В лабораториях химии технеция и анализа радиоактивных материалов Институту физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН синтезированы и изучены десять соединений технеция (+5) с пиразином, содержащие алкоксильные фрагменты — присоединённые через атом кислорода углеводородные цепочки разной длины, от CH3 до С10Н21.
Перед учёными стояла задача проследить, как длина углеводородного заместителя влияет на стабильность и межмолекулярные взаимодействия внутри кристалла, который является модельным материалом для изучения радиофармпрепаратов.
Рентгеноструктурный анализ, инфракрасная и УФ-спектроскопия и изучение методом порошковой рентгеновской дифракции показали, что все полученные соединения являются транс-изомерами. Кристаллы состоят из слоев. Внутри слоя молекулы связаны между собой через водородные связи C-H…Cl и C-H…N. Молекулы, принадлежащие к разным слоям, связываются через другую водородную связь: C-H…O.
Молекулярная структура полученных соединений
В соединении, содержащем углеводородный заместитель CH3, большую роль играет пи-стекинг (взаимодействие между ароматическими кольцами). В других соединениях появляются галоген-пи взаимодействие, углерод-водород — пи-взаимодействие и другие слабые нековалентные взаимодействия. С увеличением длины углеводорода от CH3 до С10Н21 доля слабых контактов H...H в кристалле увеличивается с 28 % до 59 %.
Алкоксильные «хвосты» не участвуют в создании водородных связей и ориентированы по направлению друг к другу. На непосредственное окружение атома технеция длина алкоксильных заместителей оказывает незначительное влияние.
«Интересно, что с увеличением длины алкоксильный фрагмент расталкивает друг от друга технеций-содержащие фрагменты, — сказал один из авторов работы, младший научный сотрудник лаборатории анализа радиоактивных материалов ИФХЭ РАН Антон Новиков. — Расстояние между слоями зависит от длины углеводорода. Зависимость эта нелинейная. После гептила расстояние резко увеличивается, возможно, из-за того, что более длинные, чем C8H17, углеводородные заместители ориентируются перпендикулярно плоскости TcN2Cl2 (фрагмента, содержащего технеций)».
Можно было ожидать, что комплексы с большим углеводородным заместителем будут менее устойчивы. Расчёты энергии межмолекулярных взаимодействий показали, что наименьшую энергию молекулярных взаимодействий имеют комплексы с алкоксильной группой из 10 атомов углерода. Эксперименты по термическому разложению комплексов подтвердили, что с увеличением длины алкоксильного фрагмента линейно уменьшается температура деградации. Ароматическое кольцо во всех синтезированных комплексах, кроме одного, расположено в той же плоскости, где и содержащий технеций фрагмент. Оно по-разному ориентировано относительно осей Cl-Tc-Cl (фрагмента, содержащего технеций).
Упаковка молекул в кристаллической структуре
«Ранее мы изучали, как положение атома азота в ароматическом кольце будет влиять на устойчивость комплексного соединения с технецием, — рассказал Антон Новиков. — Выяснилось, что, если два атома азота находятся в кольце рядом, то образуются мостиковые соединения, которые менее устойчивы. По результатам той работы для дальнейших экспериментов мы выбрали пиразин, как способный образовать наиболее устойчивые соединения».
В ходе синтеза учёные смешивали спиртовой раствор пиразина, пертехнетат и соляную кислоту. В новом соединении технеций был восстановлен до степени окисления (+5). Соединения технеция (+5) активно изучаются, поскольку эти соединения востребованы в производстве радиофармпрепаратов и при выделении технеция. Комплексные соединения технеция с ароматическими кольцами могут быть использованы как модели для изучения взаимодействия технеция с различными биологическими молекулами (белками, аминокислотами и другими).
Органические и органометаллические соединения, содержащие в своей структуре гетероциклы, часто демонстрируют бактерицидные, цитотоксические, тератогенные, канцерогенные и другие нежелательные свойства. Гидроксильные и алкоксильные заместители в молекулах
«Знания о роли нековалентных взаимодействий в комплексных соединениях технеция (+5) с алкоксильными заместителями помогают понять поведение радиофармпрепаратов в живых организмах, — сказал Антон Новиков. — В биологии и медицине эти взаимодействия очень важны, потому что комплексное соединение фиксируется в организме там, где оно может эти связи образовать. Мы впервые провели эксперименты со всей последовательностью гомологичных углеводородов от СH3 до С10Н21, чтобы понять, какие слабые нековалентные взаимодействия возникают в соединениях».
Работа опубликована в журнале CrystEngComm.
Текст: Ольга Макарова.
Источник: ИФХЭ РАН.