естественным блокатором глутаматных NMDA-рецепторов и их блокирование на ранних стадиях развития гипоксии/ишемии и способствует более выраженному нейропротекторному эффекту [3]. Данные предположения основываются на имеющихся литературных данных и требуют более детальных экспериментальных исследований, в том числе изучения устойчивости хелидоната магния в водных растворах при физиологических рН.

 

Рис. 3. Влияние КГД на интенсивность флуоресценции пропидия иодида в культуре нейронов мозжечка при действии а) хелидоната магния (Хелид. Mg), б) хелидоновой кислоты (ХК). Данные представлены M ± m; * – р < 0.05 по отношению к интактным клеткам; # – р < 0.05 по отношению к клеткам, подвергшимся КГД; $ – р < 0.05 по отношению к хелидоновой кислоте.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в результате проведенных исследований физико-химических свойств и структуры хелидоната магния было выявлено различие термического поведения хелидоната и комената магия, установлены схожие структурные особенности двух этих соединений, а именно наличие внешнесферной координации с гексааквакатионом магния. На основании полученных структурных данных можно сделать вывод, что хелидонат магния представляет собой сокристаллическое соединение гексагидрата магния с моно- и дианиоными формами хелидоновой кислоты.

Полученные в работе структурные данные и установленный защитный эффект на нейроны головного мозга нового полученного соединения – сокристалла магния с хелидоновой кислотой – дают основания для дальнейшего изучения его нейропротекторной активности в экспериментах in vitro и in vivo, а также предпосылки для дальнейшего синтеза и исследования координационных соединений хелидоновой кислоты с другими биогенными металлами.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают благодарность Центру коллективного пользования “Физические методы исследования веществ и материалов” ФГБУН Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова.

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда и Кубанского научного фонда № 24-23-20060 “Комплексы магния с 4Н-пирановыми кислотами:синтез, исследование структуры и устойчивости, нейропротекторные свойства”.

作者简介

S. Kozin

Kuban State University; Southern Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: kozinsv85@mail.ru

Laboratory of Problems of Distribution of Stable Isotopes in Living Systems

俄罗斯联邦, Krasnodar, 350040; Rostov-on-Don, 344006

A. Kravtsov

Kuban State University; Southern Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Email: kozinsv85@mail.ru

Laboratory of Problems of Distribution of Stable Isotopes in Living Systems

俄罗斯联邦, Krasnodar, 350040; Rostov-on-Don, 344006

V. Kindop

Kuban State University

Email: kozinsv85@mail.ru
俄罗斯联邦, Krasnodar, 350040

A. Bespalov

Kuban State University

Email: kozinsv85@mail.ru
俄罗斯联邦, Krasnodar, 350040

L. Ivaschenko

Kuban State University

Email: kozinsv85@mail.ru
俄罗斯联邦, Krasnodar, 350040

M. Nazarenko

Kuban State University

Email: kozinsv85@mail.ru
俄罗斯联邦, Krasnodar, 350040

A. Moiseev

Trubilin Kuban State Agrarian University

Email: kozinsv85@mail.ru
俄罗斯联邦, Krasnodar, 350044

A. Churakov

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: kozinsv85@mail.ru
俄罗斯联邦, Moscow, 119991

A. Vashurin

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: kozinsv85@mail.ru
俄罗斯联邦, Moscow, 119991

参考

补充文件