ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΑΙΚΑΤΕΡΙΝΗΣ Θ. ΧΑΒΙΑΡΑ ΠΤΥΧΙΟΥΧΟΥ ΧΗΜΙΚΟΥ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΑΙΚΑΤΕΡΙΝΗΣ Θ. ΧΑΒΙΑΡΑ ΠΤΥΧΙΟΥΧΟΥ ΧΗΜΙΚΟΥ ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΟΜΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΒΙΟ ΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ TOY Cu II ΜΕ ΠΟΛΥΑΜΙΝΕΣ, ΘΕΙΑΖΟΛΙΚΑ, ΙΜΙ ΑΖΟΛΙΚΑ ΚΑΙ ΤΡΙΑΖΟΛΙΚΑ LIGADS. ΙΕΡΕΥΝΗΣH ΤΗΣ ΣΧΕΣΗΣ ΟΜΗΣ- ΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2006

2 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΑΙΚΑΤΕΡΙΝΗΣ Θ. ΧΑΒΙΑΡΑ ΠΤΥΧΙΟΥΧΟΥ ΧΗΜΙΚΟΥ ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΟΜΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΒΙΟ ΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ TOY Cu II ΜΕ ΠΟΛΥΑΜΙΝΕΣ, ΘΕΙΑΖΟΛΙΚΑ, ΙΜΙ ΑΖΟΛΙΚΑ ΚΑΙ ΤΡΙΑΖΟΛΙΚΑ LIGADS. ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΣΧΕΣΗΣ ΟΜΗΣ- ΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ που εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ανόργανης Χηµείας του Τοµέα Γενικής και Ανόργανης Χηµείας του Τµήµατος Χηµείας του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης Ηµεροµηνία προφορικής εξέτασης: 19 Ιουνίου 2006 ΕΠΤΑΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Αναπλ. Καθηγητής Χ.Α. Μπόλος Επιβλέπων Καθηγητής Καθηγητής Κ.Α. Τσίπης Μέλος Τριµελούς Συµβουλευτικής Επιτροπής Αναπλ. Καθηγητής Π. Ασλανίδης Μέλος Τριµελούς Συµβουλευτικής Επιτροπής Καθηγητής.Φ. Κεσίσογλου Τµήµα Χηµείας Α.Π.Θ. Καθηγητής Α. Κουτσολέλος Τµήµα Χηµείας Πανεπιστηµίου Κρήτης Επίκ. Καθηγητής Σ.Γ. Παπαστεφάνου Τµήµα Χηµείας Α.Π.Θ. Επίκ. Καθηγήτρια Α. Συγκολλίτου-Κουράκου Τµήµα Χηµείας Α.Π.Θ.

3 H επταµελής εξεταστική επιτροπή που ορίστηκε για την κρίση της ιδακτορικής ιατριβής της Αικατερίνης Χαβιάρα, Χηµικού, συνήλθε σε συνεδρίαση στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης τη 19 η Ιουνίου 2006, όπου παρακολούθησε την υποστήριξη της διατριβής µε τίτλο: «Σύνθεση και µελέτη της δοµής και της βιοδραστικότητας συµπλόκων ενώσεων του Cu II µε πολυαµίνες, θειαζολικά, ιµιδαζολικά και τριαζολικά ligands. ιερεύνηση της σχέσης δοµής-δραστικότητας.» Η επιτροπή έκρινε οµόφωνα οτι η διατριβή είναι πρωτότυπη και αποτελεί ουσιαστική συµβολή στην πρόοδο της Επιστήµης. ΤΑ ΜΕΛΗ ΤΗΣ ΕΠΤΑΜΕΛΟΥΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ Αναπλ. Καθηγητής Χ.Α. Μπόλος Καθηγητής Κ.Α. Τσίπης Αναπλ. Καθηγητής Π. Ασλανίδης Καθηγητής.Φ. Κεσίσογλου Καθηγητής Α. Κουτσολέλος Επίκ. Καθηγητής Σ.Γ. Παπαστεφάνου Επίκ. Καθηγήτρια Α. Συγκολλίτου-Κουράκου

4 Αικατερίνη Θ. Χαβιάρα Α.Π.Θ. Σύνθεση και µελέτη της δοµής και της βιοδραστικότητας συµπλόκων ενώσεων του Cu II µε πολυαµίνες, θειαζολικά, ιµιδαζολικά και τριαζολικά ligands. ιερεύνηση της σχέσης δοµής-δραστικότητας ISB «Η έγκριση της παρούσης ιδακτορικής ιατριβής από το Τµήµα Χηµείας του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωµών του συγγραφέως» (Ν. 5343/1932, άρθρο 202, παρ. 2)

5 Στους γονείς μου, Θεόδωρο και Μαρία

6 Πρόλογος Η παρούσα διατριβή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ανόργανης Χηµείας του Τµήµατος Χηµείας του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ) κατά το χρονικό διάστηµα από το Σεπτέµβριο 2002 µέχρι τον Ioύνιο Το θέµα της διατριβής προτάθηκε από τον επιβλέποντα Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Χρήστο Μπόλο, στον οποίο οφείλω θερµές ευχαριστίες για τη συνεχή και ακούραστη καθοδήγηση και ενθάρρυνση. Από τη θέση αυτή, αισθάνοµαι την ανάγκη να αναφέρω όλους όσοι συνέβαλλαν µε οποιοδήποτε τρόπο στην επιτυχή ολοκλήρωση αυτής της διατριβής. Ευχαριστώ τον Καθηγητή κ. Κων/νο Τσίπη και τον Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Παρασκευά Ασλανίδη, οι οποίοι ως µέλη της τριµελούς συµβουλευτικής επιτροπής συνεισέφεραν, ο µεν πρώτος µε εύστοχες παρατηρήσεις που άπτονται αντικειµένων της θεωρητικής-υπολογιστικής χηµείας, ο δε δεύτερος µε χρήσιµες υποδείξεις στο στάδιο συγγραφής της διατριβής. Επίσης, τον Επίκουρο Καθηγητή κ. Στέργιο Παπαστεφάνου, µέλος της επταµελούς εξεταστικής επιτροπής, για τη σηµαντική συµβολή του στην πολύπλευρη διόρθωση της διατριβής µε εξαιρετικά εύστοχες παρατηρήσεις. Επίσης, τα µέλη της επταµελούς εξεταστικής επιτροπής, Καθηγητή κ. ηµήτριο Κεσίσογλου, Kαθηγητή κ. Αθανάσιο Κουτσολέλο και Επίκουρη Καθηγήτρια κ. Αγνή Συγκολλίτου- Κουράκου, για τη διόρθωση της διατριβής αλλά και τον Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Χρήστο Χατζηκώστα για τη συµβολή του στη µελέτη της τελευταίας κατηγορίας συµπλόκων. Ευχαριστώ επίσης όλους τους συνεργάτες µας, οι οποίοι συνέβαλλαν, ο καθένας ανάλογα µε το επιστηµονικό του πεδίο, στην πιο εµπεριστατωµένη µελέτη του θέµατος της διατριβής: τον Αναπληρωτή Καθηγητή του Τµήµατος Φυσικής του ΑΠΘ, κ. Παναγιώτη Χρηστίδη και τον Καθηγητή του Τµήµατος Φαρµακευτικής του Πανεπιστηµίου Aberdeen της Σκοτίας, Philip Cox για τη λήψη κρυσταλλικών δοµών και το Λέκτορα του Τµήµατος Χηµείας του Πανεπιστηµίου Ιωαννίνων κ. Αθανάσιο Τσίπη για τη συµβολή του στη θεωρητική µελέτη των ενώσεων. Επίσης τον Καθηγητή κ. ηµήτριο Κυριακίδη και την Επίκουρη Καθηγήτρια κ. Αναστασία Πανταζάκη, του Εργαστηρίου Βιοχηµείας του Τµήµατος Χηµείας του ΑΠΘ, για τη δυνατότητα που µου παρείχαν να εµπλουτίσω τη διατριβή µου µε στοιχεία αντιµικροβιακής δράσης των ενώσεων που παρασκευάστηκαν, τον Αναπληρωτή Καθηγητή του τµήµατος Ιατρικής του ηµοκρίτειου Πανεπιστηµίου Θράκης και τέως υπεύθυνο του Εργαστηρίου Ιολογίας- Καλλιέργειας Κυττάρων του Θεαγένειου Αντικαρκινικού Νοσοκοµείου Θεσσαλονίκης κ.

7 Αλέξανδρο Κορτσάρη και τον ιατρό-ογκολόγο ρ. Κων/νο Παπαζήση, το ιευθυντή του Εργαστηρίου Ιολογίας-Καλλιέργειας Κυττάρων του Θεαγένειου Νοσοκοµείου ρ. Αθανάσιο Παπαγεωργίου, την Αναπληρώτρια καθηγήτρια του Τµήµατος Φαρµακευτικής του ΑΠΘ κ. ήµητρα Χατζηπαύλου-Λίτινα και τον Καθηγητή του Τµήµατος Ιατρικής του ΑΠΘ κ. ιονύσιο Μουρελάτο, για τη βοήθειά τους στις βιολογικές µελέτες. Μετά την πολυετή παρουσία µου στο Εργαστήριο Ανόργανης Χηµείας θα πρέπει να απευθύνω τις ευχαριστίες µου στα µέλη ΕΠ και ΕΤΕΠ αλλά και στους προπτυχιακούς-µεταπτυχιακούς φοιτητές και συναδέλφους - υποψήφιους διδάκτορες, για το ευχάριστο κλίµα εργασίας και τη φιλική ατµόσφαιρα που µου παρείχαν, διευκολύνοντας έτσι την περάτωση της διατριβής µου. Ευχαριστίες οφείλω στη Γενική Γραµµατεία Έρευνας και Τεχνολογίας του Υπουργείου Ανάπτυξης, για τη χρηµατοδότηση που µου παρείχε ως νέα ερευνήτρια στα πλαίσια Προγράµµατος Ενίσχυσης Ερευνητικού υναµικού (ΠΕΝΕ 01Ε 367) για την τριετία 3/2003-3/2006. Σε όλη τη διάρκεια των σπουδών µου, είχα την αµέριστη συµπαράσταση του µέλλοντα συζύγου µου, Ματθαίου, τον οποίο και ευχαριστώ για την υποµονή και την κατανόησή του. Τέλος, τις θερµότερες ευχαριστίες µου οφείλω στους γονείς µου Θεόδωρο και Μαρία και στην αδερφή µου Ειρήνη. Η πολύπλευρη υποστήριξή τους, τόσο στις δυσάρεστες όσο και στις ευχάριστες στιγµές, υπήρξε καθοριστική για την ολοκλήρωση των σπουδών µου. Ένα µέρος των αποτελεσµάτων αυτής της διατριβής έχει ανακοινωθεί µε τη µορφή δηµοσιεύσεων σε διεθνή επιστηµονικά περιοδικά και προφορικών ή γραπτών ανακοινώσεων σε ελληνικά και διεθνή συνέδρια: ηµοσιεύσεις 1. A.Th. Chaviara, P.J. Cox, K.H. Repana, R.M. Papi, K.T. Papazisis, A..H. Kortsaris, D.A. Kyriakidis, C.A. Bolos: Copper(II) Schiff Base Coordination Compounds of Dien with Heterocyclic Aldehydes and 2-Amino-5-Methyl-Thiazole: Synthesis, Characterization, Antiproliferative and Antibacterial Studies. Crystal Structure of CudienOOCl 2, Journal of Inorganic Biochemistry, Vol. 98, o. 8, pp , August 10, A.Th. Chaviara, P.J. Cox, K.H. Repana, A.A. Pantazaki, K.T. Papazisis, A..H. Kortsaris, D.A. Kyriakidis, G.St. ikolov, C.A. Bolos: The unexpected formation of

8 biologically active Cu(II) Schiff mono-base complexes with 2-thiophenecarboxaldehyde and dipropylenetriamine. Crystal and molecular structure of CudptaSCl 2, Journal of Inorganic Biochemistry, Vol. 99, Iss. 2, pp , February A.T. Chaviara, A.C. Tsipis, P.J. Cox, C.A. Bolos: Synthesis, Structural Characterization and Density Functional Study of Homo- and Hetero- Polyhalide Complexes of Cu(II) with Dien and Dpta ligands. Crystal Structure of [(bromo)(diidobromo)(bis-(3-aminopropyl)amine)copper(ii)], European Journal of Inorganic Chemistry, Vol. 17, pp , September A.Th. Chaviara, P.C. Christidis, A. Papageorgiou, E. Chrysogelou, D.J. Hadjipavlou- Litina, C.A. Bolos: In vivo anticancer, anti-inflammatory and toxicity studies of mixed-ligand Cu(II) complexes of dien and its Schiff bases with heterocyclic aldehydes and 2-amino-2-thiazoline. Crystal structure of [Cu(dien)(Br)(2a- 2tzn)](Br)(H 2 O), Journal of Inorganic Biochemistry, Vol. 99, Iss. 11, pp , ovember Pontiki E., Hadjipavlou-Litina D., Chaviara A.T., and Bolos C.A, Evaluation of antiinflamamtory and antioxidant activities of mixed-ligand Cu(II) complexes of dien and its Schiff dibases with heterocyclic aldehydes and 2-amino-2-thiazoline, Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters, Vol. 16, Iss. 8, pp , Αpril 15, 2006 Εισηγήσεις σε συνέδρια 1. DESIG AD SYTHESIS OF MIXED-LIGAD COPPER (II) COORDIATIO COMPOUDS AS ATICACER DRUGS Κ.Τ. Haviara, C.A. Bolos, K.T. Papazisis, A.Η. Kortsaris. Πρακτικά 10ου Πανελλήνιου - 1 ου ιεθνούς Φαρµακευτικού Συνεδρίου, Αθήνα COORDIATIO COMPOUDS OF Mn II, Co II, i II, Cu II AD STUDY OF THEIR ATIMICROBIAL AD ATICACER ACTIVITY Κ.Τ. Haviara, K.T. Papazisis, A.Η. Kortsaris,K. Repana, R. Papi, E. Lioliou, D.A. Kyriakidis,C.A. Bolos. Πρακτικά 23 ο Πανελλήνιου Συνεδρίου της Ελληνικής Εταιρείας Βιολογικών Επιστηµών, Χίος, 2001

9 3. DESIG AD SYTHESIS OF MIXED-LIGAD COPPER (II) COORDIATIO COMPOUDS AS ATICACER AGETS-A SUGGESTED MECHAISM Κ.Τ. Haviara, C.A. Bolos, K.T. Papazisis, A.Η. Kortsaris. Participation in a pan-european Showcase of Advances in European Chemistry Research and R&D in 2001 by Younger Chemists from University, Industrial and ational Research Laboratories. Παρουσίαση των κορυφαίων νέων ευρωπαίων ερευνητών στη Χηµεία, Λονδίνο, «ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ, ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΟΜΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΗΣ ΡΑΣΗΣ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΤΟΥ Cu II ΜΕ LIGADS ΒΑΣΕΙΣ ΤΟΥ SCHIFF ΚΑΙ ΘΕΙΑΖΟΛΙΚΑ ΠΑΡΑΓΩΓΑ» Κ.Θ. Χαβιάρα, Κ. Παπαζήσης, Α.Η. Κορτσάρης, Κ. Ρεπανά και Χ. Μπόλος, Πρακτικά 10ου Πανελλήνιου Συµποσίου Φαρµακοχηµείας, Αθήνα, Ιανουάριος «ΠΟΛΥΑΛΟΓΟΝΟΥΧΑ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Cu II ΜΕ ΤΡΙΑΜΙΝΕΣ: ΣΥΝΘΕΣΗ, ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΚΗ ΚΑΙ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΟΜΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗΣ ΤΟΥΣ ΡΑΣΗΣ ΣΕ ΑΝΤΙ ΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ ΑΛΟΓΟΝΩΝ ΣΕ ΑΛΚΕΝΙΑ» Α.Θ. Χαβιάρα, Α.Κ. Τσίπης, Χ.Α. Μπόλος, Πρακτικά 19 ου Πανελληνίου Συνεδρίου Χηµείας, Ηράκλειο, Νοέµβριος «ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΚΑΙ ΑΝΤΙΦΛΕΓΜΟΝΩ Η ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Cu II ΜΕ LIGADS ΒΑΣΕΙΣ ΤΟΥ SCHIFF ΚΑΙ ΘΕΙΑΖΟΛΙΝΗ. ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΟΜΗΣ ΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ» Μπόλος Χ., Χαβιάρα Αικ. Θ., Χρηστίδης Π., Χατζηπαύλου-Λίτινα., Παπαγεωργίου Α., Πρακτικά 8 ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Χηµείας Ελλάδας- Κύπρου, Θεσ/νίκη, εκέµβριος «ΣΥΝΘΕΣΗ ΒΙΟ ΡΑΣΤΙΚΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΤΟΥ Cu II ΜΟΝΟΒΑΣΕΩΝ ΤΟΥ SCHIFF ΜΕ DPTA ΚΑΙ ΘΕΙΟΦΑΙΝΑΛ ΕΫ Η. ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΗ ΚΑΙ ΜΟΡΙΑΚΗ ΟΜΗ ΤΟΥ ΣΥΜΠΛΟΚΟΥ Cu(DptaS)Cl 2. ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΟΜΗΣ- ΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ»

10 Χαβιάρα Αικ. Θ., Cox P. J., Ρεπανά Κ.Η., Πανταζάκη Α. Α., Παπαζήσης Κ. Θ., Κορτσάρης Α. Η., ikolov G. St., Κυριακίδης. Α., Μπόλος Χ. Α., Πρακτικά 8 ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Χηµείας Ελλάδας-Κύπρου, Θεσ/νίκη, εκέµβριος «ΣΥΝΘΕΣΗ ΒΙΟ ΡΑΣΤΙΚΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΤΟΥ Cu II ΜΟΝΟΒΑΣΕΩΝ ΤΟΥ SCHIFF ΜΕ DPTA ΚΑΙ ΘΕΙΟΦΑΙΝΑΛ ΕΫ Η. ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΗ ΚΑΙ ΜΟΡΙΑΚΗ ΟΜΗ ΤΟΥ ΣΥΜΠΛΟΚΟΥ Cu(DptaS)Cl 2. ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΟΜΗΣ- ΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ» Χαβιάρα Αικ. Θ., Cox P. J., Ρεπανά Κ.Η., Πανταζάκη Α. Α., Παπαζήσης Κ. Θ., Κορτσάρης Α. Η., ikolov G. St., Κυριακίδης. Α., Μπόλος Χ. Α., Πρακτικά 8 ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Χηµείας Ελλάδας-Κύπρου, Θεσ/νίκη, εκέµβριος Cu II amine complexes with i-mt: structural and anticancer studies C.A. Bolos, A.T. Chaviara, A. Papageorgiou, Z. Iakovidou, E. Mioglou, D. Mourelatos, Πρακτικά του 8 th FIGIPAS Meeting in Inorganic Chemistry, Αθήνα, Ιούλιος 2005 Θεσσαλονίκη, Ιούνιος 2006 Κατερίνα Θεοδώρου Χαβιάρα

11 Περιεχόµενα Ι. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 1. Ο ΧΑΛΚΟΣ Η χηµεία του χαλκού Ο δισθενής χαλκός, Cu II Σύµπλοκα δισθενούς χαλκού ιαφοροποίηση d τροχιακών σε σύµπλοκα Cu II Βιολογική δράση του χαλκού Βιολογικά συστήµατα Cu II Απορρόφηση του χαλκού Πρωτεΐνες του χαλκού στον άνθρωπο Ασθένειες που σχετίζονται µε το χαλκό Βιολογική δράση συµπλόκων ενώσεων του χαλκού LIGADS Πολυαµίνες Γενικά χαρακτηριστικά των πολυαµινών Η χρησιµότητα των πολυαµινών στη χηµεία ενώσεων συναρµογής Αιθυλενοδιαµίνη (en) ιαιθυλενοτριαµίνη (dien) ιπροπυλενοτριαµίνη (dpta) Τριαιθυλενοτετραµίνη (trien) Βιολογική δράση των πολυαµινών Ο ρόλος των πολυαµινών στην απόπτωση Αντικαρκινική δράση των συµπλόκων των πολυαµινών Ετεροκυκλικές αλδεΰδες φουραλδεΰδη θειοφαιναλδεΰδη πυρρολαλδεΰδη Βάσεις του Schiff Γενικά Τριδραστικές βάσεις του Schiff Tετραδραστικές βάσεις του Schiff Βιολογική δράση των βάσεων Schiff και των συµπλόκων τους Αλογόνα Γενικά Σχηµατισµός δεσµού Ακραίος δεσµός µετάλλου-αλογόνου Γέφυρα αλογόνου Χηµικά και βιολογικά χαρακτηριστικά Cl, Br, I Πολυαλογονούχα ιόντα Γενικά Ο δεσµός στα τριαλογονούχα ιόντα οµή των τριαλογονούχων ιόντων Νιτρικά ,- και Ν,Ν,Ν- ετεροκυκλικά ligands Ιµιδαζόλιο Τριαζολικά παράγωγα S,- ετεροκυκλικά ligands 40

12 2.8.1 Θειαζολικά παράγωγα Θειαζολινικά παράγωγα ,1- ιθειολικά ligands Γενικά Το ligand i-mt To ligand CPD Χρήσεις των διθειολικών ligands Βιολογική σηµασία του θείου και των θειούχων ligands Βιολογική δράση συµπλόκων µε κυανιούχα Πυριδινικά παράγωγα Γενικά ιπυριδίνη (bipy) ιπυριδυλοκετόνη (dpk) Ο ΚΑΡΚΙΝΟΣ Γενικά για τον καρκίνο Αίτια πρόκλησης καρκίνου Πιθανά συµπτώµατα καρκίνου Είδη καρκίνου Συσχέτιση φλεγµονής και καρκίνου Συσχέτιση µικροβιακής λοίµωξης και καρκίνου Αντιµετώπιση του καρκίνου ΑΝΟΡΓΑΝΑ ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Γενικά χαρακτηριστικά των συµπλόκων µε αντικαρκινική δράση Χηµειοθεραπευτικά του λευκοχρύσου Αντικαρκινικές ενώσεις συναρµογής µε άλλα µέταλλα Σύµπλοκα γερµανίου Σύµπλοκα γαλλίου Σύµπλοκα ρουθηνίου Σύµπλοκα χρυσού Οργανοµεταλλικές αντικαρκινικές ενώσεις Σύµπλοκα παλλαδίου ι(κυκλοπενταδιενικές) µεταλλικές ενώσεις ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Ενώσεις παράγωγα της ακριδίνης Ενώσεις της οµάδας των ανθρακυκλινών Αλκυλιωτικά χηµειοθεραπευτικά Τριαζινικές ενώσεις Αζολοτετραζινόνες Αντιφολικά αντιδραστήρια Αναστολείς της βιοσύνθεσης και της δράσης των στεροειδών ορµονών ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Γενικά Μυτοµυκίνες Ενεργοποιηµένες µπλεοµυσίνες Ακτινοµυκίνες Ελλιπτισίνη ΑΝΤΙΦΛΕΓΜΟΝΩ Η ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ 74 Βιβλιογραφία 75 ΙΙ. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ - ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 8. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΙ 91

13 8.1 Αντιδραστήρια ιαλύτες Αντιδραστήρια ιαλύτες Μέθοδοι ταυτοποίησης δοµής Στοιχειακές αναλύσεις Φασµατοσκοπία υπερύθρου (IR) Φασµατοσκοπία υπεριώδους ορατού (UV-Vis) Φασµατοσκοπία ηλεκτρονικού παραµαγνητικού συντονισµού (EPR) Μαγνητικές µετρήσεις Μοριακή αγωγιµότητα Κρυσταλλική δοµή Θεωρητικοί υπολογισµοί Πειραµατικό µέρος βιολογικών µελετών Μελέτες οξείας τοξικότητας Μελέτες αντικαρκινικής δράσης Μελέτες αντιµικροβιακής δράσης Μελέτες αλληλεπίδρασης συµπλόκων µε DA Μελέτες αντιφλεγµονώδους δράσης Μελέτες αντιφυµατικής δράσης Μελέτες αντιοξειδωτικής δράσης Προσδιορισµός λιποφιλικότητας Συνεργασίες 96 Βιβλιογραφία ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Cu II ΜΕ ΙΒΑΣΕΙΣ ΤΟΥ SCHIFF ΚΑΙ 2-ΑΜΙΝΟ-5-ΜΕΘΥΛΟ- 99 ΘΕΙΑΖΟΛΙΟ 9.1 Σκοπός Σύνθεση Ανάλυση αποτελεσµάτων Φασµατοσκοπικές µελέτες Μετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας Μαγνητικές µετρήσεις Θεωρητικοί υπολογισµοί Προτεινόµενη δοµή Περιγραφή της κρυσταλλικής δοµής του συµπλόκου [Cu(dienOO)Cl 2 ] Βιολογικές µελέτες Αντιµικροβιακή δράση Αντικαρκινική δράση Αντιφυµατική δράση Συσχέτιση δοµής-βιοδραστικότητας Προτεινόµενος µηχανισµός δράσης Συµπεράσµατα 116 Βιβλιογραφία ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Cu II ΜΕ ΜΟΝΟΒΑΣΕΙΣ ΤΟΥ SCHIFF ΤHΣ DPTA ΚΑΙ ΘΕΙΟΦΑΙΝΑΛ ΕΫ Η 10.1 Σκοπός Σύνθεση Ανάλυση αποτελεσµάτων Φασµατοσκοπικές µελέτες Μετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας Μαγνητικές µετρήσεις 127

14 Θεωρητικοί υπολογισµοί Προτεινόµενη δοµή Περιγραφή της κρυσταλλικής δοµής του συµπλόκου [Cu(dptaS)Cl 2 ] Βιολογικές µελέτες Αντικαρκινική δράση Μελέτες αλληλεπίδρασης των συµπλόκων µε DA Συσχέτιση δοµής - βιοδραστικότητας Συµπεράσµατα 135 Βιβλιογραφία ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Cu II ΜΕ 2-ΑΜΙΝΟ-2-ΘΕΙΑΖΟΛΙΝΗ, DIE Ή ΒΑΣΕΙΣ ΤΟΥ 137 SCHIFF ME DIE ΚΑΙ ΕΤΕΡΟΚΥΚΛΙΚΕΣ ΑΛ ΕΫ ΕΣ 11.1 Σκοπός Σύνθεση Ανάλυση αποτελεσµάτων Φασµατοσκοπικές µελέτες Μετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας Μαγνητικές µετρήσεις Προτεινόµενη δοµή Περιγραφή της κρυσταλλικής δοµής του συµπλόκου 147 [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)] 11.4 Βιολογικές µελέτες Μελέτες τοξικότητας Αντικαρκινική δράση Αντιφλεγµονώδης δράση Αντιφυµατική δράση Αντιοξειδωτική δράση Συσχέτιση δοµής-βιοδραστικότητας Συµπεράσµατα 155 Βιβλιογραφία ΜΟΝΟΠΥΡΗΝΙΚΑ ΚΑΙ ΙΠΥΡΗΝΙΚΑ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Cu II ME DIE Ή DPTA, 157 ΤΡΙ-(YZ - 2 ) ΚΑΙ ΤΕΤΡΑ-(Y 2 Z 2-2 ) ΑΛΟΓΟΝΟΥΧΑ ΙΟΝΤΑ 12.1 Σκοπός Σύνθεση Σύνθεση των µητρικών ενώσεων Σύνθεση των τρι- και τετραλογονούχων συµπλόκων Ανάλυση αποτελεσµάτων Φασµατοσκοπικές µελέτες Μετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας Μαγνητικές µετρήσεις Προτεινόµενη δοµή Περιγραφή της κρυσταλλικής δοµής του συµπλόκου [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )] Σύγκριση πειραµατικής-θεωρητικής δοµής του συµπλόκου 171 [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )] 12.4 Βιολογικές µελέτες Αντιφυµατική δράση 172 Βιβλιογραφία ΤΡΙΑΛΟΓΟΝΟΥΧΑ ΣΥΜΠΛΟΚΑ Cu II ΜΕ ΒΑΣΕΙΣ ΤΟΥ SCHIFF Σκοπός Σύνθεση Ανάλυση αποτελεσµάτων 180

15 Φασµατοσκοπικές µελέτες Μετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας Μαγνητικές µετρήσεις Προτεινόµενη δοµή Βιολογικές µελέτες Αντιµικροβιακή δράση Μελέτες αλληλεπίδρασης των συµπλόκων µε DΑ Συσχέτιση δοµής-βιοδραστικότητας Συµπεράσµατα 191 Βιβλιογραφία ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Cu II ΜΕ 1,1- ΙΘΕΙΟΛΙΚΑ LIGAD, ΑΜΙΝΕΣ, ΘΕΙΑΖΟΛΙΚΑ 194 ΚΑΙ ΤΡΙΑΖΟΛΙΚΑ ΠΑΡΑΓΩΓΑ 14.1 Σκοπός Σύνθεση Ανάλυση αποτελεσµάτων Φασµατοσκοπικές µελέτες Μετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας Μαγνητικές µετρήσεις Προτεινόµενη δοµή Βιολογικές µελέτες Μελέτες οξείας τοξικότητας Μελέτες αντικαρκινικής δράσης in vivo Μελέτες αντικαρκινικής δράσης in vitro Συσχέτιση δοµής-βιοδραστικότητας Συµπεράσµατα 209 Βιβλιογραφία ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ABSTRACT 215

16 Συντοµογραφίες MeOH µεθανόλη EtOH αιθανόλη DMSO διµεθυλοσουλφοξείδιο, διµεθυλ(οξο)-λ 4 -σουλφάνιο DMF διµεθυλοφορµαµίδιο,,-διµεθυλοφορµαµίδιο MeC ακετονιτρίλιο en αιθυλενοδιαµίνη, 1,2-αιθανοδιαµίνη dien διαιθυλενοτριαµίνη, Ν 1 -(2-αµινοαιθυλ)-1,2-αιθανοδιαµίνη dpta διπροπυλενοτριαµίνη, Ν 1 -(3-αµινοπροπυλ)-1,3-προπανοδιαµίνη trien τριαιθυλενοτετραµίνη, Ν 1,Ν 2 -δις(2-αµινοαιθυλ)-1,2-αιθανοδιαµίνη dienss διπλή βάση (διβάση) του Schiff της διαιθυλενοτριαµίνης µε 2-θειοφαιναλδεΰδη, Ν 1 -[(Ζ)-2-θειενυλµεθυλιδενο]-Ν 2 -(2-{[(Ζ)-3- θειενυλµεθυλιδενο]αµινο}αιθυλ)-1,2-αιθανοδιαµίνη dienοο διπλή βάση (διβάση) του Schiff της διαιθυλενοτριαµίνης µε 2-φουραλδεΰδη, Ν 1 -[(Ζ)-2-φουρυλµεθυλιδενο]-Ν 2 -(2-{[(Ζ)-3- φουρυλµεθυλιδενο]αµινο}αιθυλ)-1,2-αιθανοδιαµίνη dienνν διπλή βάση (διβάση) του Schiff της διαιθυλενοτριαµίνης µε 2-πυρρολαλδεΰδη, Ν 1 -[(Ζ)-1Η-πυρρολ-2-υλµεθυλιδενο]-Ν 2 -(2-{[(Ζ)- 1Η-πυρρολ-3-υλµεθυλιδενο]αµινο}αιθυλ)-1,2-αιθανοδιαµίνη dptas µονή βάση (µονοβάση) του Schiff της διαιθυλενοτριαµίνης µε 2-θειοφαιναλδεΰδη, Ν 1 -(3-αµινοπροπυλ)-Ν 3 -[(Ζ)-2- θειενυλµεθυλιδενο]-1,3-προπανοδιαµίνη Im ιµιδαζόλιο, 1Η-ιµιδαζόλιο 2a5mt 2-αµινο-5-µεθυλο-θειαζόλιο, 5-µεθυλο-1,3-θειαζολ-2-αµίνη 2a4mt 2-αµινο-4-µεθυλο-θειαζόλιο, 4-µεθυλο-1,3-θειαζολ-2-αµίνη 2a2tzn 2-αµινο-2-θειαζολίνη, 4,5-διυδρο-1,3-θειαζολ-2-αµίνη a 2 (i-mt) 1,1-δικυανοαιθυλενο-2,2-διθειολικό νάτριο, 2,2-δικυανοαιθυλενο-1,1- διθειολικό νάτριο a 2 (CPD) 1-κυανο-1-παρανιτροφαινυλο-2,2-διθειολικό νάτριο, 1-κυανο-1- παρανιτροφαινυλο-2,2-διθειολικό νάτριο bipy 2,2 -διπυριδίνη dpk 2,2 -διπυριδυλοκετόνη 3a1,2,4trz 3-αµινο-1,2,4-τριαζόλιο, 1Η-1,2,4-τριαζολ-3-αµίνη

17 4a1,2,4trz Guo A 4-αµινο-1,2,4-τριαζόλιο, 4Η-1,2,4-τριαζολ-4-αµίνη γουανοσίνη αδενίνη IR FIR UV Vis LMCT MLCT ΕPR υπέρυθρο άπω υπέρυθρο υπεριώδες oρατό µεταφορά φορτίου από το ligand προς το µέταλλο µεταφορά φορτίου από το το µέταλλο προς το ligand ηλεκτρονιακός παραµαγνητικός συντονισµός IC x Inhibitory Concentration (συγκέντρωση που προκαλεί αναστολή στην υποδιαίρεση του x% των κυττάρων, όπου x = 0-100) MIC Minimal Inhibitory Concentration (ελάχιστη συγκέντρωση που προκαλεί αναστολή) LD 50 LD 10 SCE PRI s.f. MRC5 Lethal Dose for 50% (δόση που σκοτώνει το 50% των πειραµατόζωων) Lethal Dose for 10% (δόση που σκοτώνει το 10% των πειραµατόζωων) Sister Chromatid Exchange (ανταλλαγή αδερφής χρωµατίδας) Proliferation Rate Indices (δείκτες κυτταρικής υποδιαίρεσης) survival fraction (ποσοστό επιβίωσης) φυσιολογικά κύτταρα ανθρώπινων ινοβλαστών πνεύµονα (για αναφορά) T47D,MCF7 καρκινικά κύτταρα ανθρώπινου µαστού HT29 καρκινικά κύτταρα ανθρώπινου παχέος εντέρου HeLa καρκινικά κύτταρα ανθρώπινης µήτρας OAW42 καρκινικά κύτταρα ανθρώπινης ωοθήκης DA δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ ss µονόκλωνο ds δίκλωνο p πλασµιδιακό

18 Εισαγωγή Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποτελείται από το θεωρητικό και το πειραµατικό µέρος. Στο πρώτο µέρος, το οποίο αποτελείται από επτά κεφάλαια, παρατίθενται τα βιβλιογραφικά δεδοµένα που αποτέλεσαν το υπόβαθρο για το σχεδιασµό, τη σύνθεση και τη µελέτη των συµπλόκων που περιγράφονται στο πειραµατικό µέρος. Το 1 ο κεφάλαιο του θεωρητικού µέρους έχει ως αντικείµενο το χαλκό, για τον οποίο η αναφορά είναι εκτεταµένη καθώς αποτελεί το κεντρικό µέταλλο σε όλα τα σύµπλοκα. Στο 2 ο κεφάλαιο εξετάζονται οι λόγοι που οδήγησαν στην επιλογή των ligands, για την παρασκευή των συµπλόκων. Έτσι, γίνεται αναφορά στη χηµεία τους, στον τρόπο συναρµογής τους, στα βιολογικά τους χαρακτηριστικά κλπ. Καθώς στα περισσότερα σύµπλοκα έγινε µελέτη της αντικαρκινικής, αντιµικροβιακής ή αντιφλεγµονώδους και αντιοξειδωτικής δράσης, θεωρήθηκε σκόπιµη η αναφορά στον καρκίνο, τα αίτια πρόκλησής του, την αντιµετώπισή του, τη σχέση του µε τις µικροβιακές λοιµώξεις και τις φλεγµονές κλπ (3 ο κεφάλαιο). Στο 4 ο και 5 ο κεφάλαιο αναπτύσσονται εν συντοµία τα γνωστά χηµειοθεραπευτικά, ταξινοµηµένα σε ανόργανα και οργανικά αντίστοιχα. Η προσοχή εστιάζεται στα σύµπλοκα του Pt και άλλων µετάλλων, διότι βρίσκονται στο πεδίο της ανόργανης χηµείας. Σε ορισµένες περιπτώσεις, παρέχεται εν συντοµία και ο τρόπος δράσης τους. Στο 6 ο και 7 ο κεφάλαιο αναφέρονται ορισµένες γνωστές ενώσεις µε αντιµικροβιακή και αντιφλεγµονώδη δράση, καθώς οι δράσεις αυτές, σύµφωνα µε βιβλιογραφικά δεδοµένα, συσχετίζονται µε την αντικαρκινική δράση. Στο πειραµατικό µέρος περιγράφονται τα υλικά, οι µέθοδοι και τα όργανα που χρησιµοποιήθηκαν (8 ο κεφάλαιο), οι µέθοδοι σύνθεσης, η ανάλυση των αποτελεσµάτων για τα σύµπλοκα, τα οποία ταξινοµούνται κατά ligand ως εξής: σύµπλοκα διβάσεων του Schiff µε 2-αµινο-5-µεθυλο-θειαζόλιο (9 ο κεφάλαιο), σύµπλοκα µονοβάσεων του Schiff (10 ο κεφάλαιο), σύµπλοκα µε 2-αµινο-2-θειαζολίνη (11 ο κεφάλαιο), τριαλογονούχα σύµπλοκα (12 ο κεφάλαιο), τριαλογονούχα σύµπλοκα µε διβάσεις Schiff (13 ο κεφάλαιο) και τέλος διθειολικά σύµπλοκα µε αζωτούχες βάσεις (14 ο κεφάλαιο). Σε καθένα από τα παραπάνω κεφάλαια δίνεται η σύνθεση των ενώσεων, η µελέτη της δοµής τους και η προτεινόµενη δοµή, η οποία επιβεβαιώνεται και κρυσταλλογραφικά, οι βιολογικές µελέτες (διαφορετικές κατά περίπτωση), η συσχέτιση της βιολογικής δράσης µε τη δοµή και τέλος τα συµπεράσµατα για κάθε κατηγορία συµπλόκων.

19 Τέλος, ακολουθούν τα συµπεράσµατα της διατριβής, η περίληψη στην ελληνική και αγγλική γλώσσα, καθώς και οι δηµοσιευµένες εργασίες που προέκυψαν από τη διατριβή (κεφάλαια 15, 16, 17, 18 αντίστοιχα).

20 Ι. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

21 Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 16 (2006) Evaluation of anti-inflammatory and antioxidant activities of mixed-ligand Cu(II) complexes of dien and its Schiff dibases with heterocyclic aldehydes and 2-amino-2-thiazoline E. Pontiki, a D. Hadjipavlou-Litina, a, * A. T. Chaviara b and C. A. Bolos b a Department of Pharmaceutical Chemistry, School of Pharmacy, Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki 54124, Greece b Laboratory of Inorganic Chemistry, Chemistry Department, Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki 54124, Greece Received 30 ovember 2005; revised 5 January 2006; accepted 9 January 2006 Available online 7 February 2006 Abstract A new series of complexes of the type [Cu(dien)(2a-2tzn)Y 2 ] and [Cu(dienXX)(2a-2tzn)Y 2 ] has been tested for anti-inflammatory and antioxidant activity. The tested compounds inhibit significantly the carrageenin induced paw edema ( %) and present important scavenging activities. Although their interaction with the free stable radical DPPH is not high they proxide anions. Compound 7 is the most potent (55.8%) in the in vivo experiment. Lipophilicity as R M values and theoretically calculated log P values has been determined. An attempt to correlate the biological results with their structural characteristics and physicochemical parameters has been done. Ó 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved. The synthesis of a new series of copper complexes of the type [Cu(dien)(2a-2tzn)Y 2 ] and [Cu(dienXX)(2a- 2tzn)Y 2 ] has been recently reported. 1 The compounds tested were six-coordinate Cu(II) chelate complexes with the anions of halogens and dien or dien s Schiff base complexes with heterocyclic aldehydes, of the general types given in Figure 1. Results regarding toxicity and antitumor activities of the investigated compounds are promising. Copper complexes of many several ligands have been prepared and evaluated for anti-inflammatory, 2 7 antioxidant 8 11 activities and irritancy after oral, subcutaneous, and local administration in rats and guinea pigs. Other compounds known for their anti-inflammatory properties are the S,-heterocyclic ligands, e.g., thiazoline and its derivatives. 5,6 The Cu(II) thiazoline complexes are anticipated to yield agents with enhanced anti-inflammatory activity and reduced gastrointestinal (GI) toxicity, compared to the uncomplexed ligands. The reported derivatives were tested for their antioxidant and anti-inflammatory activities. on-steroidal Keywords: Antiinflammatory; Antioxidant; Thiazoline; Copper complexes. * Corresponding author. Tel.: ; fax: ; hadjipav@pharm.auth.gr A H 2 H Y Cu Y H H S 2 2 B -CH= X anti-inflammatory drugs (SAIDs) have a broad spectrum of effects and it has been suggested that the variations in both efficacy and their tolerability are partly due to differences in their physicochemical properties, which determine their distribution in the body and their ability to pass through and to enter the interior of membranes. 12,13 Thus, partition coefficients such as R M values are performed 14,15 and compared with the corresponding theoretically calculated 16 logp values. In acute toxicity experiments, the in vivo examined compounds were endowed with a 50% lethal dose 1 of mg/kg body weight. To access the anti-inflammatory activity of the complexes the rat carrageenin H Y Cu Y =CH- X Y = Cl, Br, O 3 X = O, S, H and Y = Cl, Br, O 3 Figure 1. Structures of [Cu(dien)(2a-2tzn)Y 2 ] (A) and [Cu(dienXX) (2a-2tzn)Y 2 ] (B). H S X/$ - see front matter Ó 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved. doi: /j.bmcl

22 E. Pontiki et al. / Bioorg. Med. Chem. Lett. 16 (2006) induced paw edema assay was employed as a model for acute inflammation. Indomethacin was included as a reference drug. The development of the edema induced by carrageenin has been described as a biphasic event. The first phase of the inflammatory response is mediated by histamine and serotonin, the second phase mediated by kinins and presumably by prostaglandins. Since edemas of this type are highly sensitive to SAIDs, carrageenin has been accepted as a useful agent for studying new SAIDs. This model reliably predicts the anti-inflammatory efficacy of the SAIDs during the second phase. It detects compounds that are anti-inflammatory agents, as a result of inhibition of prostaglandin amplification. Edema was induced in the right hind paw of Fisher 344 rats ( g) by the intradermal injection of 0.1 ml of 2% carrageenin in water. 17 The tested compounds, 0.01 mmol/kg body weight, were dissolved in water and were given intraperitoneally simultaneously. It is of interest that from the tested compounds especially 3, 7, 8, and 11 possess significant protection. The protection ranges from 36.4 to 55.8%. Compound 4 has the lowest effect (36.4%). Lipophilicity does not seem to affect the biological responses (3, 7, 8, and 11 Table 1). Several findings concerning the correlation of antiinflammatory activity and the structures of these complexes emerge from Table 1: (a) a factor that should be taken into consideration is the nature of the heterocyclic atom of the Schiff dibases, dien vs. dienss, dienoo and dien-, since the activity of the substituted complexes differs depending on the presence of S, O, or atom in the heterocyclic ring, thiophene, furyl, or pyrrole. (b) The observed differences in activity seem to depend partly on the nature of the counteranion; Cl, Br, or O 3 since these can be regarded preferentially as leaving groups. The complexes derived from 2-furaldehyde (compounds 7, 8) seem to be more potent. The nature of Y = Cl/Br does not influence the in vivo results (compound 7 = 55.8%, compound 8 = 54.5%). However, the presence of Y = O 3 causes a significant decrease in carrageenin paw edema inhibition (compound 9 = 38.9%). Among the 2-pyrrol-carboxaldehyde complexes (compounds 10, 11, and 12) compound 10 is the less potent. The presence of Y = Cl is responsible for this decrease. ot many changes are observed among the CPE % protection values of the complexes formed with the presence of 2-thiophene-carboxaldehyde (compounds 4, 5, and 6) with the exception of compound 4 (36.4%, Y = Cl). Perusal of Table 1 shows that complexes CudienCl 2 Æ2a2tzn are more potent than the corresponding complexes of the type Cu(dienXX)Cl 2 where XX = SS,. Taking under consideration the in vivo results compounds 7 and 8 emerge as new potential prototypes/ leads. owadays, antioxidants that exhibit DPPH radical scavenging activity are increasingly receiving attention. They have been reported to have interesting anticancer, antiaging, and anti-inflammatory activities. Consequently, compounds with antioxidant properties could be expected to offer protection in rheumatoid arthritis and inflammation, and to lead to potentially effective drugs. In fact, many non-steroidal anti-inflammatory drugs have been reported to act either as inhibitors of free radical production or as radical scavengers. The model of the scavenging of the stable DPPH radical is extensively used to evaluate antioxidant activities in less time than other methods. DPPH is a stable free radical that can accept an electron or hydrogen radical and thus be converted into a stable, diamagnetic molecule. DPPH has an odd electron and so has a strong absorption band at 517 nm. When this electron becomes paired off, the absorption decreases stoichiometrically with respect to the number of electrons taken up. Such a change in the absorbance produced in this reaction has been widely applied to test the capacity of numerous molecules to act as free radical scavengers. The scavenging effect of the synthesized compounds on the DPPH radical was evaluated according to the methods of Hadjipavlou et al. 14,18 All compounds were tested for their interaction with the stable free radical DPPH. BHT and DGA were used as reference compounds. This interaction indicates their radical scavenging activity in an iron-free system and expresses their reducing activity. Compounds 1, 2, 3, 7, 8, 9, and 12 were found to have very low activity, whereas compounds 4, 5, 9, and 10 showed high interactions. Compound 11 presents the Table 1. Lipophilicity values: Experimentally determined R M and theoretically calculated ClogP values and dipole moment (Debye) of the Cu(II) thiazoline complexes; inhibition % of induced carrageenin rat paw edema (CPE %) at 0.01 mmol/kg body weight o. Compound %CPE a,b c R M ClogP l (D) 1 CudienCl 2 Æ2a2tzn 40 * (0.010) CudienBr 2 Æ2a2tzn 41.5 * (0.014) Cudien(O 3 ) 2 Æ2a2tzn 52.6 * (0.007) CudienSSCl 2 Æ2a2tzn 36.4 ** (0.010) CudienSSBr 2 Æ2a2tzn 44.1 * (0.005) CudienSS(O 3 ) 2 Æ2a2tzn 49.4 * (0.005) CudienOOCl 2 Æ2a2tzn * (0.002) CudienOOBr 2 Æ2a2tzn 54.5 ** (0.001) CudienOO(O 3 ) 2 Æ2a2tzn 38.9 * (0.003) CudienCl 2 Æ2a2tzn 38.5 ** (0.003) CudienBr 2 Æ2a2tzn (0.0030) Cudien(O 3 ) 2 Æ2a2tzn 48.9 ** (0.002) a Statistical studies were done with Student s t test, *p < 0.01, **p < b Indomethacin as a standard 47% (0.01 mm). c R M values are the average of at least 10 measurements.

23 2236 E. Pontiki et al. / Bioorg. Med. Chem. Lett. 16 (2006) Table 2. Interaction % with DPPH (RA %); Competition % with DMSO for hydroxyl radical (HO %); % Superoxide radical scavenging activity (PMS %) Compound RA %, 0.1 mm, 20 min RA %, 0.2 mm, 20 min RA %, 0.1 mm, 60 min RA %, 0.2 mm, 60 min HO (%), 0.1 mm HO (%), 1mM o * o * o * o * 13 o * o * o * o * o * o * 86.2 DGA nt nt nt Trolox nt nt nt nt nt BHT Caffeic acid nt nt nt nt nt nt 31 DGA, nordihydroguaiaretic acid; BHT, butylated hydroxytoluene; nt, not tested. * o, no action under the experimental conditions. PMS %, 0.1 mm highest activity at 0.1 mm. In general, the results are not proceeded in parallel to the increase of time and concentration (Table 2). Further investigations are in progress in order to have a detailed study on their interaction with DPPH. The competition of complexes with DMSO for OH radicals, 14 generated by the Fe 3+ /ascorbic acid system expressed as the inhibition of formaldehyde production, was used for the evaluation of their hydroxyl radical scavenging activity. Trolox was used as a reference compound. Compound 10 did not show any inhibition, whereas compounds 1 6, 8 12 inhibited significantly the DMSO oxidation in concentrations 0.1 and 1 mm, respectively. Compounds 5 and 6 were found to be the most active. Again no role was found for lipophilicity. on-enzymatic superoxide anion radicals were generated. 19 The superoxide producing system was set up by mixing phenazine methosulfate (PMS), ADH and air oxygen. The production of superoxide was estimated by the nitroblue tetrazolium method. Caffeic acid was used as a reference compound. Compound 9 did not show any result. All the other compounds present high scavenging activity (54 100%, Table 2). In general lipophilicity does not influence positively the scavenging activity. Considering the structures of these compounds and their reactivity against superoxide anion we can confirm that there is a relation between this activity and the electron-donor properties of the ligands. Although compounds 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, and 12 present excellent inhibitory activity on OH radicals and on superoxide anions, they did not inhibit significant DPPH and this indicates selectivity of the complexes to different free radicals. The antiradical activity of the tested complexes supports at least in part, the in vivo anti-inflammatory activity. The in vitro/in vivo activities have not been able to provide a clear correlation among all the physicochemical parameters in a QSAR analysis. Poor correlation (r < 0.2) was obtained between C log P and R M. For the in vivo result the following equation was derived: CPE% ¼ 0:033ð0:019Þl þ 1:8839ð0:132Þ; ¼ 10; r ¼ 0:807; r 2 ¼ 0:651; q 2 ¼ 0:527; s ¼ 0:043; F 1;8 ¼ 14:4; a ¼ 0:01. The dipole moment 20 l is the most significant parameter. This fact proceeds in parallel to the observation that lipophilicity is not highly involved in the above biological results. References and notes 1. Chaviara, A. T.; Christidis, P. C.; Papageorgiou, A.; Chrysogelou, E.; Hadjipavlou-Litina, D. J.; Bolos, C. A. J. Inorg. Biochem. 2005, 99, Dillon, C. T.; Hambley, T. W.; Kennedy, B. J.; Lay, P. A.; Weder, J. E. Met. Ions Biol. Syst. 2004, 41, Parashar, R. K.; Sharma, R. C.; Mohan, G. Biol. Trace Elem. Res. 1989, 23, Okuyama, S.; Hashimoto, S.; Aihara, H.; Willingham, W. M.; Sorenson, J. R. Agents Actions 1987, 21, Brown, D. H.; Smith, W. E.; Teape, J. W.; Lewis, A. J. J. Med. Chem. 1980, Shih, M.-H.; Ke, F.-H. Bioorg. Med. Chem. 2004, 12, Singh, K.; Barwa, M.S.; Tyagi, P. Eur. J. Med. Chem (in press) available on line. 8. Pellei, M.; Lobbia, G. G.; Santini, C.; Spagna, R.; Camalli, M.; Fedeli, D.; Falcioni, G. Dalton Trans. 2004, 17, Vanco, J.; Svajlenova, O.; Ramanska, E.; Muselik, J.; Valentova, J. J. Trace Elem. Med. Biol. 2004, 18, Santini, C.; Pellei, M.; Lobbia, G. G.; Fedeli, D.; Falcioni, G. J. Inorg. Biochem. 2003, 94, 348.

24 E. Pontiki et al. / Bioorg. Med. Chem. Lett. 16 (2006) Gonsalez-Alvarez, M.; Alzuet, G.; Borras, J.; Agudo, L. C.; Montejo-Bernardo, J. M.; Garcia-Granda, S. J. Biol. Inorg. Chem. 2003, 8, Day, R. O.; Graham, G. G.; Williams, K. M.; Brooks, P. M. Drugs 1988, Ellis, G. A.; Blake, D. R. Ann. Rheum. Dis. 1993, Kontogiorgis, C.; Hadjipavlou-Litina, D. J. Enzyme Inhib. Med. Chem. 2003, 18, Reversed-phase TLC (RPTLC) was performed on silica gel plates impregnated with 55% (v/v) liquid paraffin in light petroleum ether. 6 The mobile phase was a methanol/ water mixture (75/25, v/v) containing 4% aqueous ammonia (27%). R M values were determined from the corresponding R f values (from 10 individual measurements). 16. (log P) values CS Chem3D Ultra, Molecular Modelling and Analysis, Cambridge Soft, Both sexes were used. Females pregnant were excluded. Each group was composed of 6 15 animals. The rats were euthanized 3.5 h after carrageenin injection. 18. Various concentrations ( mm) of the test compound in absolute ethanol were added to an ethanolic solution of DPPH radical (final concentration of DPPH was 0.1 mm). The mixture was shaken vigorously and allowed to stand for 20 or 60 min; absorbance at 517 nm was determined by a Perkin-Elmer U-2001 spectrophotometer, and the percentage of activity was calculated. All tests and results were undertaken on three replicates and the results averaged. 19. Candan, F. J. Enzyme Inhib. Med.Chem. 2003, 18, l(dipole moment values) -Hyperchem TM, Release5.1 for Windows Molecular Modeling System, 1997, Hypercube, Inc. Copyright.

25 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο χαλκός 1. Ο ΧΑΛΚΟΣ 1.1 Η χηµεία του χαλκού Ο χαλκός (Cu) είναι από τα ευρύτερα µελετηθέντα µεταλλικά στοιχεία διότι βρίσκεται σε µεγάλη αναλογία στο στερεό φλοιό της γης συγκεκριµένα είναι εικοστός στη σειρά αφθονίας µε συγκέντρωση 100 g/τόνο γήινου φλοιού. 1 Πρόκειται για µέταλλο οικείο στον ανθρώπινο οργανισµό µε σηµαντική βιολογική δράση. Aνήκει στην ενδέκατη οµάδα του περιοδικού πίνακα (πρώτη σειρά των µεταβατικών στοιχείων). Απαντάται ως ελεύθερο στοιχείο αλλά συχνότερα σε ενώσεις όπως σουλφίδια, χλωρίδια κλπ. µε τη µορφή των ορυκτών του 2,3 π.χ. χαλκοσίνη (Cu 2 S) από τα οποία εξάγεται συνήθως µε κατεργασία µε H 2 SO 4 και καθαρίζεται µε ηλεκτρόλυση. Είναι µέταλλο µαλακό, εύπλαστο, κοκκινωπού χρώµατος, µε υψηλή θερµική και ηλεκτρική αγωγιµότητα (δεύτερος µετά τον άργυρο). Χρησιµοποιείται σε πολλά κράµατα και µίγνυται µε το χρυσό. Αντιδρά µε θέρµανση µε το οξυγόνο προς σχηµατισµό CuO ενώ παρουσία θείου δίνει Cu 2 S ή µια µη στοιχειοµετρική µορφή της ένωσης. 4 Αποτελεί τυπικό παράδειγµα µεταβατικού στοιχείου καθώς είναι µέταλλο, το οποίο απαντάται σε µια ποικιλία οξειδωτικών βαθµίδων 5 και τα σύµπλοκά του εµφανίζουν πλαστικότητα. O χαλκός είναι το 29 ο στοιχείο του περιοδικού πίνακα και έχει την ηλεκτρονιακή διαµόρφωση 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1. Παρότι η ηλεκτρονιακή διαµόρφωση του µετάλλου παραπέµπει σε συµπεριφορά αλκαλιµετάλλου, αυτή δεν παρατηρείται γιατί τα συµπληρωµένα 3d τροχιακά προστατεύουν λιγότερο αποτελεσµατικά το εξωτερικό s ηλεκτρόνιο από την ελκτική δύναµη του θετικά φορτισµένου πυρήνα, συγκριτικά µε ένα πλήρες p τροχιακό. Το γεγονός αυτό σηµαίνει οτι το εξωτερικό s ηλεκτρόνιο δέχεται ισχυρές ελκτικές δυνάµεις από τον πυρήνα, µε αποτέλεσµα να έχει υψηλή τιµή για το πρώτο δυναµικό ιοντισµού (7,73 ev), το οποίο είναι σχεδόν διπλάσιο από αυτό του καλίου (4,34 ev). Έτσι, η µόνη οµοιότητα µεταξύ του χαλκού και των αλκαλιµετάλλων αναφέρεται στις ενώσεις των µονοκατιόντων τους που είναι διαµαγνητικές και συνήθως άχρωµες, εκτός αν το ανιόν είναι από µόνο του παραµαγνητικό ή έγχρωµο. Οι συνηθέστερες οξειδωτικές καταστάσεις του χαλκού είναι η +1 και η +2. Η δεύτερη είναι η σταθερότερη σε υδατικό περιβάλλον, οπότε δίνει σταθερές ενώσεις συναρµογής αλλά και καλής ποιότητας κρυστάλλους. 6 Οι ενώσεις του µονοσθενούς 1

26 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο χαλκός χαλκού είναι συγκριτικά λιγότερες αλλά όχι λιγοστές, και µάλιστα οξειδώνονται αυθόρµητα σε ενώσεις του δισθενούς µετάλλου. Πάντως έχουν παρατηρηθεί και οι οξειδωτικές καταστάσεις 0 (για το ελεύθερο µέταλλο) και 3 (σε ενώσεις). 7 Η σχετική σταθερότητα των οξειδωτικών βαθµίδων 0, +1 και +2 εξαρτάται από το περιβάλλον. Σύµφωνα µε υπολογισµούς, η ισορροπία: 2Cu I (g) Cu II (g) + Cu 0 (cryst)ghghjgh ll στην αέρια φάση είναι µετατοπισµένη αριστερά ( Η = +208,5 kcal.mole -1 ). Ωστόσο, σε κρυσταλλική κατάσταση και σε διάλυµα, όπου οι αλληλεπιδράσεις των ιόντων χαλκού µε το περιβάλλον είναι κυρίως ηλεκτροστατικές, η ενέργεια αλληλεπίδρασης του ιόντος Cu II µε Cu είναι αρκετά υψηλότερη αυτής δύο ιόντων Cu I, έτσι ώστε η σχέση σταθερότητας να αντιστρέφεται Ο δισθενής χαλκός, Cu II Η ηλεκτρονιακή διαµόρφωση του δισθενούς χαλκού είναι 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 9. Παρότι η αναµενόµενη τιµή µαγνητικής ροπής θα έπρεπε να είναι 1,73 ΒΜ, λόγω σύζευξης spin-τροχιάς παρατηρούνται συχνά υψηλότερες τιµές. Συνήθως οι ενώσεις του Cu II µε ιοντικούς ή ασθενείς οµοιοπολικούς δεσµούς εµφανίζουν τιµές µαγνητικής ροπής µεταξύ 1,9 και 2,2 ΒΜ, ενώ στις ενώσεις µε ισχυρά οµοιοπολικούς δεσµούς το αντίστοιχο εύρος 9, 10, 11 είναι 1,72-1,82 ΒΜ. Ωστόσο, µπορούν να προκύψουν και ιδιαίτερα χαµηλές τιµές λόγω µερικής σύζευξης των ασύζευκτων ηλεκτρονίων µεταξύ γειτονικών ατόµων. Ενώ το κατιόν του µονοσθενούς χαλκού θεωρείται µαλακό οξύ, το κατιόν του δισθενούς χαλκού θεωρείται οριακά σκληρό οξύ. Το ιόν Cu II είναι ιδιαίτερα σταθερό σε υδατικά διαλύµατα, όπως το σύµπλοκο κατιόν [Cu(OH 2 ) 6 ] 2+, από το οποίο µπορούν να παρασκευαστούν σύµπλοκα απ ευθείας µε την προσθήκη του κατάλληλου ligand, σε νερό ή σε άλλους διαλύτες (αλκοόλες, ακετονιτρίλιο, διµεθυλοφορµαµίδιο). Με τη χρήση κατάλληλης στοιχειοµετρίας άλατος του χαλκού και διαφόρων ligands σε καθορισµένες συνθήκες, σχηµατίζονται καλής ποιότητας κρύσταλλοι, οι οποίοι είναι κατάλληλοι για µελέτη δοµής µε διάφορες φυσικές τεχνικές (π.χ. κρυσταλλογραφία ακτίνων-χ. 12 Σε γενικές γραµµές οι κρυσταλλικές ενώσεις του δισθενούς χαλκού είναι σταθερές στο περιβάλλον και δεν εµφανίζουν τα προβλήµατα που παρατηρούνται στο χειρισµό των κρυστάλλων του µονοσθενούς χαλκού. 2

27 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο χαλκός Σύµπλοκα δισθενούς χαλκού Στα µονοπυρηνικά σύµπλοκα του δισθενούς χαλκού απαντώνται οι αριθµοί συναρµογής 2,4,5,6,7,8 και 9, µε την εξής σειρά αφθονίας: 6=5>4>>7>8>>9 2. Ο αριθµός συναρµογής 3 δεν έχει παρατηρηθεί ενώ οι αριθµοί συναρµογής 5 και 6 χαρακτηρίζονται από παραµορφωµένες γεωµετρίες του τύπου (4+1), (4+2) και (4+1+1). Στα σύµπλοκα µε αριθµό συναρµογής 4, 5 και 6 οι κανονικές γεωµετρίες είναι σπάνιες καθώς κυριαρχούν οι παραµορφωµένες (κυρίως ροµβικής, τριγωνικής και τετραεδρικής παραµόρφωσης), µε ποικίλα µήκη και γωνίες δεσµών. Σε ένα µικρό ποσοστό (5%) συµπλόκων µε αριθµό συναρµογής 6 έχει βρεθεί ότι η δοµή εξαρτάται από τη θερµοκρασία, µε το δεσµό Cu-L µεταβάλλεται κατά 0,1-0,3 Å. Παρότι θα αναµενόταν κανονική οκταεδρική γεωµετρία στα σύµπλοκα µε αριθµό συναρµογής 6, αυτό δεν παρατηρείται λόγω του φαινοµένου Jahn-Teller. Η παραµόρφωση αυτή οδηγεί συνήθως σε µια επιµήκυνση των δύο δεσµών, έτσι ώστε να προκύπτουν τέσσερεις βραχείς και δύο επιµήκεις δεσµοί (συναρµογή 4+2) ή, σπανιότερα, δύο βραχείς και τέσσερις επιµήκεις δεσµοί (συναρµογή 2+4). Στην πρώτη περίπτωση, προκύπτει επίπεδη τετραγωνική διαµόρφωση γύρω από το χαλκό, η οποία µπορεί να ευνοηθεί από τη χρήση ογκωδών οργανικών ligands έτσι ώστε να αποκλειστούν στερεοχηµικά τα άλλα δύο ligands που σχηµατίζουν τους επιµήκεις δεσµούς. Το µονήρες ηλεκτρόνιο θεωρείται οτι βρίσκεται στο 3d 2-2 x y τροχιακό, αφήνοντας έτσι το 3d 2 z πλήρες και ικανό να απωθήσει το πέµπτο και το έκτο ligand. Παραµόρφωση έχει παρατηρηθεί και σε σύµπλοκα του Cu II µε αριθµό συναρµογής 4, µε sp 3 υβριδισµό του χαλκού (σχήµα 1.1). Τα διπυρηνικά σύµπλοκα του Cu II (σχήµα 1.2) εµφανίζουν µεγάλο ενδιαφέρον για τους εξής λόγους: Σχηµατίζονται µε αυθόρµητες αντιδράσεις µε τις κοινές µεθόδους που χρησιµοποιούνται και για την παρασκευή µονοπυρηνικών χηµικών ειδών 13,14. Παρέχουν χρήσιµα απλά µοντέλα για τη µελέτη µαγνητικής αλληλεπίδρασης δύο ασύζευκτων d ηλεκτρονίων 15 και για τη µελέτη των βιολογικών συστηµάτων του χαλκού. 16 3

28 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο χαλκός Γραµµική Τριγωνική διπυραµιδική Παραµορφωµένη τριγωνική διπυραµιδική Παραµορφωµένη τετραγωνική πυραµιδική Τετραγωνική πυραµιδική Συµπιεσµένη ροµβική οκταεδρική Συµπιεσµένη τετραγωνική οκταεδρική Οκταεδρική Επιµηκυσµένη τετραγωνική οκταεδρική Τετραγωνική, ροµβική συνεπίπεδη Συµπιεσµένη τετραεδρική cis-παραµορφωµένη οκταεδρική Επτασυναρµοσµένη Οκτασυναρµοσµένη Σχήµα 1.1. υνατές στερεοχηµείες µονοπυρηνικών συµπλόκων του Cu II. Συµπαγείς γραµµές: βραχείς δεσµοί (1,9 2,1 Å), διακεκοµµένες γραµµές: επιµήκεις δεσµοί (2,4-3 Å). Ως γέφυρα µπορούν να δράσουν: Μονοατοµικά ligands γέφυρας, π.χ. Cl -, Br - και ΟΗ -, ή πολυατοµικά ligands γέφυρας που συναρµόζονται µέσω του ακραίου µόνο ατόµου (O - 3, 3., SC -, C - κλπ.) 2- Πολυατοµικά ligands γέφυρας µε δύσκαµπτο σκελετό, π.χ. C 2 O 4 ή ιµιδαζολικά ανιόντα. Πολυατοµικά ligands γέφυρας µε εύπλαστη στερεοχηµεία, π.χ. πολυδραστικά χηλικά ligands. Επίπεδη τετραγωνική/επ. τετραγωνική Τετρ. πυραµιδική/τετρ. πυραµιδική Επιµηκυσµένη οκταεδρική/επιµ. οκταεδρική Τετραεδρική/τετραεδρική Τριγωνική διπυραµιδική/τριγ. διπυραµιδική Τετρ. πυραµιδική/τετρ. πυραµιδική Σχήµα 1.2. υνατές στερεοχηµείες 17 του Cu II σε διπυρηνικά σύµπλοκα του τύπου CuXCu. 4

29 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο χαλκός ιαφοροποίηση d τροχιακών σε σύµπλοκα Cu II Η χηµεία του ιόντος Cu II διαφέρει αυτής του Cu I στο ότι, ενώ το δεύτερο εµφανίζει ηλεκτρονιακή διαµόρφωση µε συµπληρωµένα d τροχιακά και σχηµατίζει άχρωµα και διαµαγνητικά σύµπλοκα, το πρώτο εµφανίζει d 9 διαµόρφωση και σύµπλοκα κατά κύριο λόγο παραµαγνητικά και έγχρωµα. 18 Οι ηλεκτρονιακές ιδιότητες και οι στερεοχηµικές δοµές που εµφανίζει ο δισθενής χαλκός είναι ποικίλλες. Τα d τροχιακά του ιόντος Cu II διαφοροποιούνται σε κρυσταλλικά πεδία διαφορετικής συµµετρίας (σχήµατα 1.3, 1.4). Συµπιεσµένη Επιµηκυσµένη d z 2 d 2 2 x -y d x 2 -y 2 d x - y, 2 2d 2 z d xz, d yz d xy d x 2 -y 2 d xz, d yz, d xy d xy d xz, d yz d 2 z Γραµµική Οκταεδρική Eπίπεδη Τετραγωνική d xy d yz d xz d 2 z Επίπεδη Ροµβική Σχήµα 1.3. Η διαφοροποίηση των d τροχιακών σε κρυσταλλικά πεδία αξονικής και ροµβικής συµµετρίας. Στην περίπτωση µονοπυρηνικών συµπλόκων ιόντων του Cu II η δρώσα µαγνητική ροπή υπολογίζεται σε 1,73 ΒΜ που αντιστοιχεί σε ένα µονήρες ηλεκτρόνιο. Πειραµατικά, το εύρος τιµών µ eff σε θερµοκρασία δωµατίου είναι 1,8-2,0 ΒΜ. 19 Τα σύµπλοκα του Cu II είναι γενικά έγχρωµα 11, λόγω ηλεκτρονιακών µεταπτώσεων στην ορατή περιοχή. Οι ηλεκτρονιακές αυτές µεταπτώσεις (σχήµα 1.5) βρίσκονται στην περιοχή 4,0-30,0 kk, όπου µπορούν να παρατηρηθούν πέντε τύποι διεγέρσεων: α) αµιγείς d-d (χαµηλότερα από 20 kk), β) µεταφοράς φορτίου (µεταξύ kk), γ) εσωτερικές των ligands (υψηλότερα από kk), δ) εσωσθενείς και 5

30 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο χαλκός συνδυασµένες (χαµηλότερα από 10 kk) και ε) εσωσθενείς µεταφοράς φορτίου (σε όλο το εύρος 4.30 kk). 20 d z 2 d xy, d yz d z 2 d xy d xz, d yz, d xy d xy, d x -y 2 2 d xy, d x -y 2 2 d xz, d yz d xy d x 2 -y 2 d xz, d yz d z, d x -y d z 2 d x 2 -y 2 d z 2 d xy, d yz Τετραεδρική Συµπιεσµένη τετραεδρική cis-παραµορφωµένη οκταεδρική Tριγωνική οκταεδρική Tριγωνική διπυραµιδική Σχήµα 1.4. ιαφοροποίηση των d τροχιακών σε κρυσταλλικά πεδία τετραεδρικής, cis-παραµορφωµένης οκταεδρικής, τριγωνικής οκταεδρικής και τριγωνικής διπυραµιδικής συµµετρίας. d-d Cu II µεταφοράς φορτίου διατονική εσωτερικών ligand εσωσθενής µεταφορά φορτίου εγγύς υπέρυθρο ορατό υπεριώδες Ενέργεια (kk) Σχήµα 1.5. Οι ενεργειακές περιοχές για τους τέσσερις τύπους ηλεκτρονιακών µεταπτώσεων Cu II. Οι κορυφές των φασµάτων στις περιπτώσεις δ και ε είναι οξύτερες, συγκριτικά µε την α, οπότε είναι και διακρίσιµες. Στις περιπτώσεις β και γ τα αντίστοιχα φάσµατα είναι πολύ λιγότερο έντονα από την α, µε αποτέλεσµα να 6

31 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο χαλκός καλύπτουν τις λιγότερο έντονες d-d µεταπτώσεις παρότι είναι αρκετά χαµηλές ενεργειακά 21, 22, 23 ιδιαίτερα παρουσία θειούχων ligands. 24,25 Γενικά, µόνο τα φάσµατα ορατού εξαρτώνται από τη στερεοχηµεία του χρωµοφόρου (CuL n ), αν και οι ταινίες MLCT (µεταφοράς φορτίου από το ligand προς το µέταλλο) και LMCΤ (µεταφοράς φορτίου από το µέταλλο προς το ligand) µπορεί να επηρεάζονται από τη στερεοχηµεία του Cu II. 26, 27, 28 Προκειµένου να καθορισθεί η θέση εµφάνισης των ταινιών και τα ενεργειακά επίπεδα του Cu II στα σύµπλοκά του, λαµβάνεται υπόψη η συνεισφορά στην ενέργεια: α) του είδους του ligand, γιατί αυτό καθορίζει την τιµή 10Dq ανάλογα µε τη θέση του ligand στη φασµατοχηµική σειρά 29 β) του αριθµού συναρµογής και της γεωµετρίας που αυτός συνεπάγεται και γ) της γεωµετρίας, διότι για δεδοµένη γεωµετρία η παραµόρφωση µπορεί να προκαλέσει σηµαντικές αλλαγές στα µήκη και στις γωνίες δεσµών επηρρεάζοντας έτσι και τις ηλεκτρονιακές ενέργειες. Συνεπώς, παρότι το ηλεκτρονιακό φάσµα του Cu II στα σύµπλοκά του εµφανίζει σηµαντική ποικιλία, ουσιαστικά παρέχει περιορισµένες πληροφορίες για την υπάρχουσα στερεοχηµεία του Cu II. Ωστόσο, για µια σειρά ligands γειτονικών στη φασµατοχηµική σειρά, ο µέσος όρος των ενεργειών των d-d µεταπτώσεων του Cu II (σχήµα 1.6) αυξάνει ανάλογα µε τη γεωµετρία σύµφωνα µε την εξής σειρά: συµπιεσµένη τετραγωνική οκταεδρική, επιµηκυσµένη τετραγωνική οκταεδρική, τετραγωνική ή ροµβική επίπεδη. 30 Eνέργεια (kk) συµπιεσµένη τετραεδρική επίπεδη τετραγωνική τετραγωνική οκταεδρική επιµηκυσµένη τετραγ. οκταεδρική τριγωνική διπυραµιδική τετραγωνική πυραµιδική cis-παραµορφωµένη οκταεδρική Σχήµα 1.6. Συσχέτιση του εύρους ενεργειών µε τη δοµή για d-d µεταπτώσεις των χρωµοφόρων Cu x Βιολογική δράση του χαλκού Ο χαλκός είναι απαραίτητος για κάθε οργανισµό ως ιχνοστοιχείο. 32 To βασικό όργανο όπου συσσωρεύεται ο χαλκός, είναι το ήπαρ, και δευτερευόντως τα νεφρά, o εγκέφαλος και ο σπλήνας. Η αποθηκεύσιµη µορφή του χαλκού είναι η 7

32 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο χαλκός σερουλοπλασµίνη, η οποία απελευθερώνεται από το ήπαρ σε περίπτωση ανάγκης. Ο χαλκός µπορεί να βρεθεί στο αίµα, ως συστατικό των ερυθρών αιµοσφαιρίων για την ενεργοποίηση του σιδήρου κατά το σχηµατισµό της αιµοσφαιρίνης, σε ορισµένα ένζυµα, καθώς και στο µυϊκό, σκελετικό και νευρικό σύστηµα, συµβάλλοντας στην καλή λειτουργία τους. Στη φαρµακευτική οι ενώσεις του χαλκού χρησιµοποιούνται από τους αρχαιότατους χρόνους, για την αποστείρωση νερού, την επούλωση των πληγών, τη θεραπεία της αναιµίας, της ατονίας κλπ. Σήµερα οι ενώσεις του χαλκού χρησιµοποιούνται για τη θεραπεία της ρευµατοειδούς αρθρίτιδας, για την αντιµετώπιση των φλεγµονών και της αναιµίας καθώς και για ραδιοπροστασία, ως αντισηπτικά, στηπτικά, αντιµυκητιακά, καρδιοτονωτικά κλπ Βιολογικά συστήµατα Cu II Στα βιολογικά συστήµατα ο χαλκός είναι το τρίτο σε αφθονία µεταβατικό στοιχείο. 33 Απαντάται 34 σε ποσότητα mg στο σώµα φυσιολογικού ατόµου (70 kg), ενώ η αντίστοιχη ποσότητα είναι 4-5 g για το σίδηρο και 1,4-2,3 g για τον ψευδάργυρο. Συνηθέστερη οξειδωτική βαθµίδα στα βιολογικά συστήµατα είναι η +2, ενώ η +1 απαντάται στη δεοξυαιµοκυανίνη 35,36 και η +3 έχει χρησιµοποιηθεί σε µελέτες του µηχανισµού αντιδράσεων. 37 Ο ρόλος του χαλκού στα βιολογικά συστήµατα εστιάζεται κυρίως σε οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις που σχετίζονται µε την αναγωγή του οξυγόνου προς νερό και τη µεταφορά του οξυγόνου, σύµφωνα µε τις εξής χηµικές εξισώσεις: Cu I e Cu II e Cu III O 2 + 4e + 4H + 2H 2 O - 2-2O 2 O 2 + O 2 H σουπεροξειδική δισµουτάση, για παράδειγµα, αναλαµβάνει το εξειδικευµένο αλλά σηµαντικό έργο της αποµάκρυνσης του έντονα δραστικού σουπεροξειδικού ανιόντος, και ο χαλκός δρα ως βιολογικός καταλύτης στις αντιδράσεις οξυγόνωσης. 38 O δεύτερος σηµαντικός βιολογικός ρόλος του χαλκού αφορά τη µεταφορά του στο σώµα, χάρη στην οποία ελέγχονται οι δύο σοβαρότερες ασθένειες που προκαλούνται από την έλλειψη χαλκού, δηλ. η νόσος του Wilson 39 και 8

33 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο χαλκός το σύνδροµο Kroky. Eπίσης, µέσω της συγκεκριµένης διεργασίας µεταφοράς ελέγχονται και τα ανώτατα επίπεδα συγκέντρωσης του χαλκού στο ανθρώπινο σώµα, πάνω από τα οποία δρα ως δηλητήριο. 40,41 Στο σχήµα 1.7 δίνονται συνοπτικά οι παραπάνω δράσεις. Σουπεροξειδική δισµουτάση αποµάκρυνση Ο 2 - Μεταβολισµός σιδήρου οξειδάση κυτοχρώµατος c Cu Μεταφορά, ενεργοποίηση οξυγόνου τυροσίνη, οξυαιµοκυανίνη ΟΗ ΟΗ + Ο 2 Μεταφορά ηλεκτρονίων οξειδοαναγωγική µεταφορά πλαστοκυανίνης, αζουρίνης Σχήµα 1.7. Βιολογικές δράσεις του χαλκού. 42 Ο Ο + Η 2 Ο Απορρόφηση του χαλκού Η ηµερήσια δίαιτα περιέχει 10 mg χαλκού ή και παραπάνω, ωστόσο σύµφωνα µε σχετικές µελέτες περίπου η µισή ποσότητα δεν απορροφάται αλλά εκκρίνεται στα κόπρανα. Οι µηχανισµοί µε τους οποίους ο χαλκός απορροφάται και µεταφέρεται από το έντερο παραµένουν ασαφείς, ωστόσο η µεθειονίνη στο έντερο πιστεύεται ότι µπορεί να επηρρεάζει τη διατήρηση σταθερών επιπέδων χαλκού στον οργανισµό (οµοιόσταση). Αµέσως µετά την απορρόφηση, ο χαλκός µεταφέρεται στο πλάσµα ενωµένος µε αλβουµίνη και αµινοξέα. 43, 44, 45 Λόγω των ιδιοτήτων του µετάλλου, αυτό δε µπορεί να βρεθεί στην ελεύθερη, ιοντική του µορφή σε σηµαντικές ποσότητες στους ζωντανούς οργανισµούς, µε µόνη εξαίρεση το στοµάχι, όπου η υψηλή οξύτητα επιτρέπει την παρουσία του χαλκού σε ιοντική µορφή. Στο υπόλοιπο σώµα, ο χαλκός βρίσκεται σε µορφή συµπλόκου µε πρωτεΐνες, πεπτίδια, αµινοξέα ή άλλα οργανικά συστατικά. Σε ορισµένες πρωτεΐνες, ο χαλκός είναι βασικό συστατικό ενώ στην περίπτωση κάποιων ενζύµων, ο χαλκός βρίσκεται στο ενεργό κέντρο. 3.3 Πρωτεΐνες του χαλκού στον άνθρωπο Οι πρωτεΐνες του Cu είναι απαραίτητες για µια σειρά διεργασιών, όπως για παράδειγµα η κυτταρική χρησιµοποίηση του οξυγόνου, η δράση του σουπεροξειδίου, η διασύνδεση του κολλαγόνου και της ελαστίνης, η σύνθεση της µελανίνης, της επινεφρίνης, της νορεπινεφρίνης κλπ. Άλλες βιοχηµικές διεργασίες 46 οι οποίες 9

34 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο χαλκός εµπλέκουν πρωτεΐνες χαλκού αλλά δεν έχουν µελετηθεί εκτεταµένα είναι η τροποποίηση της σύνθεσης προσταγλαδίνης, η διαπερατότητα της λυσοσωµικής µεµβράνης, η τροποποίηση της δράσης της ισταµίνης, η αγγειογένεση, η ενεργοποίηση της εγκεφαλικής αδενυλοκυκλάσης κλπ. Οι κυριότερες πρωτεΐνες του Cu είναι οι εξής: Σερουλοπλασµίνη. Πρόκειται για µια α 2. γλοβουλίνη, στην οποία ο χαλκός βρίσκεται τόσο ως δισθενής όσο και ως µονοσθενής. Η µερική αποµάκρυνση του χαλκού από τη σερουλοπλασµίνη προκαλεί την απώλεια του χαρακτηριστικού κυανού χρώµατός της, και την απώλεια της ενζυµικής της δράσης (δράσης οξειδάσης σε διάφορα υποστρώµατα, σε ph 5,4-5,9). Σχετικά µε το βιολογικό ρόλο της πρωτεΐνης, θεωρείται ότι αυτός περιλαµβάνει τη µεταφορά χαλκού, τη διατήρησή του σε φυσιολογικά επίπεδα αλλά και την οξείδωση του δισθενούς σιδήρου σε τρισθενή. Kυτοχρωµική οξειδάση. Η κυτοχρωµική οξειδάση είναι η τελική οξειδάση στο αναπνευστικό οξειδωτικό σύστηµα και είναι κρίσιµη για τον κυτταρικό µεταβολισµό. Βρίσκεται στη µιτοχονδριακή µεµβράνη και παρέχει ενέργεια στο κύτταρο µέσω της σύζευξης της µεταφοράς ηλεκτρονίου και της αλυσίδας κυτοχρωµάτων, κατά τη διάρκεια της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης. Ο χαλκός συµµετέχει καταλυτικά στη διεργασία, οπότε κάθε µόριο κυτοχρωµικής οξειδάσης περιέχει ένα µόριο αίµης και από ένα άτοµο σιδήρου και χαλκού. 47 Σουπεροξειδική δισµουτάση (SOD). Το ένζυµο αυτό καταλύει τη µετατροπή του σουπεροξειδίου σε αβλαβή προϊόντα. 48 Προκειµένου να εµφανιστεί η άριστη ενζυµική δραστικότητα, τουλάχιστον δύο από τα τέσσερα µεταλλικά ιόντα θα πρέπει να είναι δισθενούς χαλκού. Κατέχει βασικό ρόλο στην προστασία του κυττάρου από τη βλαβερή επίδραση της σουπεροξειδικής ρίζας. Μεταλλοθειονίνη. Πρόκειται για άχρωµη πρωτεΐνη µε µοριακό βάρος 6.000, η οποία παίζει ρόλο αποθήκης ιχνοστοιχείων για τον οργανισµό. Περιέχει πολλούς σουλφυδρυλικούς δεσµούς 49 και έχει την ικανότητα σύνδεσης ατόµων χαλκού, ψευδαργύρου και καδµίου. Ντοπαµινο-β-υδροξυλάση. Η ντοπαµινο-β-υδροξυλάση περιέχει χαλκό και υπάρχει σε δύο µορφές. Η µια από τις µορφές αυτές, συµµετέχει στη βιοσύνθεση του νευροδιαβιβαστή νοραδρεναλίνη και της αδρεναλίνης. 10

35 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο χαλκός Τυροσινάση. Η τυροσινάση, που επίσης περιέχει χαλκό, είναι απαραίτητη για την αντίληψη των χρωµάτων. Σε περίπτωση ανεπάρκειας τυροσινάσης εκ γενετής εκδηλώνεται ο αλβινισµός, µε χαρακτηριστικό σύµπτωµα την αυξηµένη ευαισθησία στο φως. Λυσυλοξειδάση. Η λυσυλοξειδάση, συµµετέχει στη διασύνδεση του κολλαγόνου και της ελαστίνης Ασθένειες που σχετίζονται µε το χαλκό Οι γνωστότερες ασθένειες που σχετίζονται µε το χαλκό είναι η νόσος του Wilson και η νόσος του Menke. Η νόσος του Wilson οφείλεται σε κάποια ανωµαλία του µεταβολισµού, η οποία προκαλεί ελάττωση της σερουλοπλασµίνης και συνεπώς τη συσσώρευση χαλκού υπό µορφή χαλκοπρωτεϊνών στο ήπαρ και σε άλλα όργανα. Είναι απαραίτητη η έγκαιρη αποµάκρυνση του χαλκού µε κατάλληλα χηλικά µέσα (D-πενικιλίνη, τριαιθυλενοτετραµίνη κλπ.), αλλιώς η νόσος µπορεί να αποβεί θανατηφόρα. Η νόσος του Menke είναι µια γενετική ανωµαλία που σχετίζεται 50 µε το Χ χρωµόσωµα. Ο Danks και οι συνεργάτες του συσχέτισαν για πρώτη φορά την ασθένεια µε την έλλειψη χαλκού Βιολογική δράση συµπλόκων ενώσεων του χαλκού Ο χαλκός αλλά και οι ενώσεις του αποτελούν εδώ και πολλά χρόνια αντικείµενο βιολογικών µελετών, π.χ. για την αντιρευµατική ή την αντιµικροβιακή τους δράση. Ωστόσο, οι ενώσεις του χαλκού άργησαν να µελετηθούν ως αντικαρκινικά φάρµακα καθώς υπήρχε η αντίληψη οτι είναι καρκινογόνες. Θα πρέπει όµως να σηµειωθεί ότι, ο χαλκός δε χορηγείται ελεύθερος αλλά µε τη µορφή συµπλόκου, το οποίο εµφανίζει διαφορετικές ιδιότητες τόσο από τα αρχικά ligands όσο και από το αρχικό άλας του µετάλλου. Εξάλλου, ακόµα και τα ευρύτερα χρησιµοποιούµενα αντικαρκινικά φάρµακα (cisplatin κλπ.) προκαλούν καρκίνο αν χορηγηθούν σε υγιή άτοµα. Το πρόβληµα της τοξικότητας αφορά γενικότερα το σχεδιασµό αντικαρκινικών ενώσεων, µέχρι να βρεθούν τα φάρµακα εκείνα που θα χαρακτηρίζονται από απόλυτη εκλεκτικότητα, δε θα επηρεάζουν τα υγιή κύτταρα οπότε θα στερούνται τοξικότητας και άρα παρενεργειών στους ασθενείς όπου χορηγούνται. 11

36 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο χαλκός Αναφορικά µε τα σύµπλοκα του χαλκού, οι προσπάθειες του Rokita και των συνεργατών του 52, 53, 54, 55 απέδειξαν οτι αυτά µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως αντικαρκινικά χηµειοθεραπευτικά. Η παραπάνω ερευνητική οµάδα παρασκεύασε µια σειρά συµπλόκων του δισθενούς χαλκού, µε αµινικά, πυριδινικά ligands ή φαινανθρολίνη, τα οποία µπορούν να δράσουν ως εξειδικευµένες νουκλεάσες, προκαλώντας διάρρηξη σε συγκεκριµένες βάσεις του DΝΑ. Oι νουκλεοβάσεις αποτελούν στόχο για ηλεκτρονιόφιλα αντιδραστήρια, και έτσι χρησιµοποιούνται από τα µέταλλα ως ligands ή προσφέρονται ως στόχοι για οξείδωση. Επίσης έχει αναφερθεί η αντιµελανωµατική δράση συµπλόκων του δισθενούς χαλκού µε ligands 1-υποκατεστηµένα-5-αµινο-ιµιδαζολικά ligands 56 και 5-αµινο-1-καρβοξυλικότολυλιµιδαζόλιο. 57 Μια σειρά συµπλόκων (γνωστά ως Casiopeinas, σχήµα 1.8) µε αντινεοπλασµατική δράση έχουν αναφερθεί από την οµάδα του E. Marin- Hernandez. 58 Σε κάποιες περιπτώσεις, η αντικαρκινική δράση των συµπλόκων του Cu II είναι απόλυτα εξειδικευµένη 59, όπως στην περίπτωση του συµπλόκου του Cu II µε πυριδινο-2-καρβοξαµυδραζόνη, το οποίο εµφανίζει εκλεκτικότητα σε καρκινικά κύτταρα ανθρώπινου µαστού (MCF7). H 3 C CH 3 H 3 C CH 3 Cu Cu O H 2 O O O Casiopeina II - gly Casiopeina III - i Σχήµα 1.8. Ο χηµικός τύπος των Casiopeinas. Τα σύµπλοκα του χαλκού µε οργανικά ligands µπορούν να δράσουν ως επαγωγείς (ενεργοποιητές) της απόπτωσης 60,61. Συγκεκριµένα, έχει αναφερθεί η αντικαρκινική δράση συµπλόκων Cu II µε θειοσεµικαρβαζονικά ligands 62, µε υδροξυλικά τριαζαµακροκυκλικά ligands 63, µε θειαζολικά, θειαζολινικά και ιµιδαζολικά ligands

37 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο χαλκός Υπάρχει εκτεταµένη βιβλιογραφία σχετικά µε σύµπλοκα του χαλκού µε αντιµικροβιακή δράση. Εκτός από την αντιµικροβιακή δράση του ίδιου του µετάλλου ή των ligands µεµονωµένα, αποδεικνύεται ότι τα σύµπλοκά του Cu εµφανίζουν τη δική τους αντιµικροβιακή δράση, όπως για παράδειγµα αυτά µε υδροξυνιτροκουµαρίνες 65, µε θειοσεµικαρβαζόνες 66, µε πυριδινοκαρβοξυλικά 67, µε σαλικυλιδενογλυκινικά 68 ή ιµιδαζολικά ligands-γέφυρες. 69 Είναι γνωστή η αντιφλεγµονώδης και αντιελκική δράση συµπλόκων του Cu, π.χ. µε αρωµατικά ή ετεροκυκλικά καρβοξυλικά οξέα και τα άλατά τους µε αλκαλικές γαίες, αµινοξέα και τα άλατά τους µε αλκαλικές γαίες, αµίνες και κατάλληλα υποκατεστηµένα στεροειδή. 70,71 Τέλος, είναι γνωστή και η ταυτόχρονη αντιφλεγµονώδης και αντικαρκινική δράση συµπλόκων του Cu II µε διάφορα ligands. Συγκεκριµένα, η σχετική δραστικότητα των συµπλόκων του µε σαλικυλικά µπορεί να οφείλεται στη µίµηση της δράσης της σουπεροξειδικής δισµουτάσης (SOD). 72,73 Άλλωστε, η βιολογική δράση του ακετυλοσαλικυλικού οξέος οφείλεται στην ικανότητά του να σχηµατίζει σύµπλοκα ενώ η ενεργή µορφή του είναι σύµπλοκο του Cu το οποίο σχηµατίζεται in vivo, το οποίο µεταξύ άλλων εµφανίζει και αντιελκική δράση. 74 Η βιολογική δράση των συµπλόκων του Cu II εξηγείται µε βάση την υπόθεση ότι αυτά διευκολύνουν ή προάγουν τις διαδικασίες επιδιόρθωσης των ιστών οι οποίες απαιτούν ένζυµα εξαρτώµενα από το χαλκό. Άλλωστε, η αρθρίτιδα,το έλκος, οι νεοπλασίες και ο διαβήτης είναι ασθένειες ιστών οι οποίοι δεν υπέστησαν επιδιόρθωση. Σύµφωνα µε έρευνες 75 η αύξηση των επιπέδων του χαλκού στον ορό ή στο πλάσµα καρκινοπαθών, σε κάθε τύπο καρκίνου, οφείλεται στη µειωµένη δραστικότητα της σουπεροξειδικής δισµουτάσης (SOD), οπότε η δράση των συµπλόκων του χαλκού θα µπορούσε να υποκαθιστά τη δράση αυτού του ενζύµου. Η αύξηση των επιπέδων χαλκού πιθανόν να οφείλεται στην κινητοποίηση του αποθηκευµένου χαλκού, προκειµένου να καλυφθούν οι ανάγκες των κυττάρων που χρειάζονται χαλκό για να συντεθούν τα ένζυµά τους. 76, 77, 78, 79 13

38 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands 2. LIGADS 2.1 Πολυαµίνες Γενικά χαρακτηριστικά των πολυαµινών Οι πολυαµίνες είναι οργανικές βάσεις µε πρωτοταγείς, δευτεροταγείς ή τριτοταγείς αµινοµάδες και οποιοδήποτε συνδυασµό αυτών. 80 Είναι απαραίτητες σε διάφορες κυτταρικές λειτουργίες, όπως για παράδειγµα τη συµπύκνωση των χρωµοσωµάτων, τη µετάφραση πρωτεϊνών, τη σταθεροποίηση µεµβρανών, την αναπαραγωγή κυττάρων κλπ. 81 Ανάλογα µε τη δοµή τους µπορούν να διακριθούν σε άκυκλες και κυκλικές, συµµετρικές ή ασύµµετρες. Αν και οι αµινοµάδες είναι σκληρές βάσεις κατά Pearson, εντούτοις οι πολυαµίνες λόγω της δοµής τους µπορούν να αντιδράσουν είτε µε σκληρά είτε µε ενδιάµεσα οξέα. Οι άκυκλες πολυαµίνες ως ligands µπορούν να σχηµατίσουν διαφορετικά σύµπλοκα µε διάφορα µεταβατικά µέταλλα, π.χ. Cu II, Co II, i II, Mn II, Fe II, Fe III κλπ. 82,83 Μεταξύ των πολυαµινών, η διαιθυλενοτριαµίνη και η διπροπυλενοτριαµίνη συγκεντρώνουν το ερευνητικό ενδιαφέρον κυρίως επειδή συναρµόζονται τριδραστικά σχηµατίζοντας µε τον Cu II σταθερά σύµπλοκα, στα οποία παρουσιάζουν διαφορετικές διαµορφώσεις και µπορούν να συναρµοστούν από διαφορετικά άτοµα. Στην περίπτωση τριδραστικής συναρµογής µε τον Cu II, παραµένουν κενές µια, δύο ή τρεις θέσεις στη σφαίρα συναρµογής του Cu οι οποίες µπορούν να καταληφθούν από άλλα µονο-, δι-, ή τριδραστικά ligands, π.χ. τα: en, διθειολικά, dien, CS -, O - 3, Cl -, Br -, ClO Η χρησιµότητα των πολυαµινών στη χηµεία ενώσεων συναρµογής Οι πολυαµίνες αποτελούν χρήσιµα αντιδραστήρια της υναµικής Συνδυαστικής Χηµείας (Dynamic Combinatorial Chemistry, DCC). 84 Η δοµή και η σταθερότητα των συµπλόκων τους µπορεί να µεταβάλλεται, ανάλογα µε το µεταλλικό ιόν και τα υπόλοιπα ligands ενώ µε την προσθήκη των κατάλληλων ανταγωνιστικών παραγόντων, µπορεί να συµβούν αντιδράσεις αντικατάστασης των ligands. Επίσης, οι πολυαµίνες µπορούν να χρησιµοποιηθούν για τη συναρµογή σε διάφορα βιολογικά µόρια και για την παρασκευή ενώσεων µε φαρµακευτική δράση. 14

39 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands Αιθυλενοδιαµίνη (en) Η αιθυλενοδιαµίνη έχει ισχυρά αλκαλικές ιδιότητες, αναµιγνύεται δε µε το νερό και την αλκοόλη. Οι πειραµατικές τιµές pκ 1 και pκ 2 για τις δύο αµινοµάδες της βρέθηκαν ίσες µε 10,71 και 7,56 αντίστοιχα. Καταλαµβάνει δύο διαµορφώσεις (σχήµα 2.1), την trans και τη gauche (cis), οι οποίες έχουν ενεργειακή διαφορά περίπου 4 kj.mol -1. C C C (Α) Σχήµα 2.1. Οι διαµορφώσεις της αιθυλενοδιαµίνης: (A) trans και (B) gauche. C (Β) o Η αιθυλενοδιαµίνη είναι κλασικό διδραστικό ligand, µέσω των δύο ατόµων αζώτου ωστόσο υπάρχουν και παραδείγµατα µονοδραστικής συναρµογής ή σχηµατισµού γέφυρας, όπως για παράδειγµα στο σύµπλοκο [Pt 2 (en) 3 Me 6 ]I 2 (σχήµα 2.2). 2+ Me Pt Me Me C C Me Me Pt Me Σχήµα 2.2. Η δοµή του συµπλόκου [Pt 2 (en) 3 Me 6 ]I 2. Η γνωστή τάση της αιθυλενοδιαµίνης για διδραστική συναρµογή µέσω των δύο ατόµων αζώτου επιβεβαιώνεται µε βάση θεωρητικούς υπολογισµούς βελτιστοποίησης της δοµής, που έγιναν στο πλαίσιο της διατριβής για όλα τα ligands αλλά και για τα προκύπτοντα σύµπλοκα (βλ. Πειραµατικό µέρος). Σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα αυτών, τα δύο άτοµα αζώτου εµφανίζουν αρνητικό φορτίο οπότε αναµένεται να είναι και τα κατάλληλα για συναρµογή (σχήµα 2.3). 15

40 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands (A) (B) Σχήµα 2.3. οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονιακής πυκνότητας (Β) της en υπολογισµένες στο επίπεδο PM ιαιθυλενοτριαµίνη (dien) Η διαιθυλενοτριαµίνη είναι φυσικό, βιολογικώς δραστικό προϊόν του µεταβολισµού της ορνιθίνης, της µπλεοµυσίνης κλπ. 85 Το ελεύθερο ligand ή η πρωτονιοµένη του µορφή dien-h n+ n (n = 0-3) έχει την ικανότητα να παρουσιάζει τις διαµορφώσεις cis-cis, cis-trans, ή trans-trans (σχήµα 2.4). Η µορφή που θα επικρατήσει τελικά, εξαρτάται από το ιόν αντιστάθµισης και το βαθµό πρωτονίωσης, όπως έχει αποδειχθεί από κρυσταλλικές δοµές αλάτων µε dien- H n+ n. C C C C C C C C C C C C cis-cis cis-trans trans-trans Σχήµα 2.4. ιαφορετικές διαµορφώσεις της διαιθυλενοτριαµίνης. Η διαιθυλενοτριαµίνη συναρµόζεται σχεδόν πάντα τριδραστικά, σχηµατίζοντας σύµπλοκα των µεταβατικών µετάλλων 86 του τύπου: [M II (dien)l]l, [M II (dien)l]l 2, [M II (dien)l 2 ], [M III (dien)l 2 ]L, [M II (dien) 2 ]L 2, [M III (dien) 2 ]L 3, όπου Μ = Cu II, Co II, Cr III, Rh III, Mo III, Pd II και L = O 3., Cl -, Br -, I -, ClO 4 -, µε διαφορετικές διαµορφώσεις: γραµµική, λέµβου, ανακλίντρου, ενδιάµεση, ωµέγα, τύπου S (σχήµα 2.2). Σύµφωνα µε τους Corey και Ballar 87 υπάρχουν δύο διαφορετικά ισοµερή θέσεως: το fac- και το mer-, ενώ η περαιτέρω διαµόρφωση του ligand µπορεί να είναι συµµετρική (kk ) ή ασύµµετρη (kk) (σχήµα 2.5). Τα fac- και mer- ισοµερή µπορούν να διακριθούν µε φασµατοσκοπία IR. 88, 89, 90 16

41 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands (ii) (v) (i) (iii) (iv) (vi) kk'. Σχήµα 2.5. υνατές διαµορφώσεις της διαιθυλενοτριαµίνης: (i) γραµµική (ii) λέµβου (iii) ανακλίντρου (iv) ενδιάµεση (v) ωµέγα, (vi) τύπου S. kk Θα πρέπει να σηµειωθεί ότι κάθε ισοµερές παράγει έναν αριθµό διαµορφοµερών (σχήµα 2.6), ανάλογα µε τη θέση των δύο ασύζευκτων ζευγών ηλεκτρονίων των τελικών αµινοµάδων καθώς και το ελεύθερο ζεύγος ηλεκτρονίων του ιµινικού αζώτου. X 2 Z.....M. 1 3 Y X 2 3 Z 1 M Y mer- fac- Σχήµα 2.6. ιαµορφοµερή fac- και mer- της διαιθυλενοτριαµίνης. Στη fac- διαµόρφωση το τριδραστικό ligand καταλαµβάνει την «όψη» του οκταέδρου συναρµογής, όντας κεκαµµένο σε τριγωνική µορφή (ή αλλιώς 1,2,3- ισοµερές), ενώ στη mer- διαµόρφωση το ligand καταλαµβάνει την περιοχή γύρω από το µέταλλο έτσι ώστε να βρίσκεται στην περιφέρεια µιας νοητής σφαίρας (ή αλλιώς 1,2,6-ισοµερές). Σε κάθε περίπτωση το ligand σχηµατίζει συµπυκνωµένους 17

42 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands πενταµελείς δακτυλίους µε το κεντρικό µέταλλο, και µάλιστα µε διαµορφώσεις διαφορετικές για κάθε ισοµερές. Έχει βρεθεί 170 ότι η προτιµητέα ενεργειακά διαµόρφωση για τη διαιθυλενοτριαµίνη είναι η «ωµέγα» (ω), όπου οι αιθυλενικές οµάδες διατάσσονται συµµετρικά, είτε στη mer- είτε στη fac- διαµόρφωση για συναρµογή µε το µεταλλικό ιόν. Η τριδραστική συναρµογή µέσω των ατόµων Ν που φέρουν αρνητικό φορτίο και η προτιµητέα ω διαµόρφωση της διαιθυλενοτριαµίνης αποδεικνύονται και µε βάση τους θεωρητικούς υπολογισµούς (σχήµα 2.7). (A) (B) Σχήµα 2.7. οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονιακής πυκνότητας (Β) της dien στο επίπεδο PM ιπροπυλενοτριαµίνη (dpta) Η διπροπυλενοτριαµίνη είναι τριδραστικό ligand, το οποίο προσφέρει για συναρµογή τα τρία άτοµα αζώτου. Αυτή η τάση είναι γνωστή από τη βιβλιογραφία, αλλά επιβεβαιώνεται και θεωρητικά µε βάση τα αρνητικά φορτία των ατόµων Ν (σχήµα 2.8). (A) (B) Σχήµα 2.8. οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονιακής πυκνότητας (Β) της dpta υπολογισµένες στο επίπεδο PM3. 18

43 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands Οι διαµορφώσεις της στα σύµπλοκά της µε µεταλλικά ιόντα έχουν µελετηθεί ευρέως. 91, 92, 93 Υπάρχουν τρεις γνωστές διαµορφώσεις εξαµελών χηλικών δακτυλίων, αναλυτικότερα: ανακλίντρου, λέµβου, παραµορφωµένης λέµβου µε σχετική σταθερότητα: ανάκλιντρο>παραµορφωµένη λέµβος>λέµβος Τριαιθυλενοτετραµίνη (trien) Η τριαιθυλενοτετραµίνη είναι τετραδραστική αµίνη µε δυο πρωτοταγείς και δυο δευτεροταγείς αµινοµάδες και συναρµόζεται µέσω των τεσσάρων ατόµων αζώτου, όπως επιβεβαιώνεται από θεωρητικές (σχήµα 2.9) και πειραµατικές µελέτες. (A) (B) Σχήµα 2.9. οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονιακής πυκνότητας (Β) της trien µε βάση υπολογισµούς PM3. Ωστόσο, υπάρχουν περιπτώσεις κατά τις οποίες συναρµόζεται τριδραστικά, όταν αυτό επιβάλλεται για λόγους στερεοχηµικούς ή ηλεκτρονικούς. Τα δύο δευτεροταγή άτοµα αζώτου, µε τιµές pκ: 3,3 και 6,7 είναι βασικότερα από τα πρωτοταγή (pκ = 9,2 και 9,9). Η αντίδραση της τετραδραστικής trien µε άλατα διαφόρων µετάλλων, λόγω της ευκαµψίας της και της ικανότητάς της να σχηµατίζει τρεις πενταµελείς δακτυλίους, δίνει µια ποικιλία σταθερών ισοµερών συµπλόκων. Στα σύµπλοκά της παρουσιάζει µεγάλη ποικιλία διαµορφοµερών, µερικά από τα οποία δίνονται στο σχήµα

44 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands H H H2 M H2 X X H2 H H2 OH2 -(RR)-cis-β 2 H H X M H2 H2 X H2 H H2 H H 2 -(RR)-cis-α -(RR)-cis-β (RR)-trans H H X M H X M H -(R,S)-cis-β X X M H H2 H2 H X M X H (R,S)-trans H2 H 2 OH2 M H2 H 2 X -(RR)-cis-β 1 Σχήµα υνατές διαµορφώσεις οκταεδρικών συµπλόκων µε trien Βιολογική δράση των πολυαµινών Είναι γνωστό ότι οι πολυαµίνες αποτελούν συστατικά του κυττάρου, απαραίτητα για την εύρυθµη λειτουργία της κυτταρικής διαίρεσης και διαφοροποίησης, ενώ υπάρχουν και δεδοµένα που δείχνουν τη σηµασία των πολυαµινών στον προγραµµατισµένο κυτταρικό θάνατο. Συγκεκριµένα, εικάζεται ότι ο ρόλος τους εντοπίζεται στη διαίρεση, τη µεταγραφή και τη µετάφραση, πιθανότατα µέσω ειδικών αλληλεπιδράσεων χάρη στη χαρακτηριστική, µοναδική και ευέλικτη κατανοµή φορτίου. Άλλωστε η σηµασία των πολυαµινών για την κυτταρική λειτουργία αντικατοπτρίζεται στα αυστηρά καθορισµένα ενδοκυτταρικά τους επίπεδα, τα οποία διατηρούνται σε φυσιολογικά όρια µε την αυστηρή εξισορρόπηση µεταξύ της βιοσύνθεσης, της αποσύνθεσης και της λήψης αµινών από τις τροφές. Από τις αµίνες η πουτρεσκίνη (H 2 (CH 2 ) 4 H 2, 1,4-βουτανοδιαµίνη) και η σπερµιδίνη (H 2 (CH 2 ) 4 H(CH 2 ) 3 H 2, Ν 1 -(3-αµινοπροπυλ)-1,4-βουτανοδιαµίνη) υπάρχουν σχεδόν σε όλους τους ζωντανούς οργανισµούς ενώ η σπερµίνη (H 2 (CH 2 ) 3 H(CH 2 ) 4 H(CH 2 ) 3 H 2, Ν 1,Ν 4 -δις(3-αµινοπροπυλο)-1,4- βουτανοδιαµίνη) γνωστό φυσικό αντιοξειδωτικό και αντιφλεγµονώδες 94 είναι λιγότερο κοινή στους προκαρυωτικούς οργανισµούς. Η πουτρεσκίνη είναι δισθενές, η σπερµιδίνη τρισθενές, ενώ η σπερµίνη τετρασθενές οργανικό κατιόν, καθώς οι 20

45 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands πρωτοταγείς και δευτεροταγείς αµινοµάδες τους είναι πρωτονιωµένες στο φυσιολογικό ph του αίµατος (7,2-7,4). Ενδοκυτταρικά οι πολυαµίνες αλληλεπιδρούν ηλεκτροστατικά µε αρνητικά φορτισµένες µονάδες του DA και του RA των πρωτεϊνών και των φωσφολιπιδίων. Η διαφορά των φορτισµένων πολυαµινών, συγκριτικά µε τα ανόργανα κατιόντα όπως το Mg 2+ και το Ca 2+, είναι ότι έχουν θετικά φορτία σε συγκεκριµένες αποστάσεις, ανάµεσα στα οποία βρίσκονται µεθυλενικές οµάδες που µπορούν να συµµετάσχουν σε υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις. Έτσι, οι πολυαµίνες αναπτύσσουν ισχυρότερες και πιο εξειδικευµένες αλληλεπιδράσεις απ ότι τα ανόργανα κατιόντα. 95, 96, 97 Επίσης, οι πολυαµίνες µπορούν να δράσουν ως «παγίδες» σουπεροξειδικών και υδροξυλικών ριζών, άρα µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως αντιοξειδωτικά. 98 Στο σχήµα 2.11 δίνονται οι δυνατές δράσεις των πολυαµινών. Βιοσύνθεση Μεταφορά Ενδοκυτταρικές πολυαµίνες Προώθηση της κυτταρικής διαίρεσης Αναστολή της απόπτωσης Καταβολισµός Σχήµα Μεταβολισµός και χρήσεις των πολυαµινών. Επίσης οι πολυαµίνες έχουν την ικανότητα να αυξάνουν τη θερµοκρασία τήξεως (Τm) του DA, µε τρόπο που εξαρτάται από τη συγκέντρωσή τους. 99 Άλλη µια συνέπεια της σύνδεσης των πολυαµινών µε το DA είναι η συµπύκνωσή του, η οποία επιτυγχάνεται τόσο µε «γυµνό» DA 100 όσο και µε χρωµατίνη. 101 Επίσης, οι πολυαµίνες µπορούν να προκαλούν αλλαγές διαµόρφωσης στο DA, όπως για παράδειγµα τη µετατροπή του δεξιόστροφου B-DA σε αριστερόστροφο Z-DA 102 ή σε µια εναλλακτική µορφή της δεξιόστροφης αλυσίδας, το A-DA. 103 Η αλλαγή στη διαµόρφωση συµβαίνει µέσω της ουδετεροποίησης του αρνητικού φορτίου των φωσφορικών οµάδων του DA, συνακόλουθης ελάττωσης της ενέργειας που απαιτείται για την κάµψη του µορίου και άρα της διευκόλυνσης της αλληλεπίδρασης DA-πρωτεΐνης (σχήµα 2.12). 21

46 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands Σχήµα Αλληλεπίδραση DA πρωτεΐνης. Η συγκέντρωση των πολυαµινών βρέθηκε ότι επηρεάζει τη σύνδεση πολλών µεταγραφικών παραγόντων στο DA. 104 Σε περίπτωση έλλειψης πολυαµίνης, τα πρώτα συµπτώµατα γίνονται ορατά στο DA και στην πρωτεϊνοσύνθεση. Η χρωµατίνη που αποµονώνεται από κύτταρα που πάσχουν από παρατεταµένη έλλειψη πολυαµίνης είναι πιο ευάλωτη στην πέψη από νουκλεάσες. 105 Επιπλέον, η έλλειψη πολυαµινών οδηγεί σε αλλαγές στην έκφραση πολυάριθµων γονιδίων που σχετίζονται µε τον καρκίνο. Ωστόσο, οι µοριακοί µηχανισµοί µε τους οποίους συµβαίνουν αυτές οι µεταβολές παραµένουν άγνωστοι Ο ρόλος των πολυαµινών στην απόπτωση Ο προγραµµατισµένος κυτταρικός θάνατος (απόπτωση) και η κυτταρική ανάπτυξη είναι δύο πλευρές του ίδιου νοµίσµατος, οπότε οι παράγοντες που ρυθµίζουν τη φυσιολογική κυτταρική ανάπτυξη µπορούν σε άλλα κύτταρα ή σε διαφορετικές συνθήκες να οδηγήσουν στον αποπτωτικό θάνατο. Συνεπώς, οι πολυαµίνες σχετίζονται και µε τη ρύθµιση της απόπτωσης δρώντας ως προωθητές, τροποποιητές ή και προστατευτικοί παράγοντες στην απόπτωση. 106 Ωστόσο, είναι γνωστό ότι υπό συγκεκριµένες προϋποθέσεις οι πολυαµίνες µπορούν να είναι τοξικές για τα κύτταρα. 107,108 Οι πολύ υψηλές συγκεντρώσεις πολυαµινών επιδρούν καταστροφικά στην κυτταρική ανάπτυξη και µπορούν να οδηγήσουν στο θάνατο του κυττάρου Αντικαρκινική δράση των συµπλόκων των πολυαµινών Eίναι γνωστό ότι η αντικαρκινική δράση των συµπλόκων των πολυαµινών συσχετίζεται µε την ατοµική µάζα 110, την ηλεκτραρνητικότητα 111, την ατοµική ακτίνα 112, τον αριθµό των ασύζευκτων ηλεκτρονίων του µεταλλικού ιόντος 113 και 22

47 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands γενικά, µε τις παραµέτρους ηλεκτρονικής δοµής των συµπλόκων των µεταβατικών µετάλλων. 114 Άλλες σηµαντικές παράµετροι είναι οι φυσικοχηµικές 115, η λιποφιλικότητα, η κατανοµή του φορτίου, η πολωσιµότητα καθώς και τυχόν στερεοχηµικές παρεµποδίσεις. 2.2 Ετεροκυκλικές αλδεΰδες Σηµαντικές ετεροκυκλικές αλδεΰδες είναι η 2-φουραλδεΰδη, η 2- θειοφαιναλδεΰδη και η 2-πυρρολαλδεΰδη (σχήµα 2.13). O CH = O S CH = O CH = O H (Α) (Β) (Γ) Σχήµα Οι συντακτικοί τύποι της 2-φουραλδεΰδης (Α), της 2-θειοφαιναλδεΰδης (Β) και της 2-πυρρολαλδεΰδης (Γ) φουραλδεΰδη Η 2-φουραλδεΰδη είναι φυσικό προϊόν και συγκεκριµένα συστατικό των σακχάρων. Περιέχει το φουρανικό δακτύλιο, ένα πενταµελές ετεροκυκλικό σύστηµα µε ετεροάτοµο οξυγόνου. Υδρογονώνεται δύσκολα, αντιδρά µε βρώµιο, δίνει προϊόντα υποκατάστασης και συµπεριφέρεται ως συζυγιακό σύστηµα σε διενικές συνθέσεις. 116 Η φουραλδεΰδη ως φουρανικό παράγωγο εµφανίζει αρωµατικό χαρακτήρα, ο οποίος οφείλεται στα έξι π ηλεκτρόνια (σχήµα 2.14). C C C O δεύτερο ασύζευκτο ζεύγος σε sp 2 τροχιακό C Σχήµα Απεικόνιση τροχιακών του φουρανίου. Για παράδειγµα, στο φουράνιο οι δοµές συντονισµού είναι οι εξής: 23

48 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands O O O O O - Στο σχήµα 2.15 (Α) δίνεται η θεωρητικά βελτιστοποιηµένη δοµή της 2- φουραλδεΰδης. Είναι προφανές οτι, για το ελεύθερο ligand θα είναι προτιµητέα η συναρµογή από το ενδοκυκλικό άτοµο οξυγόνου και το αλδεϋδικό άτοµο οξυγόνου. (Α) (Β) Σχήµα οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονιακής πυκνότητας (Β) της φουραλδεΰδης υπολογισµένες στο επίπεδο PM θειοφαιναλδεΰδη Η 2-θειοφαιναλδεΰδη είναι παράγωγο του θειοφαινίου, το οποίο αποτελεί το αντίστοιχο θειούχο παράγωγο του φουρανίου, παρουσιάζει όµως εντονότερο αρωµατικό χαρακτήρα. Πολλά θειοφαινικά παράγωγα εµφανίζουν βιολογική δράση. Ορισµένα καρβοξυλικά παράγωγα του θειοφαινίου (ηµισυνθετικές κεφαλοσπορίνες) αποτελούν αντιβιοτικά πρώτης γενιάς, αλλά και αντιαλλεργικά, αντιµικροβιακά, αντι-ηµικρανικά και αντιβακτηριακά µέσα για εντερική χρήση. 117 Επίσης, τα συγκεκριµένα παράγωγα έχουν µελετηθεί για τη δράση τους κατά της οστεοπόρωσης. 118,119 Έχει βρεθεί ότι η βιολογική δράση αυτών των ενώσεων είναι αυξηµένη, µετά τη συναρµογή µε µέταλλα 120 π.χ. Co II, i II, Zn II και Cu II. Στο σχήµα 2.16 δίνεται η θεωρητικά βελτιστοποιηµένη δοµή για το µόριο της 2-θειοφαιναλδεΰδης. Στην περίπτωση αυτή, το ενδοκυκλικό άτοµο S δε µπορεί να συµµετάσχει στη συναρµογή καθώς φέρει θετικό φορτίο. Αντίθετα, το αλδεϋδικό άτοµο οξυγόνου µπορεί να συναρµοστεί λόγω του αρνητικού του φορτίου. 24

49 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands (Α) (Β) Σχήµα οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονιακής πυκνότητας (Β) της 2-θειοφαιναλδεΰδης υπολογισµένες στο επίπεδο PM πυρρολαλδεΰδη Η 2-πυρρολαλδεΰδη είναι παράγωγο του πυρρολίου, µε άζωτο στον ετεροκυκλικό δακτύλιο. Σύµφωνα µε θεωρητικούς υπολογισµούς (σχήµα 2.17) η 2- πυρρολαλδεΰδη εµφανίζει τάση συναρµογής από το ενδοκυκλικό άτοµο Ν και το αλδεϋδικό οξυγόνο. (Α) (Β) Σχήµα οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονικής πυκνότητας (Β) της 2-πυρρολαλδεΰδης υπολογισµένες στο επίπεδο PM3. Ανιχνεύεται ως προϊόν διάσπασης των χρωστικών της χολής, της αιµίνης και της χλωροφύλλης. Επιπλέον, ο πυρρολικός δακτύλιος υπάρχει στο µόριο της αίµης της µυοσφαιρίνης, η οποία µεταφέρει οξυγόνο στους ιστούς µέσω της οξείδωσης του δισθενούς σιδήρου σε τρισθενή. 2.3 Βάσεις του Schiff Γενικά Οι βάσεις του Schiff (ιµίνες) περιέχουν το χαρακτηριστικό διπλό δεσµό C= και προέρχονται από αντιδράσεις συµπύκνωσης πρωτοταγών αµινών µε αλδεΰδες ή κετόνες. Η σύνθεσή τους (σχήµα 2.18) αναφέρθηκε πρώτα από τον Schiff 121, ωστόσο 25

50 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands έχουν αναφερθεί και διαφορετικές συνθετικές µέθοδοι από τους Dayagi και Degani. 122 R R' C=O + R''H 2 R HR'' C R' OH -H 2 O R R' C=R'' Σχήµα Αντιδράσεις σύνθεσης βάσης του Schiff. Οι ενώσεις αυτές αποσυντίθενται ή πολυµερίζονται ταχύτατα, εκτός αν υπάρχει τουλάχιστον µια αρυλο- οµάδα συνδεδεµένη στο άτοµο αζώτου ή άνθρακα. Για την ταυτοποίηση συµπλόκων µε βάσεις του Schiff µπορεί να χρησιµοποιηθεί η φασµατοσκοπία IR, και συγκεκριµένα η οξεία και ισχυρή κορυφή στην περιοχή cm -1, όταν οι υποκαταστάστες στα άτοµα άνθρακα και αζώτου είναι άτοµα υδρογόνου, αλκύλια ή αρύλια, η οποία αποδίδεται στη δόνηση τάσεως του ιµινικού δεσµού C=. Η φύση των διαφορετικών υποκαταστατών καθορίζει την ακριβή θέση των δονήσεων τάσεως στη συγκεκριµένη περιοχή. Με κριτήριο τον αριθµό των ιµινικών δεσµών, οι βάσεις του Schiff µπορούν να διακριθούν σε µονοβάσεις, διβάσεις ή τριβάσεις. Παρά το µεγάλο αριθµό δηµοσιεύσεων σχετικά µε τη δοµή των µεταλλικών συµπλόκων ενώσεων µε βάσεις του Schiff, λίγα είναι τα ελεύθερα ligands των οποίων είναι γνωστή η δοµή. Τα βασικά κέντρα συναρµογής των βάσεων του Schiff µε µεταλλικά ιόντα είναι τα ιµινικά άτοµα αζώτου, λόγω της αυξηµένης βασικότητάς τους ενώ ακολουθούν τα υπόλοιπα ετεροάτοµα (οξυγόνο, θείο, άζωτο κλπ), αρκεί να µην παρεµποδίζονται στερεοχηµικά. Οι προκύπτουσες ενώσεις συναρµογής παρουσιάζουν µεγάλο επιστηµονικό ενδιαφέρον, τόσο πρακτικό όσο και θεωρητικό. Είναι γνωστές βάσεις του Schiff εως και µε επτά άτοµα-δότες, ωστόσο συχνότερα συναντώνται τρι-, και τετραδραστικές βάσεις Τριδραστικές βάσεις του Schiff Οι περισσότερες τριδραστικές βάσεις του Schiff προσφέρουν για συναρµογή άτοµα, S και Ο που διαθέτουν και µπορούν να θεωρηθούν παράγωγα των αντίστοιχων διδραστικών αναλόγων, µε την επιπλέον προσθήκη µιας οµάδας-δότη. Υπάρχει η δυνατότητα δράσης τους τόσο ως χηλικά ligands, όσο και ως ligands 26

51 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands γέφυρας. Στο πλαίσιο της διατριβής αυτής χρησιµοποιήθηκαν τα ligands-βάσεις του Schiff dienoo, dienss, dien για τα οποία δίνονται οι θεωρητικές δοµές στα σχήµατα 2.19, 2.20 και 2.21, απ όπου είναι προφανής η τάση για συναρµογή από τα άτοµα Ν. (A) (B) Σχήµα οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονιακής πυκνότητας (Β) του dienoo υπολογισµένες στο επίπεδο PM3. (A) (B) Σχήµα οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονιακής πυκνότητας (Β) του dienss υπολογισµένες στο επίπεδο PM3. (A) (B) Σχήµα οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονιακής πυκνότητας (Β) του dien υπολογισµένες στο επίπεδο PM3. 27

52 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands Στην κατηγορία των τριδραστικών βάσεων του Schiff ανήκουν και οι µονοβάσεις του Schiff, οι ασύµµετρες ενώσεις στις οποίες έχει συµπυκνωθεί µόνο ένα µόριο αλδεΰδης µε πρωτοταγή αµινοµάδα. Στις πολυαµίνες µε περισσότερες από µια πρωτοταγείς αµινοµάδες η παρασκευή των µονοβάσεων µπορεί να επιτευχθεί είτε µε την αρχική προστασία µιας ή περισσοτέρων πρωτοταγών αµινοµάδων 123,124, είτε µε µερική υδρόλυση των διβάσεων ή των τριβάσεων του Schiff. Σε πολλές περιπτώσεις, ιδιαίτερα σε σύµπλοκες ενώσεις µε ligands διβάσεις ή τριβάσεις του Schiff, η υδρόλυση καταλύεται από την παρουσία του µεταλλικού ιόντος 125 ή πραγµατοποιείται µε οξέα 126, µε τη χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας 127 ή ακόµα και µε εξειδικευµένα ένζυµα. 128 Για τη σύνθεση των συµπλόκων της διατριβής χρησιµοποιήθηκε το ligand- µονοβάση του Schiff dptas, η θεωρητική δοµή του οποίου δίνεται στο σχήµα Αυτό θα εµφανίζει τάση συναρµογής από τα τρία άτοµα Ν, στα οποία το φορτίο προκύπτει αρνητικό. (Α) (Β) Σχήµα οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονιακής πυκνότητας (Β) του dptas υπολογισµένες στο επίπεδο PM Τετραδραστικές βάσεις του Schiff Στα περισσότερα σύµπλοκα µετάλλων µε τετραδραστικές βάσεις του Schiff, το τετραδραστικό ligand βρίσκεται στην ιονισµένη µορφή µε διαµόρφωση συνήθως επίπεδη, για παράδειγµα µε τα τέσσερα άτοµα δότες να είναι συνεπίπεδα. Στο σχήµα 2.23 δίνονται οι δυνατές διαµορφώσεις τετραδραστικών βάσεων του Schiff σε διάφορα µεταλλικά σύµπλοκα του Co. 28

53 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands L O O O O O CH 2 CH Co 2 Co Co Co O O L O L O L O Σχήµα υνατές διαµορφώσεις τετραδραστικών βάσεων του Schiff σε διάφορα µεταλλικά σύµπλοκα του Co. Η σχετική ευκαµψία των συγκεκριµένων ligands επιτρέπει παραµορφώσεις ανάλογα µε τη φύση του ατόµου του µετάλλου και τον όγκο των αξονικών ή ισηµερινών ligands, τα οποία τελικά καθορίζουν αν η τελική διαµόρφωση θα είναι «οµπρέλας» ή κλιµακωτή. 129 Τυχόν στερεοχηµικές παρεµποδίσεις των υποκαταστατών της αιθυλενικής γέφυρας µε τα αξονικά ligands µπορούν να οδηγήσουν σε παραµορφώσεις της τετραγωνικής πυραµιδικής γεωµετρίας προς τριγωνική διπυραµιδική Βιολογική δράση των βάσεων του Schiff και των συµπλόκων τους Είναι γνωστό ότι οι βάσεις του Schiff επιβραδύνουν την ανάπτυξη ορισµένων όγκων στα ζώα. 130 Eπίσης, υπάρχουν µικτά σύµπλοκα i ΙΙ και Cu ΙΙ µε βάσεις του Schiff τα οποία εµφανίζουν χηµειοθεραπευτική δράση 131 ενώ ορισµένα σύµπλοκα µε βάσεις του Schiff εµφανίζουν και αντιµικροβιακή δράση. 132 Ορισµένα σύµπλοκα του Cu II µε βάσεις του Schiff εµφανίζουν δράση νουκλεάσης 133, άλλα έχουν αντιοξειδωτική δράση και χρησιµοποιούνται κατά του διαβήτη 134 ή ενισχύουν την απόπτωση Αλογόνα Γενικά Τα αλογόνα είναι πολύ ηλεκτραρνητικά στοιχεία και δείχνουν πρακτικά αµέταλλο χαρακτήρα, εκτός από το ιώδιο που έχει µεταλλική εµφάνιση. Όλα τα αλογόνα είναι διατοµικά µόρια στη στοιχειακή κατάσταση, και τα δύο άτοµα συνδέονται µε απλό οµοιοπολικό δεσµό. Η αυξηµένη δραστικότητά τους οφείλεται στη µικρή ενέργεια διάσπασης του µορίου και στην πολύ µεγάλη ηλεκτρονιοσυγγένεια των ουδέτερων ατόµων των στοιχείων αυτών. Τα αλογόνα σε θεµελιώδη κατάσταση έχουν την ηλεκτρονική διαµόρφωση ns 2 np 5. Οι δεσµοί που 29

54 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands σχηµατίζουν µε άλλα στοιχεία είναι συνήθως απλοί οµοιοπολικοί, εκτός από τα πολύ ηλεκτροθετικά στοιχεία της 1 ης και 2 ης οµάδας στα οποία οι δεσµοί είναι ετεροπολικοί. Ωστόσο, υπάρχουν σηµαντικές διαφορές στη χηµική συµπεριφορά των µεµονοµένων αλογόνων ως ligands, ιδιαίτερα του φθορίου, λόγω των βασικών τους ιδιοτήτων. 136,137 Η χηµική δραστικότητα των αλογονούχων ενώσεων µεταβάλλεται σύµφωνα µε τη σειρά: F - > Cl - > Br - > I -, ωστόσο σε ορισµένες µεταλλικές ενώσεις η σειρά αυτή αντιστρέφεται, πιθανώς λόγω της διαφορετικής τιµής του λόγου φορτίου/ιονική ακτίνα ή και της δυνατότητας χρησιµοποίησης εξωτερικών κενών d τροχιακών για δηµιουργία δεσµού επαναφοράς. Σύµφωνα µε τους κανόνες Fajans, όσο αυξάνεται το µέγεθος των αλογόνων τόσο πιο εύκολα πολώνονται και τόσο πιο ισχυρές γίνονται οι ενδοµοριακές έλξεις. Τα αλογόνα, κατά το σχηµατισµό των συµπλόκων, παρουσιάζουν τη ικανότητα να δρούν είτε ως ιόντα, είτε ως µονοδοτικά ακραία ligands είτε ως ligands γέφυρας Σχηµατισµός δεσµού Οι δεσµοί που σχηµατίζουν τα αλογόνα µε άλλα άτοµα στοιχείων ποικίλλουν σε ισχύ, µε αύξηση από το ιώδιο προς το φθόριο λόγω της ελάττωσης του µεγέθους του ατόµου αλογόνου, η οποία επιτρέπει την αποτελεσµατικότερη αλληλεπικάλυψη των ηµισυµπληρωµένων p τροχιακών, µε κατάλληλο τροχιακό άλλου ατόµου. Εκτός από το σ-δεσµό, ο οποίος δηµιουργείται µε τον τρόπο αυτό, υπάρχει δυνατότητα σχηµατισµού π-δεσµού (σχήµα 2.24) µε πλήρη τροχιακά του κεντρικού ατόµου που αλληλεπικαλύπτονται µε κενά d τροχιακά του ατόµου αλογόνου Σχήµα Περιπτώσεις σχηµατισµού π-δεσµού Ακραίος δεσµός µετάλλου - αλογόνου Ένα µονοδραστικό αλογόνο ligand µε διαθέσιµα ηλεκτρονιακά ζεύγη µπορεί να χρησιµοποιηθεί για το σ-δοτικό δεσµό µε ένα τροχιακό-αποδέκτη του µετάλλου. Για τη µελέτη του δεσµού αυτού ενδείκνυται η φασµατοσκοπία IR, καθώς οι δονήσεις τάσεως των δεσµών Μ-Χ εµφανίζονται χαρακτηριστικά στην περιοχή

55 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands 200 cm -1 για το δεσµό M-Cl και στην περιοχή cm -1 για το δεσµό Μ-Ι. Γενικά η ν(μ-χ) αυξάνεται όσο αυξάνεται η οξειδωτική βαθµίδα του µετάλλου και όσο ελαττώνεται ο αριθµός συναρµογής του µετάλλου Γέφυρα αλογόνου Τα αλογόνα εµφανίζουν την τάση να σχηµατίζουν γέφυρες µεταξύ δύο ατόµων µετάλλου (σχήµα 2.25). Γενικά οι δονήσεις τάσεως των δεσµών γέφυρας ν(μ-χ) απορροφούν σε χαµηλότερες ενέργειες από τις αντίστοιχες των τελικών δεσµών Μ-Χ. Οι απλές γέφυρες του τύπου Μ-Χ-Μ διακρίνονται σε γραµµικές ή κεκαµµένες, µε το αντίστοιχο εύρος γωνίας να ποικίλλει από 180 ο εως 115 ο. Η σχεδόν γραµµική δοµή σχετίζεται µε τις ηλεκτρονιακές διαµόρφώσεις από d 0 εως d 1 ενώ η κεκαµµένη γέφυρα των 135 ο σχετίζεται µε διαµορφώσεις d 3, d 4, d 5 και d 6. Η ενδιάµεση γωνία των 150 ο σχετίζεται µε τη d 2 ηλεκτρονική διαµόρφωση, µε µοναδικές εξαιρέσεις το βανάδιο και το χρώµιο στην πρώτη µεταβατική σειρά, λόγω του µικρού µεγέθους ατόµου. Η σύνδεση δύο ατόµων µετάλλου µε άτοµα αλογόνου-γέφυρες γίνεται σε ενώσεις που περιέχουν είτε αποκλειστικά ligands αλογόνου είτε µικτά ligands. Ο σχηµατισµός γέφυρας ευνοείται αν τα ακραία σηµεία του ατόµου µετάλλου καταλαµβάνονται από ligands-δέκτες. Έχουν αναφερθεί παραδείγµατα ενώσεων µε απλές, διπλές, τριπλές και τετραπλές γέφυρες αλογόνου µεταξύ δύο κέντρων. Cu X X (i) Cu Cu X X X Cu Σχήµα Παραδείγµατα σχηµατισµού γέφυρας αλογόνου: (i) διπλής, (ii) τριπλής. (ii) Cu Cu X Για τα άτοµα χλωρίου, βρωµίου και ιωδίου οι διπλές γέφυρες είναι οι συνηθέστερες, λιγότερο συχνές είναι οι τριπλές και οι απλές ενώ είναι γνωστό µόνο ένα παράδειγµα τετραπλής γέφυρας χλωρίου. Επίσης είναι γνωστές περιπτώσεις όπου το άτοµο αλογόνου ενώνεται µε περισσότερα από δύο άλλα άτοµα και εµφανίζει αριθµό συναρµογής τρία ή και µεγαλύτερο. 31

56 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands Οι γέφυρες αλογόνου µπορούν να είναι συµµετρικές ή ασύµµετρες. Η ασυµµετρία στις γέφυρες µπορεί να συσχετιστεί µε τρία στοιχεία: την οµοιότητα ή µη των συνδεόµενων στοιχείων, την ύπαρξη διαφορετικών ligands σε θέση trans ως προς τη γέφυρα και τέλος, τη βασική γεωµετρία του χρωµοφόρου του µετάλλου Χηµικά και βιολογικά χαρακτηριστικά Cl, Br, I Το χλώριο είναι το δραστικότερο από τα αλογόνα και σχηµατίζει ενώσεις µε τα περισσότερα στοιχεία. Λόγω του υψηλού οξειδωτικού του δυναµικού, µπορεί να οξειδώσει τα ιόντα βρωµίου και ιωδίου. Το χλώριο χρησιµοποιείται αυτούσιο ή στις ενώσεις του, για την αποστείρωση του πόσιµου νερού. Το χλωριούχο ιόν πρακτικά δεν έχει καµία φαρµακολογική δράση, ωστόσο είναι απαραίτητο για τη ρύθµιση των ωσµωτικών λειτουργιών. Το ιώδιο είναι πολύ δραστικό χηµικά, ωστόσο η αντίδρασή του είναι λιγότερο βίαιη συγκριτικά µε τα υπόλοιπα αλογόνα. Η χαµηλότερη ηλεκτραρνητικότητά του οδηγεί σε αστάθεια των ιωδιούχων ενώσεων, σε αντίθεση µε τις υπόλοιπες αλογονούχες ενώσεις. Το ιώδιο παρουσιάζει αντιβακτηριακές ιδιότητες και έτσι χρησιµοποιείται για την παρασκευή βάµµατος ιωδίου ή διαλύµατος Lugol, που χρησιµοποιούνται ως αντισηπτικά. Το βρώµιο είναι το µοναδικό υγρό αµέταλλο στοιχείο. εν απαντά στη φύση σε καθαρή µορφή λόγω της υψηλής του δραστικότητας, αλλά ανιχνεύεται ως δευτερεύον συστατικό του χλωρίου σε ορυκτά και βιολογικά συστήµατα. Η δραστικότητά του είναι χαµηλότερη αυτής του χλωρίου αλλά υψηλότερη του ιωδίου. Χρησιµοποιείται σε ψυχοφάρµακα, καθώς είναι γνωστό ότι το βρωµιούχο ιόν καταστέλλει το κεντρικό νευρικό σύστηµα. 2.5 Πολυαλογονούχα ανιόντα Γενικά Tα πολυαλογονούχα ανιόντα περιγράφονται ως προϊόντα προσθήκης ενός αλογονούχου ιόντος (βάσης κατά Lewis) σε ένα ή περισσότερα µόρια αλογόνου (οξέα κατά Lewis). Συνήθως περιγράφονται 139 από το γενικό τύπο X m Y n Z - p, όπου Χ, Υ και Ζ αντιπροσωπεύουν ίδια ή διαφορετικά άτοµα αλογόνου ενώ το άθροισµα m+n+p είναι περιττός αριθµός (3, 5, 7 ή 9). 32

57 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands To πρώτο πολυαλογονούχο ιόν που µελετήθηκε ήταν το Ι - 3, το οποίο παρασκευάστηκε µε την προσθήκη ΚΙ σε υδατικό διάλυµα Ι 2. Το υδατικό διάλυµα Ι 3. είναι και το πιο σταθερό υδατικό διάλυµα πολυαλογονούχου ιόντος, ωστόσο σε µη υδατικά µέσα (CH 3 OH, CH 3 C) η σταθερότητα των πολυαλογονούχων ιόντων είναι πολύ µεγαλύτερη. Πολλά από αυτά τα ιόντα, ιδιαίτερα τα πιο µεγάλα, υπάρχουν µόνο µε τη µορφή κρυσταλλικών αλάτων µε εξίσου µεγάλα κατιόντα, όπως το Cs + ή το R 4 +. Τα πολυαλογονούχα ιόντα ή άλατα παρασκευάζονται συνήθως µε απευθείας αλληλεπίδραση ενός αλογονούχου άλατος (ΚΧ) µε ένα µοριακό αλογόνο, Χ 2, ή διαλογόνο. π.χ.: KI + Cl 2 KICl 2 ή KCl + ICl KICl 2 - Tα ανιόντα του τύπου Χ 3 είναι γραµµικά, ασύµµετρα ή συµµετρικά. 140,141 Στους πίνακες 2.1 και 2.2 δίνονται οι βασικοί τύποι πολυαλογονούχων ιόντων που βρίσκονται σε κρυσταλλικά άλατα, καθώς και οι θερµοδυναµικές σταθερές σχηµατισµού τους, αντίστοιχα. Πίνακας 2.1. Πολυαλογονούχα ιόντα X m Y n Z p - άλατα. που βρίσκονται σε κρυσταλλικά m+n+p Άλλα είδη I 3 I 5 I 7 I 9 I 8 I 2 Br - I 4 Cl - I 6 Br - I 2 Cl - I 4 Br - - IF 6 - IBr 2 - I 2 Br 3 Br 6 Cl - - ICl 2 I 2 Br 2 Cl - - BrF 6 IBrCl - - I 2 BrCl 2 IBrF - - I 2 Cl 3 - IF 2 - Br 3 - IBrCl 3 - ICl 4 Br 2 Cl - I 2 Cl 3 F Cl 3 IF ClF 2 BrF 4 - ClF 4 33

58 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands H σχετική σταθερότητα των τριαλογονούχων ιόντων είναι η εξής: I 3 - > IBr 2 - > I 2 Br - > Br 3 - > BrCl 2 - > Br 2 Cl - Γενικά, τα τριιωδιούχα ανιόντα είναι σταθερότερα, ενώ η σταθερότητα των συµµετρικών ανιόντων (π.χ. BrIBr - ) είναι γενικά µεγαλύτερη των ασύµµετρων ανιόντων. Στον πίνακα 2.3 δίνονται οι θερµοδυναµικές σταθερές σχηµατισµού των τριαλογονούχων ιόντων σε υδατικό διάλυµα, στους 25 ο C. Πίνακας 2.2. Θερµοδυναµικές σταθερές σχηµατισµού των τριαλογονούχων ιόντων σε υδατικό διάλυµα (25 o C). Αντιδρώντα Προϊόντα I 2 +I - I 3 - IBr+Br - IBr 2 - ICl+Cl - ICl 2 - Σταθερά σχηµατισµού (k f ) (kcal.mol -1 ) - G o (kcal.mol -1 ) 710 3, , IBr+Cl - IBrCl ,1 Br 2 +Br - Br 2-16,3 1,68 I 2 +Br - I 2 Br - 10,5 1,4 I 2 +Cl - I 2 Cl - 1,66 0,3 Br 2 +Cl - Br 2 Cl - 1,14 0,08 Cl 2 +Cl - Cl 3 - Br 2 +Cl - BrCl 2-0,19-1 7,2x ΙCl+I - I 2 Cl - 3x ,6 IBr+I - I 2 Br - 2,6x10 6 8,8 I 2 +I 3 - Br 2 +Br 3 - I 5 - Br 5-9 1,3 1,45 0, Ο δεσµός στα τριαλογονούχα ιόντα Ο δεσµός στα τριαλογονούχα ιόντα σχηµατίζεται από την αλληλεπικάλυψη των np σ τροχιακών των ατόµων που συµµετέχουν 142 (σχήµα 2.26). Από την αλληλεπικάλυψη αυτή προκύπτουν τρία µοριακά τροχιακά, εκ των οποίων τα δύο είναι διπλά κατειληµµένα 143 (δεσµικά και αδεσµικά, αντίστοιχα). 34

59 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands Σχήµα Σχηµατισµός δεσµού από αλληλεπικάλυψη np σ ατοµικών τροχιακών στα τριαλογονούχα ιόντα. Τα τροχιακά p x και p y όλων των ατόµων καταλαµβάνονται από δύο ηλεκτρόνια, ενώ τα ns τροχιακά κάθε ατόµου, που είναι και ενεργειακά χαµηλότερα από τα np τροχιακά, είναι επίσης κατειληµµένα από δύο ηλεκτρόνια. Με την παραδοχή των µοριακών τροχιακών της στοιβάδας σθένους αποκλειστικά από np ηλεκτρόνια, το σχήµα µοριακών τροχιακών για κεντροσυµµετρικό τριαλογονούχο ιόν δίνεται στο σχήµα 2.27 όπου οι δύο µεταπτώσεις ελάχιστης ενέργειας είναι οι σ u * π u και σ u * σ g. σ u* Eπιτρεπτή Απαγορευµένη Αντιδεσµικάχχχ Eνέργεια σ g π u* π g π u Μη δεσµικά εσµικά σ u Σχήµα Τα µοριακά τροχιακά ενός τριαλογονούχου ιόντος. Όπως και στα µοριακά αλογόνα, η πρώτη από τις µεταπτώσεις είναι τυπικά απαγορευµένη, οπότε εµφανίζεται µε ασθενή απορρόφηση στα nm. Επίσης η διέγερση αυτή είναι ανεξάρτητη από τη γεωµετρία του τριαλογονούχου ανιόντος και αφορά τη µεταφορά ενός ηλεκτρονίου από ένα ακραίο άτοµο στο κεντρικό άτοµο του αλογόνου οµή των τριαλογονούχων ανιόντων Όλα τα τριαλογονούχα ιόντα γνωστής δοµής 144 είναι γραµµικά ή σχεδόν γραµµικά, µε γωνίες δεσµού γύρω από το κεντρικό άτοµο που κυµαίνονται στην 35

60 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands περιοχή ο, µπορούν δε να είναι συµµετρικά ή ασύµµετρα. Στον πίνακα 2.3 δίνονται τα δοµικά χαρακτηριστικά των τριαλογονούχων ιόντων. Πίνακας 2.3. οµικά χαρακτηριστικά των τριαλογονούχων ανιόντων. Τριαλογονούχο ανιόν Cl 3 - Br 3 - I 3 - ICl 2 - IBr 2 - I 2 Br - Σχήµα Μήκος δεσµού (Å) Γωνία δεσµού ( ο ) Γραµµικό, συµµετρικό - - Σχεδόν γραµµικό, ασύµµετρο Br-Br=2,440 Br-Br-Br=177,5 Σχεδόν γραµµικό, ασύµµετρο I-I=2,83 I-I-I=176 Γραµµικό, συµµετρικό [Cl-I-Cl] Σχεδόν γραµµικό, ασύµµετρο [Br-I-Br] Σχεδόν γραµµικό [I-I-Br] I-Cl=2,83 I-Br=2,62 I-Br=2,78 I-I=2,777 I-Br=2,906 Cl-I-Cl=180 Br-I-Br=178 I-I-Br=178 Συµπερασµατικά, τα τέσσερα βασικά χαρακτηριστικά των πολυαλογονούχων ιόντων είναι τα εξής: 1. Τα ετεροπυρηνικά ανιόντα (ICl - 2, IΒrCl -, ICl - 4 ) υιοθετούν κατάλληλη µορφή ώστε το αλογόνο µεγαλύτερου ατοµικού αριθµού να είναι και το κεντρικό, «πολυσθενές» άτοµο. 2. Οι διατοµικές αποστάσεις είναι πάντα µεγαλύτερες (0,1-0,2 Å) από τις αντίστοιχες διατοµικές αποστάσεις στα µόρια αλογόνου. 3. Στα πολυαλογονούχα ανιόντα παρατηρούνται κυρίως γωνίες δεσµού που προσεγγίζουν τις 180 ο. Ωστόσο, έχουν βρεθεί και τιµές όπως 80 ο ή 156 ο. 4. Τα τριαλογονούχα ιόντα στις ενώσεις τους εµφανίζουν ποικίλλες γεωµετρίες και διαστάσεις ανάλογα µε τις απαιτήσεις του περιβάλλοντός τους, ενώ τα µεµονωµένα µήκη δεσµών µεταβάλλονται συστηµατικά, ανάλογα µε το συνολικό µήκος του ιόντος. 145,146 Πάντως όλα τα πολυαλογονούχα ανιόντα διαθέτουν µια σχετική στερεοχηµική πλαστικότητα. Τα πολυαλογονούχα ιόντα µπορούν να χρησιµοποιηθούν στην αλογόνωση οργανικών ενώσεων. Τα προϊόντα που προκύπτουν παρουσιάζουν αξιόλογη αντικαρκινική, αντιϊκή, αντιφλεγµονώδη, αντιµυκητιακή, αντιµικροβιακή και αποστειρωτική δράση

61 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands 2.6 Νιτρικά Τα νιτρικά ιόντα µπορούν να δράσουν ως ligands ή ως ιόντα αντιστάθµισης. Στην πρώτη περίπτωση, υπάρχει η δυνατότητα συναρµογής µονοδραστικά ή διδραστικά ενώ στη δεύτερη, υπάρχει χαλαρή συναρµογή µε τα µεταλλικά ιόντα, καθώς τα νιτρικά είναι ασθενείς βάσεις. Στο σχήµα 2.28 δίνονται ορισµένοι από τους τρόπους συναρµογής των νιτρικών ιόντων µε τα µέταλλα. M M O O M O O M O O O O O Σχήµα υνατοί τρόποι συναρµογής 148 των νιτρικών ιόντων. Πολλά από τα αποµονωθέντα ιοντικά σύµπλοκα είναι κρυσταλλικά, κατάλληλα για µελέτη µε ακτίνες Χ. Τα νιτρικά µετά τη συναρµογή τους διατηρούν την επίπεδη τριγωνική γεωµετρία του ελεύθερου ανιόντος. Σε σύµπλοκα µε µικρούς αριθµούς συναρµογής συναρµόζονται συνήθως µονοδραστικά, σπανιότερα διδραστικά και σχεδόν ποτέ τριδραστικά, ενώ σε σύµπλοκα µε µεγάλους αριθµούς συναρµογής µπορούν να δράσουν 149, 150 ως γέφυρες. Το φάσµα υπερύθρου του νιτρικού ιόντος στις ιοντικές ενώσεις εµφανίζει τρεις ταινίες, τη ν 2 (παραµόρφωση εκτός επιπέδου), τη ν 3 (διπλά εκφυλισµένης τάσης) και τη ν 4 (διπλά εκφυλισµένης τάσης εντός επιπέδου), οι οποίες όµως µπορεί να µην είναι ενεργές. Η ταινία ν 1 (συµµετρικής τάσης) είναι φυσιολογικά ανενεργή, ωστόσο µπορεί να γίνει ασθενώς ενεργή µέσω κρυσταλλικών αλληλεπιδράσεων. Στην περίπτωση µονοδραστικής συναρµογής του νιτρικού ιόντος, όλες οι ταινίες καθίστανται επιτρεπτές και παρουσιάζονται µετατοπίσεις στις θέσεις των ταινιών ενώ αίρεται ο εκφυλισµός των ταινιών ν 3 και ν 4. Για παράδειγµα 151 σύµπλοκο [i(en) 2 (O 3 ) 2 ] εµφανίζει τρεις ταινίες οφειλόµενες στα µονοδραστικά νιτρικά, στα 1420, 1305 και 1008 cm -1. Η διαφορά των φασµάτων IR των συµπλόκων µε µονοδραστικά νιτρικά, από αυτά των νιτρικών ιόντων είναι η αισθητή εξασθένηση της ν 3, ο διαχωρισµός της ν 3 και της ν 4 καθώς και µια µικρή µετατόπιση της ν 2 σε χαµηλότερες συχνότητες. 152 Έχει προταθεί 246 ότι τα σύµπλοκα µε διδραστική συναρµογή των νιτρικών εµφανίζουν τρεις ταινίες, στα 1475, 1290 και 1025 cm -1 περίπου. Η φασµατοσκοπική το 37

62 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands διάκριση των συµπλόκων µε µονοδραστική και διδραστική συναρµογή των νιτρικών ιόντων είναι δύσκολη. Ωστόσο, έχει προταθεί οτι τα σύµπλοκα µε µονοδραστικά και διδραστικά νιτρικά εµφανίζουν µια και δύο ταινίες αντίστοιχα ν(μ-ο)- στην περιοχή cm -1. Η ταινία στα 1750 cm -1 δείχνει την ύπαρξη δύο νιτρικών ιόντων, το ένα από τα οποία συµπεριφέρεται ως ligands και το δεύτερο ως ανιόν. 2.7 Ν,Ν- και Ν,Ν,Ν- ετεροκυκλικά ligands Για τις παρασκευές της διατριβής αυτής χρησιµοποιήθηκαν, µεταξύ άλλων, ως ligands το ιµιδαζόλιο, το τριαζόλιο και τα παράγωγά του (σχήµα 2.29). H 2 H 2 H H H H (A) (B) (Γ) ( ) (Ε) Σχήµα Οι συντακτικοί τύποι του ιµιδαζολίου (Α), του 1,2,3-τριαζολίου (Β), του 1,2,4-τριαζολίου (Γ), του 3-αµινο-1,2,4-τριαζολίου ( ) και του 4-αµινο-1,2,4- τριαζολίου (Ε) Ιµιδαζόλιο Το ιµιδαζόλιο είναι ασθενώς βασική ένωση (pk α = 7,0), δρα ως δέκτης ενός πρωτονίου και σχηµατίζει άλατα µε ένα ισοδύναµο οξέος. Η αντίδραση πρωτονίωσής του και οι δοµές συντονισµού του προϊόντος δίνονται στο σχήµα H H H + H + H + + H pk a =7.0 Σχήµα Η αντίδραση πρωτονίωσης του ιµιδαζολίου και οι δοµές συντονισµού του προϊόντος. Ο ιµιδαζολικός δακτύλιος είναι σταθερός σε αναγωγικά µέσα αλλά διανοίγεται µε Ο 3 και αποικοδοµείται µε KΜnO 4. Συνήθως η συναρµογή του 38

63 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands ιµιδαζολίου µε τα µέταλλα 153 γίνεται µέσω του τριτοταγούς ατόµου Ν, όπως φαίνεται στο σχήµα 2.31 (i), ωστόσο σε ορισµένα σύµπλοκα Ru II, Ru III, Fe 0 και Cr 0 είναι δυνατή η συναρµογή µέσω του ατόµου C. 154,155 H H H H H M R H M C C 2 + M C H H H R 2 H (i) (ii) (iii) (iv) Σχήµα υνατοί τρόποι συναρµογής του ιµιδαζολίου µε µέταλλα. Σύµφωνα µε τα βιβλιογραφικά δεδοµένα και µε θεωρητικές µελέτες (σχήµα 2.32) το ιµιδαζόλιο έχει ικανότητα συναρµογής µέσω των δύο ενδοκυκλικών ατόµων αζώτου. (A) (B) Σχήµα οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονιακής πυκνότητας (Β) του Im υπολογισµένες στο επίπεδο PM Tριαζολικά παράγωγα Τα τριαζολικά παράγωγα εµφανίζουν µεγάλο ενδιαφέρον στη χηµεία ενώσεων συναρµογής και έτσι, τα τελευταία χρόνια έχουν µελετηθεί ευρύτατα. Η σύνθεσή τους γίνεται εύκολα µε αντιδράσεις συµπύκνωσης και κυκλοποίησης. 156 Tα τριαζολικά παράγωγα συναρµόζονται µονοδραστικά, διδραστικά, ακόµα και τριδραστικά, ως γέφυρες µεταξύ δύο ή περισσότερων µεταλλικών ιόντων. Γενικά, η συναρµογή γίνεται µέσω του ατόµου αζώτου που έχει τους λιγότερο ογκώδεις υποκαταστάτες σε γειτονική θέση. Στο σχήµα 2.33 δίνονται οι θεωρητικά βελτιστοποιηµένες δοµές δύο τριαζολικών παραγώγων, απ όπου είναι προφανής η τάση για συναρµογή µέσω των ατόµων αζώτου. 39

64 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands (A) (B) Σχήµα Ισοδυναµική επιφάνεια ηλεκτρονιακής πυκνότητας του 3-αµινο-1,2,4- τριαζολίου (Α) και του 4-αµινο-1,2,4-τριαζολίου (Β) µε βάση υπολογισµούς PM3. Είναι γνωστή η αντισηπτική και αναλγητική δράση ιδιαίτερα των 1,2,4.τριαζολίων, τα οποία και χρησιµοποιούνται για θεραπευτικούς σκοπούς στα αντίστοιχα τριαζολικά φάρµακα (triazolam, alprazolam, etizolam, furacrylin) S,-Eτεροκυκλικά ligands Τα S,-ετεροκυκλικά ligands (θειαζόλιο, θειαζολίνη και τα παράγωγα αυτών, σχήµα 2.34) αποτελούν µια χρήσιµη τάξη οργανικών ligands, γνωστών για τις ενδιαφέρουσες αντιβιοτικές, αντιφλεγµονώδεις, αντιϊκές και αντικαρκινικές τους ιδιότητες. 158,159 Η βιολογική τους δράση µπορεί να οφείλεται στη συναρµογή µέσω του ατόµου του S ή του σε µόρια διαφόρων πρωτεϊνών. H 3 C S H3 C S H 2 S H 2 S S H 2 (A) (B) (Γ) ( ) (Ε) Σχήµα Συντακτικοί τύποι του θειαζολίου (Α), του 2-αµινο-5-µεθυλο-θειαζολίου (Β), του 2-αµινο-4-µεθυλο-θειαζολίου (Γ) της θειαζολίνης ( ) και της 2-αµινο-2- θειαζολίνης (Ε). Επιπλέον, προτείνεται οτι τα S,-ετεροκυκλικά ligands µπορούν να δράσουν ως µέσα διασύνδεσης στο DA (intercalators) και έτσι να προκαλέσουν δοµική παραµόρφωση, η οποία µε τη σειρά της οδηγεί στην παραγωγή κυτταροτοξικών 40

65 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands αποτελεσµάτων, χωρίς να µπορεί να αποκλειστεί και η αντίδραση µε συστατικά του DA. Όσον αφορά τη συναρµογή τους µε το µεταλλικό ιόν, τα συγκεκριµένα ligands τείνουν να συναρµόζονται είτε µέσω του ενδοκυκλικού ατόµου αζώτου ή θείου. Η συναρµογή αυτή µπορεί να περιγραφεί από τη θεωρία σκληρών-µαλακών οξέων και βάσεων, θεωρώντας το µεταλλικό ιόν οξύ κατά Lewis Θειαζολικά παράγωγα Ο θειαζολικός δακτύλιος υπάρχει σε πολλές φυσικές ενώσεις, όπως για παράδειγµα στη βιταµίνη Β1 (θειαµίνη, σχήµα 2.35), το απαραίτητο συνένζυµο για την οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση των α-κετοξέων. H 3 C H 2 CH 2 + S CH 2 CH 2 OH CH 3 Σχήµα Η δοµή της θειαµίνης. Το τετραθειαζόλιο εµφανίζεται στο σκελετό της βενζυλοπενικιλλίνης (σχήµα 2.36), ενός από τα πρώτα αντιβιοτικά ευρέως φάσµατος. Η µελέτη των θειαζολικών συµπλόκων µπορεί να γίνει µε τη φασµατοσκοπία IR, η οποία δίνει διαφωτιστικά συµπεράσµατα για την ύπαρξη και τη συναρµογή του θειαζολικού παραγώγου. H H CH 2 H S C CH 3 O CH 3 O COOH Σχήµα Η δοµή της βενζυλοπενικιλλίνης. Οι ταινίες στα cm -1 µπορούν να αποδοθούν στις ν(c=) και ν(c=c) του θειαζολικού δακτυλίου. Στα σύµπλοκα οι παραπάνω ταινίες εµφανίζονται στην περιοχή cm -1, ωστόσο το κατώτατο όριο µπορεί να µετατοπίζεται ελαφρά σε υψηλότερες συχνότητες ενώ το ανώτατο παραµένει σχεδόν αµετάβλητο, µέσα στα όρια του πειραµατικού σφάλµατος. Το γεγονός αυτό µπορεί να εξηγηθεί µε βάση την υψηλή κινητικότητα των π-ηλεκτρονίων µέσα στο συζυγιακό σύστηµα του 41

66 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands θειαζολίου, µετά τη συναρµογή µέσω του ενδοκυκλικού ατόµου αζώτου, το οποίο και είναι το καταλληλότερο για συναρµογή (σχήµα 2.37). (Α) (Β) Σχήµα οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονιακής πυκνότητας (Β) του 2a5mt υπολογισµένες στο επίπεδο PM3. Τα φυσικά αλλά και τα συνθετικά θειαζόλια ή τα παράγωγά τους 2-αµινο-4- µεθυλο-θειαζόλιο (2a4mt) και 2-αµινο-5-µεθυλο-θειαζόλιο (2a5mt) είναι αντιδραστήρια οικεία στον οργανισµό και εµφανίζουν πλήθος βιολογικών δράσεων, όπως για παράδειγµα αντιβιοτική, αντιφλεγµονώδη, µυκητοκτόνα 160, αντιβακτηριακή, ανθελµινθική, αντιφυµατική, αντιεκφυλιστική και αντι-hiv δράση Θειαζολινικά παράγωγα H θειαζολίνη είναι S,-ετεροκυκλική ένωση µε ιδιαίτερη σηµασία. 162 Υπάρχουν διάφορες θειαζολινικές ενώσεις µε δράση ενζυµικού αναστολέα ή ανταγωνιστή υποδοχέων, που µπορούν να χρησιµοποιηθούν για θεραπευτικούς σκοπούς. 163 Επίσης, οι ενώσεις αυτές µπορούν να αναστείλλουν την κυτταρική διαίρεση, έχουν αντιβιοτική και αντικαρκινική δράση καθώς και δράση κατά του ιού HIV. 164 Οι παραπάνω ιδιότητες της θειαζολίνης µπορούν να τροποποιηθούν ή να βελτιωθούν µε τη συναρµογή σε µεταλλικά ιόντα. 155 Η 2-αµινο-2-θειαζολίνη (2a2tzn) είναι γνωστή για τις αντιβιοτικές, αντιφλεγµονώδεις, αντιϊικές, βακτηριοστατικές, µυκητοκτόνες, αντιφυµατικές, αντινεοπλασµατικές, καρδιοτονωτικές, αντιυπερτασικές και άλλες ιδιότητές της. 165, 166, 167, 168, 169, 170 Η πολύπλευρη βιολογική της δράση µπορεί να αποδοθεί στη συναρµογή της είτε µε συστατικά των πρωτεϊνών ως απλό οργανικό µόριο είτε µε 42

67 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands µέταλλα, σε µικτά σύµπλοκα και µέσω του ενδοκυκλικού ατόµου αζώτου της (σχήµα 2.38). (A) (B) Σχήµα οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονιακής πυκνότητας (Β) της 2a2tzn υπολογισµένες στο επίπεδο PM3. Τα σύµπλοκα της 2-αµινο-2-θειαζολίνης εµφανίζουν ενδιαφέρον και λόγω της άνθησης των µη στεροειδών αντιφλεγµονωδών φαρµάκων, τα οποία µπορεί να περιέχουν αρωµατικά ή/και ετεροκυκλικά µόρια µε διάφορους υποκαταστάτες στον αρωµατικό ή τον ετεροκυκλικό δακτύλιο (2-ακετυλοξυ-βενζοϊκό οξύ κλπ.) Αυτά τα µη στεροειδή αντιφλεγµονώδη φάρµακα είναι ασθενή οξέα µε τιµές pka από 3 µέχρι 5, οι δε παρενέργειές τους µάλλον συνδέονται µε τον όξινο χαρακτήρα τους. Εποµένως, µεταξύ των µη στεροειδών αντιφλεγµονωδών µέσων προτιµώνται όσα είναι βασικά, καθώς εµφανίζουν βελτιωµένες φαρµακολογικές ιδιότητες αλλά και χαµηλή γαστρική τοξικότητα. 171, 172, 173 Τα θειαζολινικά σύµπλοκα του Cu II εµφανίζουν βελτιωµένη αντιφλεγµονώδη δράση και ελαττωµένη γαστρεντερική τοξικότητα, συγκριτικά µε την ελεύθερη θειαζολίνη. Το ενδοκυκλικό άτοµο αζώτου των ligands είναι το πιο βασικό και εποµένως προτιµητέο για πιθανή συναρµογή µε το άτοµο Cu II ενώ το ετεροάτοµο S συναρµόζεται είτε µε άλλα µεταλλικά ιόντα όπως το i ή δρα ως γέφυρα σε βιολογικά µόρια. Η βιολογική δραστικότητα του συµπλόκου εξαρτάται τόσο από τη φύση των ligands και του µεταλλικού ιόντος, όσο και από τη συναρµογή, την ηλεκτρονική κατανοµή, τα φυσικά χαρακτηριστικά και τις φυσικοχηµικές ιδιότητες. Από τη µεγάλη ποικιλία των συµπλόκων µε θειαζολίνες, αυτά που περιέχουν µεταλλικά ιόντα οικεία στον ανθρώπινο οργανισµό (Cu, Zn, Fe, ) είναι προτιµητέα για τη συναρµογή και έτσι έχουν µελετηθεί ευρέως. 43

68 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands 2.9 1,1- ιθειολικά ligands Γενικά Η χηµεία των διδραστικών διθειολικών ligands έχει µελετηθεί αρκετά στη δεκαετία του 70. Όµως τελευταία το ενδιαφέρον έχει ανανεωθεί κυρίως λόγω της ευρείας εφαρµογής τους σε οργανικούς αγωγούς 174, στη σταθερότητά τους, στο έντονο χρώµα, και στην ικανότητά τους να συµµετέχουν σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής ενός ηλεκτρονίου. Τα άλατα µε Νa ή Κ των 1,1-διθειολικών ligands χρησιµοποιούνται στην παρασκευή ουδέτερων ή ιονικών συµπλόκων ενώσεων, τα οποία παρουσιάζουν θεωρητικό, πρακτικό και βιολογικό ενδιαφέρον. Τα διθειολικά ligands 175 (σχήµα 2.39) παρασκευάζονται µε βάση την αντίδραση ενώσεων του τύπου XCH 2 Y µε CS 2, σε αλκαλικό περιβάλλον (σχήµα 2.40). X S Y C C S X,Y = C, Ph, COOCH 3, COOC 2 H 5, COH 2LKJLJKLJKLJ Σχήµα Γενικός τύπος των διθειολικών ligands. X Y CH 2 βάση CS 2 X Y CH C S S X Y CH C SH S βάση X Y C C S S X,Y = C, Ph, COOCH 3, COOC 2 H 5, COH 2 Σχήµα Παρασκευή 1,1-διθειολικού ligand. Οι υποκαταστάτες X και Y καθορίζουν την ευκολία της αποπρωτονίωσης, ανάλογα µε το επαγωγικό τους αποτέλεσµα. Αν δρουν ως επαγωγικοί δέκτες τότε ελαττώνεται η ηλεκτρονιακή πυκνότητα από τη µεθυλενική οµάδα, αυξάνεται η οξύτητα των ατόµων υδρογόνου της οµάδας -CH _ 2 και έτσι είναι ευκολότερη η αποπρωτονίωση της ένωσης XCH 2 Y. Ως οργανικά θειούχα παράγωγα είναι καλά πυρηνόφιλα µέσα, µε το υψηλότερο κατειληµµένο τροχιακό (ΗΟΜΟ) σε ιδιαίτερα 44

69 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands υψηλό ενεργειακό επίπεδο, ακόµα και σε ουδέτερα µόρια. Το ιόν RS - µπορεί να δράσει ως βάση και ως αποχωρούσα οµάδα σε αντιδράσεις υποκατάστασης To ligand i-mt 2- Τα διθειολικά στα οποία το Χ=Υ=C, διακρίνονται σε δυο κατηγορίες, το 1,2-δικυανοαιθυλενο-1,2-διθειολικό (µαλονονιτριλο-διθειολικό, MT 2- ) και το 2,2- δικυανοαιθυλενο-1,1-διθειολικό (ισο-µαλονονιτριλο-διθειολικό, i-mt 2- ) 176 ligand (σχήµα 2.41). C C S C C C C S S C C S mnt 2- i-mnt 2- Σχήµα Τύποι των διθειολικών ligands µε Χ=Υ=C Και οι δυο µορφές των διθειολικών (i-mt 2-, MT 2- ) έχουν επίπεδη γεωµετρία, ωστόσο το i-mt 2- παρουσιάζει µεγαλύτερη ηλεκτρονική µετατόπιση µέσω των οµάδων S-C, C=C, και C-C και σχηµατίζει σύµπλοκα µε ασταθέστερους τετραµελείς δακτυλίους 177, έναντι των πενταµελών που σχηµατίζει το MT 2-. Κατά τη συναρµογή το i-mt 2- σχηµατίζει συνήθως τετραµελή χηλικό δακτύλιο, ενώ έχει δυνατότητα σχηµατισµού διαφορετικών δοµών, ανάλογα µε τα άτοµα-δότες για συναρµογή: άτοµα θείου µόνο, ή άτοµα θείου και αζώτου µαζί. Τα αποτελέσµατα των θεωρητικών υπολογισµών επιβεβαιώνουν οτι και τα τέσσερα παραπάνω άτοµα είναι κατάλληλα για συναρµογή (σχήµα 2.42). (Α) (Β) Σχήµα οµή ισορροπίας (Α) και Ισοδυναµικές επιφάνειες ηλεκτρονιακής πυκνότητας (Β) του i-mt 2- υπολογισµένες στο επίπεδο PM3. 45

70 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands Έτσι, το i-mt 2- µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως κατάλληλο µέσο για την οικοδόµηση πολυµερών δοµών To ligand CPD 2- Στο ligand CPD 2- (1.κυανο-1-παρανιτροφαινυλο-2,2-διθειολικό ιόν, σχήµα 2.43) η οµάδα Χ = C και Υ = παρανιτροφαινυλοµάδα. - S - S C C C O 2 Σχήµα Ο συντακτικός τύπος του ligand CPD 2-. Πρόκειται για διθειολική ένωση, στην οποία όµως η παρανιτροφαινυλοµάδα προσδίδει ενδιαφέρουσες βιολογικές ιδιότητες Χρήσεις των διθειολικών ligands Τα διθειολικά ligands µε νάτριο ή κάλιο διαφόρων τύπων εµφανίζουν µεγάλο ενδιαφέρον τόσο τα ίδια όσο και τα σύµπλοκά τους µε Cu, i, Zn κλπ. ιθειολικά σύµπλοκα υπάρχουν στα µεταλλοένζυµα και χρησιµοποιούνται σε διάφορες βιοµηχανικές διεργασίες Βιολογική σηµασία του θείου και των θειούχων ligands Οι θειολικές και οι θειούχες οµάδες, αλλά και το στοιχειακό θείο εµφανίζουν γενικά µεγάλο βιολογικό ενδιαφέρον, που οφείλεται στη σπουδαιότητα των θειούχων µεταλλοενζύµων που επιτελούν βασικές (π.χ. καταλυτικές) λειτουργίες στον ανθρώπινο οργανισµό, σταθεροποίηση της δοµής των πρωτεϊνών, κ.λ.π. Το άτοµο θείου είναι µαλακός δότης 179 και προτιµά τη συναρµογή του µε µαλακά µεταλλικά κατιόντα Βιολογική δράση συµπλόκων µε κυανιούχα Ορισµένες διθειολικές ενώσεις περιέχουν κυανιούχα, τα οποία εµφανίζουν βιολογική δράση. Μάλιστα, η εναλλακτική αντικαρκινική θεραπεία µε κυανιούχα ονοµάστηκε κάποτε «τέλεια χηµειοθεραπεία» επειδή τα κυανιούχα καταστρέφουν 46

71 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands επιλεκτικά τα καρκινικά κύτταρα χωρίς να είναι τοξικά προς τα υγιή κύτταρα. Η χορήγηση γίνεται µε τη µορφή της αµυγδαλίνης, ενός κυανογενούς γλυκοσιδίου (Laetrine, βιταµίνη Β17), σε χάπια και ενδοφλέβια, συνοδεύεται όµως από συµβατική φαρµακευτική αγωγή. Ωστόσο, η χρήση του δεν είναι προς το παρόν διαδεδοµένη καθώς δεν υπάρχουν επαρκή επιστηµονικά δεδοµένα για να είναι εφικτή η ευρεία χορήγησή του, ενώ έχουν αναφερθεί και κρούσµατα δηλητηρίασης από τα κυανιούχα. Οι πιθανοί τρόποι δράσης είναι δύο: Τα καρκινικά κύτταρα διαθέτουν σε µεγαλύτερη ποσότητα ένα ένζυµο, το οποίο διασπά τα µόρια της αµυγδαλίνης ελευθερώνοντας κυανιούχα µέσα στα κύτταρα, οπότε τα καρκινικά κύτταρα εξοντώνονται. Ωστόσο, τα υγιή κύτταρα παραµένουν ανεπηρέαστα επειδή δεν έχουν την απαιτούµενη ποσότητα του συγκεκριµένου ενζύµου. 180 Ο καρκίνος µπορεί να θεωρηθεί ως «ανεπάρκεια βιταµίνης», οπότε η αµυγδαλίνη µπορεί να θεωρηθεί ότι παρέχει τη βιταµίνη Β17, η οποία είναι σε έλλειψη Πυριδινικά παράγωγα Γενικά Τα πυριδινικά ligands είναι γενικά επίπεδα και χαρακτηρίζονται από περιορισµένη ευκαµψία. ύο τέτοια παράγωγα είναι η διπυριδίνη (bipy) και η διπυριδυλοκετόνη (dpk) (σχήµα 2.44). O C (Α) (Β) Σχήµα Οι συντακτικοί τύποι της διπυριδίνης (Α) και της διπυριδυλοκετόνης (Β) ιπυριδίνη (bipy) Η διπυριδίνη είναι κλασσικό ετεροκυκλικό ligand. Συναρµόζεται µέσω των ενδοκυκλικών ατόµων αζώτου διατηρώντας την επίπεδη γεωµετρία της. Λόγω της επιπεδότητας του µορίου, τα σύµπλοκα της διπυριδίνης µε διάφορα µέταλλα δεν είναι 47

72 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Τα ligands δυνατό να σχηµατίζουν επίπεδη τετραγωνική ή trans-οκταεδρική γεωµετρία. Ορισµένα σύµπλοκα της πυριδίνης µε Cu II εµφανίζουν δράση νουκλεάσης ιπυριδυλοκετόνη (dpk) Η διπυριδιλοκετόνη είναι επίσης επίπεδο, ετεροκυκλικό ligand που προσφέρει για συναρµογή τα δύο ενδοκυκλικά άτοµα αζώτου καθώς και το καρβονυλικό οξυγόνο. Στα υδατικά της διαλύµατα η κετονική µορφή (σχήµα 2.44 Β) µπορεί να µετατραπεί στη διολική 183 (σχήµα 2.45). Έχει χρησιµοποιηθεί για τη σύνθεση ενώσεων του λευκοχρύσου µε αντικαρκινική δράση και δυνατότητα αλληλεπίδρασης µε το DA. 184 HO OH C Σχήµα ιολική µορφή της διπυριδυλοκετόνης. 48

73 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο καρκίνος 3. Ο ΚΑΡΚΙΝΟΣ 3.1 Γενικά για τον καρκίνο O καρκίνος αποτελεί µια ασθένεια που αρχίζει από το κύτταρο, τη βασική δοµική µονάδα της ζωής. 185,186 Φυσιολογικά, το κύτταρο αναπτύσσεται και υποδιαιρείται µε σκοπό τη συνέχιση της ζωής, στο πλαίσιο του κυτταρικού κύκλου ενώ τερµατίζει τον κύκλο του όταν έχει εκπληρώσει την αποστολή του, µέσα από τη φυσιολογική λειτουργία της απόπτωσης (σχήµα 3.1). Κυτταρική βλάβη χωρίς επιδιόρθωση Φυσιολογική κυτταρική διαίρεση Απόπτωση Σχήµα 3.1. Φυσιολογική και ανώµαλη κυτταρική διαίρεση Ωστόσο, στην περίπτωση του καρκίνου, η οµαλή αυτή λειτουργία διαταράσσεται µε αποτέλεσµα τόσο τον ανεξέλεγκτο πολλαπλασιασµό των νεαρών κυττάρων όσο και την παρατεταµένη επιβίωση των γηρασµένων κυττάρων. Η περίσσεια των κυττάρων αυτών προκαλεί το σχηµατισµό µιας µάζας ιστού (όγκος), καλοήθους ή κακοήθους. Τα κύτταρα ενός κακοήθους όγκου µπορούν να εξαπλώνονται ή να εισέρχονται στην κυκλοφορία του αίµατος ή του λεµφικού συστήµατος καταστρέφοντας τους γειτονικούς ιστούς (σχήµα 3.2). Έτσι, εµφανίζεται το φαινόµενο της µετάστασης του καρκίνου. 49

74 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο καρκίνος Κύτταρα όγκου Κύτταρα όγκου ευτεροταγής καρκίνος Αρτηρία λέµφου Αρτηρία αίµατος Eπιθηλιακά κύτταρα Καρκίνωµα Αρτηρία λέµφου Συνεκτικός ιστός Λείος µυς Αρτηρία Μεταστατικά αίµατος κύτταρα Σάρκωµα Σχήµα 3.2. Εξάπλωση των καρκινικών κυττάρων. 3.2 Αίτια πρόκλησης καρκίνου Σχετικά µε τα αίτια εµφάνισης καρκίνου, οι επιστήµονες έχουν καταλήξει στο συµπέρασµα οτι υπεύθυνες είναι οι µεταλλάξεις στα γονίδια που ελέγχουν την οµαλή κυτταρική ανάπτυξη και τον κυτταρικό θάνατο. Αυτό µπορεί να προκληθεί από συγκεκριµένες συνήθειες ή περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως το κάπνισµα, η διατροφή, η έκθεση στην υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία ή σε καρκινογόνους παράγοντες στον εργασιακό χώρο και στο περιβάλλον (πίνακας 3.1). Αξίζει να σηµειωθεί οτι και ορισµένες ασθένειες κατατάσσονται στην κατηγορία των καρκινογόνων: ο ιός της ηπατίτιδας Β (HBV) για παράδειγµα, ανήκει στα γνωστά 50

75 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο καρκίνος καρκινογόνα για τον άνθρωπο, ίσως επειδή προκαλεί οξεία ή χρόνια ηπατική βλάβη, όπως αποδείχθηκε από σχετικές µελέτες. Πίνακας 3.1. Καρκινογόνες ουσίες στο χώρο της εργασίας. 187 Καρκινογόνος παράγοντας As, µέταλλα Τύπος καρκίνου Πνεύµονα, δέρµατος Αγρότες Εκτεθειµένα άτοµα Αµίαντος Πνεύµονα Εργαζόµενοι/κάτοικοι κτιρίων που περιέχουν αµίαντο Βενζόλιο Φορµαλδεΰδη Μυελογενής λευχαιµία Μύτη, ωτοφαρυγγική κοιλότητα Ελαιοχρωµατιστές Εργαζόµενοι σε νοσοκοµεία,εργαστήρια Βαφές µαλλιών Αυχένα Κοµµωτές, κουρείς Ιονίζουσα ακτινοβολία Αιθάλη Οστών έρµατος, πνεύµονα Τεχνολόγοι ιατρικών εργαστηρίων Καπνοδοχοκαθαριστές Ορισµένες από τις γονιδιακές µεταλλάξεις είναι κληρονοµίσιµες. Ωστόσο, η κληρονόµηση ενός τέτοιου µεταλλαγµένου γονιδίου δε σηµαίνει οτι το άτοµο θα νοσήσει απαραίτητα από καρκίνο, αλλά οτι εµφανίζει αυξηµένες πιθανότητες για νόσηση, αν εκτεθεί σε καρκινογόνους παράγοντες λόγω της εργασίας, της διατροφής του ή βλαβερών συνηθειών. Οι µη κληρονοµίσιµοι καρκινογόνοι παράγοντες µπορούν να αποφευχθούν, µέσω της αποχής από το κάπνισµα, της υγιεινής διατροφής, της καθηµερινής άσκησης κλπ. Επίσης πρέπει να τονιστεί η σηµασία των τακτικών ιατρικών εξετάσεων, για τη διάγνωση προκαρκινικών καταστάσεων, καθώς στην περίπτωση αυτή η θεραπεία είναι στη συνέχεια αποτελεσµατικότερη. 3.3 Πιθανά συµπτώµατα καρκίνου Υπάρχουν αρκετά πιθανά συµπτώµατα καρκίνου: Η ανάπτυξη όγκου σε οποιοδήποτε σηµείο του σώµατος Η ορατή αλλαγή σε κάποια ελιά ή φακίδα 51

76 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο καρκίνος Μια πληγή που δεν επουλώνεται Ένας επίµονος βήχας ή βραχνή φωνή για µεγάλο χρονικό διάστηµα υσπεψία ή δυσκολία στην κατάποση Αδικαιολόγητες αυξοµειώσεις βάρους Προκειµένου να γίνει η διάγνωση, µπορεί να γίνει βιοψία, δηλαδή µικροσκοπική εξέταση δείγµατος ιστού από την προβληµατική περιοχή, για τον εντοπισµό καρκινικών κυττάρων. 3.4 Είδη καρκίνου Παρότι είναι γνωστά περίπου 600 είδη καρκίνου 188, οι πιο κοινοί τύποι καρκίνου είναι: µαστού, προστάτη, πνεύµονα, παγκρέατος, νεφρού, εντέρου. Οι λιγότερο κοινοί τύποι καρκίνου είναι: θυρεοειδούς αδένα, στοµάχου, εγκεφάλου, λάρυγγα, οστών, ρινοφάρυγγα και γενικά µαλακών ιστών. 3.5 Συσχέτιση φλεγµονής και καρκίνου Η φλεγµονή θεωρείται αίτιο παθογένεσης σε αρκετά είδη καρκίνου 189, 190, 191 (π.χ. πνεύµονα, ωοθηκών κλπ) και µπορεί να προκληθεί από διάφορους παράγοντες, όπως τη βακτηριακή, ιϊκή ή παρασιτική µόλυνση, χηµικές ουσίες ή µη διασπώµενες ουσίες. Όσο περισσότερο διαρκεί η φλεγµονή, τόσο µεγαλύτερη είναι η πιθανότητα εµφάνισης καρκινογένεσης. 192 Σε κάθε περίπτωση, η φλεγµονή οδηγεί σε ένα κύκλο επαναλαµβανόµενων ενεργειών: κυτταρικής βλάβης και επακόλουθης επούλωσης, οι οποίοι µπορούν να προκαλέσουν την κακοήθεια. 193 Η φλεγµονή θεωρείται ότι ενεργοποιεί ορισµένα κύτταρα (φλεγµονώδη), οπότε ενεργοποιούνται ποικίλλα οξειδωτικά ένζυµα, όπως π.χ. η οξειδάση του υδρογονωµένου νικοτιναµιδοαδενινοφωσφορικού (ADPH). Τα παραπάνω ένζυµα παράγουν υψηλές συγκεντρώσεις διαφόρων ελευθέρων ριζών και οξειδωτικών ουσιών, όπως είναι το Η 2 Ο 2, oι οποίοι αλληλεπιδρούν µεταξύ τους παράγοντας έτσι δραστικότερες ενώσεις. Οι ενώσεις αυτές µπορούν να βλάψουν το DA, το RA, τα λιπίδια και τις πρωτεΐνες µέσω αντιδράσεων οξείδωσης, νίτρωσης, χλωρίωσης, βρωµίωσης κλπ. 194 Έτσι, προκύπτει πλήθος µεταλλάξεων και η δράση των ενζύµων και των πρωτεϊνών τροποποιείται αρνητικά µε αποτέλεσµα την έναρξη της διαδικασίας καρκινογένεσης

77 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο καρκίνος 3.6 Συσχέτιση µικροβιακής λοίµωξης και καρκίνου Παραδοσιακά, οι µικροβιακές λοιµώξεις δε θεωρούνταν αίτιο καρκινογένεσης. Ωστόσο, έχει βρεθεί 196,197 καρκίνο µε δύο µηχανισµούς: ότι τα µικρόβια συνδέονται µε τον Επαγωγή χρόνιας λοίµωξης. Χαρακτηριστικότερο παράδειγµα είναι η µόλυνση από το ελικοβακτηρίδιο του πυλωρού (Helicobacter pylori), το οποίο συνδέεται επιδηµιολογικά µε το αδενοκαρκίνωµα του στοµάχου. Η ικανότητά του να προκαλεί χρόνια φλεγµονή, επάγει την παραγωγή καρκινογόνων ελευθέρων ριζών και Ν-νιτροζο-ενώσεων, οι οποίες συνδέονται άµεσα µε το γενετικό υλικό. Συνεπώς προκαλείται ανεξέλεγκτος πολλαπλασιασµός κυττάρων και καρκινογένεση. 198,199 Άλλωστε, το ελικοβακτηρίδιο του πυλωρού είναι το πρώτο µικρόβιο που έχει οριστεί από τη ιεθνή Ένωση Μελέτης του Καρκίνου (International Agency for Research on Cancer) ως σίγουρο αίτιο καρκινογένεσης στον άνθρωπο. 200 Η ίδια συσχέτιση έχει γίνει για το µικρόβιο S. typhi: µε αφορµή την επιδηµία τύφου του 1922 στη Ν. Υόρκη και του 1964 στο Aberdeen, διαπιστώθηκε ότι οι φορείς του µικροβίου είχαν 6 φορές µεγαλύτερες πιθανότητες να καταλήξουν από καρκίνο. 201, 202, 203 Έχει προταθεί οτι το µικρόβιο σε αυτή την περίπτωση προκαλεί εκφυλισµό των χολικών αλάτων, µε επακόλουθο το σχηµατισµό καρκινογόνων ενώσεων. 204 Παραγωγή καρκινογόνων βακτηριακών µεταβολιτών. Οι µεταβολίτες των αλάτων των χολικών οξέων επάγουν τον πολλαπλασιασµό των εντερικών κυττάρων, ενώ οι εξωγενείς παράγοντες µπορούν να µεταβολιστούν από την εντερική χλωρίδα σε µεταλλαξιογόνα. Με δεδοµένο ότι ο καρκίνος, οι µικροβιακές λοιµώξεις και οι χρόνιες φλεγµονές συνδέονται, θεωρήθηκε σκόπιµη στην παρούσα διατριβή και η µελέτη της συνδυασµένης αντικαρκινικής, αντιµικροβιακής, αντιφυµατικής και αντιφλεγµονώδους δράσης των παρασκευασθέντων συµπλόκων. 3.7 Αντιµετώπιση του καρκίνου Ο καλύτερος τρόπος για την αντιµετώπιση του καρκίνου είναι η πρόληψή του, ή τουλάχιστον η έγκαιρη διάγνωση. Όσον αφορά τη θεραπεία του, αυτή µπορεί να 53

78 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ο καρκίνος γίνει µε διάφορα µέσα, µεταξύ των οποίων η χειρουργική αφαίρεση, η φαρµακευτική, ορµονική ή ακτινολογική θεραπεία ή και ο συνδυασµός 205 των παραπάνω. Ωστόσο, µε τις γνωστές µεθόδους αντιµετώπισης επηρεάζονται τόσο τα καρκινικά όσο και τα υγιή κύτταρα µε αποτέλεσµα να είναι σχεδόν αναπόφευκτη η εµφάνιση παρενεργειών (απώλεια µαλλιών, αδιαθεσία, εξάντληση κλπ.) Η χηµειοθεραπεία περιλαµβάνει τη χορήγηση φαρµάκων για την καταπολέµηση του καρκίνου, ενδοφλέβια, στοµατικά, ενδοµυϊκά, ενδοπεριτονεϊκά κλπ. Τα περισσότερα φάρµακα που χρησιµοποιούνται ως χηµειοθεραπευτικά δρουν σε ενεργά αναπαραγωγικά κύτταρα, και µάλιστα συνήθως σε κύτταρα των φάσεων M (αντιγραφή DA) και S (µίτωση-κυτταροκίνηση) του κυτταρικού κύκλου, γιαυτό άλλωστε επηρεάζουν περισσότερο τα υγιή εκείνα κύτταρα που πολλαπλασιάζονται 206 ταχύτερα. Τα χηµειοθεραπευτικά, από την άποψη της βασικής τους χηµείας, µπορούν να διακριθούν σε ανόργανα και οργανικά (κεφάλαια 4, 5). Ο µηχανισµός της αντικαρκινικής τους δράσης ποικίλλει ανάλογα µε τη δοµή, τις χηµικές και τις φυσικοχηµικές τους ιδιότητες. Σε κάθε περίπτωση ασθενούς χρησιµοποιούνται διάφορα χηµειοθεραπευτικά και για ορισµένο χρόνο, ώστε να περιορίζονται οι παρενέργειές τους ενώ διατηρείται κατά το δυνατόν η αντικαρκινική τους δράση. 54

79 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ανόργανα αντικαρκινικά φάρµακα 4. ΑΝΟΡΓΑΝΑ ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Αρχικά υπήρχε δυσπιστία απέναντι στην ικανότητα των ανόργανων ενώσεων να δράσουν ως χηµειοθεραπευτικά, καθώς ήταν γνωστές ποικίλλες περιπτώσεις δηλητηριάσεων κυρίως µε βαρέα µέταλλα. Στη συνέχεια όµως, έγινε αντιληπτό οτι τα συγκεκριµένα µέταλλα µπορούσαν να έχουν αξιόλογη δράση, στα σύµπλοκά τους µε συγκεκριµένα βιοδραστικά ligands. Έτσι, τα ανόργανα αντικαρκινικά φάρµακα µπορούν να ταξινοµηθούν ανάλογα µε το κεντρικό τους µέταλλο, τα ligands τους κλπ. 4.1 Γενικά χαρακτηριστικά των συµπλόκων µε αντικαρκινική δράση Σήµερα είναι πλέον γνωστοί τουλάχιστον τρεις παράγοντες που επηρεάζουν την αντικαρκινική δράση των ενώσεων συναρµογής 207 : α) η ευκολία µε την οποία µεταβάλλουν τη γεωµετρία τους - για την αποφυγή στερεοχηµικών παρεµποδίσεων κατά τη διάρκεια της φυσιολογικής τους δράσης, β) η λιποφιλικότητα (ClogP), η οποία εξαρτάται κυρίως από τα φορτία των ατόµων του δραστικού µορίου και γ) η διπολική ροπή (µ). Αυτή δείχνει το µέγεθος της ηλεκτρονιακής διασποράς σε ένα µόριο, συνέπεια της οποίας είναι η εµφάνιση λιπόφιλων και υδρόφιλων κέντρων σε ένα µόριο, τα οποία µε τη σειρά τους καθιστούν ευκολότερη ή δυσκολότερη τη διείσδυση µέσα από την κυτταρική µεµβράνη ενός βιολογικού µορίου. Τα ligands που συναρµόζονται µε το µεταλλικό ιόν µπορούν να µεταβάλλουν τους παραπάνω παράγοντες, συνεπώς µπορούν να αυξήσουν ή να µειώσουν τη βιοδραστικότητα του συµπλόκου που προκύπτει. Για παράδειγµα, κάποιο ligand µπορεί να ελαττώσει το φορτίο του µεταλλικού ιόντος µέσω της προσφοράς ηλεκτρονίων, οπότε θα διευκολύνει τη διέλευση του συµπλόκου ιόντος στο κύτταρο. Άλλοτε, οι ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις µεταξύ ενός θετικά φορτισµένου συµπλόκου µε τις γειτονικές, αρνητικά φορτισµένες οµάδες των βιοµορίων µπορούν να τροποποιήσουν τις ιδιότητές του. Συνεπώς η αντικαρκινική δράση των συµπλόκων ενώσεων σχετίζεται µε την εισαγωγή του συµπλόκου στον πυρήνα του κυττάρου και τη συναρµογή του µε το DA και τις πρωτεΐνες. Μερικοί τρόποι συναρµογής των νουκλεοβάσεων µε τα µέταλλα 208 είναι οι εξής: 55

80 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ανόργανα αντικαρκινικά φάρµακα Συναρµογή στο Ν7 της γουανίνης και της αδενίνης. Το Ν7 είναι το συνηθέστερο σηµείο συναρµογής µε τα µέταλλα, λόγω της βασικότητάς του. Σχηµατισµός γέφυρας Ν1 της γουανίνης και Ν7 της αδενίνης. Ο συγκεκριµένος τρόπος συναρµογής απαντάται σε σύµπλοκα Pt II. Σχηµατισµός γέφυρας Ν7, Ν1 και Ν3 των νουκλεοβάσεων. Συναρµογή στο Ν1 της νουκλεοβάσης. Συναρµογή στα άτοµα Ν7 και Ο6 των νουκλεοβάσεων. Συναρµογή στα άτοµα Ν1 και Ο6 των νουκλεοβάσεων. Συναρµογή στα άτοµα Ν1, Ν7, Ο6 και φωσφορικού οξυγόνου των νουκλεοβάσεων. Θεωρητικά, όλα τα άτοµα των νουκλεοβάσεων (σχήµα 4.1) είναι υποψήφια για συναρµογή, µε εξαίρεση το άζωτο στη θέση 2, που ανήκει στην αµινοµάδα 209, 210, 211 και µάλιστα υπάρχει προτίµηση για το Ν7 της γουανίνης και της αδενίνης 212,213, το Ν1 της αδενίνης 214,215 και το Ν3 της κυτοσίνης. 216 Σχήµα 4.1. Οι χηµικοί τύποι τεσσάρων νουκλεοβάσεων: (Α) Αδενίνη, (Β) Γουανίνη, (Γ) Κυτοσίνη, ( ) Θυµίνη 7 9 H (Α) H 2 C 1 H 3 (Γ) H 2 A 3 1 O 9 7 H H 3 C O G 3 (Β) O 1 T 3 1 H ( ) H H H 2 O Σε ορισµένες περιπτώσεις η προτίµηση των µετάλλων για συναρµογή µε διαφορετικά άτοµα µπορεί να οφείλεται στις συνθήκες της αντίδρασης. 217,218 Η θέρµανση, η αδρανής ατµόσφαιρα, ο διαλύτης, το pη, η ισχυρότερη βασικότητα ορισµένων ατόµων, ο σχηµατισµός δεσµών υδρογόνου, οι στερεοχηµικές παρεµποδίσεις καθώς και αστάθµητοι παράγοντες 219 µπορούν να κατευθύνουν κατά περίπτωση τη συναρµογή. 56

81 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ανόργανα αντικαρκινικά φάρµακα 4.2 Χηµειοθεραπευτικά του λευκοχρύσου Η ανακάλυψη της αντικαρκινικής δράσης του cisplatin 220, 221 (cisdiamminedichloroplatinum II, σισπλατίνη, σχήµα 4.2 Α) σηµατοδότησε την έντονη στροφή του ενδιαφέροντος στις ανόργανες ενώσεις µε αντικαρκινική δράση. Ενδεικτικό είναι το ότι από το 1969 έχουν ελεγχθεί πάνω από 1000 ενώσεις ανάλογα 222 του cisplatin, που χρησιµοποιούνται ευρέως για την αντιµετώπιση κρουσµάτων καρκίνου του πνεύµονα, των ωοθηκών, της ουροδόχου κύστης και του αυχένα. Ωστόσο, τόσο η µητρική όσο και οι παράγωγες ενώσεις του λευκοχρύσου είναι πολύ τοξικές, µε πλήθος παρενεργειών όπως οι ρινικές βλάβες, η έντονη αδιαθεσία, η ωτοτοξικότητα, η νεφροτοξικότητα, η νευροτοξικότητα κλπ. H 3 Pt Cl H 3 Pt O O C H 3 Cl H 3 O C (A) (B) O H 2 OH Pt Cl H 2 Cl OH (Γ) Σχήµα 4.2. Γνωστά σύµπλοκα του λευκοχρύσου µε αντικαρκινική δράση: (Α) cisplatin (σισπλατίνη), (Β) carboplatin (καρβοπλατίνη), (Γ) iproplatin (ιπροπλατίνη). Το cisplatin είναι πολύ λίγο διαλυτό στο νερό, οπότε το υδατικό του διάλυµα αρχικά εµφανίζει χαµηλή αγωγιµότητα και µη ηλεκτρολυτική συµπεριφορά. Όσο τα ευκίνητα χλωρο-ligands αντικαθίστανται από µόρια νερού, η αγωγιµότητα του διαλύµατος αυξάνεται µέχρι την τιµή ισορροπίας. Σύµφωνα µε in vitro µελέτες, σε κατάσταση ισορροπίας το διάλυµα αυτό περιέχει µίγµα cisplatin και κατιονικών µονο- και δι-υδρο ενώσεων, στις οποίες όµως διατηρείται η cis-γεωµετρία των δύο αµινικών οµάδων. 223 Σε φυσιολογικές τιµές ph, η ισορροπία που σχετίζεται µε την απώλεια πρωτονίων από τα συναρµοσµένα µόρια νερού γίνεται σηµαντική 57

82 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ανόργανα αντικαρκινικά φάρµακα προκαλώντας έτσι το σχηµατισµό υδρο/υδροξο χηµικών µορφών Pt. Τα συγκεκριµένα χηµικά είδη θεωρείται ότι αποτελούν τις ενεργές µορφές του cisplatin, οι οποίες κατευθύνονται σε βιολογικούς στόχους 224, δηλαδή ουσιαστικά στο DA. Οι αλληλεπιδράσεις του cisplatin µε το DA και τα συστατικά του έχουν µελετηθεί ευρέως 225, 226, 227. Ο συνηθέστερος τρόπος σύνδεσης in vitro και in vivo είναι µεταξύ της µονάδας του διαµινολευκοχρύσου και των ατόµων Ν7 σε διπλανά µόρια γουανίνης που ανήκουν όµως σε διαφορετικές έλικες του DA. Ωστόσο, ο συγκεκριµένος τρόπος σύνδεσης προκαλεί και τις σηµαντικότερες κυτταροτοξικές αλληλεπιδράσεις. 53 Η τοξικότητα του cisplatin πρέπει να οφείλεται στην ικανότητά του Pt να συνδέεται µε θειούχες ενώσεις στον οργανισµό, (π.χ. αλβουµίνη) δηµιουργώντας παράγωγα που διατηρούν την ικανότητα αλληλεπίδρασης µε άλλες πρωτεΐνες. 228 Tόσο το cis- όσο και το trans- ισοµερές του cisplatin αδρανοποιούν τον αναστολέα της πρωτεϊνάσης πλάσµατος a 1 P 1, τροποποιώντας έτσι το ενεργό κέντρο της µεθειονίνης Met Ο λευκόχρυσος µπορεί επίσης να συνδεθεί µε πρωτεΐνες µέσω συναρµογής και στα δύο άτοµα θείου ενός δισουλφιδικού δεσµού. 230 H υψηλή συγγένεια του Pt II µε τα θειούχα ligands έχει οδηγήσει στη χρήση των θειούχων ενώσεων µε τη µορφή διαιθυλο-διθειοκαρβαµιδικού νατρίου (DDTC), ως «φορείς σωτηρίας» (αντίδοτα) για την ελάττωση των τοξικών επιδράσεων του cisplatin. 231,232 Προκειµένου να γίνουν βιολογικές µελέτες για τα σύµπλοκα του Pt χρησιµοποιείται συχνά ως διαλύτης το διµεθυλοσουλφοξείδιο (DMSO). υστυχώς όµως το DMSO αντιδρά ταχύτατα µε το cisplatin 233 προς σχηµατισµό [Pt(H 3 ) 2 (DMSO)Cl] +. Εποµένως, υπάρχουν ερωτηµατικά σχετικά µε την αξιοπιστία των βιολογικών µελετών µε σύµπλοκα του Pt και διαλύτη DMSO. Tα φαρµακευτικά ενεργά ανάλογα του cisplatin είναι ενώσεις που περιέχουν δύο ligands H 3 σε cisδιαµόρφωση, σε συνδυασµό µε δύο στην περίπτωση του Pt II ή τέσσερα στην περίπτωση του Pt IV σχετικά ευκίνητα οξυγονούχα ή αλογονούχα ligands. 234 Αξίζει να σηµειωθεί ότι τα σύµπλοκα µε αµινικές οµάδες σε trans- θέσεις είναι αδρανή. 235 Η καρβοπλατίνη (σχήµα 4.2 Β) αποτελεί δεύτερης γενιάς φάρµακο του λευκοχρύσου, µε σχεδόν το ίδιο φάσµα δραστικότητας µε το cisplatin, αλλά µε ελαττωµένη τοξικότητα. Ο µηχανισµός δράσης του φαρµάκου είναι παρόµοιος µε του cisplatin, δηλαδή µετά την υδρόλυση που συµβαίνει στον οργανισµό, η µονάδα που 58

83 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ανόργανα αντικαρκινικά φάρµακα συναρµόζεται µε το DA είναι η διαµινολευκοχρυσική. Η ιπροπλατίνη (σχήµα 4.2 Γ) έχει παρόµοιο φάσµα δράσης µε το cisplatin, είναι όµως πιο τοξική. Τέλος, τα σύµπλοκα του λευκοχρύσου µε 1,2-διαµινο-κυκλοεξάνιο (DACH) έχουν µελετηθεί ευρύτατα τα τελευταία 10 χρόνια. Το γεγονός αυτό οφείλεται στη δραστικότητα ορισµένων από τα σύµπλοκα αυτά σε πειραµατικά λευχαιµικά µοντέλα που είναι ανθεκτικά στο cisplatin. 236,237 Παραδείγµατα τέτοιων συµπλόκων (σχήµα 4.3) είναι τα [Pt(DACH)(4-καρβοξυφθαλικά)] (Α), [Pt(DACH)(οξαλικά)] (Β) και [Pt(DACH)Cl 4 ] (ή tetraplatin) (Γ). H 2 H 2 Pt O O (A) O C C O CO 2 H H 2 H 2 Cl Pt Cl Cl Cl H 2 H 2 Pt (B) O O C C O O (Γ) Σχήµα 4.3. Σύµπλοκα Pt(DACH) µε κλινικό ενδιαφέρον: (Α) [Pt(DACH)(4- καρβοξυφθαλικά), (Β) [Pt(DACH)(οξαλικά)], (Γ) [Pt(DACH)Cl 4 ]. Τα σύµπλοκα του Pt µε αντικαρκινική δράση εµφανίζουν ορισµένα κοινά χαρακτηριστικά: είναι απλές ενώσεις συναρµογής του Pt II ή του Pt IV µε δύο µόρια ΝΗ 3 ή αµινικά ligands και σχετικά ευκίνητα ligands-δότες, οξυγονούχα ή αλογόνο και κυρίως χλώριο. Ο επόµενος στόχος είναι η ανακάλυψη άλλων µεταλλικών ενώσεων µε µειωµένη τοξικότητα αλλά και ενισχυµένη αποτελεσµατικότητα απέναντι σε είδη καρκίνων που είναι ανθεκτικοί τόσο στο cisplatin, όσο και στα υπόλοιπα γνωστά αντικαρκινικά φάρµακα. 59

84 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ανόργανα αντικαρκινικά φάρµακα 4.3 Αντικαρκινικές ενώσεις µε άλλα µέταλλα Οι κυριότερες ανόργανες ενώσεις µε άλλα κεντρικά µέταλλα που παρουσιάζουν ελπιδοφόρα αντικαρκινική δράση αναφέρονται παρακάτω Ενώσεις γερµανίου Έχουν µελετηθεί κλινικά λίγες ενώσεις του γερµανίου (Ge), από τις οποίες το σπιρογερµάνιο (σχήµα 4.4) αναστέλλει σηµαντικά το DA, το RA και την πρωτεϊνοσύνθεση. CH 3 CH 2 CH 3 CH 2 Ge Σχήµα 4.4. Χηµικός τύπος του σπιρογερµανίου Σύµπλοκα γαλλίου Το γάλλιο (Ga) χρησιµοποιήθηκε αρχικά για διαγνωστικούς σκοπούς, λόγω της συγγένειας του µετάλλου µε τον οστικό ιστό. Οι µελέτες µε κιτρικό 67 Ga έδειξαν ραδιοπυρηνική απόθεση στο βιώσιµο ιστό όγκων, ιδιαίτερα στα λεµφώµατα, στα ηπατώµατα, στους όγκους οστών και στα επιθηλιακά κύτταρα του όγκου. 238 Η παρατήρηση αυτή οδήγησε στη µελέτη των αλάτων του γαλλίου, ως χηµειοθεραπευτικών φαρµάκων. Το ραδιοδραστικό γάλλιο πειραµατικά συσσωρεύεται στο λεµφοσάρκωµα Ρ 1798 και στο καρκινοσάρκωµα Walker Παρότι ο ακριβής µηχανισµός κυτταροτοξικότητας παραµένει άγνωστος, πιθανολογείται ότι σχετίζεται µε την ικανότητα του µετάλλου να συσσωρεύεται σε κακοήθεις όγκους, κατόπιν ρύθµισης από κάποιον υποδοχέα τρανσφερρίνης Σύµπλοκα ρουθηνίου Οι ογκοστατικές ενώσεις του ρουθηνίου (σχήµα 4.5) έχουν ως στόχο το DA, ενώ είναι εξίσου σηµαντική και η οµοιοπολική σύνδεσή τους µε τα νουκλεϊκά οξέα, χάρη στη συγγένεια του ρουθηνίου, σε χαµηλή οξειδωτική βαθµίδα, µε τα ιµινικά άτοµα αζώτου. 240 Η συγκεκριµένη σύνδεση υποβοηθείται και από ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις, οι οποίες µπορεί είτε να προσανατολίζουν το 60

85 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ανόργανα αντικαρκινικά φάρµακα µεταλλικό ιόν προς συγκεκριµένο τµήµα του νουκλεϊκού οξέος, είτε να το συγκρατούν χαλαρά, για να συνδεθεί στενότερα σε κάποια άλλη χρονική στιγµή. H 3 H 3 H 3 H 3 + Cl Ru H 3 Cl Cl fac-rucl 3 (H 3 ) 3 Cl Ru H 3 Cl H 3 cis-[rucl 2 (H 3 ) 4 ]Cl Cl - Cl H Ru Cl Cl - + H Cl SOMe 2 SOMe 2 Ru SOMe 2 Cl SOMe 2 SOMe2 Ru Cl Cl H (HIm)[trans-RuCl 4 (Im) 2 ] Cl SOMe 2 Me 2 OS SOMe 2 cis-rucl 2 (DMSO) 4 trans-rucl 2 (DMSO) 4 Σχήµα 4.5. Σύµπλοκα του Ru µε αντικαρκινική δράση. Η κατανοµή των συµπλόκων του Ru in vivo εξαρτάται από τη φύση τους και µπορεί να συµβεί µέσω διαφορετικών οδών. Πολλές από αυτές, µε αξιόλογη αντικαρκινική δράση σε πειραµατικά ζωικά συστήµατα, µπορεί να υφίστανται κάποια µεταβολή in vivo, οπότε η µορφή του συµπλόκου που συναρµόζεται τελικά µε τα νουκλεϊκά οξέα, είναι διαφορετική αυτής που αρχικά εισήχθη στον οργανισµό. Έτσι, συχνά οι ενώσεις του ρουθηνίου ονοµάζονται και «προφάρµακα», λόγω της αντικατάστασης των ligands η οποία µπορεί να συµβεί στο αίµα ή ενδοκυτταρικά. Η χηµεία των αντικαρκινικών ενώσεων του λευκοχρύσου και του ρουθηνίου εµφανίζει δύο σηµαντικές διαφορές: Η γεωµετρία των συµπλόκων του Ru είναι συνήθως οκταεδρική, ενώ σε αυτά του λευκοχρύσου είναι επίπεδη τετραγωνική. Οι δύο επιπρόσθετες κενές θέσεις συναρµογής για τις ενώσεις του ρουθηνίου (συγκριτικά µε αυτές του Pt II ) διευκολύνουν τη συναρµογή στα νουκλεϊνικά οξέα, τη δηµιουργία χηλικών δακτυλίων και άρα τις αλληλεπιδράσεις µε την έλικα του DA. 241 Η ευκολία µε την οποία συµβαίνει µεταφορά ηλεκτρονίων στο ζεύγος Ru II - Ru III, σε αντίθεση µε το ζεύγος Pt II -Pt IV. Στο τελευταίο συµβαίνει τόσο αλλαγή του αριθµού συναρµογής, όσο και του µήκους δεσµού, συντελώντας 61

86 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ανόργανα αντικαρκινικά φάρµακα στη δηµιουργία µεγαλύτερου φράγµατος ενεργοποίησης για τη µεταφορά ηλεκτρονίου ή και ατόµου. Ορισµένες ενώσεις του Ru έχουν χρησιµοποιηθεί και στη διαγνωστική απεικόνιση 242 ή ως ραδιοευαισθητοποιητές στη ραδιοθεραπεία. 243 Πέρα από τα χηµειοθεραπευτικά µέσα, τουλάχιστον ένα ισότοπο του ρουθηνίου, το 97 Ru, παρέχει τη δυνατότητα απεικόνισης των όγκων και άλλων ιστών µε ραδιοδιαγνωστικές τεχνικές. Η απεικόνιση επιτυγχάνεται µε την εντόπιση ενός ισοτόπου που εκπέµπει γ- ακτινοβολία στο µελετώµενο ιστό, ενώ τα αποτελέσµατα όχι µόνο παρέχουν τη σύσταση του οργάνου αλλά και αξιολογούν τη λειτουργία του. Σε κλινικές µελέτες χρησιµοποιείται το 97 Ru, ενώ το 103 Ru, λόγω της µεγαλύτερης αφθονίας και του µεγαλύτερου χρόνου ηµιζωής του, χρησιµοποιείται για µελέτες ανάπτυξης. Στη βιβλιογραφία γίνονται εκτενείς αναφορές 244 σε σύµπλοκα Ru µε διµεθυλοσουλφοξείδιο (DMSO). To DMSO, ως σουλφίδιο του τύπου R 1 R 2 SO, είναι αµφιδραστικό ligand δηλαδή έχει την ικανότητα συναρµογής µε το µεταλλικό κέντρο είτε µέσω του ατόµου θείου ή µέσω του οξυγόνου 245,246 (σχήµα 4.6). Η προτίµηση για συναρµογή εξαρτάται από τους εκάστοτε ισχύοντες ηλεκτρονικούς και στερεοχηµικούς παράγοντες. Κατά τη συναρµογή µέσω του ατόµου θείου, το DMSO δρα ως π-δέκτης ηλεκτρονικής πυκνότητας και εµφανίζει trans- σταθεροποιητικό αποτέλεσµα. Εποµένως, το DMSO σταθεροποιεί τα µεταλλικά ιόντα σε χαµηλές οξειδωτικές βαθµίδες, άρα το δυναµικό αναγωγής ενός συµπλόκου µε DMSO αναµένεται να διαφοροποιείται, ανάλογα µε τον αριθµό και τον τρόπο συναρµογής των συναρµοσµένων σουλφοξειδίων. Επίσης, είναι γνωστό ότι το διµεθυλοσουλφοξείδιο διαχέεται εύκολα µέσω των βιολογικών µεµβρανών οπότε µπορεί να βελτιώσει τη διάχυση των συναρµοσµένων µεταλλικών ιόντων. CH 3 O M O=S M S CH CH 3 3 CH 3 Σχήµα 4.6. ιαφορετικοί τρόποι συναρµογής του DMSO Σύµπλοκα χρυσού Ο χρυσός (Au) χρησιµοποιείται εµπειρικά στην ιατρική εδώ και αιώνες, ωστόσο µόλις στις αρχές του προηγούµενου αιώνα ο γερµανός βακτηριολόγος Koch 62

87 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ανόργανα αντικαρκινικά φάρµακα ανακάλυψε ότι το σύµπλοκο K[Au(C) 2 ] είναι τοξικό στα βακτήρια που προκαλούν φυµατίωση, και το συγκεκριµένο σύµπλοκο χρησιµοποιείται για την αντιµετώπιση της νόσου. 247 Ακολούθησαν αρκετές αναφορές για σύµπλοκα του Au Ι µε λιγότερες παρενέργειες. Στα τέλη της δεκαετίας του 1920, οι γάλλοι φυσιολόγοι Landé και Forestier χορήγησαν για πρώτη φορά θειολικές ενώσεις του Au Ι για την ανακούφιση των πόνων στις αρθρώσεις. Από τότε, η χρήση ενέσιµων ενώσεων του χρυσού για την αντιµετώπιση της ρευµατοειδούς αρθρίτιδας συνεχίζεται, και µάλιστα σε διαφορετικές χώρες συχνά προτιµώνται διαφορετικές θειολικές ενώσεις του Au Ι, γεγονός που οδηγεί στο συµπέρασµα ότι η µεταφορά του Au Ι είναι σηµαντικότερη από το θεραπευτικό αποτέλεσµα των θειολικών ligands. Αυτές οι ενέσιµες ενώσεις του Au Ι συµπληρώθηκαν πρόσφατα από το σύµπλοκο Ridaura (σχήµα 4.7), του οποίου η χρήση εγκρίθηκε το 1985 και χορηγείται ως καταπινόµενο. Οι ενώσεις του χρυσού έχουν χρησιµοποιηθεί κλινικά για την αντιµετώπιση ασθενειών όπως η παλινδροµική ρευµατίτιδα, η παιδική αρθρίτιδα, το άσθµα κλπ. CH 2 OAc O S-Au-PEt 3 OAc AcO OAc Σχήµα 4.7. Ο χηµικός τύπος του συµπλόκου Ridaura. Τα σύµπλοκα του χρυσού σε διάφορες οξειδωτικές βαθµίδες µε ποικίλλα ligands είναι γνωστά για την αντικαρκινική τους δράση. 248, 249, 250 H αντικαρκινική δράση των συµπλόκων του Au III µπορεί να συσχετιστεί µε το γεγονός οτι ο Au III είναι ισοηλεκτρονιακός µε το Pt II και έχει την τάση σχηµατισµού τετραγωνικών πυραµιδικών συµπλόκων, µε θειολικά, πολυαµινικά ή διπυριδινικά ligands. 251 Aξίζει να σηµειωθεί οτι τα σύµπλοκα του χρυσού µε αντικαρκινική δράση επηρρεάζουν είδη καρκίνου στα οποία το cisplatin δεν έχει καµία επίδραση. Η δράση τους δεν οφείλεται στη συναρµογή µε το DA αλλά στην αναστολή της πρωτεϊνοσύνθεσης, λόγω της ικανότητας των συγκεκριµένων συµπλόκων να παρεµβαίνουν στη λειτουργία του µιτοχονδρίου

88 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ανόργανα αντικαρκινικά φάρµακα 4.4 Οργανοµεταλλικές αντικαρκινικές ενώσεις Στην ευρύτερη κατηγορία των οργανοµεταλλικών αντικαρκινικών ενώσεων εντάσσονται οι εξής οµάδες συµπλόκων: Σύµπλοκα παλλαδίου Υπάρχουν δύο κατηγορίες αντικαρκινικών οργανοµεταλλικών ενώσεων του παλλαδίου (Pd) µε επίπεδα διδραστικά ligands-παράγωγα του 1-(2 -πυριδυλ)- ινδολίου. Η πρώτη από αυτές περιλαµβάνει ουδέτερα σύµπλοκα µε αλογόνο σε θέση trans προς το δεσµό παλλαδίου-άνθρακα και ένα ουδέτερο ligand σε θέση trans ως προς το δεσµό παλλαδίου-αζώτου. Η δεύτερη κατηγορία αφορά σύµπλοκα µε διαµίνες που µπορούν να σχηµατίσουν χηλικούς δακτυλίους, π.χ. αιθυλενοδιαµίνη (en), που µπορούν να δράσουν ως µέσα παρεµβολής ι(κυκλοπενταδιενικές) µεταλλικές ενώσεις Οι δι(κυκλοπενταδιενικές) µεταλλικές ενώσεις είναι οργανοµεταλλικές, καθώς περιέχουν δεσµό άνθρακα-µετάλλου (σχήµα 4.8). M X X Σχήµα 4.8. Μοριακός τύπος ουδέτερου µεταλλοκενικού συµπλόκου (C 5 H 5 ) 2 ΜΧ 2. Τα ουδέτερα αντικαρκινικά µεταλλοκενικά σύµπλοκα αντιπροσωπεύονται 253, 254, 255, 256, 257 από ενώσεις του τύπου (C 5 H 5 ) 2 ΜΧ 2 όπου Μ = Ti IV, V IV, b IV, Mo IV. Στο µέταλλο συνδέονται δύο µη υποκατεστηµένοι κυκλοπενταδιενικοί δακτύλιοι, µε π-συναρµογή, ενώ οι δακτύλιοί τους είναι ελαφρώς κεκλιµένοι ο ένας προς τον άλλον. Τα δύο ligands Χ µπορούν να είναι αλογόνα, καρβοξύλια, φαινολικές ή τριφαινολικές οµάδες σε γειτονικές cis-θέσεις, ή και κάποιο χηλικό διθειολικό ligand, ενώ η γεωµετρία της ένωσης είναι παραµορφωµένη τετραεδρική. Μια άλλη κατηγορία ουδέτερων µεταλλοκενικών παραγώγων 258,259 είναι αυτά του τύπου (C 5 H 5 ) 2 Ge. Oι ενώσεις αυτές διαθέτουν και στους δύο 64

89 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Ανόργανα αντικαρκινικά φάρµακα κυκλοπενταδιενικούς δακτυλίους πέντε υποκαταστάτες, φαινυλικούς ή βενζυλικούς. Οι δακτύλιοι µπορεί να βρίσκονται είτε σε διαµόρφωση «σάντουιτς», µε τα επίπεδα των δακτυλίων να είναι παράλληλα, είτε σε διαµόρφωση «ανοιχτού σάντουιτς» αν συντρέχουν λόγοι στερεοχηµικοί. Αξιόλογη αντικαρκινική δράση έχει παρατηρηθεί και σε ιοντικά µεταλλοκενικά σύµπλοκα, για παράδειγµα του γενικού τύπου [(C 5 H 5 ) 2 TiXL] + Y - ή [(C 5 H 5 ) 2 TiL 2 ] 2+ [Y - ] 2, όπου Χ = ανιονικό ligand και L = ουδέτερο ligand-δότης. Χαρακτηριστικό παράδειγµα της κατηγορίας αυτής είναι το σύµπλοκο [(C 5 H 5 ) 2 TiClCCH 3 ] + [FeCl 4 ] -. Οι οργανοκασσιτερικές ενώσεις του τύπου R n SnX 4-n εµφανίζουν µια ποικιλία βιολογικών δράσεων, ανάλογα µε την τιµή του n, το είδος των οργανικών οµάδων R και το ligand Χ -. Το φορτίο του συµπλόκου ιόντος R n Sn (4-n)+ συνήθως αντισταθµίζεται από κατάλληλα επιλεγµένα ligands-ανιόντα αµινοξέων ή διπεπτιδίων, καθώς τέτοια ligands αναµένεται να εµφανίζουν επιθυµητές ιδιότητες, πιθανόν ως διαβιβαστές σε βιολογικά υγρά ή µέσω των µεµβρανών. Τέλος, η ένωση του Sn IV (σχήµα 4.9) βρέθηκε δραστική in vitro απέναντι στις κυτταρικές σειρές P388 και L ,261 O O Sn(CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ) 2,, Σχήµα 4.9. Η ένωση του Sn IV µε ανηγµένο σαλικυλικό οξύ. 65

90 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Οργανικά αντικαρκινικά φάρµακα 5. ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Τα οργανικά αντικαρκινικά φάρµακα κατατάσσονται σε υποκατηγορίες, µε κριτήριο τη χηµική τους δοµή. Στη συνέχεια αναφέρονται οι σηµαντικότερες κατηγορίες αυτών Ενώσεις παράγωγα της ακριδίνης Τα φάρµακα µε βάση την ακριδίνη (σχήµα 5.1) εµφανίζουν αξιοσηµείωτη δραστικότητα, η οποία οφείλεται στον επίπεδο, υδρόφιλο, ασθενώς βασικό πυρήνα τους ο οποίος αποτελεί κλασσικό µέσο για διασύνδεση µε το DA, µε αποτέλεσµα τη γρήγορη και αντιστρεπτή σύνδεση στο κυτταρικό DA µε προβλέψιµο τρόπο. Σχήµα 5.1. Χηµικός τύπος της ακριδίνης. Εξίσου σηµαντική είναι και η σταθερότητα και ευκολία προσβολής του ακριδινικού πυρήνα, που καθιστά εφικτή τη σύνθεση µιας πληθώρας τροποποιηµένων δοµών. 5.2 Ενώσεις της οµάδας των ανθρακυκλινών Η δοξορουµπισίνη (doxorubicine, σχήµα 5.2) αποτελεί µέλος της οµάδας των ανθρακυκλινών. O HO COCH 2 R OH CH 3 O O HO O H 3 C O HO H 2 οξορουµπισίνη (R = OH) ταουνορουµπισίνη (R =H) Σχήµα 5.2. Χηµικοί τύποι των φαρµάκων: δοξορουβισίνη (doxorubicine) και νταουνορουµπισίνη (daunorubicine). 66

91 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Οργανικά αντικαρκινικά φάρµακα Eµφανίζει το ευρύτερο φάσµα αντικαρκινικής δράσης από κάθε άλλο αντινεοπλασµατικό φάρµακο και έτσι είναι το ευρύτερα χρησιµοποιούµενο αντικαρκινικό φάρµακο παγκοσµίως. 262 Ωστόσο, η τοξικότητά του οδήγησε σε νέες έρευνες για την εύρεση αναλόγων του µε µειωµένες παρενέργειες, οπότε προέκυψε η νταουνορουµπισίνη (daunorubicine, σχήµα 5.2). Η βιολογική τους δράση οφείλεται στην ικανότητά τους για συναρµογή µε το DA, µε επακόλουθη αναστολή της αντιγραφής και της µεταγραφής του. 5.3 Αλκυλιωτικά χηµειοθεραπευτικά Στην οµάδα των αλκυλιωτικών χηµειοθεραπευτικών εντάσσονται διάφορα φάρµακα: καρµουστίνη (carmustine, σχήµα 5.3 Α), κυκλοφωσφαµίδιο (cyclophosphamide, σχήµα 5.3 Β), δακαρβαζίνη (dacarbazine, σχήµα 5.3 Γ), σεµουστίνη (semustine, σχήµα 5.3 ) και µελφαλάνη (melphalane, σχήµα 5.3 Ε). Cl H O O O P H O CH 2 CH 2 Cl CH 2 CH 2 Cl øø Καρµουστίνη Cl Κυκλοφωσφαµίδιο H O (Α) C-H 2 ακαρβαζίνη (Γ) -(CH 3 ) 2 FFF Cl kjhkjhkjhkhkh O O (Β) H Σεµουστίνη ( ) CH 3 (ClCH 2 CH 2 ) 2 CH 2 CHCOOH H 2 Μελφαλάνη Σχήµα 5.3. Οι χηµικοί τύποι των σηµαντικότερων αλκυλιωτικών αντιδραστηρίων. (Ε) 67

92 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Οργανικά αντικαρκινικά φάρµακα Τα συγκεκριµένα φάρµακα αλκυλιώνουν διάφορα κυτταρικά συστατικά, όπως τις µεµβράνες, τις πρωτεΐνες, και κυρίως τις αζωτούχες βάσεις του DA (Ν7 ή Ο6 της γουανίνης, το Ν3 της κυτοσίνης, το Ν3 της θυµιδίνης κλπ.). Τα αρχικά προφάρµακα ενεργοποιούνται µε την αποµάκρυνση µιας αποχωρούσας οµάδας από το µόριό τους, οπότε προκύπτει το καρβωνιόν, το οποίο λόγω της ισχυρά ηλεκτρονιόφιλης φύσης του αποδέχεται ελεύθερα ζεύγη ηλεκτρονίων από οποιοδήποτε πυρηνόφιλο είδος, όπως π.χ. το Ν7 της γουανίνης ή διάφορα άτοµα πρωτεϊνών. Η αντίδραση που συµβαίνει ακολουθεί µηχανισµό S 1 ή S 2, και µπορεί να προκαλέσει είτε λανθασµένη µετάφραση, είτε διάρρηξη ή και διασύνδεση µε το DA. Τα αλκυλιωτικά χηµειοθεραπευτικά διακρίνονται σε µονοδραστικά και διδραστικά. Τα πρώτα διαθέτουν µόνο µια δραστική οµάδα (π.χ. ένα άτοµο χλωρίου), εποµένως µπορούν να αλκυλιώσουν µόνο τον ένα κλώνο του DA. Τα διδραστικά αλκυλιωτικά αντιδραστήρια έχουν δύο λειτουργικές οµάδες (άτοµα χλωρίου), και έτσι µπορούν να αντιδράσουν µε δύο διαφορετικούς στόχους (όπως είναι τα µόρια γουανίνης), για να προκαλέσουν διασύνδεση δύο κλώνων DA. Στην περίπτωση αυτή αναστέλλεται η αναπαραγωγή του DA γιατί οι µονοί κλώνοι δε µπορούν να διαχωριστούν. Στην ίδια κατηγορία ανήκουν και τα φάρµακα της οµάδας της νιτροζουρίας (σχήµα 5.4), τα οποία είναι διδραστικά και καταστρέφουν τα κύτταρα µέσω της διασύνδεσης µε το DA αφού πρώτα µετατραπούν αυθόρµητα σε αλκυλιωτικά αντιδραστήρια. H CH 3 COH 2 Cl HO 2 O O HO OH O OH HO HCOR R = CH 3, Cl O Σχήµα 5.4. Αντιπροσωπευτικοί τύποι αλκυλιωτικών αντιδραστηρίων. 68

93 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Οργανικά αντικαρκινικά φάρµακα Πρόκειται για φάρµακα έντονα λιπόφιλα, τα οποία µπορούν να διαπερνούν τον αιµατοεγκεφαλικό φραγµό και είναι δραστικά σε ευρύ φάσµα νεοπλασµατικών ασθενειών, ωστόσο είναι καρκινογόνα τα ίδια. Παραδείγµατα φαρµάκων της κατηγορίας αυτής είναι η καρµουστίνη (carmustine) και η λοµουστίνη (lomustine). 5.4 Τριαζινικές ενώσεις Οι τριαζίνες (σχήµα 5.5) και τα τριαζινικά παράγωγα είναι γνωστά φυσικά προϊόντα µε βιολογικές και φαρµακολογικές ιδιότητες, που χρησιµοποιούνται κατά του ιού HIV, του καρκίνου των ωοθηκών, του µαστού, του πνεύµονα και της λευχαιµίας. 263, 264, 265, 266 R R R R'' Σχήµα 5.5. Ο χηµικός τύπος των τριαζινών (R, R : αλκύλια) R 5.5 Αζολοτετραζινόνες Οι αζολοτετραζινόνες (σχήµα 5.6) αποτελούν µια πολύ δραστική κατηγορία ετεροκυκλικών ενώσεων, τόσο χηµικά όσο και βιολογικά. COH 2 O R 1: R = CH 2 CH 2 Cl 2: R = CH 3 Σχήµα 5.6. Τετραζολινικά φάρµακα: 1: µιτοζολοµίδη (mitozolomide), 2: τεµοζολοµίδη (temozolomide) Με κατάλληλη υποκατάσταση µπορούν να εµφανίσουν άλλοτε ηλεκτρονιόφιλο και άλλοτε πυρηνόφιλο χαρακτήρα, µε διάνοιξη ή διατήρηση του δακτυλίου αντίστοιχα. Η αντικαρκινική τους δράση αλλά και η τοξικότητά τους 69

94 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Οργανικά αντικαρκινικά φάρµακα απέναντι στα κύτταρα οφείλεται στα ηλεκτρονιόφιλα µέσα που προέρχονται από υδρολυτικές χηµικές αντιδράσεις in vivo και µπορούν να δράσουν αλκυλιωτικά. 5.6 Αντιφολικά αντιδραστήρια Τα αντιφολικά αντιδραστήρια έχουν την ιδιότητα να παρεµβαίνουν σε διαφορετικά στάδια µεταβολισµού των φολικών, µέσω παρεµπόδισης της βιοσύνθεσης των πρόδροµων ενώσεων της πουρίνης και της πυριµιδίνης του DA, και πολλά από αυτά αναστέλλουν εκλεκτικά τη διαίρεση και την ανάπτυξη ορισµένων νεοπλασµατικών κυττάρων. Το 4-αµινο-φολικό οξύ (σχήµα 5.7) είναι το πρώτο αντιφολικό αντιδραστήριο, που χρησιµοποιήθηκε επιτυχώς κλινικά το Έκτοτε γίνονται προσπάθειες διεύρυνσης του φάσµατος δράσης του, µε αποτέλεσµα να προκύπτουν κλασσικά και µη κλασσικά ανάλογά του. 267 R H CH 2 H 2 H 2 Σχήµα 5.7. Ο χηµικός τύπος του 4.αµινο-φολικού οξέος (αµινοπτερίνης). 5.7 Αναστολείς της βιοσύνθεσης και της δράσης των στεροειδών oρµονών Τα φάρµακα της κατηγορίας αυτής χρησιµοποιούνται για την αντιµετώπιση του καρκίνου του µαστού (π.χ. ταµοξιφένη) και του προστάτη (π.χ. οξική κυπροτερόνη), καθώς τα συγκεκριµένα είδη καρκίνου εξαρτώνται από την ποσότητα των οιστρογόνων και των ανδρογόνων, αντίστοιχα, που βρίσκονται στην κυκλοφορία του αίµατος. 70

95 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Αντιµικροβιακά-αντικαρκινικά φάρµακα 6. ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ 6.1 Γενικά Τα τελευταία χρόνια, το ενδιαφέρον των επιστηµόνων έχει στραφεί στη σχέση των µικροβιακών λοιµώξεων µε τον καρκίνο (βλ. και παράγραφο 3.6). Έτσι, βρέθηκε οτι ορισµένα από τα αντιµικροβιακά φάρµακα είναι εξίσου αποτελεσµατικά ως αντικαρκινικά. Σε πολλές περιπτώσεις, ιδιαίτερα στα in vitro πειράµατα, οι µικροβιολογικές µελέτες προηγούνται των αντικαρκινικών για ερευνητικούς και οικονοµικούς λόγους. Στη συνέχεια αναφέρονται παραδείγµατα τέτοιων φαρµάκων, οργανικών και ανόργανων. 6.2 Μυτοµυκίνες Η αντιβιοτική δράση των µυτοµυκινών (mytomycines, σχήµα 6.1) ανακαλύφθηκε το Η αντικαρκινική δράση της µυτοµικίνης C την έχει αναδείξει σε ένα από τα ευρύτερα χρησιµοποιούµενα αντικαρκινικά χηµειοθεραπευτικά. 269 O CH 2 OCOH 2111 Y OMe H 3 C X O Y = OCH 3, X = H Mitomycin A Y = H 2, X = H Mitomycin C Y = H 2, X = CH 3 Porfiromycin Σχήµα 6.1. Χηµικοί τύποι διάφορων µιτοµυκινών. Oι µυτοµυκίνες εµφανίζουν µια ποικιλία δραστικών οµάδων σε µια ασυνήθιστα συµπαγή διαµόρφωση µέσα στο µόριο. 71

96 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Αντιµικροβιακά-αντικαρκινικά φάρµακα 6.3 Ενεργοποιηµένες µπλεοµυσίνες Οι µπλεοµυσίνες (bleomycines) είναι µια τάξη αντικαρκινικών αντιβιοτικών που χρησιµοποιούνται ευρέως για την αντιµετώπιση των ανθρώπινων κακοήθων όγκων. 270,271 Η δράση τους οφείλεται στη διάρρηξη της έλικας του DA Ακτινοµυκίνες Η αντικαρκινική και αντιµικροβιακή δράση των ακτινοµυκινών (σχήµα 6.2) ανακαλύφθηκε το και από τότε χρησιµοποιούνται στην κλινική πράξη. 274 Περιέχουν το ίδιο φαινοξαζινονικό χρωµοφόρο, σε σύνδεση µε δύο διαφορετικές πενταπεπτιδικές λακτονικές µονάδες. MeVal MeVal Sar Sar Pro Pro D-Val D-Val O Thr Thr O CO CO H 2 O O CH 3 CH 3 Σχήµα 6.2. Χηµικός τύπος της ακτινοµυκίνης D (AMD). Ο κύριος τρόπος δράσης των ακτινοµυκινών συνίσταται στην αναστολή της DA-εξαρτηµένης RA σύνθεσης, ως συνέπεια σχηµατισµού συµπλόκου µε το DA. Ένας δεύτερος πιθανός τρόπος δράσης περιλαµβάνει την ενζυµική αναγωγή της ακτινοµυκίνης-d σε ελεύθερη ρίζα, µε µεταφορά ενός ηλεκτρονίου στο οξυγόνο και τον επακόλουθο σχηµατισµό σουπεροξειδικού ανιόντος

97 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Αντιµικροβιακά-αντικαρκινικά φάρµακα 6.5 Ελλιπτισίνη Η ελλιπτισίνη (σχήµα 6.3) είναι µόριο επίπεδο, οπότε µπορεί να διασυνδέεται µε τα ζεύγη βάσεων που συνδέονται µε τις σακχαροφωσφορικές αλυσίδες. R H Σχήµα 6.3. Χηµικός τύπος της ελλιπτισίνης. Συνεπώς, καταστρέφεται η ικανότητα του DA για σχηµατισµό ζευγών βάσεων, γεγονός το οποίο προκαλεί την κυτταροτοξικότητα. Επιπλέον υπάρχει η δυνατότητα τροποποίησης της δράσης της τοποϊσοµεράσης ΙΙ, δηλαδή του ενζύµου που µπορεί να συνδέει και να αποσυνδέει τους δύο κλώνους του δίκλωνου DA

98 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Αντιφλεγµονώδη-αντικαρκινικά φάρµακα 7. ΑΝΤΙΦΛΕΓΜΟΝΩ Η-ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ H σχέση φλεγµονής καρκίνου που προαναφέρθηκε (παράγραφος 3.5), οδήγησε στην ανάπτυξη του τοµέα των µη στεροειδών αντιφλεγµονωδών φαρµάκων (on-steroidal Anti-Inflammatory Drugs, SAID). Τα φάρµακα αυτά αναστέλλουν το ένζυµο κυκλοοξυγονάση µε αποτέλεσµα την πρόληψη της ανεξέλεγκτης αναπαραγωγής των κυττάρων και την επαγωγή της απόπτωσης. 277 Στην παραπάνω κατηγορία ανήκουν τα σύµπλοκα του Cu II µε σαλικυλικό οξύ και τα παράγωγα αυτού, τα οποία παρουσιάζουν αντικαρκινική και αντιφλεγµονώδη δράση. 278,279 Η τακτική χορήγηση των τελευταίων, ελαττώνει την πιθανότητα εµφάνισης καρκίνου του εντέρου αλλά και τη θνησιµότητα των ασθενών µε το συγκεκριµένο τύπο καρκίνου 280, πιθανότατα µέσω της πρόκλησης απόπτωσης. 281 Άλλωστε, είναι γνωστό οτι η ενεργή µορφή του ακετυλοσαλικυλικού οξέος (ασπιρίνης), µε τη γνωστή αντιφλεγµονώδη δράση, είναι το σύµπλοκό της µε Cu ΙΙ, το οποίο και είναι δραστικότερο του ακετυλοσαλικυλικού οξέος. 282 Στο µέλλον αναµένονται εξελίξεις στον τοµέα της σύνθεσης µη στεροειδών αντιφλεγµονωδών φαρµάκων µε ταυτόχρονη αντικαρκινική δράση

99 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία Βιβλιογραφία 1 Gmelin, Handbook of Inorganic Chemistry, Springer-Verlag, Berlin, 1955; V.M. Goldschmidt, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1975, J.R. Partington, A Textbook of Inorganic Chemistry, 5 th edition, Macmillan, London, 1947, p D.S. Fett, Acc. Chem. Res., 1977, 10, 99; J.C. Yannopoulos and J.C. Agarwal, Eds., Extractive Metallurgy of Copper, Metallurgy Society, AIME, Cotton and Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry: A Comprehensive Text Fourth Edition, John Wiley and Sons, Comprehensive Inorganic Chemistry, Vol. 3, J.C. Bailar, H.J. Emeleus, Sir Ronald yholm, A.F. Trotman-Dickenson, Pergamon Press 1973 in chapter 1 Copper, pp. 1.78, by A.G. Massey 6.V. Sidgwick, Chemical Elements and Their Compounds Clarendon, Oxford, 1949, Vol. 1, p Α.F. Wells, Structural Inorganic Chemistry, 5 th edition, Clarendon, Oxford, 1984, 4 st edn., J.F. Randles, J. Chem. Soc., 1941, M. Kato, H.B. Jonassen, J.C. Fanning, Chem. Rev., 1964, 64, B.. Figgis, J. Lewis, Prog. in Inorg. Chemistry, 1964, 6, M. Gerloch et al., J. Chem. Soc., 1968, 2023, B.L. Hathaway, A.A.G. Tomlinson, Coord. Chem. Rev., 1970, 5, 1 13 W.E. Hatfield, R. Whyman, Transition Metal Chemistry, 1969, 47, 5 14 B.J. Hathaway, D.E. Billing, Coord. Chem. Rev., 1970, 5, F.E. Mabbs, D.J. Machin, Magnetism and Transition Metal Complexes, Chapman and Hall, London, K.D. Karlin, J. Zubieta (ed.), (a) Copper Coordination Chemistry: Biochemical and Inorganic Perspectives, Adenine Press, ew York, 1983; (b) Biological and Inorganic Copper Chemistry, Adenine Press, ew York, Comprehensive Coordination Chemistry, Vol. 5, Wilkinson, Gillard, McLeverty, Pergamon Press,

100 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία 18 A.F. Wells, Structural Inorganic Chemistry, 5 th edn., Clarendon, Oxford, Α. Εarnshaw, An Introduction to Magnetochemistry, Academic, London, M.B. Robin, P. Day, Adv. Inorg. Chem. Radiochem., 1967, 10, A.B.P. Lever, Inorganic Electronic Spectroscopy, 2 nd edn., Elsevier, ew York, J. Ferguson, Prog. Inorg. Chem., 1970, 12, S. Hush, R.J.M. Hobbs, Prog. Inorg. Chem., 1968, 10, T.G. Fawcett, E.E. Bernaducci, K. Krogh-Jespersen, H.J. Schugar, J. Am. Chem. Soc., 1980, 102, E. Bernaducci, W.F. Schwindinger, J.L. Hughey, K. Krogh-Jesperen, H.J. Schugar, J. Am. Chem. Soc., 1981, 103, Y. isida, S. Kida, Coord. Chem. Rev., 1979, 21, H.S. Maslen, T.. Waters, Coord. Chem. Rev., 1975, 17, B.D. Bird, P. Day, J. Chem. Phys., 1968, 49, C.K. Jorgenson, Absorption Spectra and Chemical Bonding, Academic, London, 1962; Inorganic Complexes, Academic, London, B.J. Hathaway, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1972, B.J. Hathaway, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1972, Γ. Μανουσάκη,. Κεσίσογλου, Βιοανόργανη Χηµεία, Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη, Θεσσαλονίκη E. Ochiai, Bioinorganic Chemistry, An Introduction, Allyn and Bacon, Boston, E.-I. Ochiai, J. Chem. Educ., 1974, 51, J.M. Brown, L. Powers, B. Kincaid, J.A. Larrabee, T.G. Spiro, J. Am. Chem. Soc., 1980, 102, J.A. Larrabee, T.G. Spiro, J. Am. Chem. Soc., 1980, 102, D.W. Margerum, G.D. Owens, in Metal Ions in Biological Systems, ed. H. Sigel, Dekker, ew York, 1981, vol. 12, p P.W.R. Corfield, H.M.M. Shearer, Acta Crystallogr., 1966, 21,

101 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία 39 S.A.K. Wilson, Brain, 1912, 34, A.M. Feabane, D.R. Williams, The Principles of Bio-Inorganic Chemistry, Monographs for Teachers o 31, The Chemical Society, London, 1977, chap. 1 and 2 41 C.A. Owen, Copper Deficiency and Toxicity Acquired and Inherited in Plants, Animals and Man, oyes, Park Ridge, J, Ε. Οchiai, Bioinorganic Chemistry, An Introduction, Allyn and Bacon, Boston, A.G. Bearn, H.G. Kunkel, J. Lab. Clin. Med., 1955, 45, B Sarkar and T.P.A. Kruck, in The Biochemistry of Copper, J. Peisach, P. Aisen, W.E. Blumberg, eds. Academic, ew York, 1966, p P.Z. eumann, A. Sass-Kortsak, J. Clin. Invest., 1957, 46, J.R.J. Sorenson, L.W. Oberley, V. Kishore, S.W.C. Leuthauser, T.D. Oberley, A. Pezeshk, Inorg. Chim. Acta, 1983, M.R. Lemberg, Physiol. Rev., , J.M. McCord, I. Fridovich, J. Biol. Chem., 1969, 244, J.H.R. Kagi, S.R. Himmelhoch, P.D. Whanger, J.L. Bethune, B.L. Vallee, J. Biol. Chem., 1974, 249, J.H. Menkes, M. Alter, G.K. Steigleder, D.R. Weakley, J.H. Sung, Pediatrics, 1922, 29, D.M. Danks, P.E. Campbell, J. Waker-Smith, B.J. Stevens, J.M. Gillespie, J. Blomfield, B. Turner, Lancet, 1972, 1, K.J. Humphreys, K.D. Karlin, S.E. Rokita, J. of the Am. Chem. Soc., 2002, 124, K.J. Humphreys, K.D. Karlin, S.E. Rokita, J. of the Am. Chem. Soc., 2001, 123, S.T. Frey, H.H.J. Sun,.M. Murthy, K.D. Karlin, Inorg. Chim. Acta, 1996, 242, K.J. Humphreys, A.E. Johnson, K.D. Karlin, S.E. Rokita, J. of Biol. Inorg. Chem., 2002, 7, V. Sandbhor, P. Kyllkarni, S. Padhye, G. Kundu, G. Mackenzie, R. Pritchard, 77

102 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία Bioorg. Med. Chem. Lett., 2004, 14(11), M. Collins, D. Ewing, G. Mackenzie, E. Sinn, V. Sandbor, Sh. Padhye, Su. Padhye, Inorg. Chem. Comm., (9), A. Marin-Hernandez, I. Gracia-Mora, L. Ruiz-Ramirez, R. Moreno-Sanchez, Biochem. Pharmacol., 2003, 65(12), Gokhale, Su. Padhye, D. Rathbone, D. Billington, P. Lowe, C. Schwalbe, C. ewton, Inorganic Chem. Comm., 2001, 4(1), C. Sanmartin, M. Echeverria, B. Mendivil, L. Cordeu, E. Cubedo, J. Garcia- Foncilles, M. Fontand, J.A. Palop, Bioorg. Med. Chem., 2005, 13(6), K.G. Daniel, P. Gupta, R.H. Harbach, W.C. Guida, Q.P. Dou, Biochem. Pharmacol., 2004, 67(6), D.X. West, A.E. Liberta, S.B. Padhye, R.C. Chikate, P.B. Sonawane, A.S. Kumbhar, R.G. Yerande, Coord. Chem. Rev., 1993, 123(1-2), F. Liang, C.Wu, H. Lin, T. Li, D. Gao, Z. Li, J. Wei, C. Zheng, M. Sun, Bioorg. Med. Chem. Lett.,, 2003, 13(15), C.A. Bolos, K.T. Papazisis, A.H. Kortsaris, S. Voyatzi, D. Zambouli, D.A. Kyriakidis, J. of Inorg. Biochem., 2002, 88(1), B.S. Creaven, D.A. Egan, K. Kavanagh, M. McCann, M. Mahon, A. oble, B. Chati, M. Walsh, Polyhedron, 2005, 24(8), M. Joseph, V. Suni, M.R. Prathapochandra Kurup, M. ethaji, A. Kishore, S.G. Bhat, Polyhedron, 2004, 23(18), P. Segla, D. Miklos, P. Olejnikova, B. Kalinakova, D. Hudecova, M. Palicova, J. Svorec, T. Gloviac, Inorg. Chim. Acta, 2004, 357(14), A. Valent, M. Melnk, D. Hudecova, B. Dudoca, R. Kivekas, M.R. Sundberg, Inorg. Chim. Acta, 2004, 340, Ν. Singh, K.K. Shukla, R.. Patel, U.K. Chauhan, R. Shrivastava, Spectrochimica Acta Part A, 2003, 59(13), J.R.J. Sorenson, US Patent o J.R.J. Sorenson, V. Kishore, A. Pezeshk, L.W. Oberley, S.W.C. Leuthauser, T.D. Oberley, Inorg. Chim. Acta, 1984, 91, A.L. Abuhijleh, C. Woods, Inorg. Chem. Comm., 2002, 5,

103 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία 73 J.R. Sorenson, L.S. Soderberg, M.V. Chidambaram, D.T. de la Rosa, H. Salari, K. Bond, G.L. Kearns, R.A. Gray, C.E. Epperson, M.C. Baker, Adv.Exp. Med. Biol., 1989, 258, M. Geraghty, V. Sheridan, M. McCann, M. Devereux, V. McKee, Polyhedron, 1999, 18, L.W. Oberley, G.R. Buettner, Cancer Res., 1979, 39, B.L. O Dell, in Trace Elements in Human Health and Disease, Vol. 1, Zinc and Copper, A.S. Prasad, D. Oberleas, eds., Academic Press,ew York, p. 391 (1976) 77 E.J. Underwood, Trace Elements in Human and Animal utrition, Academic Press, ew York, p. 57 (1977) 78 J.R.J. Sorenson in Copper in the Environment, Part 2, Health Effects, J.O. riagu, ed., Wiley-Interscience, ew York, p. 83 (1979) 79 J.P. Klinman, J. Biol. Chem., 2006, 281(6), P. Manikandan, R. Muthukumaran, K.R. Justin Thomas, B. Varghese, G.V.R. Chandramouli, P.T. Manoharan, Inorg. Chem., 2001, 40, C.W. Tabor, H. Tabor, Annu. Rev. Biochem., 1984, 53, Κ.D. Karlin, J. Zubieta (eds.), Copper Coordination Chemistry: Biochemical & Inorganic Perspectives, Adenine, ew York, H. Sigel (ed.), Metal Ions in Biological Systems, Vol, 13, Copper Proteins, Marcel Dekker, ew York, O. Ramström, J.-M. Lehn, ature Rev. Drug Discovery, 2002, 1, E.S. Canellakis, D. Viceps-Madore, D.A. Kyriakidis, J.S. Heler in Current Topics in Cellular Regulation, Horecker B.L. and Stadtman E.R., eds, Acad. Press, ew York p. 155 (1979) 86. Trendafilova, S.St. ikolov, G. Bauer, R. Kellner, Inorg. Chim. Acta, 1993, 210, Ε.J. Corey, J.C. Bailar Jr., J. Am. Chem. Soc., 1959, 81, H.-H. Schmidtke, Z. Anorg. Allg. Chem., 1965, 339, D.A. House, Inorg. ucl. Chem. Lett., 1967, 3, H.-H. Schmidtke, D. Garthhof, Inorg. Chim. Acta, 1968, 2, C.J. Hawkins, Absolute Configuration of Metal Complexes, Wiley-Interscience, 79

104 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία ew York, F.A. Jurnak, K.. Raymond, Inorg. Chem., 1972, 11, J.R. Gollogly, C.J. Hawkins, Inorg. Chem., 1972, 11, E. Lovaas, G. Karlin, Free Radical Biology and Medicine, 1991, 11, R.H. Davis, D.R. Morris, P. Coffino, Microbiol. Rev., 1992, 56(2), L.J. Marton, A.E. Pegg, Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol., 1995, 35, T. Thomas, T.J. Thomas, Cell Mol. Life Sci., 2001, 58(2), K.C. Das, H.P. Misra, Mol. Cell. Biochem., 2004, 262(1.2), T.J. Thomas, V.A. Bloomfield, Biopolymers, 1984, 23(7), A. Leforestier, J. Pelta, J. Dubochet, F. Livolant, Biology of the cell, 1995, 84(3), R. Marquet, P. Colson, C. Houssier, J. Biomol. Struct. Dyn., 1986, 4(2), R.Hasan, M.K. Alan, R. Ali, FEBS Lett., 1995, 368(1), J. Kumagai, R. Jain, L.R. Johnson, Am. J. Physiol., 1989, 256, G C.A. Panagiotidis, S. Artandi, K. Calame, S.J. Silverstein, ucleic Acid Res. 1995, 23(10), J. Laitinen, K. Stenins, T.O. Eloranta, E. Holtta, J. Cell Biochem., 1998, 68(2), R.G. Schipper, L.C. Penning, A.A.J. Verhofstad, Seminars in Cancer Biology, 2001, 10(1), J.C. Allen, C.J. Smith, J.I. Hussain, J.M. Thomas, J.M. Gaugas, Eur. J. Biochem., 1979, 102(1), W.A. Gahl, H.C. Pitot, In Vitro, 1979, 15(4), Y. He, K. Kashiwagi, J. Fukuchi, K. Terao, A. Shirahata, K. Igarashi, Eur. J. Biochem., 1993, 217(1), A.E.S. McCallan, F. Willcoxon, Contributions by the Thompson Institute, 1934, 6, J.G. Horsfall in Principles of Fungicidal Action Chronica Botanica company, M.A. Waltham, 1956, p

105 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία 112 R.S. Srivastava, Inorg. Chim. Acta, 1971, 55, L M. Golding, K. Lehtonen, B.J. Ralph, Austr. J. Chem., 1975, 28, L. Que, ed. Metal Clusters in Proteins, ACS Symposium Series p. 372, ACS Washington, DC 115 J.A. Keverling in Biological Activity and Chemical Structure, E.J. Arends ed. Elsevier, Amsterdam, 1977, 21, p Γ.Α. Βάρβογλη, Ν.Ε. Αλεξάνδρου, Οργανική Χηµεία, 5 η έκδοση, J.Q. Pratt, in: Ullmann s Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol. 36, Wiley- VCH Verlag GmbII & Co KgaA, Weinheim, 2003, pp και ένθεν αναφορές 118 K.O. Cameron, B.A. Lefker, R.L. Rosati, EP 911, 1999, V.S. Fang, C. Minkin, P. Goldhaber, Science, 1971, 172 (979), P. Drozdzewski, A. Brozyna, M. Kubiak, Polyhedron, 2004, 23, H. Schiff, Ann. Chim. (Paris), 1864, 131, S. Dayagi, Y. Degani, in The Chemistry of the Carbon-itrogen Double Bond, ed. S. Patai, Wiley-Interscience, ew York, 1970, p L. Sacconi, P. annelli, U. Campigli, Inorg. Chemistry, 1965, 4, M. Boča, M. Valko, G. Kickelbick, M. Ďurik, W. Linert, Inorg. Chimica Acta 2003, 349, E. Rotondo, F.C. Priolo, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1982, W.. Wallis, S.C. Cummings, Inorg. Chem., 1974, 13 (4), Z. Huang, D. Wan, J. Huang, Chem. Lett., 2001, J.M. Janz, D.L. Farrens, Vis. Res., 2003, 43, M. Calligaris, G. ardin, L. ardaccio, Coord. Chem. Rev., 1972, 7, E.M. Hodnett, W. Willie, Proc. Okla. Acad. Sci., 1966, 46, Μ. Αkbar Ali, S.E. Livingstone, Coord. Rev., 1974, 13, Aysegul Golcu, Mehmet Tumer, Havva Demirelli and R. Alan Wheatley, Inorg. Chimica Acta, 2005, 358(6),

106 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία 133 Lian-Zhi Li, Chao Zhao, Tao Xu, Hai-Wei Ji, Yan-Hong Yu, Guang-Qiang Guo and Hui Chao, J. Inorg. Biochem., 2005, 99(5), Ján Vančo, Oľga Švajlenová, Eva Račanská, Jan Muselík and Jindra Valentová, J. Trace El. in Med. and Biol.y, 2004, 18(2), Giselle Cerchiaro, Katia Aquilano, Giuseppe Filomeni, Giuseppe Rotilio, Maria Rosa Ciriolo and Ana Maria Da Costa Ferreira, J. Inorg. Biochem., 2005, 99(7), H.G. Seiler, H. Sigel, A. Sigel, Handbook on Toxicity of Inorganic Compounds, Marcel Dekker, Inc Π. Καραγιαννίδη, Ειδική Ανόργανη Χηµεία, Εκδόσεις Ζήτη, Β Έκδοση, Θεσσαλονίκη X. Sheng-Chang, L. Jun-Qian, Z. Yong-Fan, Chemical Physics Letters, 2003, 370(1-2), J.C. Bailar, H.J. Emeleus, Sir Ronald yholm, A.F. Trotman-Dickenson, Comprehensive Inorganic Chemistry, Pergamon Press, 1973, 2, T. Surles et al., J. Inorg. ucl. Chem., 1973, 35, T. Surles et al., Inorg. ucl. Chem. Lett, 1973, 9, W. Gabes, M.A.M. ijman-meester, Inorg. Chem., 1973, 12(3), G.C. Pimentel, J. Chem. Phys., 1951, 19, J.C. Bailar, Comprehensive Inorganic Chemistry, 1973, R.E. Rundle, Acta Cryst., 1961, 14, G.L. Breneman, R.D. Willett, Acta Cryst., 1969, B25, A. Butler, J.V. Walker, Chem. Rev., 1993, 93, F.A. Cotton, G. Wilkinson, C.A. Murillo, M. Bochmann, Advanced Inorganic Chemistry, Sixth Edition, J. Wiley&Sons, S.A. Barnett,.R. Champness, Coord. Chem. Rev., 2003, 246(1-2) Z.H. Abd El-Wahab, M.R. El-Sarnag, Spectrochim. Acta Part A, 2004, 60(1-2) Β.Μ. Gatehouse, S.E. Livinstone, R.S. yholm, J. Chem. Soc., 1957, 4222; J. 82

107 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία Inorg. ucl. Chem., 1958, 8, Ν.F. Curtis, Y.M. Curtis, Inorg. Chemistry, 1965, 4(6), R.J. Sunderburg, R.B. Martin, Chem. Rev., 1974, 74, R.J. Sunderberg et al., J. Am. Chem. Soc., 1974, 96, S.S. Isied, H. Taube, Inorg. Chem. 15, 1976, K. S. Schofield, M.R. Grimmett, B.R.T. Keene, The Azoles, Cambridge University Press, Cambridge, R.A. Mekheimer, R.M. Shaker, J. Chem. Research, 1999, R. Lesyk, B. Zimenkovsky, I. Subtelna, I. ektegayev, G. Kazmirchuk, Acta Pol. Pharm., 2003, 60(6), J.C. Lee, D.E. Griswold, B. Votta,. Hanna, Int. J. Immunopharmacol., 1988, 10(7) H. Shiragawa, H. Yamaga, H. Houchigai, Y. Sumita, M. Sunagawa, Bioorg. Med. Chem., 1997, 5(3), S. Saydam, E. Yilmaz, Spectrochim. Acta Part A, 2006, 63, F. J. Barros-García, A. Bernalte-García, F. J. Higes-Rolando, F. Luna-Giles, M. A. Maldonado-Rogado and E. Viñuelas-Zahínos, Inorg. Chimica Acta, 2004, 357(12), A.J. Lucke, J.D.A. Tyndall, Y. Singh and D.P. Fairlie. J. Mol. Graph. Model., 2003, 21, X. Fernández, R. Fellous, L. Lizzani-Cuvelier, M.L., E. Duñach, Tetrahedron Lett. 2001, 42, D.H. Brown, W.E. Smith, J.W. Teape, J. Med. Chem., 1980, 23, P.J. Islip, M.D. Closier, M.C. eville, J. Med. Chem., 1974, 17(2), G. Turan-Zitouni, D.M. Sivaci, Z.A. Kaplancikli, A. Özdemir, Il Farmaco, 2002, 57, G.T. Elliott, W.A. agle, K.F. Kelly, D. McCollough, R.L. Bona, E.R. Burns, J. Med. Chem., 1989, 32, C.L. Baird, A.E. Griffitts, S. Baffic, P. Bryant, B. Wolf, J. Lutton, M. Berardini, G.M. Arvanitis, Inorg. Chim. Acta, 1997, 256,

108 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία 170 M. Remko, O.A. Walsh, W.G. Richards, Chem. Phys. Lett., 2001, 336, J.E. Weder, C.T. Dillon, T.W. Hambley, B.J. Kennedy, P.A. Lay, J.R. Biffin, H.L. Regtop,.M. Davies, Coord. Chem. Rev., 2002, 232, and references therein 172 P.M. Brooks, R.O. Day,. Engl. J. Med., 1988, 324, V.R. Shanbag, M.A. Crider, R. Gohkale, A. Harpalani, RM. J. Dick, Pharm. Sci., 1992, 81, Zhu,D.; Xing, X.C.; Wu, P.J.; Wang, P.J. Zhang, D.M.; Yang, D.L. Synth. Met. 1991, 42, W.R. Hatchard, J. Org. Chem., 1964, 28, K.A. Jensen, L. Henriksen, Acta Chem. Scand. 1968, 22, Singh, S. Gupta, R. Kumar Sinha, Inorg. Chem. Comm., 2003, 6, M. Hοng, R. Cao, H. Kawaguchi, K. Tatsumi, Inorg. Chem., 2002, 41, C. Belle, W. Rammal, J.-L. Pierre, J. Inorg. Biochem., 2005, 99(10), M. Ellison, D.P. Byar, G.R. ewell,. Engl. J. Med., 1978, 299, I.J. Lerner, CA Cancer J. Clin., 1981, 31(2), Κ.Η. Reddy, P.S. Reddy, P.R. Babu, J. Inorg. Biochem., 1999, 77, S. Sommerer, W.P. Jensen, Inorg. Chim. Acta, 1990, 172, B. Krebs, M.J. Rauterkus, J. Inorg. Biochem., 2003, 96(1), Alberts, Βασικές αρχές Κυτταρικής Βιολογίας, Ιατρικές Εκδόσεις Πασχαλίδη Scientific American, Special issue on cancer, J. Marx, Science, 2004, 306, A. Mantovani, ature, 2005, 435(7043), L.M. Coussens, Z. Werb, 2002, ature 420,

109 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία 192 E. Shacter, S.A. Weitzman, Oncology, 2002, 16(2), B. Farrow, B.M. Evers, Surg. Oncol., 2002, 10(4), H. Ohshima, M. Tatemichi, T. Savva, Arch. Biochem. Biophys., 2003, 417(1), Julie Parsonnet, Env. Health Perspect, 1995, 103(Suppl 8): A.J. Lax, W. Thomas, Trends in Microbiology, 2002, 10(6), S.C. Baik et al., Cancer Res., 1996, 56, E.E. Mannick et al., Cancer Res., 1996, 56, IARC Working Group on the Evaulation of Carcinogenic Risks to Humans. Schistosomes, liver flukes, and Helicobacter pylori, Lyon:IARC, 1994, 61, J.C. Welton et al., Lancet, 1979, 1, C.P.J. Caygill, Lancet, 343, 1994, C.P.J. Caygill et al., Eur. J. Cancer Prev., 1995, 4, V. Aries et al., Gut, 1969, 10, C.A. Bolos, G.St. ikolov, L. Ekateriniadou, A. Kortsaris, D.A. Kyriakidis, Metal- Based Drugs, 1998, 5(6), Β. Lippert, Metal-ucleobase Chemistry: Coordination, Reactivity and Base Pairing, Proceedings of the ATO Advanced Study Institute on Bioinorganic Chemistry. An Inorganic Perspective of Life. Rhodes Island, June 5-17, B. Lippert, Prog. In Inorg. Chem., 1989, 37, L.A. Basile, J.K. Barton, Met. Ions in Biol. Systems, 1989, 25, V. Aletras,. Hadjiliadis, A. Lymberopoulou-Karaliota, A. Rombeck, B. Lippert, Inorg. Chim. Acta, 1994, 227, J. Reedijk, A.M.J. Fichtinger-Schepman, A.T. van Oosterom, P. van de Putte, 85

110 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία Struct. Bonding, 1987, 67, S.E. Sherman, S.J. Lippard, Chem. Rev., 1987, 87, R. Beyerle-Pfnur, B. Braun, R. Faggiani, B. Lippert, C.J. Lock, Inorg. Chem., 1985, 24, J. Arpalathi, L. Lehikoinen, Inorg. Chim. Acta, 1989, 159, K.H. Scheller, H. Sigel, J. Am. Chem. Soc., 1983, 105, G. Raudaschl-Sieber, L.G.Marzilli, B. Lippert, K. Shinozuka, Inorg. Chem., 1985, 24, G. Frommer, I. Mutakainen, F.J. Pesh, E.C. Hillgeris, H. Preut, B. Lippert, Inorg. Chim. Acta, 1992, 197, C.A. Bolos, P.C. Christidis, S.T. Triantafyllou, Polyhedron, 1988, 17(16), B. Rosenberg, L. Van Camp, J.E. Trosko, V.H. Mansour, ature, 1969, 222, J.C. Dabrowiak, W.T. Bradner, Prog. Med. Chem., 1987, 24, D.E.V. Wilman, Chemistry of Antitumour Agents, Blackie USA: Chapman&Hall, ew York, K.W. Lee, D.S. Martin Jr., Inorg. Chim. Acta, 1976, 17, M.C. Lim, R.B. Martin, J. Inorg. ucl. Chem., 1976, 38, C.J.L. Lock, in Inorganic Chemistry in Biology and Medicine, ed. A.E. Martell, ACS Symp. Ser., 1980, 140, Β. de Castro, T.J. Kistenmacher, L.G. Marzilli, Agents Actions, 1981, Suppl. 8, S.E. Sherman, S.J. Lippard, Chem. Rev., 1987, 87, S.L. Gonias, S.V. Pizzo, J. Biol. Chem., 1983, 258, S.V. Pizzo, M.W. Swaim, P.A. Roche, S.L. Gonias, J. Inorg. Biochem., 1988, 33, M.E. Howe-Grant, J.S. Lippard, in Metal Ions in Biological Systems, ed. H. Siegel, Marcel Dekker, ew York, 1980, P.C. Dedon, R. Qazi, R.F. Borch, in Biochemical Mechanisms of Platinum Antitumour Drugs, eds. D.C.H. McBrien and T.F. Slater, IRL Press, Oxford, 1986, 86

111 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία D.L. Bodenner, P.C. Dedon, P.C. Keng, R.C. Borch, Cancer Res., 1986, 46, W.I. Sundquist, K.J. Ahmed, L.S. Hollis, S.J. Lippard, Inorg. Chem., 1987, 26, A. Pasini, F. Zunino, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1987, 26, Β. Rosenberg, Cancer, 1985, 55, J.H. Burchenal, K. Dalaher, K. Dew, L. Lokys, G. Gale, Biochimie, 1978, 60, A. Eastman, S. Illenye, Cancer Treat. Rep., 1984, 68, M.W. Winchell, P.D. Sanchez, C.K. Watanabe et al., J. ucl. Med., 1970, 11, Β.J. Foster, K. Clagett-Carr, D. Hoth et al., Cancer Treatment Rep., 1986, 70, C.G. Kuehn, H.J. Taube, J. Am. Chem. Soc., 1976, 98, J.K. Barton, Pure Appl. Chem., 1989, 61, S.C. Srivastava, L.F. Mausner, M.J. Clarke In Ruthenium and Other on-platinum Complexes in Cancer Chemotherapy; M.J. Clarke, Ed.; Springer Verlag: Heidelberg, 1989, 10, P.K.L Chan, D.C. Frost, B.R. James, K.A. Skov, Can. J. Chem. 1988, 66, Farrell, in: Platinum, Gold and Other Metal Chemotherapeutic Agents; Lippard, S.J. (ed.); ACS Symposium Series 209; Washington DC: American Chemical Society, 1983, W.L. Reynolds, Prog. Inorg. Chem., 1970, 12, J.A. Davies, Adv. Inorg. Chem. Radiochem., 1981, 24, R. Koch, Deutsch. Med. Wochenschr., 1927, 16, L. Ronconi, L. Giovagnini, C. Marzano, F. Bettio, R. Graziani, G. Pilloni, D. Fregona, Inorganic Chemistry, 2005, 44(6), C. Xin Zhang, S.J. Lippard, Current Opinion in Chemical Biology, 2003, 7(4), G. Marcon, L. Messori, P. Orioli, Expert Rev. Anticancer Ther., 2002, 2(3),

112 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία 251 E.R.T. Tieknik, Crit. Rev. Oncol./Hematol., 2002, 42, C. Xin Zhang, S.J. Lippard, Curr. Op. Chem. Biol., 2003, 7, G. Wilkinson, J.M. Birmingham, J. Am. Chem. Soc., 1954, 76, A. Clearfield, D.K. Warner, C.H. Saldarriaga-Molina, R. Ropal, I. Bernal, Can. J. Chem. 1975, 53, F.W. Siegert, H.J. De Liefde Meijer, J. Organomet. Chem., 1970, 23, J.C. Green, M.L.H. Green, C.K. Prout, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1972, R.L. Cooper, M.L.H. Green, J. Chem. Soc. A, 1967, Μ.J. Heeg, C. Janiak, J.J. Zuckerman, J. Am. Chem. Soc., 1984, 106, H. Schumann, C. Janiak, E. Hann, C. Kolax, J. Loebel, M.D. Rausch, J.J. Zuckerman, M.J. Heeg, Chem. Ber. 1986, 119, Μ. Gielen, C. Vanbellinghen, J. Gelan, R. Willem, Bull. Soc. Chim. Belg., 1988, 97, M. Gielen, R. Willem, A. Delmotte, E. Joosen, A. Meriem, M. Melotte, C. Vanbellinghen, B. Mahieu, E. Joosen, P. Lelieveld, D. de Vos, G. Atassi, Main Group Met. Chem., 1989, 12, R.B. Weiss, G. Sarosy, K. Clagett-Carr, M. Russo, B. Leyland-Jones, Cancer Chemother. Pharmacol., 1986, 18, Z.El-Gendy, J.M. Morsy, H.A. Allimony, W.R. Abdel-Monem Ali, R.M. Abdel- Rahman, Pharmazie, 2001, 56, R. El-Brollosy, Phosphorus, Sulfur and Silicon, 2000, 163, C. Ross, Phytochemistry, 1964, 3, R.M. Abdel-Rahman, J.M. Morsy, F. Hanafy, H.A. Amene, Pharmazie, 1999, 54, J.J. McGuire, Curr. Pharm. Des., 2003, 9(31), T. Hata, Y. Sano, R. Sugawara, A. Matsumae, K. Kanamori, T. Shima, T. Hoshi, J. Antibiot., (Japan) Ser. A, 1956, 9, S.T. Crooke, in Cancer Chemotherapy, eds. S.T. Crooke and A.W. 88

113 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Θεωρητικό µέρος Βιβλιογραφία Prestayko, Academic Press, ew York, 1981, 3, S.K. Karter, in Bleomycin: Current Status and ew Developments, eds. S.K. Carter, S.T. Crooke and H. Umezawa, Academic Press, ew York, 1978, H. Umezawa, in Anticancer Agents Based on atural Product Models, Medicinal Chemistry Series, Vol. XVI, eds. J.M. Cassady and J.D. Douros, Academic Press, ew York, 1980, 148ff 272 J. Stubbe, J.M. Kozarich, Chem. Rev., 1987, 87, 1107 και ένθεν αναφορές 273 C. Hackmann, Z. Krebsforsch., 1952, 58, G. Schulte, Z. Krebsforsch., 1952, 58, H. akazawa, F.E. Chou, P.A. Andrews,.R. Bachur, J. Org. Chem., 1981, 46, W.E. Ross, D.L. Daubiger, K.W. Kohn, Biochim. Biophys. Acta, 1978, 519, T.A. Chan, The Lancet Oncology, 2002, 3, G. Morhant,.H. Drug, J.C. Daran, B. Viossat, X. Cabouze, M.R. Arveiller, F.T. Geenaway, W. Cordes, J.R.J. Sorenson, J. Inorg. Biochem., 2000, 81, A. Catif, C. Woods, Inorg. Chem. Comm., 2002, 5(4), A. Paganini-Hill, A. Chao, R.K. Ross, B.E. Henderson, BMJ, 1989, 299, T.A. Chan, Oncology, 2002, 3(3), F.T. Greenaway, A. Pezeshk, A. Wallace Cordes, M.C. oble, J.R.J. Sorenson, Inorg. Chim. Acta, 1984, 93, M.J. Thun, S.J. Henley, T. Gansler, ovartis Found Symp., 2004, 256,

114 ΙΙ. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ

115 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Υλικά και Μέθοδοι 8. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΙ 8.1 Αντιδραστήρια- ιαλύτες Αντιδραστήρια Τα αντιδραστήρια χρησιµοποιήθηκαν όπως παρελήφθησαν από διαφορετικούς οίκους, χωρίς περαιτέρω καθαρισµό. Συγκεκριµένα: τα Cu(O 3 ) 2.3H 2 O, CuCl 2.2H 2 O, dpta και Br 2 από την εταιρεία Merck, τα αντιδραστήρια CuBr 2, dien, en, trien, bipy, dpk, 2-θειοφαιναλδεΰδη, 2-φουραλδεΰδη, 2a5mt, 2a4mt, 2a2tzn, Guo και A από την εταιρεία Aldrich, η 2-πυρρολαλδεΰδη από την εταιρεία Pfaltz&Bauer, και το Ι 2 από την εταιρεία BDH Chemicals ιαλύτες Η µεθανόλη και η αιθανόλη που χρησιµοποιήθηκαν είναι της εταιρείας Μerck, βαθµού καθαρότητας pro analysi. Οι διαλύτες DMSO, MeC και DMF είναι της εταιρείας Fluka, καθαρότητας 99,9% το πρώτο και >99,8% τα δύο άλλα. 8.2 Μέθοδοι ταυτοποίησης δοµής Στοιχειακές αναλύσεις Οι στοιχειακές αναλύσεις C, H, έγιναν σε στοιχειακό αναλυτή Perkin-Elmer 240B. Ο προσδιορισµός του χαλκού έγινε µε συσκευή ατοµικής απορρόφησης Perkin-Elmer 403 καθώς και ογκοµετρικά. Προηγήθηκε η διάσπαση των συµπλόκων µε πυκνό νιτρικό οξύ και ο βρασµός τους, για την αποµάκρυνση της περίσσειας των νιτρικών. Στη συνέχεια, η ογκοµέτρηση έγινε µε πρότυπο διάλυµα αιθυλενοδιαµινοτετραοξικού οξέος (EDTA) 0,01 Μ σε ph = 8, παρουσία δείκτη µουρεξειδίου Φασµατοσκοπία υπερύθρου (IR) Τα φάσµατα IR ελήφθησαν στην περιοχή cm -1 σε φασµατοφωτόµετρο Perkin Elmer Spectrum OE FT-IR µε δισκία KBr ενώ στην περιοχή cm -1 µε δισκία πολυαιθυλενίου. 91

116 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Υλικά και Μέθοδοι Φασµατοσκοπία υπεριώδους-ορατού (UV-Vis) Τα ηλεκτρονιακά φάσµατα των συµπλόκων στα αντίστοιχα διαλύµατα (H 2 O, MeOH, DMSO, DMF, ΜeC) συγκέντρωσης 10-3 ή 10-2 Μ, ή σε αιωρήµατα ujol (nujol mulls) ελήφθησαν σε φασµατοφωτόµετρο διπλής δέσµης Shimadju-160A µε κυψελίδες πάχους 1 cm Φασµατοσκοπία ηλεκτρονιακού παραµαγνητικού συντονισµού (EPR) Τα φάσµατα EPR σε σκόνη ελήφθησαν σε θερµοκρασία υγρού ηλίου σε όργανο Bruker ER 200D µε κρυοστάτη. Η συχνότητα µικροκυµάτων και το µαγνητικό πεδίο µετρήθηκαν µε µετρητή συχνότητας µικροκυµάτων HP5350B και µετρητή MR-gauss Bruker ER035 M Μαγνητικές µετρήσεις Για τη µελέτη της µαγνητικής συµπεριφοράς των ενώσεων εφαρµόστηκε η µέθοδος Faraday και συσκευή του οίκου Johnson-Matthey Chemicals Limited Magnetic Susceptibility Balance, ενώ για τις διαµαγνητικές διορθώσεις χ χρησιµοποιήθηκαν οι σταθερές Pascal. Η τιµή µ eff υπολογίστηκε από τη σχέση µ eff = 2,83(x corr.τ) 1/ Μοριακή αγωγιµότητα Οι µετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας έγιναν σε συσκευή αγωγιµότητας WTW model LF 530 και κυψελίδα τύπου C, µε σταθερά 0,996, αντιπροσωπευτική της µέσης τιµής η οποία ρυθµίζεται στους 25 ο C µε KCl Κρυσταλλική δοµή Οι κρυσταλλικές δοµές µελετήθηκαν σε διαθλασίµετρα Bruker-onius Kappa και Philips PW1100. Η συλλογή των δεδοµένων έγινε µε τα προγράµµατα DEZO 1 και COLLECT 2 ενώ οι δοµές επιλύθηκαν µε το πρόγραµµα SIR97 3 και βελτιστοποιήθηκαν µε το πρόγραµµα SHELX Οι µοριακές δοµές απεικονίστηκαν µε το πρόγραµµα ORTEP

117 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Υλικά και Μέθοδοι Θεωρητικοί υπολογισµοί Για την πραγµατοποίηση θεωρητικών υπολογισµών χρησιµοποιήθηκαν τα προγράµµατα Ηyperchem 6 και Gaussian Πειραµατικό µέρος βιολογικών µελετών Μελέτες οξείας τοξικότητας Οι µελέτες οξείας τοξικότητας αποσκοπούν στην εύρεση των κατάλληλων συγκεντρώσεων (δόσεων προκειµένου για πειραµατόζωα) για τις αντικαρκινικές έρευνες που θα ακολουθήσουν. Τα πειραµατόζωα που χρησιµοποιήθηκαν για τις µελέτες τοξικότητας ήταν ποντικοί DBA/2, αρσενικοί και θηλυκοί, σε οµάδες των 10 ζώων ανά δόση. Για κάθε ένωση επελέγησαν τέσσερις διαφορετικές δόσεις, ενώ ο έλεγχος των πειραµατόζωων που επιβίωσαν γινόταν καθηµερινά. Οι τιµές LD 50 και LD 10 υπολογίστηκαν γραφικά, όπου το ποσοστό των θανάτων που προέκυψαν λόγω τοξικότητας σε κάθε δόση, απεικονίζεται συναρτήσει των χορηγούµενων δόσεων σε ηµιλογαριθµικό χαρτί Μελέτες αντικαρκινικής δράσης Για την αξιολόγηση της αντικαρκινικής δράσης των συµπλόκων της παρούσας διατριβής έγιναν µελέτες in vitro και in vivo. H αντικαρκινική δράση στη δεύτερη περίπτωση, εξετάζεται µε τις µεθόδους SCE (Sister Chromatid Exchange, Ανταλλαγή Αδελφών Χρωµατίδων) και PRI (Proliferation Rate Indices, είκτες Επιπέδου Υποδιαίρεσης). Η µέθοδος SCE εξάγει το µέσο όρο από πενήντα µεταφάσεις στη δεύτερη µιτωτική διαίρεση και έχει προταθεί ως µέθοδος για την αξιολόγηση της χηµειοθεραπευτικής αποτελεσµατικότητας in vitro και in vivo. Συνεπώς, η µέθοδος SCE µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την πρόβλεψη της ευαισθησίας των ανθρώπινων κυττάρων όγκων σε χηµειοθεραπευτικά. και στην ετερογένεια στην ευαισθησία διαφορετικών φαρµάκων σε µεµονωµένους όγκους. Η µέθοδος PRI χρησιµοποιείται ως δείκτης επιβράδυνσης της κυτταρικής υποδιαίρεσης. Η εµφάνιση υψηλής τιµής SCE και χαµηλής PRI δείχνει την πιθανή αντινεοπλασµατική δραστικότητα των συµπλόκων. Για τις in vitro µελέτες χρησιµοποιήθηκαν κύτταρα MRC5 (φυσιολογικών ανθρώπινων ινοβλαστών πνεύµονα), T47D, ΜCF7 (ανθρώπινου καρκινικού µαστού), HT-29 (ανθρώπινου καρκινικού παχέος εντέρου), HeLa (ανθρώπινου καρκινικού 93

118 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Υλικά και Μέθοδοι µήτρας) και OAW42 (ανθρώπινου καρκινικού ωοθηκών). Ως διαλύτης χρησιµοποιήθηκε το DMSO, σε τελική συγκέντρωση καλλιέργειας χαµηλότερη από 0,1% w/v, καθώς έχει επιβεβαιωθεί και πειραµατικά οτι η παραπάνω συγκέντρωση δεν επηρεάζει την κυτταρική ανάπτυξη και υποδιαίρεση. Η ανάπτυξη των κυττάρων έγινε σε τρυβλία χωρητικότητας κυττάρων, στους 37 o C, σε ατµόσφαιρα 5% CO 2 και 100% σχετικής υγρασίας για 48 ώρες. Προκειµένου να εξαχθούν τα ποσοστά επιβίωσης (survival fraction, s.f.) µετράται η απορρόφηση των δειγµάτων στα 492 nm και υπολογίζεται ο λόγος: οπτική πυκνότητα δείγµατος/οπτική πυκνότητα δείγµατος αναφοράς (control). Για επιβεβαίωση, κάθε πείραµα επαναλήφθηκε τουλάχιστο µια φορά Μελέτες αντιµικροβιακής δράσης Στις µελέτες αντιµικροβιακής δράσης χρησιµοποιήθηκε η µέθοδος της ελάχιστης ανασταλτικής συγκέντρωσης (MIC, Minimal Inhibitory Concentration), µε την οποία υπολογίζεται η ελάχιστη συγκέντρωση που αναστέλλει τη βακτηριακή ανάπτυξη. Για να έχει ένα σύµπλοκο ικανοποιητική αντιµικροβιακή δράση πρέπει η ελάχιστη συγκέντρωση αναστολής της ανάπτυξης του βακτηρίου να είναι µικρότερη των 100 µg.ml -1. Στις µελέτες αντιµικροβιακής δράσης χρησιµοποιήθηκαν βακτήρια Escherichia coli (XL1), Bacillus subtilis (ATCC 6633), Bacillus sereus (ATCC 11778), Χ. Campestris (ATTCC13951), P. Mirabilis και S. Aureus, τα οποία αναπτύχθηκαν στους 37 ο C, σε θρεπτικό µέσο MMS (1,5% w/v γλυκόζη, 0,5% w/v K 2 HPO 4, 0,2% w/v H 4 Cl, 0,1% w/v MgSO 4, 0,1% w/v εκχύλισµα ζύµης) του οποίου το ph ρυθµίζεται στο 7 µε προσθήκη ρυθµιστικού διαλύµατος. Τα µελετώµενα σύµπλοκα διαλύθηκαν σε DMSO, σε διάφορες συγκεντρώσεις από 100 έως 6 µg/ml και όλα τα πειράµατα επαναλήφθηκαν τουλάχιστο µια φορά Μελέτες αλληλεπίδρασης συµπλόκων µε DA Οι µελέτες µε DA αποσκοπούν στη διερεύνηση της επίδρασης των συµπλόκων στο DA (συναρµογή, εκφυλισµός). Προκειµένου να ελεγχθεί η επίδραση των ενώσεων σε µονόκλωνο, δίκλωνο και πλασµιδιακό DA, χρησιµοποιήθηκαν ποσότητες 1-3 µg κάθε νουκλεϊκού οξέος, σε συνολικό όγκο 20 µl. Το σύστηµα επωάστηκε για 30 λεπτά στη σταθερή 94

119 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Υλικά και Μέθοδοι θερµοκρασία των 37 ο C και µετά η αντίδραση τερµατίστηκε µε την προσθήκη κατάλληλου ρυθµιστικού διαλύµατος. Στη συνέχεια τα προϊόντα της αλληλεπίδρασης του DA µε τα σύµπλοκα διαχωρίστηκαν µε ηλεκτροφόρηση σε γέλη αγαρόζης (1% w/v) τα οποία περιέχουν, µεταξύ άλλων, βρωµιούχο αιθίδιο το οποίο σχηµατίζει φωσφορίζοντα σύµπλοκα µε το DA, τα οποία καθίστανται ορατά µε ακτινοβολία UV. Η ένταση του φωσφορισµού εξαρτάται από την ποσότητα του DA και άρα το µοριακό βάρος (µετρηµένο σε kda) ενώ η αξιολόγηση έγινε µε παρατήρηση και σύγκριση των αντίστοιχων ηλεκτροφορηµάτων. Έτσι, η µείωση στο φωσφορισµό σηµαίνει ελάττωση της ποσότητας DA (εκφυλισµός του DA) ενώ η αύξηση στο φωσφορισµό υποδεικνύει το σχηµατισµό συζευγµάτων µεγάλου µοριακού βάρους (συναρµογή στο DA) Μελέτες αντιφλεγµονώδους δράσης Για τις µελέτες αντιφλεγµονώδους δράσης in vivo χρησιµοποιήθηκαν οµάδες πέντε ποντικών µε βάρος από 180 εως 220 g, στους οποίους χορηγήθηκε ενδοπεριτονεϊκά, αιώρηµα των χορηγούµενων ενώσεων σε αποστειρωµένο διάλυµα φυσιολογικού ορού µε λίγες σταγόνες Tween 80 ταυτόχρονα µε το φλογιστικό µέσο (καραγενίνη). Η καραγενίνη (2%) σε 0,1 ml ισότονου διαλύµατος φυσιολογικού ορού ενέθηκε ενδοδερµικά στο δεξιό πόδι, ενώ το αριστερό χρησιµοποιήθηκε ως πρότυπο (control). Το φάρµακο αναφοράς (ινδοµεθακίνη, µη στεροειδές αντιφλεγµονώδες φάρµακο, το οποίο χρησιµοποιείται για την αντιµετώπιση ευρέως φάσµατος φλεγµονωδών ασθενειών χάρη στην ικανότητά του να αναστέλλει τη σύνθεση των προσταγλανδινών) χορηγήθηκε ενδοπεριτονεϊκά, ταυτόχρονα µε τη χορήγηση του αντιφλογιστικού µέσου. Τα πειραµατόζωα θανατώθηκαν 3,5 ώρες µετά την ένεση καραγενίνης, οπότε τα πόδια εξαρθρώθηκαν πάνω από τον αστράγαλο και ζυγίστηκαν αµέσως σε ευαίσθητο αναλυτικό ζυγό. Στη συνέχεια, υπολογίστηκε η διαφορά βάρους µεταξύ των δύο ποδιών, ενυόµενου και µη ενυόµενου. Η διαφορά αυτή συγκρίθηκε µε αυτή πρότυπων πειραµατόζωων, τα οποία ενέθηκαν µε ισότονο αποστειρωµένο διάλυµα φυσιολογικού ορού, οπότε υπολογίστηκε η επί τοις εκατό αναστολή του οιδήµατος (τιµές CPE). 95

120 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Υλικά και Μέθοδοι Μελέτες αντιφυµατικής δράσης Oι προκαταρκτικές µελέτες αντιφυµατικής δράσης, στις οποίες υποβλήθηκαν τα σύµπλοκα της παρούσας διατριβής, έγιναν µε βακτήρια τύπου Mycobacterium tuberculosis H37Rv (ATCC 27294) σε θρεπτικό µέσο BACTEC 12B, στα 6,25 g.ml Μελέτες αντιοξειδωτικής δράσης Για την αξιολόγηση της αντιοξειδωτικής δράσης των συµπλόκων χρησιµοποιήθηκε το µοντέλο της εξουδετέρωσης της σταθερής ελεύθερης ρίζας DPPH (1,1-διφαινυλο-2-πικρυλο-υδραζυλο-ρίζα). Σε διάλυµα DPPH (0,1 mμ σε απόλυτη αιθανόλη) προστέθηκε ίσος όγκος συµπλόκου διαλυµένου σε αιθανόλη. Μετά από 20 λεπτά µετρήθηκε η απορρόφηση στα 517 nm. Ως διαλύτης αναφοράς χρησιµοποιήθηκε αιθανόλη ενώ ως standard χρησιµοποιήθηκε το ακετυλοσαλικυλικό οξύ, για το οποίο καταγράφηκε 80,6% δραστικότητα στα 0,1 mm Προσδιορισµός λιποφιλικότητας Για την εύρεση της πειραµατικής τιµής λιποφιλικότητας των συµπλόκων χρησιµοποιήθηκε η µέθοδος της χρωµατογραφίας ανάστροφης φάσης (RPTLC) σε silica gel µε 55% (v/v) υγρή παραφίνη σε πετρελαϊκό αιθέρα. Η κινητή φάση αποτελείται από µίγµα µεθανόλης/νερού (75/25, v/v) µε 4% υδατική αµµωνία. Οι τιµές R Μ υπολογίστηκαν από τις αντίστοιχες τιµές R F µε βάση 10 µεµονωµένες µετρήσεις. 8.4 Συνεργασίες Τα φάσµατα EPR ελήφθησαν στο Τµήµα Φυσικής του Πανεπιστηµίου Ιωαννίνων υπό την επίβλεψη του Eπίκουρου Kαθηγητή κ. Ι. εληγιαννάκη. Οι µελέτες αντικαρκινικής δράσης έγιναν στο Τµήµα Ιολογίας και Καλλιέργειας Ιστών του Θεαγένειου Αντικαρκινικού Νοσοκοµείου Θεσσαλονίκης υπό την επίβλεψη του τέως ιευθυντή του Εργαστηρίου και νυν Αναπληρωτή Καθηγητή ηµοκρίτειου Παν/µίου Θράκης κ. Αλ Κορτσάρη, του ρ. Κων/νου Παπαζήση και του ρ. Αθ. Παπαγεωργίου. Επίσης, αντικαρκινικές µελέτες αλλά και µελέτες τοξικότητας πραγµατοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Βιολογίας και Γενετικής 96

121 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Υλικά και Μέθοδοι της Ιατρικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης υπό την επίβλεψη του Αναπληρωτή Καθηγητή κ.. Μουρελάτου. Ο έλεγχος της αντιµικροβιακής δράσης των συµπλόκων που παρασκευάστηκαν έγινε στο Εργαστήριο Βιοχηµείας του Τµήµατος Χηµείας του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης υπό την επίβλεψη του Καθηγητή κ. ηµ. Κυριακίδη. Οι µελέτες της αντιφλεγµονώδους και αντιοξειδωτικής δράσης των συµπλόκων έγινε στον Τοµέα Φαρµακευτικής Χηµείας του Τµήµατος Φαρµακευτικής του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης υπό την επίβλεψη της Αναπληρώτριας Καθηγήτριας κ.. Χατζηπαύλου-Λίτινα. Τέλος, οι µελέτες αντιφυµατικής δράσης πραγµατοποιήθηκαν στο µη κερδοσκοπικό οργανισµό Tuberculosis Antimicrobial Acquisition & Coordinating Facility (TAACF) υπό την επίβλεψη του Dr. Sam Ananthan. Στη συνέχεια αναπτύσσεται το πειραµατικό µέρος και η αξιολόγηση/συζήτηση των αποτελεσµάτων, η ανάπτυξη της βιολογικής δράσης και τα συµπεράσµατα για όλα τα σύµπλοκα, ταξινοµηµένα ανά κατηγορία ligand. 97

122 ιδακτορική διατριβή Αικ. Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Υλικά και Μέθοδοι Βιβλιογραφία 1 Z. Otwinowski, W. Minor, Methods in enzymology, in: C.W. Carter Jr., R.M. Sweet (Eds.), Macromolecular Crystallography: Part A, 1997, 276, R. Hooft, COLLECT Data Collection Software, onius B.V., B. Altomare, M.C. Burla, M. Camalli, G.L. Cascarano, C. Giacovazzo, A. Guagliardi, A.G.G. Moliterni, G. Polidori, R. Spagna, J. Appl. Crystallogr., 1994, 27, G.M. Sheldrick, SHELXL-97. Program for Crystal Structure Analysis (Release 97-2), University of Goettingen, Goettingen, Germany, L.J. Farrugia, J. Appl. Crystallogr., 1997, 30, Ηyperchem Release 5.1 Standard for Windows Molecular Modeling System, Hypercube Gaussian 03, Revision A.1, M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, J. A. Montgomery, Jr., T. Vreven, K.. Kudin, J. C. Burant, J. M. Millam, S. S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani,. Rega, G. A. Petersson, H. akatsuji, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. akajima, Y. Honda, O. Kitao, H. akai, M. Klene, X. Li, J. E. Knox, H. P. Hratchian, J. B. Cross, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, P. Y. Ayala, K. Morokuma, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, V. G. Zakrzewski, S. Dapprich, A. D. Daniels, M. C. Strain, O. Farkas, D. K. Malick, A. D. Rabuck, K. Raghavachari, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, Q. Cui, G. Baboul, S. Clifford, J. Cioslowski, B. B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, R. L. Martin, D. J. Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham, C. Y. Peng, A. anayakkara, M. Challacombe, P. M. W. Gill, B. Johnson, W. Chen, M. W. Wong, C. Gonzalez, and J. A. Pople, Gaussian, Inc., Pittsburgh PA,

123 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] 9. ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Cu II ΜΕ ΙΒΑΣΕΙΣ ΤΟΥ SCHIFF KAI 2-AMIO-5-MEΘΥΛΟ-ΘΕΙΑΖΟΛΙΟ 9.1 Σκοπός Η σύνθεση της συγκεκριµένης σειράς συµπλόκων µικτών ligands αποσκοπεί στη συσχέτιση της δοµής και της βιολογικής δράσης των νέων συµπλόκων, καθώς και στην εύρεση της πιθανής σχέσης µεταξύ της αντικαρκινικής και αντιµικροβιακής τους δραστικότητας. 9.2 Σύνθεση Για την παρασκευή των νέων ενώσεων χρησιµοποιήθηκαν 1, 2, 3 σύµπλοκα του τύπου CudienXXY 2 (όπου dienxx: βάση Schiff της dien µε 2-θειοφαιναλδεΰδη (dienss) ή 2-φουραλδεΰδη (dienoo) και Υ: Cl, Br, O 3 ) µετά από αντίδραση µε 2a5mt. Oι χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων παρασκευής των παραγώγων [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] δίνoνται στο σχήµα CH= O + H 2 X H H 2-2H 2 O X -CH= H =HC- X X -CH= H =HC- X CuY 2 X -CH= H =HC- X Cu Y Y X -CH= H =HC- X 2a5mt X -CH= H =HC- X Cu Cu Y Y Y Y S H H 2 3 C X = O, S Y = Cl, Br, O 3 Σχήµα 9.1. Oι χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων παρασκευής συµπλόκων του τύπου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ]. 99

124 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dienSS)(2a5mt)Cl 2 ] (1) 0,960 ml (10 mmol) 2-θειοφαιναλδεΰδης αναµιγνύoνται µε 0,550 ml (5 mmol) dien και ψύχονται σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε 20 ml αιθανόλης. ύο αιθανολικά διαλύµατα των 10 ml µε 0,860 g (5 mmol) CuCl 2.2H 2 O και 0,583 g (5 mmol) 2-αµινο-5-µεθυλο-θειαζολίου αντίστοιχα προστίθενται διαδοχικά κατά σταγόνες στο διάλυµα της βάσης του Schiff. Μετά από δεκάλεπτη ανάδευση το προκύπτον κυανοπράσινο στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος: 1,110 g, Απόδοση: 41%. Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dienSS)(2a5mt)Br 2 ] (2) 1,100 ml (10 mmol) dien αναµιγνύονται µε 1,920 ml (20 mmol) 2-θειοφαιναλδεΰδης και ψύχονται σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε 20 ml µεθανόλης. Στη συνέχεια προστίθεται υπό ανάδευση µεθανολικό διάλυµα (10 ml) CuBr 2 (2,220 g, 10 mmol), οπότε το χρώµα του διαλύµατος γίνεται κυανό και µετά την παρέλευση ηµιώρου σχηµατίζεται κυανό στερεό. Μετά από ανάδευση διάρκειας 40 λεπτών προστίθεται νέο µεθανολικό διάλυµα (10 ml) 1,140 g (10 mmol) 2-αµινο-5-µεθυλο-θειαζολίου, οπότε το χρώµα τόσο του διαλύµατος όσο και του στερεού γίνεται κυανοπράσινο. Το σχηµατισθέν στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος: 4,270 g, Απόδοση: 68%. Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ] (3) 1,100 ml (10 mmol) dien αναµιγνύονται µε 1,700 ml (20 mmol) 2-φουραλδεΰδης και ψύχονται σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε 20 ml µεθανόλης. Προστίθεται στάγδην µεθανολικό διάλυµα (10 ml) CuBr 2 (2,220 g, 10 mmol) υπό ανάδευση και επί 30 λεπτά, οπότε παρατηρείται αλλαγή του χρώµατος του διαλύµατος απο καστανό σε πράσινο και η ταυτόχρονη δηµιουργία πράσινου ιζήµατος. Μετά από 10 λεπτά ανάδευσης προστίθεται µεθανολικό διάλυµα (10 ml) 1,140 g (10 mmol) 2-αµινο-5-µεθυλο-θειαζολίου οπότε παρατηρείται αλλαγή του χρώµατος σε κυανοπράσινο. Μετά από ηµίωρη ανάδευση το νέο στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος: 3,52 g, Απόδοση: 59%. 100

125 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dienOO)Cl 2 ] (4) 1,100 ml (10 mmol) dien αναµιγνύονται µε 1,700 ml (20 mmol) 2-φουραλδεΰδης και ψύχονται σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε 20 ml µεθανόλης. Κατόπιν προστίθεται υπό ανάδευση και κατά σταγόνες µεθανολικό διάλυµα (10 ml) CuCl 2.2H 2 O (1,700 g, 10 mmol) οπότε το χρώµα του αιωρήµατος γίνεται πράσινο. Το σχηµατισθέν στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος: 3,307 g, Απόδοση: 84%. Με την αργή εξάτµιση του διηθήµατος, µετά από προσθήκη µίγµατος CH 2 Cl 2 -Et 2 O (1:1) στους 5 o C αποµονώθηκαν πράσινοι κρύσταλλοι, κατάλληλοι για ανάλυση µε ακτίνες-χ. Το αρχικό στερεό και οι κρύσταλλοι που αποµονώνονται στη συνέχεια αποτελούν την ίδια ένωση, καθώς η στοιχειακή τους ανάλυση και τα φάσµατα IR αυτών είναι ταυτόσηµα. Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dienOO)(2a5mt)Cl 2 ] (5) 1,100 ml (10 mmol) dien αναµιγνύονται µε 1,700 ml (20 mmol) 2-φουραλδεΰδης και ψύχονται σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε 20 ml µεθανόλης. Στη συνέχεια προστίθεται υπό ανάδευση µεθανολικό διάλυµα (10 ml) CuCl 2.2H 2 O (1,700 g, 10 mmol). Μετά από 30 λεπτά προστίθενται 1,140 g (10 mmol) 2-αµινο-5-µεθυλο-θειαζολίου σε 10 ml µεθανόλης. Το σχηµατισθέν κυανοπράσινο στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται δυο φορές µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος: 1,520 g, Απόδοση: 30%. Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dienOO)(2a5mt)(O 3 ) 2 ] (6) 1,100 ml (10 mmol) dien αναµιγνύονται µε 1,700 ml (20 mmol) 2-φουραλδεΰδης και ψύχονται σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε 20 ml µεθανόλης. Κατόπιν προστίθεται υπό ανάδευση µεθανολικό διάλυµα (10 ml) 2,410 g Cu(O 3 ) 2.3H 2 O. Μετά από δεκάλεπτη ανάδευση προστίθεται µεθανολικό διάλυµα (10 ml) 1,140 g (10 mmol) 2-αµινο-5-µεθυλοθειαζολίου και το σχηµατισθέν κυανοπράσινο στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος: 4,10 g, Απόδοση: 73%. 9.3 Ανάλυση αποτελεσµάτων Η αντίδραση συµπύκνωσης της dien µε 2-θειοφαιναλδεΰδη ή 2-φουραλδεΰδη σε αναλογία 1:2 οδηγεί στο σχηµατισµό βάσεων του Schiff του τύπου dienss ή dienoo, 101

126 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] οι οποίες αντιδρούν στη συνέχεια µε CuCl 2.2H 2 O, CuBr 2 ή Cu(O 3 ) 2.3H 2 O προς σχηµατισµό των αντίστοιχων συµπλόκων Cu II µε βάσεις Schiff. Η περαιτέρω αντίδραση των τελευταίων µε 2a5mt πραγµατοποιήθηκε σε αναλογία 1:1 και έδωσε σε στερεή κατάσταση µονοπυρηνικά, οκταεδρικά σύµπλοκα του γενικού τύπου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ]. Τα νέα σύµπλοκα του Cu II µε βάσεις του Schiff και τα παράγωγά τους µε 2a5mt είναι σταθερά, χρώµατος κυανού ή πράσινου, κρυσταλλικά ή στερεά και η στοιχειοµετρία τους επιβεβαιώθηκε µε στοιχειακή ανάλυση (C, H,, Cu, πίνακας 9.1). Πίνακας 9.1. Xρώµα, µοριακό βάρος και αναλυτικά δεδοµένα των συµπλόκων του τύπου [Cu(dienXX)Y 2 ] και [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ]. o Σύµπλοκο MΒ Χρώµα Στοιχειακή ανάλυση Πειραµ. (θεωρ.) C% H% % Cu% 1. [Cu(dienSS)Cl 2 ] 425,88 Κυανό 39,60 (39,40) 3,95 (3,90) 9,88 (9,80) 14,83 (14,92) 2. [Cu(dienSS)(2a5mt)Cl 2 ] 540,05 Κυανοπράσινο 39,92 (40,00) 4,13 (4,20) 12,87 (12,90) 12,01 (11,77) 3. [Cu(dienSS)Br 2 ] 514,34 Κυανό 32,47 (32,66) 3,33 (3,33) 8,10 (8,16) 12,16 (12,34) 4. [Cu(dienSS)(2a5mt)Br 2 ] 628,34 Κυανοπράσινο 34,09 (34,40) 3,81 (3,70) 10,98 (11,1) 9,99 (10,10) 5. [Cu(dienOO)Br 2 ] 482,34 Κυανό (34,84) 3,50 (3,55) 8,75 (8,71) 13,11 (13,17) 6. [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ] 596,34 Κυανοπράσινο 38,27 (38,28) 4,05 (4,10) 12,30 (12,40) 10,50 (10,65) 7. [Cu(dienOO)Cl 2 ] 393,75 Πράσινο 42,80 (42,62) 4,32 (4,23) 10,58 (10,67) 16,00 (16,14) 8. [Cu(dienOO)(2a5mt)Cl 2 ] 507,92 Κυανοπράσινο 42,50 (42,57) 4,70 (4,57) 14,05 (13,79) 12,02 (12,51) 9. [Cu(dienOO)(O 3 ) 2 ] 446,54 Κυανό 37,40 (37,63) 3,85 (3,83) 15,85 (15,74) 14,20 (14,22) 10. [Cu(dienOO)(2a5mt)(O 3 ) 2 ] 560,54 Κυανοπράσινο 40,74 40,87) 4,33 (4,38) 18,62 (18,74) 12,09 (12,01) 102

127 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] Η εύρεση της δοµής τους στηρίχθηκε στα αποτελέσµατα των φασµατοσκοπικών µελετών (IR, UV), µαγνητικών µετρήσεων και µετρήσεων µοριακής αγωγιµότητας. Η ανάλυση ακτίνων-χ του συµπλόκου [Cu(dienOO)Cl 2 ] ενισχύει την προτεινόµενη δοµή για τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] Φασµατοσκοπικές µελέτες Φάσµατα ΙR Οι συχνότητες των χαρακτηριστικών κορυφών των συµπλόκων δίνονται στον Πίνακα 9.2. Στο φάσµα του 2a5mt εντοπίζονται ταινίες στην περιοχή cm -1, οι οποίες αποδίδονται στις ν(c=) και ν(c=c) του θειαζολικού δακτυλίου. Μετά τη συναρµογή, η πρώτη ταινία µετατοπίζεται ελαφρά σε υψηλότερες συχνότητες (1525 cm -1 ) ενώ η δεύτερη παραµένει σχεδόν αµετάβλητη, πιθανώς λόγω της υψηλής κινητικότητας των π-ηλεκτρονίων µέσα στο συζυγιακό σύστηµα, µετά τη συναρµογή µε το ενδοκυκλικό άτοµο αζώτου. 4 Επιπλέον στοιχεία που επιβεβαιώνουν τη συναρµογή του 2a5mt είναι η εµφάνιση ταινιών στην περιοχή cm -1, οι οποίες αποδίδονται στην οµάδα ΝΗ 2 και της ταινίας στα 3118 cm -1 που οφείλεται στη ν(c-h) του θειαζολίου. Στα φάσµατα IR των συµπλόκων του Cu(II) του τύπου [Cu(dienXX)Y 2 ] 1 η πολύ ισχυρή ταινία στα cm -1 αποδίδεται στη ν(c=) της ιµινικής οµάδας, επιβεβαιώνοντας το σχηµατισµό βάσεων του Schiff µεταξύ της dien και της 2- θειοφαιναλδεΰδης ή της 2-φουραλδεΰδης. 3,5 Η ταινία αυτή, µετά τη συναρµογή µε το 2a5mt µετατοπίζεται σε χαµηλότερες συχνότητες κατά cm -1. Οι ταινίες στα cm -1 αποδίδονται στη ν(cu-) ενώ οι ταινίες που βρίσκονται χαµηλότερα από τα 400 cm -1 αποδίδονται στους δεσµούς Cu-X (X=Cl, Br). Στο φάσµα IR του [Cu(dienOO)(2a5mt)(O 3 ) 2 ], οι ταινίες στα 1752 και1380 cm - 1 δείχνουν την παρουσία συναρµοσµένων νιτρικών 2 σε στερεή κατάσταση. Στο σχήµα 9.2 δίνεται αντιπροσωπευτικά το φάσµα IR της ένωσης [Cu(dienSS) (2a5mt)Cl 2 ]. 103

128 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] 71,3 65 %T ,7 3258,9 3348,8 2920,0 1591,6 1434,7 1268,2 1456,9 1216,7 1418,2 1402,2 1329,9 1519,0 1532,4 1356,2 1227,8 1116,1 1076,7 1038,9 918,7 995,1 777,5 663,5 524,3 572,2 761,6 494,3 507,9 857,9 845,9 819,4 724,4 439,0 418,7 290, ,5-2,2 4000, ,0 cm-1 Σχήµα 9.2. Φάσµα IR του συµπλόκου [Cu(dienSS)(2a5mt)Cl 2 ]. Πίνακας 9.2. Οι συχνότητες (cm -1 ) των χαρακτηριστικών κορυφών των συµπλόκων του τύπου [Cu(dienXX)Y 2 ] και [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ]. o Σύµπλοκο Ν δευτ (-H) ν(c=) Schiff ν(c=) θειαζ. ν(cu-) ν(cu-y) Y=Cl, Br 1. [Cu(dienSS)Cl 2 ] 3125vs 1622vs [Cu(dienSS)(2a5mt)Cl 2 ] 3119vs 1615vs [Cu(dienSS)Br 2 ] 3233vs 1622vs [Cu(dienSS)(2a5mt)Br 2 ] 3171vs 1615vs [Cu(dienOO)Br 2 ] 3114vs 1633vs [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ] 3112vs 1613vs [Cu(dienOO)Cl 2 ] 3105vs 1635vs [Cu(dienOO)(2a5mt)Cl 2 ] 3097vs 1625vs [Cu(dienOO)(O 3 ) 2 ] 3133vs 1643vs [Cu(dienOO)(2a5mt)(O 3 ) 2 ] 3133vs 1639vs Φάσµατα UV-Vis Τα φάσµατα των ενώσεων καταγράφηκαν σε DMSO, όπου και είναι ευδιάλυτα, καθώς και σε στερεή κατάσταση (αιωρήµατα ujol). Τα ηλεκτρονιακά φάσµατα των αρχικών ενώσεων του Cu II του τύπου [Cu(dienXX)Y 2 ] σε DMSO (Πίνακας 9.3) εµφανίζουν ταινίες απορρόφησης στις περιοχές και nm. 104

129 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] Πίνακας 9.3 Τα µήκη κύµατος λ (nm) των ηλεκτρονιακών µεταπτώσεων στα φάσµατα UV-Vis, η µοριακή αγωγιµότητα Λµ και η µαγνητική επιδεκτικότητα µ eff των συµπλόκων του τύπου [Cu(dienXX)Y 2 ] και [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ]. o Σύµπλοκο DMSO λ(logε) ujol Λµ DMSO (µs.cm -1 ) µ eff (BM) 1. [Cu(dienSS)Cl 2 ] 651(2,23) 294(4,36) 2. [Cu(dienSS)(2a5mt)Cl 2 ] 650(2,16) 294(4,36) 3. [Cu(dienSS)Br 2 ] 660(2,27) 297 (4,03) 4. [Cu(dienSS)(2a5mt)Br 2 ] 663(2,23) 298(4,51) 5. [Cu(dienOO)Br 2 ] 660(2,31) 295(4,66) 6. [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ] 633(1,77) 621(1,76) 7. [Cu(dienOO)Cl 2 ] 647(2,19) 295(4,39) 8. [Cu(dienOO)(2a5mt)Cl 2 ] 650(2,25) 295(4,39) 9. [Cu(dienOO)(O 3 ) 2 ] 644(2,13) 294(4,58) 10. [Cu(dienOO)(2a5mt)(O 3 ) 2 ] 642(2,14) 294(4,66) , , , , , , , , , ,07 Η πρώτη από τις ταινίες, χαµηλής έντασης, αποδίδεται σε µετάπτωση d-d και είναι χαρακτηριστική των παραµορφωµένων τετραγωνικών πυραµιδικών συµπλόκων του χαλκού 6, ενώ οι διαφορές που παρατηρούνται στο είδος της παραµόρφωσης οφείλονται στην επίδραση του ιόντος αντιστάθµισης. Οι ταινίες αυτές, συγκρινόµενες µε εκείνες που ελήφθησαν σε στερεή κατάσταση (ujol), παρουσιάζουν µικρή µετατόπιση προς χαµηλότερες συχνότητες, λόγω της επίδρασης του διαλύτη. Στα παράγωγα του τύπου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ], οι ταινίες στην ορατή περιοχή παραµένουν σχεδόν αµετάβλητες συγκριτικά µε εκείνες των αρχικών 105

130 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] ενώσεων, µε τη µόνη διαφορά οτι στην περίπτωση του συµπλόκου [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ] παρατηρείται µια βαθυχρωµική µετατόπιση κατά 27 nm. Η θέση και η φύση των ταινιών συνηγορούν στην παραµορφωµένη τετραγωνική διπυραµιδική δοµή για τα σύµπλοκα αυτά. 6 Όσον αφορά τα φάσµατα σε στερεή κατάσταση στην περιοχή του ορατού, οι ταινίες d-d εµφανίζονται να έχουν σχεδόν τα ίδια λmax επιβεβαιώνοντας έτσι την ίδια δοµή των συµπλόκων τόσο σε στερεή κατάσταση όσο και σε διάλυµα. Στο σχήµα 9.3 δίνονται τα φάσµατα Vis των συµπλόκων [Cu(dienOO)Cl 2 ] και [Cu(dienOO)(2a5mt)Cl 2 ] σε DMSO. Σχήµα 9.3. Φάσµατα Vis των συµπλόκων [Cu(dienOO)Cl 2 ] (Α) και [Cu(dienOO)(2a5mt)Cl 2 ] (Β) σε DMSO. Η ταινία στα nm µπορεί να αποδοθεί 2 σε µετάπτωση του τύπου intraligand (π* π) Μετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας Η µοριακή αγωγιµότητα (Λµ) των συµπλόκων σε DMSO (πίνακας 9.3) βρίσκεται στην περιοχή µs.cm -1 για τα σύµπλοκα µε χλώριο και βρώµιο του τύπου [Cu(dienXX)Y 2 ] και µs.cm -1 για τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ], αποδεικνύοντας έτσι 7 τον ηλεκτρολυτικό χαρακτήρα των παρασκευασθέντων συµπλόκων του τύπου 1:1. Σχετικά µε το νιτρικό σύµπλοκο και το παράγωγό του, οι τιµές Λµ βρέθηκαν ίσες µε 60 και 68 µs.cm -1 αντίστοιχα, δείχνοντας έτσι τη διάσταση του τύπου 2:1. 106

131 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] Με βάση τις τιµές µοριακής αγωγιµότητας σε διαλύµατα DMSO, η προτεινόµενη παραµορφωµένη οκταεδρική γεωµετρία των συµπλόκων θα µπορούσε να εξηγηθεί µε την παραδοχή ότι ένα ή δύο µόρια DMSO αντικαθιστούν ισάριθµα άτοµα Υ (Y=Cl, Br, ΝΟ 3 ) Μαγνητικές µετρήσεις Οι τιµές µ eff των νέων συµπλόκων µε βάσεις του Schiff (πίνακας 9.3) βρίσκονται στην περιοχή 1,74 2,31 ΒΜ αποδεικνύοντας έτσι τον παραµαγνητικό τους χαρακτήρα. Οι τιµές αυτές είναι χαρακτηριστικές της d 9 ηλεκτρονιακής διαµόρφωσης του ατόµου του Cu II και είναι οι συνήθεις για µονοπυρηνικά σύµπλοκα. Η απόκλιση των τιµών αυτών από τη χαρακτηριστική τιµή των 1,73 ΒΜ µπορεί να αποδοθεί στη σύζευξη spin-τροχιάς Θεωρητικοί υπολογισµοί Η παραµορφωµένη τετραγωνική πυραµιδική δοµή για τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)Y 2 ] και η τετραγωνική διπυραµιδική για τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] επιβεβαιώνεται και από τους θεωρητικούς υπολογισµούς. Ενδεικτικά δίνονται στο σχήµα 9.4 η δοµή της µητρικής ένωσης [Cu(dienOO)Br 2 ] και του παραγώγου [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ], όπως αυτές προκύπτουν από τους θεωρητικούς υπολογισµούς. (Α) (Β) Σχήµα 9.4. Βελτιστοποιηµένη δοµή των συµπλόκων [Cu(dienOO)Br 2 ] (A) και [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ] (Β) µετά από ελαχιστοποίηση της ενέργειας στο επίπεδο PM3. 107

132 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] Από τους ίδιους υπολογισµούς προκύπτει (πίνακας 9.4) οτι η ενέργεια των συµπλόκων του τύπου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] είναι χαµηλότερη από το άθροισµα των ενεργειών των αρχικών συµπλόκων [Cu(dienXX)Y 2 ] και του ligand 2a5mt. Πίνακας 9.4. Τιµές ενέργειας των αρχικών συµπλόκων [Cu(dienXX)Y 2 ], του 2a5mt ( ,18 kcal.mol -1 ) και των τελικών συµπλόκων [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] µε βάση θεωρητικούς υπολογισµούς στο επίπεδο PM3. Νο Σύµπλοκο Eνέργεια Αρχικού συµπλόκου [Cu(dienXX)Y 2 ] (kcal.mol -1 ) Eνέργεια Aρχικού συµπλόκου + Ενέργεια 2a5mt (kcal.mol -1 ) Ολική ενέργεια Τελικού συµπλόκου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] (kcal.mol -1 ) 1. [Cu(dienSS)Cl 2 ] , [Cu(dienSS)(2a5mt)Cl 2 ] , ,28 3. [Cu(dienSS)Br 2 ] , [Cu(dienSS)(2a5mt)Br 2 ] , ,42 5. [Cu(dienOO)Br 2 ] , [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ] , ,82 7. [Cu(dienOO)Cl 2 ] , [Cu(dienOO)(2a5mt)Cl 2 ] , ,30 9. [Cu(dienOO)(O 3 ) 2 ] , [Cu(dienOO)(2a5mt)(O 3 ) 2 ] , , Προτεινόµενη δοµή Με βάση τα αναλυτικά, φασµατοσκοπικά, µαγνητικά και αγωγιµοµετρικά δεδοµένα η δοµή που προτείνεται για τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] είναι η παραµορφωµένη τετραγωνική διπυραµιδική Περιγραφή της κρυσταλλικής δοµής του συµπλόκου [Cu(dienOO)Cl 2 ] Τα κυριότερα µήκη και οι γωνίες δεσµών του συµπλόκου [Cu(dienOO)Cl 2 ] δίνονται στον πίνακα 9.5 ενώ στο σχήµα 9.5 δίνεται η κρυσταλλική δοµή του συµπλόκου, όπου φαίνεται και η αρίθµηση των ατόµων. 108

133 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] Σχήµα 9.5. Κρυσταλλική δοµή του συµπλόκου [Cu(dienOO)Cl 2 ]. Το άτοµο του χαλκού συναρµόζεται από πέντε ligands: τρία άτοµα αζώτου και δύο άτοµα χλωρίου, τα οποία και δηµιουργούν το παραµορφωµένο τετραγωνικό πυραµιδικό περιβάλλον. Η παραµόρφωση µπορεί να οφείλεται στη µη ισοδυναµία των δεσµών Cu- και Cu-Cl και την τάση του πενταµελούς χηλικού δακτυλίου. Τα µήκη δεσµών άνθρακα-αζώτου είναι σχεδόν ίσα µεταξύ τους (2,012, 2,017 και 2,025 Å) ενώ βρίσκονται και σε συµφωνία µε τις συνήθεις αποστάσεις για οκταεδρικά 7,8 ή τετραγωνικά πυραµιδικά 9 σύµπλοκα Cu II µε ligands που περιέχουν άτοµα αζώτου. Μεταξύ των µηκών δεσµού Cu-Cl ο δεσµός Cu-Cl(2) των 2,6051(7) Å όπου το άτοµο Cl(2) βρίσκεται σε αξονική θέση 10 είναι µεγαλύτερος απ οτι ο δεσµός Cu- Cl(1) (2,2732(7) Å) όπου το άτοµο Cl(1) βρίσκεται στο επίπεδο της βάσης. Τα συγκεκριµένα µήκη επιβεβαιώνουν περαιτέρω την προτεινόµενη δοµή της τετραγωνικής πυραµίδας, καθώς για τριγωνικά διπυραµιδικά σύµπλοκα του χρωµοφόρου Cu 3 Cl 2 οι δύο trans δεσµοί Cu-Cl θα έπρεπε να είναι ισοµήκεις. Σε µια τετραγωνική πυραµίδα οι γωνίες θα έπρεπε να είναι ~90 o, ενώ αν ο Cu βρίσκεται υπεράνω του επιπέδου 3 Cl, οι γωνίες Cl(1)-Cu-(1) και Cl(2)-Cu-(1) θα έπρεπε να είναι >90 o. Οι γωνίες γύρω από το άτοµο του Cu που ορίζουν το τετραγωνικό επίπεδο [(1)- Cu(1)-(2) = 82,57 o, (2)-Cu(1)-(3) = 81,83 o ] καθώς και οι γωνίες (3)-Cu(1)- Cl(1) = 96,78 o και (1)-Cu(1)-Cl(1) = 96,95 o βρίσκονται στην αναµενόµενη περιοχή τιµών και είναι ίσες ανά ζεύγη. Οι γωνίες στις οποίες συµµετέχει το άτοµο Cl(2) είναι >90 o (η γωνία (1)-Cu(1)-Cl(2) = 89,50 o αποτελεί τη µοναδική εξαίρεση): (2)- Cu(1)-Cl(2) = 96,18 o, (3)-Cu(1)-Cl(2) = 95,25 o, Cl(1)-Cu(1)-Cl(2) = 102,91 o. Η τελευταία αυτή γωνία αποκλίνει από την αναµενόµενη τιµή των 90 o για τετραγωνικά πυραµιδικά σύµπλοκα, αποδεικνύοντας έτσι την παραµόρφωση από το επίπεδο. 109

134 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] Πίνακας 9.5. Επιλεγµένα µήκη δεσµών και γωνίες για το σύµπλοκο [Cu(dienOO)Cl 2 ]. εσµός Μήκος δεσµού (Å) εσµοί Γωνία δεσµού( o ) Cl(1)-Cu(1) 2,2732(7) (3)-Cu(1)-Cl(1) 96,78(6) Cl(2)-Cu(1) 2,6051(7) (1)-Cu(1)-Cl(1) 96,95(7) Cu(1)-(1) 2,017(2) (2)-Cu(1)-Cl(1) 160,91(7) Cu(1)-(3) 2,012(2) (3)-Cu(1)-Cl(2) 95,25(6) Cu(1)-(2) 2,025(2) (1)-Cu(1)-Cl(2) 89,50(7) (2)-Cu(1)-Cl(2) 96,18(6) Cl(1)-Cu(1)-Cl(2) 102,91(3) (3)-Cu(1)-(1) 164,08(9) (3)-Cu(1)-(2) 81,83(9) (1)-Cu(1)-(2) 82,57(9) Οι δυο διαµοριακοί δεσµοί υδρογόνου C(5) H(5) --- Cl(1) και C(10) H(10) -- - Cl(1), οι ενδοµοριακοί δεσµοί υδρογόνου (πίνακας 9.6) (2) H(2A) --- Cl(2) και οι δυο διαµοριακοί δεσµοί υδρογόνου γειτονικών µορίων C(14) H(14) --- Cl(2) και C(2) H(2) --- Cl(2) σταθεροποιούν την παραµορφωµένη τετραγωνική πυραµιδική δοµή. Οι δυο φουρανικοί δακτύλιοι είναι αυστηρά επίπεδοι µέσα στα όρια του πειραµατικού σφάλµατος, ενώ τα αντίστοιχα µήκη δεσµών και οι γωνίες δεσµών στους δύο δακτυλίους είναι σχεδόν ίδιες και σε συµφωνία µε τις γεωµετρικές παραµέτρους άλλων συµπλόκων µε φουρανικούς δακτυλίους. 11 Τα ετεροκυκλικά άτοµα οξυγόνου δε συµµετέχουν στη συναρµογή καθώς είναι αποµακρυσµένα από το άτοµο του Cu. Τα επίπεδα των δύο χηλικών δακτυλίων σχηµατίζουν γωνία, ο ένας από αυτούς έχει διαµόρφωση φακέλλου ενώ ο άλλος παραµορφωµένη διαµόρφωση ηµιανακλίντρου. 110

135 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] Πίνακας 9.6. εσµοί υδρογόνου στο σύµπλοκο [Cu(dienOO)Cl 2 ]. ότης---h έκτης d(d-h) (Å) d (H A) (Å) d (D A) (Å) d (D-H A) ( o ) (2)--H(2A) Cl(2) 0,93 2,36 3,205(2) 150 C(2)--H(2) Cl(2) 0,95 2,63 3,569(3) 173 C(5)--H(5) Cl(1) 0,95 2,69 3,308(3) 123 C(7)--H(7A) O(2) 0,99 2,45 3,304(3) 144 C(10)--H(10) Cl(1) 0,95 2,65 3,287(3) 125 C(14)--H(14) Cl(2) 0,95 2,77 3,530(3) Βιολογικές µελέτες Για την αξιολόγηση της βιολογικής δράσης των συµπλόκων µελετήθηκε η επίδρασή τους σε Gram(+) και Gram(-) µικρόβια, το κυτταροτοξικό τους αποτέλεσµα σε διαφορετικές καρκινικές σειρές καθώς και η αντιφυµατική δράση αντιπροσωπευτικών ενώσεων Αντιµικροβιακή δράση Τα αποτελέσµατα της αντιµικροβιακής µελέτης δίνονται στον πίνακα 9.7. Για την αξιολόγηση της αντιµικροβιακής δράσης των συµπλόκων, προηγήθηκε η µελέτη της δράσης τόσο του 2a5mt όσο και των αρχικών ενώσεων. Τα αποτελέσµατα έδειξαν οτι το 2a5mt και οι αρχικές ενώσεις είναι αδρανείς. Αντίθετα, οι ενώσεις µε το 2a5mt συναρµοσµένο, παρουσιάζουν αξιοσηµείωτη δράση, γεγονός που σηµαίνει οτι η συναρµογή του συγκεκριµένου ligand είναι ζωτικής σηµασίας για την εµφάνιση αντιµικροβιακής δράσης. Από την ανάλυση των αποτελεσµάτων προκύπτει ότι τα σύµπλοκα [Cu(dienOO)(2a5mt)Cl 2 ] και [Cu(dienSS)(2a5mt)Cl 2 ] παρουσιάζουν την καλύτερη δράση και µάλιστα εξειδικευµένη κατά των Gram + βακτηρίων B. cereus και B. Subtilis. Στην περίπτωση των [Cu(dienOO)(2a5mt)(O 3 ) 2 ] και [Cu(dienSS)(2a5mt)Br 2 ], η δράση είναι µέτρια, ενώ στο [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ] παρατηρήθηκε χαµηλή δράση. Τα µελετώµενα σύµπλοκα δεν επηρεάζουν τα Gram(-) βακτήρια, τα οποία συγκριτικά µε τα Gram(+), εµφανίζονται να είναι ανθεκτικότερα λόγω της συνεκτικής σύστασης του κυτταρικού τοιχώµατος. Αυτό σηµαίνει ότι η γεωµετρία 111

136 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] καθώς και οι φυσικοχηµικές ή ηλεκτρονιακές ιδιότητες των ενώσεων δυσχεραίνουν τη διείσδυσή τους στον πυρήνα των Gram(-) βακτηρίων. Πίνακας 9.7. Ελάχιστη ανασταλτική συγκέντρωση του 2a5mt και των συµπλόκων αυτού, του τύπου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] έναντι µικροβίων. o Σύµπλοκο Gram(-) µικρόβια (µg.ml -1 ) Gram(+) µικρόβια (µg.ml -1 ) E. coli B. subtilis B. cereus 10h 24h 10h 24h 10h 24h 2a5mt >100 >100 >100 >100 >100 > [Cu(dienSS)Cl 2 ] >100 >100 >100 >100 >100 > [Cu(dienSS)(2a5mt)Cl 2 ] >100 > [Cu(dienSS)Br 2 ] >100 >100 >100 >100 >100 > [Cu(dienSS)(2a5mt)Br 2 ] >100 > [Cu(dienOO)Br 2 ] >100 >100 >100 >100 >100 > [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ] >100 >100 >100 >100 >100 > [Cu(dienOO)Cl 2 ] >100 >100 >100 >100 >100 > [Cu(dienOO)(2a5mt)Cl 2 ] >100 > [Cu(dienOO)(O 3 ) 2 ] >100 >100 >100 >100 >100 > [Cu(dienOO)(2a5mt)(O 3 ) 2 ] >100 > Αντικαρκινική δράση Η συγκέντρωση των συµπλόκων που προκαλεί αναστολή 50% (κλάσµα επιβίωσης) της κυτταρικής ανάπτυξης (IC 50 ) φαίνεται στον πίνακα 9.8. Είναι προφανές οτι τα σύµπλοκα µε συναρµοσµένο µόριο 2a5mt εµφανίζουν υψηλότερη κυτταροτοξικότητα, συγκριτικά µε τις αρχικές ενώσεις, και µάλιστα η δραστικότητά τους αυξάνεται αυξανόµενης της συγκέντρωσής τους. Προκειµένου να µελετηθεί εάν η κυτταροτοξικότητα οφείλεται στο ligand (2a5mt) αυτό ελέγχθηκε σε όλες τις κυτταρικές σειρές. έτσι αποδείχθηκε η ασθενής αναστολή που αυτό προκαλεί στην κυτταρική ανάπτυξη (χαµηλότερη από 22% στη µέγιστη συγκέντρωση των 250 µm). 112

137 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] Πίνακας 9.8. Τιµές IC 50 για την αντικαρκινική δράση του 2a5mt και των συµπλόκων του τύπου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] σε διαφορετικές κυτταρικές σειρές. Νο Σύµπλοκο IC 50 (µm) MRC5 HeLa MCF7 T47D HT-29 OAW42 2a5mt κ.δ.* κ.δ. κ.δ. κ.δ. κ.δ. κ.δ. 1. [Cu(dienSS)Cl 2 ] κ.δ. κ.δ. κ.δ. κ.δ. κ.δ. κ.δ. 2. [Cu(dienSS)(2a5mt)Cl 2 ] δ.α.** 35 δ.α. 3. [Cu(dienSS)Br 2 ] κ.δ. κ.δ. κ.δ. κ.δ. κ.δ. κ.δ. 4. [Cu(dienSS)(2a5mt)Br 2 ] δ.α. 25 δ.α. 5. [Cu(dienOO)Br 2 ] κ.δ. κ.δ. κ.δ. κ.δ. κ.δ. κ.δ. 6. [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ] δ.α. 7. [Cu(dienOO)Cl 2 ] δ.α. δ.α. δ.α. δ.α. δ.α. δ.α. 8. [Cu(dienOO)(2a5mt)Cl 2 ] δ.α. δ.α. δ.α. δ.α. δ.α. δ.α. 9. [Cu(dienOO)(O 3 ) 2 ] κ.δ. κ.δ. κ.δ. κ.δ. κ.δ. κ.δ. 10. [Cu(dienOO)(2a5mt)(O 3 ) 2 ] κ.δ. 125 δ.α. δ.α * κ.δ. = καµία δράση ** δ.α. = δεν αξιολογείται Τα σύµπλοκα µε 2a5mt και θειοφαιναλδεΰδη είναι δραστικότερα των αντίστοιχων µε φουραλδεΰδη, όπως αποδεικνύεται από τα χαµηλά ποσοστά επιβίωσης σε όλες τις κυτταρικές σειρές που χρησιµοποιήθηκαν. Ωστόσο, τα πρώτα εµφανίζουν και έλλειψη εκλεκτικότητας, καθώς επηρρεάζουν και τα φυσιολογικά κύτταρα (MRC5). Επίσης, τα σύµπλοκα µε βρώµιο παρουσιάζουν την υψηλότερη δραστικότητα, ταυτόχρονα όµως βλάπτουν σηµαντικά και τα φυσιολογικά κύτταρα. Στο σχήµα 9.6 δίνονται οι αντίστοιχες καµπύλες δόσης-απόκρισης για τα σύµπλοκα [Cu(dienΧΧ)(2a5mt)Υ 2 ]. Το ενδιαφέρον εστιάζεται στο σύµπλοκο [Cu(dienOO)(2a5mt)(O 3 ) 2 ] λόγω της διαφαινόµενης εξειδίκευσής του στην αναστολή της κυτταρικής ανάπτυξης µεταξύ των καρκινικών κυτταρικών σειρών και της φυσιολογικής κυτταρικής σειράς. Συγκεκριµένα, εµφανίζει υψηλότερες τιµές IC 50 συγκριτικά µε τα υπόλοιπα σύµπλοκα για τις τρεις καρκινικές σειρές (HeLa, HT-29, OAW42), χωρίς όµως να επηρεάζει αισθητά τα φυσιολογικά κύτταρα. Σηµειώνεται µάλιστα οτι η κυτταρική σειρά HT-29 την οποία επηρεάζει - εµφανίζεται ως η ανθεκτικότερη στις χηµικές ουσίες, συγκριτικά µε τις υπόλοιπες κυτταρικές σειρές

138 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] ιβίωσης Kλάσµα επ 1,5 1 0, [Cu(dienSS)Br 2 ] (µμ) επιβίωσης Κλάσµα 1,5 1 0, [Cu(dienSS)(2a5mt)Br 2 ] (µμ) ιβίωσης Κλάσµα επ 1,5 1 0, ιβίωσης Κλάσµα επ 1,5 1 0, [Cu(dienSS)Cl 2 ] (µμ) [Cu(dienSS)(2a5mt)Cl 2 ] (µμ) ιβίωσης Κλάσµα επ 1,5 1 0, ιβίωσης Κλάσµα επ 1,5 1 0, [Cu(dienOO)Br 2 ] (µμ) [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ] (µμ) Κλάσµα επιβίωσης 1,5 1 0, επιβίωσης Kλάσµα 1,5 1 0, [Cu(dienOO)(O 3 ) 2 ] (µμ) [Cu(dienOO)(2a5mt)(O 3 ) 2 ] (µμ) Σχήµα 9.6. Καµπύλες δόσης-απόκρισης των κυττάρων HeLa( ), MRC5( ), HT-29( ), MCF7( ), OAW42(---) και T47D( ) µετά από επώαση µε τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2. Αξίζει να σηµειωθεί οτι τα σύµπλοκα [Cu(dienSS)(2a5mt)Br 2 ] και [Cu(dienSS)(2a5mt)Cl 2 ] παρουσιάζουν ικανοποιητικές τιµές IC 50 για τα συγκεκριµένα κύτταρα, ενώ ακολουθεί - σε µικρότερο βαθµό το σύµπλοκο [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ]. Τέλος, τα αποτελέσµατα για το σύµπλοκο [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ] δείχνουν την ικανότητά του να αναστέλλει την ανεξέλεγκτη κυτταρική αναπαραγωγή στην κυτταρική σειρά καρκίνου του µαστού (MCF7). 114

139 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] Αντιφυµατική δράση Για την αξιολόγηση της αντιφυµατικής δράσης των αρχικών συµπλόκων και εκείνων µε 2a5mt, ελέγχθηκε η δραστικότητα τόσο του 2a5mt όσο και των αντιπροσωπευτικών ενώσεων [Cu(dienOO)Cl 2 ] και [Cu(dienOO)(2a5mt)Cl 2 ]. Οι αντίστοιχες τιµές της % αναστολής βρέθηκαν ίσες µε 35 και 8. Η αρχική ένωση [Cu(dienOO)Cl 2 ], η οποία δεν περιλαµβάνει συναρµοσµένο 2a5mt, είναι σχετικά δραστικότερη. Αυτό µπορεί να σηµαίνει οτι η αντιφυµατική δράση των παρασκευασθέντων συµπλόκων οφείλεται και σε άλλους παράγοντες, εκτός από την παρουσία του 2a5mt. Οι παράγοντες αυτοί µπορούν να είναι ηλεκτρονιακοί, στερικοί, φυσικοχηµικοί κλπ Συσχέτιση δοµής-βιοδραστικότητας ύο σηµαντικοί παράγοντες που αναµένεται να επηρρεάζουν τη βιολογική δράση των συµπλόκων είναι η λιποφιλικότητα και η διπολική ροπή. Η ολική διπολική ροπή των συµπλόκων αποτελεί παράµετρο για την πρόβλεψη ή την εκτίµηση της σχέσης δοµής-δραστικότητας, συνδέεται δε αντίστροφα µε τη λιποφιλικότητα. Στη συγκεκριµένη περίπτωση, από τη µελέτη των τιµών διπολικής ροπής (πίνακας 9.9) και της αντικαρκινικής δράσης των ενώσεων µε 2a5mt (πίνακας 9.8), προκύπτει το συµπέρασµα οτι αυξανόµενης της διπολικής ροπής αυξάνεται η κυτταροτοξικότητα. Έτσι, το σύµπλοκο [Cu(dienSS)(2a5mt)Br 2 ] µε τη µεγαλύτερη διπολική ροπή (6,13 D) είναι δραστικότερο από το [Cu(dienΟΟ)(2a5mt)Br 2 ] (µ = 4,71 D) και αυτό από το [Cu(dienSS)(2a5mt)Cl 2 ] (µ = 2,61 D), στις κυτταρικές σειρές HeLa, MCF7 και HT-29. Aναφορικά µε τη λιποφιλικότητα, δε µπορούν να εξαχθούν συγκεκριµένες σχέσεις αυτής µε τη δραστικότητα. Σε ό,τι αφορά την αντιµικροβιακή δράση, αυτή φαίνεται οτι δε σχετίζεται µε τη διπολική ροπή των συµπλόκων ενώσεων, σχετίζεται όµως µε τη λιποφιλικότητα. Ωστόσο, από τα δεδοµένα δεν αποτυπώνονται συγκεκριµένες σχέσεις της λιποφιλικότητας ή της διπολικής ροπής µε τη βιολογική δράση, προφανώς επειδή και οι δύο παράγοντες ή και άλλες ιδιότητες των µορίων, ηλεκτρονιακές, στερεοχηµικές κλπ. - δρουν ταυτόχρονα προσδιορίζοντας την εκάστοτε δραστικότητα κάθε συµπλόκου. 115

140 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] Πίνακας 9.9. Θεωρητικά υπολογισθείσες τιµές διπολικής ροπής των αρχικών συµπλόκων [Cu(dienXX)Y 2 ] και των συµπλόκων [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] µε βάση θεωρητικούς υπολογισµούς Προτεινόµενος µηχανισµός δράσης Για την εύρεση του µηχανισµού βιολογικής δράσης µελετήθηκε η αντίδραση συµπλόκων [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] µε Guo σε MeOH. Από την αντίδραση αυτή προέκυψε οτι το τελικό αποµονωθέν προϊόν αντιστοιχεί σε νέο σύµπλοκο του τύπου [Cu(dienXX)(Guo)Y 2 ], οπότε προφανώς οι συνθήκες (ηλεκτρονιακές, στερεοχηµικές κλπ.) ευνοούν το σχηµατισµό αυτού του συµπλόκου. Ωστόσο η αυξηµένη δραστικότητα των συµπλόκων [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] έναντι των αρχικών ενώσεων [Cu(dienXX)Y 2 ] θα µπορούσε να αποδοθεί στην ικανότητα των πρώτων να διαπερνούν την κυτταρική µεµβράνη και να φτάνουν στον πυρήνα. Εκεί, θα εµφανίζονται δύο δράσεις: αρχικά, η αποµάκρυνση του 2a5mt από το σύµπλοκο και η αντίδραση του [Cu(dienXX)Y 2 ] µε την αδενίνη και τη γουανοσίνη µέσω του Ν7. Σε ότι αφορά το 2a5mt, αυτό µένει ελεύθερο και πιθανόν σχηµατίζει δεσµούς υδρογόνου µέσω 3 ή της ελεύθερης αµινοµάδας του, είτε αντιδρά µε γουανοσίνη και κυτοσίνη προς σχηµατισµό βάσεων του Schiff. 9.5 Συµπεράσµατα Νο Σύµπλοκο ιπολική ροπή (ΒΜ) 1. [Cu(dienSS)Cl 2 ] 9,79 2. [Cu(dienSS)(2a5mt)Cl 2 ] 2,61 3. [Cu(dienSS)Br 2 ] 12,56 4. [Cu(dienSS)(2a5mt)Br 2 ] 6,13 5. [Cu(dienOO)Br 2 ] 11,81 6. [Cu(dienOO)(2a5mt)Br 2 ] 4,71 7. [Cu(dienOO)Cl 2 ] 13,00 8. [Cu(dienOO)(2a5mt)Cl 2 ] 6,70 9. [Cu(dienOO)(O 3 ) 2 ] 9, [Cu(dienOO)(2a5mt)(O 3 ) 2 ] 5,84 Στα παρασκευασθέντα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] που προέκυψαν από την αντίδραση των ενώσεων του τύπου [Cu(dienXX)Y 2 ] µε 2a5mt, η 116

141 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] εν δυνάµει πενταδραστική βάση του Schiff (dienχx) συνδέεται τριδραστικά µέσω των τριών ατόµων της βάσης του Schiff µε dien και την ετεροκυκλική αλδεϋδη. η σφαίρα συναρµογής του Cu συµπληρώνεται µε το ενδοκυκλικό άτοµο του 2a5mt και µε δυο άτοµα Cl ή Br ή µια νιτρική οµάδα, δηµιουργώντας παραµορφωµένη οκταεδρική δοµή. Τόσο οι αντιµικροβιακές όσο και οι αντικαρκινικές µελέτες έδειξαν οτι τα παράγωγα µε 2a5mt εµφανίζουν υψηλότερη βιοδραστικότητα σε σύγκριση µε τις αρχικές ενώσεις. Αυτό σηµαίνει οτι η συναρµογή του 2a5mt επηρρεάζει τις ηλεκτρονιακές, φυσικοχηµικές και τις στερεοχηµικές ιδιότητες των συµπλόκων που προκύπτουν. Η µόνη εξαίρεση παρατηρείται στην αντιφυµατική δράση η οποία είναι αντίστροφη. Eπίσης, δεν υπάρχει συσχέτιση µεταξύ της αντιµικροβιακής και της αντικαρκινικής δράσης. 117

142 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος- Σύµπλοκα του τύπου Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] Βιβλιογραφία 1 C.A. Bolos, K.T. Papazisis, A.H. Kortsaris, S. Voyatzi, D. Zambouli, D.A. Kyriakidis, J. Inorg. Biochem., 2002, 88, C.A. Bolos, G.St. ikolov, L. Ekateriniadou, A. Kortsaris, D.A. Kyriakidis, Metal- Based Drugs, 1998, 5(6), A. Hatzidimitriou, C.A. Bolos, Polyhedron, 1998, 17(10), C.A. Bolos, P.V. Fanourgakis, P.C. Christidis, G.St. ikolov, Polyhedron, 1999, 18, P.C. Christidis, S.T. Triantafyllou, C.A. Bolos, Z. Kristallogr., 1994, 209, Α.Β.P. Lever, Inorganic Electronic Spectroscopy, second ed., Elsevier, Amsterdam, 1984, W.J. Geary, Coord. Chem. Rev., 1971, 7, P.C. Christidis, C.A. Bolos, G.St. ikolov, Inorg. Chim. Acta, 1995, 237, R. Allmann, M. Krestl, C. Bolos, G. Manoussakis, G.St. ikolov, Inorg. Chim. Acta, 1990, 175, H.-L. Zhu, H.-L. Liu, Y.-H. Li, K.-B. Yu, Z. Kristallogr., 2003, CS 218, R.M. Acheston, An Introduction to the Chemistry of Heterocyclic Compounds, Wiley-Interscience, ew York,

143 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] 10. ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Cu II ΜΕ ΜΟΝΟΒΑΣΕΙΣ ΤΟΥ SCHIFF ΤΗΣ DPTA ME 2-ΘΕΙΟΦΑΙΝΑΛ ΕΫ Η 10.1 Σκοπός Η σύνθεση της συγκεκριµένης σειράς ενώσεων έγινε µε σκοπό τη µελέτη της επίδρασης του µήκους της ανθρακικής αλυσίδας της πολυαµίνης στη δοµή και τις ιδιότητες των συµπλόκων καθώς και τη µελέτη της αντικαρκινικής τους δραστικότητας. Αξίζει δε να σηµειωθεί οτι, ενώ αρχικά ο σκοπός ήταν η σύνθεση συµπλόκων διπλών βάσεων (διβάσεων) του Schiff ετεροκυκλικών αλδεϋδών και διπροπυλενοτριαµίνης µε 2-αµινο-5-µεθυλο-θειαζόλιο [Cu(dptaXX)(2a5mt)Y 2 ] στην πορεία διαπιστώθηκε οτι η προσθήκη 2a5mt ή 2a4mt ή Ιm ευνοεί την υδρόλυση στο ένα άκρο του µορίου, µε αποτέλεσµα το σχηµατισµό µονής βάσης (µονοβάσης) του Schiff. Στα παραγόµενα σύµπλοκα µε dpta, σχηµατίζεται εξαµελής δακτύλιος, ενώ στα σύµπλοκα [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] πενταµελής, λιγότερο σταθερός από τον προηγούµενο. Εποµένως, τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaXX)(2a5mt)Y 2 ] είναι επιδεκτικά στην υδρόλυση από το ένα άκρο τους, µε αποτέλεσµα την παραγωγή των ασύµµετρων µορίων [Cu(dptaX)Y 2 ] Σύνθεση Για την παρασκευή των αρχικών ενώσεων [Cu(dptaSS)Cl 2 ], [Cu(dptaSS)Br 2 ] και [Cu(dptaSS)(ΝΟ 3 ) 2 ] χρησιµοποιήθηκαν γνωστές µέθοδοι. 1 Τα σύµπλοκα µε µονοβάσεις του Schiff του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] (Y = Cl, Br, ΝΟ 3 ) παρασκευάστηκαν µε την προσθήκη θειαζολίου ή ιµιδαζολίου στο [Cu(dptaSS)Y 2 ] σε αιθανολικό ή µεθανολικό διάλυµα, σύµφωνα µε τις αντιδράσεις που παριστάνονται από τις παρακάτω χηµικές εξισώσεις: 119

144 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] 2-2H 2 O -CH= O H -CH= H + H 2 H =HC - S 2 S S S -CH= H =HC- S +CuY 2 S -CH= H =HC- S Cu Y Y S -CH= H =HC- 2a5mt/Im S S -CH= H H 2 Y Cu Y Cu Y Y Y = Cl, Br, O 3 Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dptaS)Cl 2 ] (1) 1,900 ml (20 mmol) 2-θειοφαιναλδεΰδης αναµιγνύονται µε 1,400 ml (10 mmol) dpta σε θερµοκρασία 0 ο C (παγόλουτρο). Η σιροπιώδης βάση του Schiff που σχηµατίζεται αραιώνεται µε 20 ml αιθανόλης. Μετά από ηµίωρη ανάδευση, προστίθεται στάγδην αιθανολικό διάλυµα 1,720 g (10 mmol) CuCl 2.2H 2 O, οπότε σχηµατίζεται κυανό αιώρηµα. Στη συνέχεια προστίθενται 10 ml νέου αιθανολικού διαλύµατος 1,140 g (10 mmol) 2-αµινο-5-µεθυλο-θειαζολίου και µετά από ολιγόλεπτη ανάδευση το κυανό χρώµα του στερεού µεταβάλλεται σε κυανοπράσινο, ενώ ταυτόχρονα αναδύεται οσµή αλδεΰδης. Το προκύπτον στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό για 8 ώρες. Βάρος: 2,480 g, Απόδοση: 69%. Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dptaS)Br 2 ] (2) 1,900 ml (20 mmol) 2-θειοφαιναλδεΰδης αναµιγνύονται µε 1,400 ml (10 mmol) dpta σε θερµοκρασία 0 ο C (παγόλουτρο). Η σιροπιώδης βάση του Schiff που σχηµατίζεται αραιώνεται µε 20 ml αιθανόλης. Μετά από ηµίωρη ανάδευση, προστίθεται στάγδην αιθανολικό διάλυµα 0,220 g (10 mmol) CuΒr 2, οπότε σχηµατίζεται κυανoπράσινο αιώρηµα. Στη συνέχεια προστίθενται 10 ml νέου αιθανολικού διαλύµατος 1,140 g (10 mmol) 2-αµινο-5-µεθυλο-θειαζολίου και µετά από ολιγόλεπτη ανάδευση το κυανό χρώµα του στερεού µεταβάλλεται σε 120

145 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] κυανοπράσινο, ενώ ταυτόχρονα αναδύεται οσµή αλδεΰδης. Το προκύπτον στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό για 8 ώρες. Βάρος: 1,880 g, Απόδοση: 42%. Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dptaS)(O 3 ) 2 ] (3) 1,900 ml (20 mmol) 2-θειοφαιναλδεΰδης αναµιγνύονται µε 1,400 ml (10 mmol) dpta σε θερµοκρασία 0 ο C (παγόλουτρο). Η σιροπιώδης βάση του Schiff που σχηµατίζεται αραιώνεται µε 20 ml αιθανόλης. Μετά από ηµίωρη ανάδευση, προστίθεται στάγδην αιθανολικό διάλυµα 2,410 g (10 mmol) Cu(ΝΟ 3 ) 2.3H 2 O, οπότε σχηµατίζεται κυανό αιώρηµα. Στη συνέχεια προστίθενται 10 ml νέου αιθανολικού διαλύµατος 1,140 g (10 mmol) 2-αµινο-5-µεθυλο-θειαζολίου και µετά από ολιγόλεπτη ανάδευση το κυανό χρώµα του στερεού µεταβάλλεται σε κυανοπράσινο, ενώ ταυτόχρονα αναδύεται οσµή αλδεΰδης. Το προκύπτον στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό για 8 ώρες. Βάρος: 2,150 g, Απόδοση: 52%. Τo µοριακό βάρος, το χρώµα καθώς και τα αναλυτικά δεδοµένα των παραπάνω συµπλόκων δίνονται στον Πίνακα Πίνακας Χρώµα, µοριακό βάρος και αναλυτικά δεδοµένα των συµπλόκων του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ]. o Σύµπλοκο MΒ Χρώµα Στοιχειακή ανάλυση Πειραµ. (θεωρ.) C% H% % Cu% 1. [Cu(dptaS)Cl 2 ] 359,81 Κυανοπράσινο 36,88 5,30 11,54 17,69 (36,72) (5,32) (11,68) (17,66) 2. [Cu(dptaS)Br 2 ] 448,71 Κυανοπράσινο 29,36 4,19 9,23 14,24 (29,44) (4,27) (9,36) (14,16) 3. [Cu(dptaS)(O 3 ) 2 ] 412,91 Ανοιχτό κυανό 32,15 4,17 17,04 15,46 (31,99) (4,64) (16,96) (15,39) 121

146 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] 10.3 Ανάλυση αποτελεσµάτων Η αντίδραση συµπύκνωσης της dpta µε 2-θειοφαιναλδεΰδη σε αναλογία 1:2 οδηγεί στο σχηµατισµό διπλών βάσεων του Schiff, οι οποίες αντιδρούν περαιτέρω µε διένυδρο χλωριούχο, βρωµιούχο ή νιτρικό χαλκό προς σχηµατισµό συµπλόκων του Cu(II) µε διπλές βάσεις του Schiff. Η παρουσία 2a5mt ή 2a4mt ή Im σε αναλογία 1:1 ευνοεί την υδρόλυση στο ένα άκρο του µορίου, οπότε προκύπτουν σύµπλοκα µε µονές βάσεις του Schiff [Cu(dptaS)Y 2 ]. Τα νέα, κυανοπράσινα ή κυανά κρυσταλλικά σύµπλοκα του Cu II είναι σταθερά στην ατµόσφαιρα, διαλυτά στο νερό και σε συναρµοστικούς διαλύτες όπως το DMF και το DMSO, ελαφρά διαλυτά σε αλκοόλες και αδιάλυτα σε κοινούς οργανικούς διαλύτες. Η δοµή των ενώσεων που προέκυψαν, προτείνεται µε βάση φασµατοσκοπικά και άλλα δεδοµένα και επιβεβαιώνεται µε την κρυσταλλική δοµή του συµπλόκου [Cu(dptaS)Cl 2 ] Φασµατοσκοπικές µελέτες Φάσµατα IR Στο φάσµα IR των συµπλόκων του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] (πίνακας 10.2) εµφανίζονται κορυφές στα 3376 και 3213, 3345 και 3260, 3294 και 3297 cm -1 για τα χλωρο-, βρωµο- και νιτρικά σύµπλοκα αντίστοιχα, οι οποίες αποδεικνύουν την παρουσία πρωτοταγών αµινοµάδων (συµµετρικές και ασύµµετρες δονήσεις τάσεως Ν-Η). Πίνακας Οι συχνότητες (cm -1 ) των χαρακτηριστικών κορυφών των συµπλόκων του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ]. o Σύµπλοκο ν sec (-H) ν(c=) Schiff ν(cu-) ν(cu-y αξονικό ) Y=Cl, Br ν(cu-y βάσης ) Y=Cl, Br 1. [Cu(dptaS)Cl 2 ] 3173s 1615vs 530w 329w 290m 2. [Cu(dptaS)Br 2 ] 3169s 1612vs 507w 289w 279m 3. [Cu(dptaS)(ΝΟ 3 ) 2 ] 3186s 1615s 528w - - Έτσι, αποδεικνύεται η παρουσία πρωτοταγούς αµινοµάδας ως επακόλουθο της µερικής υδρόλυσης των αρχικών συµπλόκων του τύπου [Cu(dptaSS)Y 2 ]. Οι ισχυρές κορυφές στα cm -1, αποδίδονται στις δονήσεις τάσεως C= των βάσεων του Schiff και παραµένουν σχεδόν αµετάβλητες, συγκριτικά µε τα αντίστοιχα σύµπλοκα µε διβάσεις [Cu(dptaSS)Y 2 ]. Η παρατήρηση αυτή βρίσκεται σε συµφωνία 122

147 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] µε τα βιβλιογραφικά δεδοµένα, σύµφωνα µε τα οποία το µήκος του δεσµού C=Ν των συµπλόκων διβάσεων και των αντίστοιχων µονοβάσεων είναι σχεδόν το ίδιο (1,285 Å και 1,292 Å αντίστοιχα). 1 Οι ταινίες στις περιοχές και cm -1 αποδίδονται στις ν(cu-) και ν(cu-br) ή ν(cu-cl) 2. Η ύπαρξη δύο ταινιών Cu-X (X=Cl, Br) (290, 329 cm -1 για το χλωρο και 279, 289 cm -1 για το σύµπλοκο µε βρώµιο) αποδεικνύει οτι τα ακραία αλογονο-ligands βρίσκονται σε cis-θέση. 3 Η παρατήρηση αυτή είναι σε συµφωνία µε τα βιβλιογραφικά δεδοµένα, σύµφωνα µε τα οποία οι αποστάσεις Cu-Cl είναι 2,3275 και 2,5034 Å. Οι ταινίες στην περιοχή cm -1 οφείλονται σε ενδο- και διαµοριακούς δεσµούς υδρογόνου -H Cl. Στο φάσµα του συµπλόκου [Cu(dptaS)(O 3 ) 2 ], παρατηρούνται κορυφές στα 1382, 1695 και 1750 cm -1, οι οποίες είναι ενδεικτικές συναρµοσµένων και µη νιτρικών οµάδων. 2 Με βάση τα παραπάνω χαρακτηριστικά των φασµάτων IR, προκύπτει οτι η µονοβάση του Schiff dptas συναρµόζεται τριδραστικά, ενώ η σφαίρα συναρµογής του χαλκού συµπληρώνεται από άτοµα χλωρίου, βρωµίου ή νιτρικών οµάδων. Στα σχήµατα 10.1 και 10.2 δίνονται αντιπροσωπευτικά φάσµατα IR των συµπλόκων [Cu(dptaSS)Cl 2 ] και [Cu(dptaS)Cl 2 ] αντίστοιχα. 73,2 70 %T ,9 445,9 412,1 961,4 659,3 946,2 580,5 874,4 1278,7 1071,8 864,9 529,4 1434,5 1238,3 1043,1 835,6 599,3 1328,6 1140,9 899,4 758,2 1222,6 1054,9 714,1 1474,4 1108,6 1031,4 1208, ,2 3059,0 2914,2 1416,3 1400,9 737,4 3413, ,5 26,1 4000, ,0 cm-1 Σχήµα Φάσµα ΙR του συµπλόκου [Cu(dptaSS)Cl 2 ]. 123

148 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] 41, %T ,1 3382,8 3037,7 1614,8 1479,1 1265,3 1146,4 1326,8 1108,1 1392,7 1220,2 1014,0 1416,7 1074,0 882,9 915,2 959,9 977,5 865,8 842,2 758,8 725,5 661,3 575,4 526,4 435,2 303,7 10 7,0 4000, ,0 cm-1 Σχήµα Φάσµα IR του συµπλόκου [Cu(dptaS)Cl 2 ]. Φάσµατα UV-Vis Στον πίνακα 10.3 δίνονται τα µήκη κύµατος στην περιοχή UV-Vis, η µοριακή αγωγιµότητα Λµ σε MeOH και DMSO, καθώς και η µαγνητική επιδεκτικότητα µ eff των συµπλόκων του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ]. Πίνακας Τα µήκη κύµατος λ (nm) των ηλεκτρονιακών µεταπτώσεων στα φάσµατα UV-Vis, η µοριακή αγωγιµότητα Λµ και η µαγνητική επιδεκτικότητα µ eff των συµπλόκων του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ]. o Σύµπλοκο λ(logε) Λµ (µs.cm -1 ) MeOH DMSO MeOH DMSO µ eff (BM) 1. [Cu(dptaS)Cl 2 ] 924sh 686(1,54) 259(4,24) 2. [Cu(dptaS)Br 2 ] 936sh 651(1,92) 304sh 261(4,27) 3. [Cu(dptaS)(ΝΟ 3 ) 2 ] 621(2,22) 299sh 271(4,18) 867(1,71) ,89 848(1,72) ,10 633(2,15) ,84 124

149 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] Τα ηλεκτρονιακά φάσµατα των συµπλόκων µε µονοβάσεις του Schiff σε µεθανόλη εµφανίζουν στην περιοχή του ορατού ταινίες στα 686, 651 και 681 nm για τα σύµπλοκα 1, 2 και 3 αντίστοιχα. Οι ταινίες αυτές συγκρινόµενες µε αυτές των αντίστοιχων συµπλόκων µε διβάσεις του Schiff είναι µετατοπισµένες σε χαµηλότερες ενέργειες κατά 53, 16 και 7 nm αντίστοιχα. Η µετατόπιση αυτή θα µπορούσε να αποδοθεί στην εµφανιζόµενη ασυµµετρία του ligand λόγω υδρόλυσης της διβάσης του Schiff σε µονοβάση και στην αυξηµένη παραµόρφωση της δοµής της τετραγωνικής πυραµίδας των συµπλόκων. Οι συγκεκριµένες ταινίες λόγω της θέσης στην οποία εµφανίζονται και της χαµηλής τιµής του µοριακού συντελεστή απόσβεσης αποδίδονται σε d-d διεγέρσεις, οι οποίες είναι χαρακτηριστικές για παραµορφωµένα τετραγωνικά πυραµιδικά σύµπλοκα Cu II. Οι αλλαγές κλίσεως στα 924 και 936 nm για τα σύµπλοκα 1 και 2 αντίστοιχα είναι χαρακτηριστικές της τάσης των συµπλόκων για απόκλιση της δοµής, από την ήδη παραµορφωµένη τετραγωνική πυραµιδική στην παραµορφωµένη τριγωνική διπυραµιδική. Στα σχήµατα 10.3 και 10.4 δίνονται τα φάσµατα Vis και UV των ενώσεων [Cu(dptaSS)Br 2 ] και [Cu(dptaS)Br 2 ] σε MeOH, για σύγκριση. Στην υπεριώδη περιοχή, τα σύµπλοκα µε µονοβάσεις σε µεθανόλη εµφανίζουν ταινίες στις περιοχές και nm, οι οποίες θα µπορούσαν να αποδοθούν σε π* π εσωτερικές διεγέρσεις των µονοβάσεων του Schiff ή σε L M ταινίες µεταφοράς φορτίου. Στο σχήµα 10.4 δίνονται τα φάσµατα UV των συµπλόκων [Cu(dptaSS)Br 2 ] και [Cu(dptaS)Br 2 ] σε MeOH. Στα ηλεκτρονιακά φάσµατα των συµπλόκων 1 και 2 σε διαλύµατα DMSO, παρατηρείται µια νέα ταινία στα 867 και 848 nm αντίστοιχα γεγονός που αποδίδεται στη αλλαγή της δοµής, από τετραγωνική πυραµιδική σε τριγωνική διπυραµιδική. Η αλλαγή αυτή δικαιολογείται και από τις τιµές της µοριακής αγωγιµότητας σύµφωνα µε τις οποίες η διάσταση των συµπλόκων σε DMSO του τύπου 1:1 δείχνει την αποµάκρυνση ενός αλογόνου µε πιθανή συναρµογή ενός µορίου DMSO. Αξίζει να σηµειωθεί οτι η καταγραφή των ηλεκτρονιακών φασµάτων σε διαφορετικές χρονικές στιγµές µέσα σε διάστηµα πέντε ηµερών, έδειξε ότι τα αποτελέσµατα παρέµειναν αναλλοίωτα. Μάλιστα το συγκεκριµένο, χρονικό διάστηµα βρίσκεται µέσα στα δεδοµένα περιθώρια (48 ώρες) για τις βιολογικές µελέτες. Έτσι, ο έλεγχος αυτός ειναι επιβεβληµένος για να µελετηθεί η επίδραση του διαλύτη στη δοµή σε συνάρτηση µε το χρόνο. 125

150 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] Σχήµα Φάσµατα Vis των συµπλόκων [Cu(dptaSS)Br 2 ] (Α) και [Cu(dptaS)Br 2 ] (Β) σε MeOH. Σχήµα Φάσµατα UV των συµπλόκων [Cu(dptaSS)Br 2 ] (Α) και [Cu(dptaS)Br 2 ] (Β) σε MeOH. 126

151 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] Μετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας Οι τιµές της µοριακής αγωγιµότητας των συµπλόκων του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] σε µεθανολικά διαλύµατα συγκέντρωσης 10-3 Μ (πίνακας 10.3) βρίσκονται στην περιοχή µs.cm -1, ενώ σε διαλύµατα DMSO µεταξύ µs.cm -1. Οι τιµές αγωγιµότητας Λµ των συµπλόκων 1 και 2 σε DMSO και MeOH είναι χαµηλότερες της αναµενόµενης (35-40 και µs.cm -1 αντίστοιχα) για 1:1 ηλεκτρολύτες, δείχνοντας την ασθενή ηλεκτρολυτική τους φύση. Τέλος, για το νιτρικό σύµπλοκο σε DMSO η αντίστοιχη τιµή αγωγιµότητας 62 µs.cm -1 δείχνει ιονισµό του τύπου 1: Μαγνητικές µετρήσεις Όλα τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] είναι παραµαγνητικά, µε τιµές µαγνητικής ροπής (πίνακας 10.3) στην περιοχή 1,84-2,10 ΒΜ. Οι τιµές αυτές είναι χαρακτηριστικές της d 9 ηλεκτρονιακής διαµόρφωσης του ιόντος Cu II και υποδεικνύουν τη µονοπυρηνική φύση των συµπλόκων Θεωρητικοί υπολογισµοί Σύµφωνα µε τους θεωρητικούς υπολογισµούς του προγράµµατος Gaussian03, η dpta, ως τριδραστικό ligand, βρίσκεται σε ισηµερινή θέση µε ω διαµόρφωση. Οι δύο συµπυκνωµένοι χηλικοί δακτύλιοι Cu 3 Cl στο τετραγωνικό πυραµιδικό επίπεδο έχουν διαφορετικές διαµορφώσεις λόγω των επίσης διαφορετικών προσανατολισµών τους. Ενώ στο µη συναρµοσµένο ligand υιοθετείται διαµόρφωση «ανακλίντρου» (chair conformation), το υποκατεστηµένο µε θειοφαινικό δακτύλιο τµήµα εµφανίζει διαµόρφωση «λέµβου» (boat conformation). Συνεπώς, το ligand dpta υιοθετεί διαµόρφωση λέµβου-ανακλίντρου, η οποία ωστόσο δεν είναι η ενεργειακά ευνοϊκότερη, καθώς την ελάχιστη ενέργεια εµφανίζει η διαµόρφωση ανακλίντρουανακλίντρου. Παρόλα αυτά, η συγκεκριµένη διαµόρφωση προτιµάται λόγω της υδρόλυσης του θειοφαινικού δακτυλίου. Τα φορτία στα τρία άτοµα αζώτου, όπως προκύπτουν από τη µέθοδο B3LYP, διαφέρουν αρκετά µεταξύ τους (-0,164, -0,402 και 0,575 για τα Ν1, Ν2 και Ν3 αντίστοιχα). Το υψηλότερο αρνητικό φορτίο στο Ν3 µπορεί να εξηγηθεί λόγω της συµµετοχής του στο διπλό δεσµό C=, ο οποίος εµπλουτίζεται ηλεκτρονιακά και από τη θειοφαινική οµάδα. Παρά τα διαφορετικά φορτία στα τρία άτοµα αζώτου, τα µήκη των τριών δεσµών είναι σχεδόν ίσα (2,02+0,01 Å). Το γεγονός αυτό οδηγεί στο 127

152 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] συµπέρασµα οτι, παρότι τα φορτία δεν έχουν τη µέγιστη σηµασία, συµβάλλουν στην ιοντική φύση των συγκεκριµένων δεσµών. Το άτοµο του θείου είναι θετικά φορτισµένο (+0,441), οπότε δεν ανταγωνίζεται τους δότες Ν και Cl για συναρµογή µε το χαλκό. Συµπερασµατικά, η προτεινόµενη δοµή µε βάση τους θεωρητικούς υπολογισµούς για το σύµπλοκο [Cu(dptaS)Cl 2 ] βρίσκεται σε συµφωνία µε τα πειραµατικά αποτελέσµατα. Στο σχήµα 10.5 δίνονται οι δοµές των συµπλόκων [Cu(dptaSS)Cl 2 ] και [Cu(dptaS)Cl 2 ], όπως αυτές προκύπτουν από υπολογισµούς του προγράµµατος Hyperchem. (Α) (Β) Σχήµα Βελτιστοποιηµένη δοµή των συµπλόκων [Cu(dptaSS)Cl 2 ] (A) και [Cu(dptaS)Cl 2 ] (B) µετά από ελαχιστοποίηση της ενέργειας στο επίπεδο PM Προτεινόµενη δοµή Με βάση τα φασµατοσκοπικά, αγωγιµοµετρικά και µαγνητικά δεδοµένα η δοµή που προτείνεται για τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] είναι η παραµορφωµένη τετραγωνική πυραµιδική. Τα τρία άτοµα Ν της βάσης του Schiff και ένα άτοµο αλογόνου ή οξυγόνου της νιτρικής οµάδας αποτελούν τη βάση του τετραγώνου, ενώ το δεύτερο άτοµο αλογόνου ή οξυγόνου νιτρικής οµάδας κατέχει την αξονική θέση, συµπληρώνοντας έτσι τη σφαίρα συναρµογής του Cu Περιγραφή της κρυσταλλικής δοµής του συµπλόκου [Cu(dptaS)Cl 2 ] Για την επιβεβαίωση της προτεινόµενης δοµής των ενώσεων χρησιµοποιήθηκαν δεδοµένα από την ανάλυση ακτίνων-χ της ένωσης [Cu(dptaS)Cl 2 ] (σχήµα 10.6), τα κυριότερα µήκη και οι γωνίες δεσµών της οποίας δίνονται στον πίνακα

153 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] Σχήµα Kρυσταλλική δοµή του συµπλόκου [Cu(dptaS)Cl 2 ]. Το ligand dptas συναρµόζεται στο ιόν Cu II τριδραστικά µέσω των τριών ατόµων αζώτου, ενώ η πενταδραστική σφαίρα συναρµογής συµπληρώνεται από δύο άτοµα χλωρίου. Το επίπεδο βάσης της τετραγωνικής πυραµίδας αποτελείται από τα άτοµα Ν(1), Ν(2), Ν(3) και Cl(1), όπου το ιµινικό άτοµο Ν(2) βρίσκεται σε trans θέση, ως προς το άτοµο Cl(1), ενώ το άτοµο Cl(2) συναρµόζεται αξονικά στα 2,503 Å. Πίνακας Επιλεγµένα µήκη [Cu(dptaS)Cl 2 ]. και γωνίες δεσµών για το σύµπλοκο εσµός Μήκος δεσµού (Å) εσµός Γωνία δεσµού( o ) Cu(1)-Cl(1) 2,3275(9) (3)-Cu(1)-(1) 162,23(9) Cu(1)-Cl(2) 2,5034(10) (3)-Cu(1)-(2) 84,85(8) Cu(1)-(1) 2,005(2) (1)-Cu(1)-(2) 93,08(9) Cu(1)-(3) 2,027(2) (3)-Cu(1)-Cl(1) 91,59(6) Cu(1)-(2) 2,030(2) (1)-Cu(1)-Cl(1) 87,43(7) C(7)-(3) 1,285(3) (2)-Cu(1)-Cl(1) 169,92(6) (3)-Cu(1)-Cl(2) 97,01(7) (1)-Cu(1)-Cl(2) 100,64(8) (2)-Cu(1)-Cl(2) 89,99(6) Cl(1)-Cu(1)-Cl(2) 99,81(3) Το άτοµο Cu II βρίσκεται ελαφρά (0,249 Å) εκτός του επιπέδου της τετραγωνικής βάσης. Τα µήκη Cu- (2,005, 2,027 και 2,030 Å) είναι σχεδόν ίσα µεταξύ τους και εµπίπτουν στην περιοχή τιµών που αναφέρεται για τετραγωνικά πυραµιδικά 129

154 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] σύµπλοκα του Cu II µε αζωτούχα ligands 4. Tα µήκη των δεσµών Cu-Cl είναι τα µεγαλύτερα στη σφαίρα συναρµογής, όπως άλλωστε είναι αναµενόµενο (Cu(1)-Cl(1) = 2,3275 Å και Cu(1)-Cl(2) = 2,5034 Å), και είναι συγκρίσιµα µε αντίστοιχα µήκη τετραγωνικών πυραµιδικών συµπλόκων του Cu II µε διαλογονούχα ligands. 5 Το µήκος του δεσµού C(7)-(3) είναι 1,285 Å, αρκετά κοντά στην αναµενόµενη τιµή του διπλού δεσµού C=, επιβεβαιώνοντας έτσι το σχηµατισµό της βάσης του Schiff. Οι γωνίες γύρω από το άτοµο του χαλκού που ορίζουν το βασικό επίπεδο, βρίσκονται επίσης στην αναµενόµενη περιοχή: (1)-Cu(1)-(2) = 93,08 o, (3)- Cu(1)-Cl(1) = 91,59 o, (2)-Cu(1)-(3) = 84,85 o, και (1)-Cu(1)-Cl(1) = 87,43 o και εµφανίζονται όµοιες ανά ζεύγη. Οι γωνίες που σχηµατίζονται µε το άτοµο Cl(2) είναι 89,99 ο, 100,64 ο, 97,01 ο και 99,81 ο. Οι τρεις τελευταίες γωνίες αποκλίνουν από τις 90 ο (την αναµενόµενη τιµή για την κανονική τετραγωνική πυραµίδα) αποδεικνύοντας έτσι την παραµόρφωση του σχήµατος. Οι γωνίες δεσµών (1)-Cu(1)-Ν(3) = 162,23 o και (2)-Cu(1)-Cl(1) = 169,92 o αποκλίνουν από την αναµενόµενη τιµή των 180 ο, επιβεβαιώνοντας περαιτέρω την παραµόρφωση της τετραγωνικής πυραµίδας. Τέλος, οι δια- και οι ενδοµοριακοί δεσµοί υδρογόνου (πίνακας 10.5) γειτονικών µορίων συµβάλλουν στη σταθεροποίηση της παραµορφωµένης τετραγωνικής πυραµιδικής δοµής. Πίνακας εσµοί υδρογόνου στο σύµπλοκο [Cu(dptaS)Cl 2 ]. ότης-h. έκτης d(d-h) (Å) d (H A) (Å) d (D A) (Å) d (D-H A) ( o ) (1)-H(1Y) Cl(1) 0,92 2,544 3,430(3) 162 (2)-H(2)... Cl(2) 0,93 2,415 3,271(3) 153 C(6)-H(6B)... S(1) 0,99 2,645 3,110(3) 109 C(9)-H(9)... Cl(1) 0,95 2,788 3,692(3) Βιολογικές µελέτες Για την αξιολόγηση της βιολογικής δράσης των συµπλόκων µελετήθηκε η κυτταροτοξικότητά τους σε διαφορετικές καρκινικές κυτταρικές σειρές, καθώς και η επίδρασή τους σε δίκλωνο και πλασµιδιακό DA. 130

155 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] Αντικαρκινική δράση Τα αποτελέσµατα της µελέτης αντικαρκινικής δράσης δίνονται στον Πίνακα 10.6 και στο σχήµα 10.7 (καµπύλες δόσης-απόκρισης). Η αντικαρκινική δράση των αρχικών ενώσεων CuCl 2.2H 2 O και CuBr 2 είναι αµελητέα. Πίνακας Τιµές IC 50 για τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaSS)Y 2 ] και [Cu(dptaS)Y 2 ] σε διαφορετικές κυτταρικές σειρές. Νo Σύµπλοκο IC 50 (µμ) MRC5 MCF7 T47D HeLa HT29 1. [Cu(dptaSS)Cl 2 ] δ.α.* δ.α. κ.δ.** δ.α. κ.δ. 2. [Cu(dptaS)Cl 2 ] κ.δ κ.δ [Cu(dptaSS)Br 2 ] κ.δ. κ.δ. δ.α. 65 κ.δ. 4. [Cu(dptaS)Br 2 ] κ.δ *δ.α. = δεν αξιολογείται **κ.δ. = καµία δράση Kλάσµα επιβίωσης 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, [Cu(dptaSS)Br 2 ] (µμ) (Α) Κλάσµα επιβίωσης 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, [Cu(dptaS)Br 2 ] (µμ) (Β) Κλάσµα επιβίωσης 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, [Cu(dptaSS)Cl 2 ] (µm) Κλάσµα επιβίωσης 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, [Cu(dptaS)Cl 2 ] (µμ) (Γ) ( ) Σχήµα Καµπύλες δόσης-απόκρισης των κυττάρων HeLa( ), MRC5 (), HT-29 ( ) και MCF7( ), µετά από επώαση µε τη µέθοδο SRB των συµπλόκων [Cu(dptaSS)Br 2 ] (A) [Cu(dptaS)Br 2 ] (B), [Cu(dptaSS)Cl 2 ] (Γ) και [Cu(dptaS)Cl 2 ] ( ). 131

156 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] Η µελέτη έδειξε οτι τα σύµπλοκα [Cu(dptaS)Υ 2 ] είναι δραστικότερα αυτών του τύπου [Cu(dptaSS)Υ 2 ], µε πρώτο το [Cu(dptaS)Br 2 ] εναντίον των κυττάρων HT29 και HeLa, και µάλιστα µε χαµηλές τιµές IC 50 (4,6 και 3,1 αντίστοιχα). Ωστόσο, επηρεάζονται εξίσου και τα φυσιολογικά κύτταρα (MRC5) Μελέτες αλληλεπίδρασης των συµπλόκων µε DΑ Στο στάδιο αυτό µελετάται η επίδραση των νέων ενώσεων σε διαφορετικά είδη DA: µονόκλωνο (ss), δίκλωνο (ds) και πλασµιδιακό (p) (σχήµα 10.8). (Α) (Β) (Γ) Σχήµα Μονόκλωνο (Α), δίκλωνο (Β) και πλασµιδιακό (Γ) DA. Επίδραση σε δίκλωνο (ds) DA Από τις µελέτες που έγιναν σε δίκλωνο DA αποδεικνύεται (σχήµα 10.9, Α και Γ) οτι τα σύµπλοκα [Cu(dptaSS)Cl 2 ] και [Cu(dptaSS)Br 2 ] είναι καθόλου ή ελάχιστα δραστικά στην αλληλεπίδραση µε το δίκλωνο DA στις µελετηθείσες συγκεντρώσεις συγκρινόµενα µε το δείγµα αναφοράς (control). c c (A) (B) (Γ) ( ) Σχήµα Ηλεκτροφορήµατα γέλης αγαρόζης (1%) 3 µg δίκλωνου DA στο οποίο προστίθενται 0,5, 1,0 και 2,0 mm (στήλες 1-3 αντίστοιχα) καθενός από τα σύµπλοκα: [Cu(dptaSS)Cl 2 ] (A), [Cu(dptaS)Cl 2 ] (B), [Cu(dptaSS)Br 2 ] (Γ) και 132

157 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] [Cu(dptaS)Br 2 ] ( ) για 30 λεπτά στους 37 ο C. Η στήλη c αφορά το δείγµα αναφοράς (control): 3 µg δίκλωνου DA χωρίς επίδραση συµπλόκου. Ωστόσο, κατά την επίδραση του συµπλόκου [Cu(dptaS)Cl 2 ] στο δίκλωνο DA παρατηρείται η µετατόπιση των ζωνών σε υψηλότερα µοριακά βάρη, και άρα συναρµογή του συµπλόκου στο DA (σχήµα 10.9, Β) στις συγκεντρώσεις 1 και 2 mm. Αντίθετα, το σύµπλοκο [Cu(dptaS)Br 2 ] σε υψηλές συγκεντρώσεις προκαλεί εκφυλισµό του DA, όπως επιβεβαιώνεται από την ελαχιστοποίηση του συνολικού ποσού του δίκλωνου DA που χρησιµοποιείται στη συγκέντρωση 1 mm, και πλήρη εξαφάνιση στη συγκέντρωση 2 mm. Επίδραση σε πλασµιδιακό (p) DA Από τη µελέτη της επίδρασης των συµπλόκων στο συγκεκριµένο είδος DA βρέθηκε οτι τα σύµπλοκα [Cu(dptaS)Cl 2 ], [Cu(dptaS)Br 2 ] και [Cu(dptaSS)Br 2 ] (σχήµα 10.10, Β- ) ξεδιπλώνουν το πλασµιδιακό DA ενώ ταυτόχρονα δίνουν συσσωµατώµατα υψηλής µοριακής µάζας, κυρίως σε υψηλές συγκεντρώσεις. Ιδιαίτερα το σύµπλοκο [Cu(dptaS)Br 2 ] στην υψηλή συγκέντρωση των 3 mm προκαλεί πλήρη µετατροπή της συνολικής αρχικής ποσότητας του DA σε δύο ζώνες υψηλότερου µοριακού βάρους. Η αύξηση του µοριακού βάρους αποδεικνύει τη συναρµογή της ένωσης µε το πλασµιδιακό DA, ενώ ταυτόχρονα παρατηρείται και µειωµένη ηλεκτροφορητική κινητικότητα. c 1 2 c c c (A) (B) (Γ) ( ) Σχήµα Ηλεκτροφορήµατα γέλης αγαρόζης (1%) µιγµάτων βρωµιούχου αιθιδίου µε υπερελικωµένο και χαλαρό DA σε συγκεντρώσεις 0,5, 1 και 2 mm για τις στήλες 1-3 αντίστοιχα, µε καθένα από τα σύµπλοκα: [Cu(dptaSS)Cl 2 ] (A), [Cu(dptaS)Cl 2 ] (B), [Cu(dptaSS)Br 2 ] (Γ) και [Cu(dptaS)Br 2 ] ( ). Η στήλη c αφορά το control: 3 µg δίκλωνου DA χωρίς επίδραση συµπλόκου. 133

158 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] Θα πρέπει να τονιστεί οτι το σύµπλοκο [Cu(dptaSS)Br 2 ] εµφανίζει δυνατότητα χαλάρωσης του υπερελικωµένου DA, δηλαδή µιµείται τη δράση τοποϊσοµεράσης που εµφανίζει γνωστό θειοσεµικαρβαζονικό σύµπλοκο του λευκοχρύσου. 6 Συµπερασµατικά, οι αντιδράσεις των ενώσεων µε το DA έδειξαν οτι όλες οι ενώσεις µπορούν να αντιδρούν µε το DA, προκαλώντας διαφορετικό κατά περίπτωση αποτέλεσµα Συσχέτιση δοµής-βιοδραστικότητας Είναι γνωστό οτι, ανάµεσα στους παράγοντες που επηρρεάζουν τη δραστικότητα των συµπλόκων µε πολυαµίνες είναι ο αριθµός των συναρµοζόµενων ατόµων Ν, το µήκος της αλειφατικής αλυσίδας της πολυαµίνης, η συµµετρία του µορίου και το αποτέλεσµα που εισάγουν οι τυχόν υποκαταστάτες. 7 Στην περίπτωση των µελετώµενων συµπλόκων, θα πρέπει να εξεταστούν: η διαµόρφωση του ligand dptas, ο τύπος του ηλεκτρολύτη, όπως αποτυπώνεται από τις τιµές µοριακής αγωγιµότητας (Λµ), η λιποφιλικότητα καθώς και η διπολική ροπή. Τα δύο τελευταία µεγέθη υπολογίστηκαν θεωρητικά. Η κύρια διαφορά εντοπίζεται στη διαµόρφωση της dpta: παρότι στις διβάσεις του Schiff κατέχει την ευνοϊκότερη διαµόρφωση («ανακλίντρου-ανακλίντρου»), στις µονοβάσεις του Schiff κατέχει, λόγω ασυµµετρίας, διαµόρφωση «ανακλίντρουλέµβου». Πιθανόν αυτός είναι και ο λόγος που τα σύµπλοκα µε µονοβάσεις εµφανίζουν υψηλότερη αντικαρκινική δράση, συγκριτικά µε τα αντίστοιχα µε διβάσεις: η συγκεκριµένη διαµόρφωση επιτρέπει ενδεχοµένως την ευκολότερη διείσδυση στο εσωτερικό του κυττάρου ή πιθανόν, την ευχερέστερη συναρµογή στο DA (λόγω της µεγαλύτερης ευκαµψίας) για την εκδήλωση της αντικαρκινικής δράσης. Παρότι όλα τα σύµπλοκα της κατηγορίας αυτής είναι 1:1 ηλεκτρολύτες, ωστόσο σύµφωνα µε τα πειραµατικά δεδοµένα αυτά εµφανίζουν διαφορετικούς βαθµούς ιονισµού, και διαφορετική βιοδραστικότητα. Συγκεκριµένα, τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)X] + X - εµφανίζουν υψηλότερη τιµή Λµ και υψηλότερη βιοδραστικότητα, σε σχέση µε τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaSS)X] + X -. Ανάµεσα στα δύο σύµπλοκα µε µονοβάσεις του Schiff, το βρωµο-παράγωγο είναι δραστικότερο, εµφανίζει όµως ταυτόχρονα και υψηλότερη τιµή Λµ και συνεπώς εντονότερη υδροφιλικότητα. Έτσι, µε την ευρεία διάσταση του βρωµοπαραγώγου, η τετραγωνική πυραµιδική δοµή 134

159 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] µετατρέπεται σε επίπεδη τετραγωνική, η οποία και αντιδρά ευκολότερα µε τα συστατικά του DA. Με βάση τα παραπάνω δεδοµένα εξάγεται το συµπέρασµα οτι, στα παρασκευασθέντα σύµπλοκα αυτής της κατηγορίας, η αγωγιµότητα και η βιοδραστικότητα είναι µεγέθη ανάλογα. Η θεωρητικώς υπολογισθείσα λιποφιλικότητα των συµπλόκων δεν παρέχει διαφωτιστικά στοιχεία για τη συσχέτιση δοµής-δραστικότητας. Αναφορικά µε τη διπολική ροπή, αυτή βρέθηκε µεγαλύτερη στα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] (µ = 8,75 D για το σύµπλοκο µε χλώριο και µ = 4,75 D για το αντίστοιχο µε βρώµιο), απ οτι στα αντίστοιχα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaSS)Y 2 ] (µ=1,84 D και µ=1,67 D αντίστοιχα). Επίσης, µεταξύ των συµπλόκων µε µονοβάσεις, το βρωµοπαράγωγο εµφανίζει την υψηλότερη διπολική ροπή, αλλά και την υψηλότερη αντικαρκινική δράση. Συνεπώς, η αύξηση της διπολικής ροπής οδηγεί σε αύξηση της βιοδραστικότητας. Συµπερασµατικά, τα δύο µεγέθη που επηρεάζουν τη βιοδραστικότητα των συµπλόκων µε µονοβάσεις του Schiff είναι η αγωγιµότητα και η διπολική ροπή. Ο κατάλληλος συνδυασµός αυτών µπορεί να οδηγήσει στην παρασκευή νέων συµπλόκων µε υψηλότερη βιοδραστικότητα Συµπεράσµατα Τα σύµπλοκα του Cu II του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] (Y = Cl, Br, O 3 ) παρασκευάσθηκαν µε υδρόλυση του ενός άκρου των αντίστοιχων συµπλόκων µε διβάσεις του Schiff [Cu(dptaSS)Y 2 ]. Η προτεινόµενη δοµή τους είναι η τετραγωνική πυραµιδική, όπου η dpta συναρµόζεται τριδραστικά µέσω των τριών ατόµων αζώτου ενώ η σφαίρα συναρµογής συµπληρώνεται από δύο άτοµα Cl ή Br ή O 3. Η αντικαρκινική δράση των συµπλόκων [Cu(dptaS)Y 2 ] βρέθηκε µεγαλύτερη αυτής των αρχικών συµπλόκων [Cu(dptaSS)Y 2 ]. Επιπλέον, τα συγκεκριµένα σύµπλοκα εµφανίζουν ικανότητα συναρµογής στο DA ή εκφυλισµού του. Η βιοδραστικότητα των συµπλόκων µπορεί να συσχετιστεί µε την αγωγιµότητα και τη διπολική τους ροπή. 135

160 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] Βιβλιογραφία 1 A. Hatzidimitriou, C.A. Bolos, Polyhedron, 1998, 17(10), K. akamoto, Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds, fourth ed., Wiley, ew York, J.F. Ferraro, Low-Frequency Vibrations of Inorganic and Coordination Compounds, Plenum Press, ew York, 1971, S.S. Massoud, F.A. Mautner, Inorg. Chem. Comm., 2004, 7, M. Scarpellini, A. eves, R. Hosmer, A.J. Bortoluzzi, B. Szpoganics, C. Zucco, R.A. ome Silva, V. Drago, A.S. Mangrich, W.A. Ortiz, W.A.C. Passos, M.C.B. de Oliveira, H. Terenzi, Inorg. Chem., 2003, 42 (25), D. Kovala-Demertzi, M.A. Demertzis, E. Filiou, A.A. Pantazaki, P.. Yadav, J.R. Miller, Y. Zheng, D.A. Kyriakidis, Biometals, 2003, 16, C.A. Bolos, G.St. ikolov, L. Ekateriniadou, A. Kortsaris, D.A. Kyriakidis, Metal- Based Drugs, 1998, 5(6),

161 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] 11. ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Cu II ΜΕ 2-ΑΜΙΝΟ-2- ΘΕΙΑΖΟΛΙΝΗ, DIE Ή ΒΑΣΕΙΣ ΤΟΥ SCHIFF ΜΕ DIE ΚΑΙ ΕΤΕΡΟΚΥΚΛΙΚΕΣ ΑΛ ΕΫ ΕΣ 11.1 Σκοπός Η σύνθεση των ενώσεων της συγκεκριµένης κατηγορίας έγινε µε σκοπό τη µελέτη της αντικαρκινικής δράσης των παραγώγων µε 2a2tzn και την εύρεση οδηγών ενώσεων οι οποίες µπορούν να τροποποιηθούν δοµικά και φυσικοχηµικά, για την περαιτέρω βελτίωση της δραστικότητάς τους Σύνθεση Οι σύµπλοκες ενώσεις του Cu II της κατηγορίας αυτής παρασκευάστηκαν µετά από αντιδράσεις 12,3 των ενώσεων [Cu(dien)Y 2 ] και [Cu(dienXX)Y 2 ] (Υ = Cl, Br, O 3 και dienχχ = βάση του Schiff της dien µε 2-θειοφαιναλδεΰδη, 2-φουραλδεΰδη ή 2- πυρρολαλδεΰδη) µε 2a2tzn. Oι χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων είναι οι εξής: [Cu(dien)Y 2 ] + 2a2tzn [Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ] 2 -CH= O + H 2 X H H 2-2H 2 O X -CH= H =HC- X X -CH= H =HC- X CuY 2 X -CH= H =HC- X Cu Y Y X -CH= H =HC- X 2a2tzn X -CH= H =HC- X Cu Cu Y Y Y Y S H 2 X = O, S, H Y = Cl, Br, O 3 137

162 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] Aπό τις παραπάνω αντιδράσεις αποµονώθηκαν δώδεκα ενώσεις, η δοµή των οποίων προτείνεται µε βάση φασµατοσκοπικά και άλλα δεδοµένα και υποστηρίζεται από την ανάλυση ακτίνων-χ του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)Βr 2 (H 2 O)]. Η διαδικασία παρασκευής των συµπλόκων περιγράφεται αναλυτικά στη συνέχεια. Παρασκευή του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] (1) Σε 20 ml µεθανολικού αιωρήµατος 0,472 g (2 mmol) [Cu(dien)Cl 2 ] προστίθενται 10 ml µεθανολικού διαλύµατος 0,204 g (2 mmol) 2-αµινο-2-θειαζολίνης σε παγόλουτρο. Μετά από ανάδευση µιας ώρας η µικρή ποσότητα προσµίξεων αποµακρύνεται µε διήθηση. Στο διήθηµα προστίθενται 10 ml αιθέρα και στη συνέχεια τοποθετείται στο ψυγείο στους 5 o C επί 12ωρο. Το σχηµατισθέν στερεό παραλαµβάνεται µε διήθηση και ξηραίνεται υπό κενό. Βάρος: 0,340 g, Απόδοση: 50% Παρασκευή του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)] (2) Σε 20 ml αιθανολικού αιωρήµατος 0,653 g (2 mmol) [Cu(dien)Br 2 ] προστίθενται 10 ml αιθανολικού διαλύµατος 0,204 g (2 mmol) 2-αµινο-2-θειαζολίνης σε παγόλουτρο. Μετά από ανάδευση µιας ώρας το αιώρηµα µετατρέπεται σε διάλυµα, το οποίο διηθείται για την αποµάκρυνση µικρής ποσότητας προσµίξεων. Στο διήθηµα προστίθενται 10 ml αιθέρα και στη συνέχεια τοποθετείται στο ψυγείο στους 5 o C επί 12ωρο. Το σχηµατισθέν κρυσταλλικό στερεό προϊόν παραλαµβάνεται µε διήθηση και ξηραίνεται υπό κενό. Βάρος: 0,257 g, Απόδοση: 30% Παρασκευή του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] (3) Σε 20 ml αιθανολικού αιωρήµατος 0,581 g (2 mmol) [Cu(dien)(O 3 ) 2 ] προστίθενται 10 ml αιθανολικού διαλύµατος 0,204 g (2 mmol) 2-αµινο-2-θειαζολίνης σε παγόλουτρο. Μετά από ανάδευση µιας ώρας το αιώρηµα µετατρέπεται σε διάλυµα, το οποίο διηθείται για την αποµάκρυνση µικρής ποσότητας προσµίξεων. Στο διήθηµα προστίθενται 10 ml αιθέρα και στη συνέχεια τοποθετείται στο ψυγείο στους 5 o C επί 12ωρο. Το σχηµατισθέν κρυσταλλικό στερεό προϊόν παραλαµβάνεται µε διήθηση και ξηραίνεται υπό κενό. Βάρος: 0,479 g, Απόδοση: 61% 138

163 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] Παρασκευή του συµπλόκου [Cu(dienSS)(2a2tzn)Cl 2 ] (4) 0,960 ml (10 mmol) 2-θειοφαιναλδεΰδης αναµιγνύονται µε 0,550 ml (5 mmol) dien σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε 20 ml αιθανόλης. Σε αυτήν προστίθεται κατά σταγόνες 10 ml αιθανολικού διαλύµατος 0,860 g (5 mmol) CuCl 2.2H 2 O και κατόπιν 0,520 g (5 mmol) 2-αµινο-2-θειαζολίνης. Μετά από ωριαία ανάδευση το προκύπτον κυανό στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος: 1,901 g, Απόδοση: 72% Παρασκευή του συµπλόκου [Cu(dienSS)(2a2tzn)Br 2 ] (5) 0,960 ml (10 mmol) 2-θειοφαιναλδεΰδης αναµιγνύονται µε 0,550 ml (5 mmol) dien σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του αραιώνεται µε 20 ml αιθανόλης. Στη συνέχεια προστίθενται σε αυτό κατά σταγόνες αιθανολικού διαλύµατος (10 ml) 1,120 g (5 mmol) CuBr 2 και 0,520 g (5 mmol) 2-αµινο-2- θειαζολίνης. Μετά από ανάδευση µιας ώρας το προκύπτον κυανό στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος: 1,481 g, Απόδοση: 48% Παρασκευή του συµπλόκου [Cu(dienSS)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] (6) 0,960 ml (10 mmol) 2-θειοφαιναλδεΰδης αναµιγνύονται µε 0,550 ml (5 mmol) dien σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε 20 ml αιθανόλης. Κατόπιν προστίθενται διαδοχικά και υπό ανάδευση, δύο αιθανολικά διαλύµατα (των 10 ml καθένα) από 1,210 g (5 mmol) Cu(O 3 ) 2.3H 2 O και 0,520 g (5 mmol) 2-αµινο-2-θειαζολίνης. Μετά από δεκάλεπτη ανάδευση το προκύπτον κυανό στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος: 1,104 g, Απόδοση: 38% Παρασκευή του συµπλόκου [Cu(dienOO)(2a2tzn)Cl 2 ] (7) 0,850 ml (10 mmol) 2-φουραλδεΰδης αναµιγνύονται µε 0,550 ml (5 mmol) dien σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε 20 ml αιθανόλης. Στη συνέχεια προστίθενται κατά σταγόνες 10 ml αιθανολικού διαλύµατος 0,860 g (5 mmol) CuCl 2.2H 2 O καθώς και 0,520 g (5 mmol) στερεής 2-αµινο-2- θειαζολίνης. Μετά από ωριαία ανάδευση το προκύπτον κυανό στερεό αποµονώνεται 139

164 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος: 0,625 g, Απόδοση: 63% Παρασκευή του συµπλόκου [Cu(dienOO)(2a2tzn)Br 2 ] (8) 1,100 ml (10 mmol) dien αναµιγνύονται µε 1,700 ml (20 mmol) 2-φουραλδεΰδης σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε 20 ml µεθανόλης. Στη συνέχεια προστίθενται κατά σταγόνες 10 ml µεθανολικού διαλύµατος 2,220 g CuBr 2 (10 mmol) επί 30 λεπτά, οπότε το χρώµα του διαλύµατος γίνεται κυανοπράσινο. Μετά το πέρας του ηµιώρου η ανάδευση συνεχίζεται για 10 ακόµη λεπτά, οπότε και προστίθεται νέο µεθανολικό διάλυµα (10 ml) 1,020 g (10 mmol) 2-αµινο-2-θειαζολίνης. Στο σηµείο αυτό παρατηρήθηκε αλλαγή του χρώµατος του διαλύµατος, από κυανοπράσινο σε κυανό. Μετά από ηµίωρη ανάδευση το σχηµατισθέν στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος: 3,972 g, Απόδοση: 68% Παρασκευή του συµπλόκου [Cu(dienOO)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] (9) 1,100 ml (10 mmol) dien αναµιγνύονται µε 1,920 ml (20 mmol) 2-φουραλδεΰδης σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε 20 ml µεθανόλης. Στη συνέχεια προστίθενται υπό ανάδευση 10 ml µεθανολικού διαλύµατος 2,410 g Cu(O 3 ) 2.3H 2 O και µετά από δεκάλεπτη ανάδευση προστίθενται 10 ml µεθανολικού διαλύµατος 1,040 g (10 mmol) 2-αµινο-2-θειαζολίνης, οπότε το χρώµα του διαλύµατος αλλάζει σε κυανό. Το σχηµατισθέν στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος: 2,031 g, Απόδοση: 37% Παρασκευή του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] (10) 0,500 g (10 mmol) 2-πυρρολαλδεΰδης αναµιγνύονται µε 0,550 ml (5 mmol) dien σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε 20 ml αιθανόλης. Στη συνέχεια προστίθενται κατά σταγόνες 10 ml αιθανολικού διαλύµατος 0,860 g (5 mmol) CuCl 2.2H 2 O καθώς και 0,520 g (5 mmol) στερεής 2-αµινο-2- θειαζολίνης. Μετά από ωριαία ανάδευση το προκύπτον κυανό στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος: 1,461 g, Απόδοση: 61% 140

165 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] Παρασκευή του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 ] (11) 0,500 g (10 mmol) 2-πυρρολαλδεΰδης αναµιγνύονται µε 0,550 ml (5 mmol) dien σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε 20 ml µεθανόλης. Ακολουθεί η προσθήκη κατά σταγόνες, 10 ml µεθανολικού διαλύµατος 0,110 g (5 mmol) CuBr 2 και η προσθήκη στο προκύπτον διάλυµα, 0,520 g (5 mmol) στερεής 2-αµινο-2-θειαζολίνης. Μετά από ωριαία ανάδευση το προκύπτον κυανό στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλον. Βάρος: 1,906 g, Απόδοση: 67% Παρασκευή του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] (12) 1,100 ml (10 mmol) dien αναµιγνύονται µε 1,000 ml (20 mmol) 2-πυρρολαλδεΰδης σε παγόλουτρο. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε 20 ml µεθανόλης. Στη συνέχεια προστίθενται υπό ανάδευση 10 ml µεθανολικού διαλύµατος 2,410 g (10 mmol) Cu(O 3 ) 2.3H 2 O και µετά από δεκάλεπτη ανάδευση προστίθενται 10 ml µεθανολικού διαλύµατος 1,040 g (10 mmol) 2-αµινο-2- θειαζολίνης, οπότε το χρώµα του διαλύµατος αλλάζει σε κυανό. Το σχηµατισθέν στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος: 3,227 g, Απόδοση: 59% 11.3 Ανάλυση αποτελεσµάτων Η αντίδραση των συµπλόκων του τύπου [Cu(dien)Y 2 ] (Y = Cl, Br) ή των βάσεων του Schiff της διαιθυλενοτριαµίνης µε 2-θειοφαιναλδεΰδη, 2-φουραλδεΰδη ή 2-πυρρολαλδεΰδη του τύπου [Cu(dienXX)Y 2 ] (X = O, S, H και Y = Cl, Br, O 3 ) µε 2-αµινo-2-θειαζολίνη οδηγεί στο σχηµατισµό, στην πρώτη περίπτωση συµπλόκων του τύπου [Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ], στη δε δεύτερη συµπλόκων του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ]. Τα νέα σύµπλοκα είναι κρύσταλλοι ή κρυσταλλικά στερεά, χρώµατος κυανού και σταθερά κατά την παραµονή σε θερµοκρασία περιβάλλοντος. Η µελέτη τους έγινε µε στοιχειακή ανάλυση (C, H,, Cu, Πίνακας 11.1) ενώ η δοµή τους προτείνεται µε βάση τα αποτελέσµατα της υπέρυθρης και ηλεκτρονιακής φασµατοσκοπίας, τα µαγνητικά και τα αγωγιµοµετρικά δεδοµένα. Η στοιχειακή ανάλυση C, H,, Cu συµφωνεί µε την προτεινόµενη στοιχειοµετρία ενώ η ανάλυση ακτίνων-χ του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)Βr 2 (H 2 O)] επιβεβαιώνει την προτεινόµενη δοµή για τα µελετώµενα σύµπλοκα. 141

166 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] Πίνακας Χρώµα, µοριακό βάρος και αναλυτικά δεδοµένα των συµπλόκων του τύπου [Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ] και [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ]. o Σύµπλοκο ΜΒ Χρώµα Στοιχειακή ανάλυση Πειραµ. (θεωρ.) %C %H % %Cu 1. [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] 339,78 Κυανό 24,48 5,79 20,32 18,60 (24,74) (5,64) (20,61) (18,70) 2. [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)] 446,78 Κυανό 19,64 4,62 16,26 14,68 (19,61) (4,67) (16,34) (14,82) 3. [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] 392,78 Κυανό 21,50 4,72 24,72 16,00 (21,40) (4,87) (24,96) (16,17) 4. [Cu(dienSS)(2a2tzn)Cl 2 ] 528,04 Κυανό 38,98 4,31 13,10 12,00 (38,67) (4,39) (13,26) (12,03) 5. [Cu(dienSS)(2a2tzn)Br 2 ] 616,95 Κυανό 31,97 3,56 11,55 10,18 (31,70) (3,53) (11,69) (10,30) 6. [Cu(dienSS)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] 581,15 Κυανό 35,06 3,89 16,85 11,00 (35,13) (3,99) (16,87) (10,93) 7. [Cu(dienOO)(2a2tzn)Cl 2 ] 495,91 Κυανό 40,97 4,68 13,93 11,43 (41,17) (4,67) (14,12) (12,81) 8. [Cu(dienOO)(2a2tzn)Br 2 ] 584,17 Κυανό 35,00 3,88 11,83 10,75 (34,91) (3,96) (11,98) (10,87) 9. [Cu(dienOO)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] 549,02 Πράσινο 37,44 4,12 17,67 11,57 (37,19) (4,22) (17,86) (11,58) 10. [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] 494,05 Ανοιχτό 41,20 5,18 19,70 12,70 πράσινο (41,34) (5,10) (19,85) (12,86) 11. [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 ] 583,05 Πράσινο 34,95 4,31 16,70 10,76 (35,03) (4,32) (16,82) (10,90) 12. [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] 547,05 Κυανό 37,11 4,58 22,95 11,50 (37,32) (4,61) (23,04) (11,62) Φασµατοσκοπικές µελέτες Φάσµατα IR Οι συχνότητες των χαρακτηριστικών κορυφών στα φάσµατα υπερύθρου για τα σύµπλοκα και το ligand δίνονται στον Πίνακα

167 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] Πίνακας Οι συχνότητες (cm -1 ) των χαρακτηριστικών κορυφών των συµπλόκων του τύπου [Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ] και [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ]. o Σύµπλοκο ν(c=) (Schiff) ν(c=) (θειαζoλίνης) ν(νο 3 ) ν(cu-) ν(cu-o) ν(cu-cl) ν(cu-br) 2a2tzn vs vs 1. [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] vs - 534m - 317w 298w 2. [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)] vs - 534m - 319w 1580vs 3. [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] vs 1760w 524m 411m s 1750w 572m,br [Cu(dienSS)(2a2tzn)Cl 2 ] 1620sh 1612vs - 575m - 318w 1585sh 526m 304w 5. [Cu(dienSS)(2a2tzn)Br 2 ] 1620sh 1617vs - 585m - 296w 1585vs 521m 6. [Cu(dienSS)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] 1621vs 1625vs 1760w 584m 435w w 571m 1384vs 526m 7. [Cu(dienOO)(2a2tzn)Cl 2 ] 1636vs 1620sh - 611m - 327w 1588s 596m 305w 1561sh 549m 8. [Cu(dienOO)(2a2tzn)Br 2 ] 1634vs 1584s - 594m - 327w 1464s 514m 9. [Cu(dienOO)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] 1630vs 1642vs 1745w 592m 475m vs 520w 466m 10. [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] 1627vs 1614s - 604w - 325w 560w 310vw 11. [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 ] 1625vs 1583s - 602m - 290w 1427s 519m 12. [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] 1627vs 1591vs 1755w 602m 466w w 1375vs 554m 420w 1437s Στο φάσµα IR της ελεύθερης 2a2tzn υπάρχει µια πολύ ισχυρή κορυφή στα 1643 cm -1, οφειλόµενη στη δόνηση τάσης του δεσµού C= του θειαζολινικού δακτυλίου. Η συγκεκριµένη κορυφή στα φάσµατα των συµπλόκων µετατοπίζεται σε χαµηλότερες συχνότητες κατά 8-31 cm -1 περίπου, επιβεβαιώνοντας τη συναρµογή της 143

168 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] 2a2tzn µε το χαλκό µέσω του ενδοκυκλικού ατόµου αζώτου. Στα φάσµατα των αρχικών ενώσεων του τύπου [Cu(dienXX)Y 2 ] εµφανίζεται µια ταινία στα 1640 cm -1 η οποία και επιβεβαιώνει το σχηµατισµό βάσεων του Schiff. Η ταινία αυτή µετατοπίζεται σε χαµηλότερες συχνότητες κατά 4-15 cm -1 περίπου στα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ], επιβεβαιώνοντας τη συναρµογή της 2a2tzn. Στην περιοχή cm -1 παρουσιάζεται ένα πλήθος ασθενών ταινιών οι οποίες µπορούν να αποδοθούν σε δονήσεις τάσης των δεσµών Cu-, χωρίς όµως να είναι εφικτή η αναλυτικότερη διάκρισή τους. Στην περιοχή του άπω υπερύθρου (FIR) οι ασθενείς ταινίες στην περιοχή cm -1 αποδίδονται στη δόνηση τάσης του δεσµού Cu-Cl για τα χλωροσύµπλοκα, ενώ οι ταινίες στα cm -1 αποδίδονται στη ν(cu-br). Στα σύµπλοκα µε νιτρικά, η ευρεία κορυφή στα 1384 cm -1 και η ασθενής κορυφή στα cm -1 είναι χαρακτηριστικές του µονοδραστικού τρόπου συναρµογής της νιτρικής οµάδας. Στο σχήµα 11.1 δίνεται αντιπροσωπευτικά το φάσµα IR του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ]. 75, ,0 1759,7 716,5 461,7 %T ,5 3236,4 2938,9 1648,1 1586,7 1383,8 1333,6 1138,0 947,6 1006,7 1093,2 1248,0 1024,5 966,4 873,1 920,0 823,2 571,9 670,3 523,5 410, ,1 4000, ,0 cm-1 Σχήµα Φάσµα IR του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ]. Φάσµατα UV-Vis Οι ταινίες των συµπλόκων στην περιοχή του υπεριώδους-ορατού σε διαλύµατα DMSO, H 2 O και σε στερεή κατάσταση δίνονται στον πίνακα 11.3, ενώ στο σχήµα 11.2 δίνονται τα αντιπροσωπευτικά φάσµατα ορατού της ένωσης [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)] σε H 2 O (Α), Νujol (Β) και DMSO (Γ). 144

169 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] Σχήµα Φάσµα Vis του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)] σε Η 2 Ο (Α), ujol (B) και DMSO (Γ). Τα φάσµατα UV-Vis των συµπλόκων σε DMSO δείχνουν µια ταινία στην ορατή περιοχή στα nm, µε µόνη εξαίρεση τα σύµπλοκα [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] και [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 ], τα οποία εµφανίζουν δυσδιάκριτες ταινίες στα 604 και 628 nm αντίστοιχα. Οι ταινίες αυτές, λόγω της θέσης και του χαµηλού µοριακού συντελεστή αποσβέσεώς τους, µπορούν να αποδοθούν σε d-d µεταπτώσεις και είναι χαρακτηριστικές των τετραγωνικών διπυραµιδικών δοµών. Αν ληφθεί υπόψη το γεγονός οτι η µοριακή αγωγιµότητα των συµπλόκων σε διαλύµατα DMSO επιβεβαιώνει την 1:1 ηλεκτρολυτική τους φύση, συµπεραίνεται οτι ένα άτοµο αλογόνου (Cl, Br) αντικαθίσταται από ένα µόριο DMSO, οπότε το χρωµοφόρο µπορεί να περιγραφεί ως Cu 4 YO. Τα φάσµατα υπεριώδους-ορατού των συµπλόκων σε στερεή κατάσταση (πίνακας 11.3) παρουσιάζουν µια ευρεία ταινία στην περιοχή nm. Η σύγκριση του φάσµατος ορατού σε διαλύµατα DMSO και σε στερεή κατάσταση (ujol) δείχνει οτι το λ max εντοπίζεται σχεδόν στην ίδια περιοχή ( nm) οπότε επιβεβαιώνεται οτι τα σύµπλοκα έχουν ίδια δοµή σε διάλυµα και σε στερεή κατάσταση. 145

170 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] Παρότι αναµένεται η εµφάνιση µιας σειράς ταινιών µεταφοράς φορτίου ή των ligands στην υπεριώδη περιοχή, αυτό δε συµβαίνει πιθανόν λόγω επικάλυψής τους από ταινίες του διαλύτη στην ίδια περιοχή. Πίνακας Τα µήκη κύµατος λ (nm) των ηλεκτρονιακών µεταπτώσεων στα φάσµατα UV-Vis, η µοριακή αγωγιµότητα Λµ και η µαγνητική επιδεκτικότητα µ eff των συµπλόκων του τύπου [Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ] και [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ]. o Σύµπλοκο λ(logε) Λ µ µ eff H 2 O DMSO ujol DMSO (BM) (µs cm -1 ) 1. [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] (2,17) ,72 2. [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)] (2,20) ,13 3. [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] (2,00) ,99 4. [Cu(dienSS)(2a2tzn)Cl 2 ] (2,03) ,96 5. [Cu(dienSS)(2a2tzn)Br 2 ] (2,23) ,78 6. [Cu(dienSS)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] (2,20) ,83 7. [Cu(dienOO)(2a2tzn)Cl 2 ] (2,55) ,94 8. [Cu(dienOO)(2a2tzn)Br 2 ] (2,32) ,14 9. [Cu(dienOO)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] (2,28) , [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] sh , [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 ] sh 650sh 40 1, [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] (2,30) 643sh 53 1,89 Αναφορικά µε τα φάσµατα ορατού των συµπλόκων σε νερό, στο οποίο εµφανίζουν χαµηλή διαλυτότητα, παρατηρείται µια ταινία στην περιοχή nm, η οποία εµφανίζει υψιχρωµική µετατόπιση συγκριτικά µε την αντίστοιχη ταινία του κάθε συµπλόκου σε DMSO, πιθανόν λόγω αλλαγής της πολικότητας του διαλύτη. 146

171 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] Μετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας Οι µετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας των συµπλόκων µε 2a2tzn σε διαλύµατα DMSO (πίνακας 11.3) βρίσκονται στην περιοχή µs.cm -1, υποδεικνύοντας έτσι ηλεκτρολυτική συµπεριφορά του τύπου 1:1. Eξαίρεση αποτελούν τα σύµπλοκα µε νιτρικά, τα οποία εµφανίζουν τιµές µοριακής αγωγιµότητας στην περιοχή µs.cm -1. Οι τιµές αυτές είναι χαρακτηριστικές για ηλεκτρολύτες του τύπου 1: Μαγνητικές µετρήσεις Οι τιµές των µαγνητικών µετρήσεων των µελετώµενων συµπλόκων (Πίνακας 11.3) βρέθηκαν στην περιοχή 1,72 2,34 BM. Οι τιµές αυτές είναι χαρακτηριστικές της d 9 ηλεκτρονιακής διαµόρφωσης του Cu II και δείχνουν τη µονοπυρηνική φύση των συµπλόκων Προτεινόµενη δοµή Με βάση τη στοιχειακή ανάλυση, τα φασµατοσκοπικά, αγωγιµοµετρικά και µαγνητικά δεδοµένα, η δοµή που προτείνεται για τα θειαζολινικά σύµπλοκα του τύπου [Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ] είναι η τετραγωνική πυραµιδική, ενώ για αυτά του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ] είναι η τετραγωνική διπυραµιδική. Για την περαιτέρω επιβεβαίωση αυτής της πρότασης, χρησιµοποιήθηκε η κρυσταλλική δοµή του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)] Περιγραφή της κρυσταλλικής δοµής του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)] Η δοµή του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)] όπως προέκυψε από την ανάλυση ακτίνων-χ δίνεται στο σχήµα 11.3 ενώ επιλεγµένα µήκη δεσµών και γωνίες δίνονται στον πίνακα Η δοµή αποτελείται από ευδιάκριτα κατιόντα [Cu(dien)(Br)(2a2tzn)] +, ανιόν Br - και µόριο νερού. Το πολύεδρο συναρµογής γύρω από το χαλκό έχει παραµορφωµένο τετραγωνικό πυραµιδικό σχήµα (4 + 1), όπου τρεις από τις επίπεδες θέσεις καταλαµβάνονται από τρία άτοµα αζώτου της dien, ενώ η τέταρτη θέση καθώς και η πέµπτη, αξονική θέση καταλαµβάνονται από το 4 του θειαζολινικού δακτυλίου και το Br1, προερχόµενο από την ασύµµετρη µονάδα. Τα τέσσερα άτοµα αζώτου της βάσης του συναρµοστικού πολυέδρου του χαλκού είναι σχεδόν 147

172 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] συνεπίπεδα (απόκλιση 0,009 Å) ενώ το επίπεδό τους είναι σχεδόν κανονικό (86,9(3) o ) ως προς το κύριο επίπεδο του θειαζολινικού δακτυλίου. Το άτοµο του χαλκού αποκλίνει σηµαντικά (0,275(3) Å) από το επίπεδο, προς την πλευρά του ατόµου Br1. Το µήκος του δεσµού Cu1 Br1 είναι 2.782(1) Å και εµπίπτει στην αναµενόµενη περιοχή για µήκη δεσµών Cu Br σε αντίστοιχα σύµπλοκα του Cu. 4 Αναφέρεται ενδεικτικά οτι οι σχετικές αποστάσεις σε συγκρίσιµα σύµπλοκα µε βρωµιούχα 5 είναι 2,395(2) Å) και 2,586(1) Å. S1 5 OW C5 Br1 4 C6 C7 Cu1 1 C1 3 2 C2 C4 C3 Br2 Σχήµα Κρυσταλλική δοµή του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)]. Οι γωνίες που σχηµατίζονται από το δεσµό Cu - Br1 και τους τέσσερις δεσµούς Cu του επίπεδου της πυραµίδας βρίσκονται στην περιοχή από 90,0(2) o εως 105,4(2) ο. 6, 7, 8 Τα µήκη δεσµών Cu κυµαίνονται από 2,008(6) Å µέχρι 2,032(3) Å, ενώ και οι δύο γωνίες p Cu s ( p των πρωτοταγών και s των δευτεροταγών αµινοµάδων) είναι µικρότερες από 90 o (1 Cu1 2 = 83,0(1) o και 2 Cu1 3 = 83,8(3) o ). Ωστόσο, η γωνία p Cu p είναι πολύ µικρότερη από την τιµή των 180 o (160,4(3) o ) επιβεβαιώνοντας την ελαφρά τάση της συναρµοσµένης dien. Ο δεσµός Cu (2a2tzn) των 1,996(6) Å αποκλίνει ελαφρά από το µέσο µήκος του δεσµού Cu (dien), το οποίο είναι 2,023(8) Å). Όλα τα µήκη και οι γωνίες δεσµών της 2a2tzn βρίσκονται στην αναµενόµενη περιοχή. 9, 10 Το δεύτερο άτοµο βρωµίου της ασύµµετρης µονάδας (Br2), το οποίο βρίσκεται σε απόσταση 4,694(2) Å από το άτοµο χαλκού, αποτελεί διακριτό ανιόν. 148

173 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] Πίνακας Επιλεγµένα µήκη και γωνίες δεσµών του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)]. εσµός Μήκος δεσµού (Å) εσµός Γωνία δεσµού( ο ) Cu1 1 2,029(7) 1 Cu1 2 83,0(3) Cu1 2 2,008(6) 2 Cu1 3 83,8(3) Cu1 3 2,032(7) 3 Cu1 4 96,1(3) Cu1 4 1,996(6) 4 Cu1 1 92,8(3) Cu1 Br1 2,782(1) 1 Cu ,4(3) C1 1 1,48(1) 2 Cu ,6(3) C1 C2 1,51(1) C5 4 Cu1 131,3(6) C2 2 1,46(1) C7 4 Cu1 116,0(5) C3 2 1,46(1) 4 C5 S1 117,0(7) C3 C4 1,51(1) 4 C ,1(8) C5 4 1,29(1) 5 C5 S1 117,8(6) C5 5 1,33(1) C5 S1 C6 90,6(4) C5 S1 1,749(8) C6 C7 1,48(1) C6 S1 1,78(1) C7 4 1,47(1) Οι µικρότεροι δεσµοί (πλην αυτών µε άτοµα υδρογόνου) του κατιόντος [Cu(dien)(Br)(2a2tzn)] + είναι 3,43(1)Å ( για το δεσµό Br2 5) και 3,28(1 )Å (για το δεσµό Br2 O W ). Όπως φαίνεται στον πίνακα 11.5, οι τρείς διακριτές µονάδες π.χ. του κατιόντος [Cu(dien)(Br)(2a2tzn)] + των ανιόντων Br - και των µορίων νερού διασυνδέονται µε ένα δίκτυο δεσµών υδρογόνου, το οποίο και συµβάλλει στη σταθεροποίηση της κρυσταλλικής δοµής. Οι γωνίες που σχηµατίζονται από το δεσµό Cu-Br1 µε τους τέσσερις δεσµούς Cu- του πυραµιδικού βασικού επιπέδου (4 Cu1 Br1, 1 Cu1 Br1, 2 Cu1 Br1 και 3 Cu1 Br1) βρίσκονται στην περιοχή 90,0-105,4 ο, ενώ η γεωµετρία της dien είναι η αναµενόµενη. 6, 11, 12 Αναφορικά µε το µόριο της 2a2tzn, όλα τα µήκη και οι γωνίες δεσµών βρίσκονται στις αναµενόµενες περιοχές. 13,14 Τα παραπάνω επιβεβαιώνουν την τετραγωνική πυραµιδική δοµή του συµπλόκου [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)], η οποία έχει ήδη προταθεί. 149

174 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] Πίνακας εσµοί υδρογόνου στο σύµπλοκο [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)]. D H A D H H A D A D H A (Å) (Å) (Å) ( o ) 1 - H1C... Br2 0,900 2,604 3,470(7) 161, H1D... OW 0,900 2,051 2,899(12) 156, H2... Br1 0,910 2,695 3,501(6) 148, H2... Br1 0,910 3,002 3,432(10) 110, H3C... Br1 0,900 2,797 3,651(7) 158, H3D... Br2 0,900 2,706 3,606(6) 177, H5A... Br2 0,895 2,573 3,43610) 162, H5B... Br1 0,898 2,437 3,30610) 162, Βιολογικές µελέτες Μελέτες τοξικότητας Οι µελέτες τοξικότητας θεωρήθηκε σκόπιµο να προηγηθούν των αντικαρκινικών µελετών in vivo, καθώς η µελέτη αυτή αποσκοπεί στην εύρεση της ποσότητας της ένωσης η οποία θα χρησιµοποιηθεί για τη µελέτη της αντικαρκινικής δράσης. Η τοξικότητα των συµπλόκων µε 2a2tzn αξιολογήθηκε µε βάση τη θνησιµότητα ποντικών τύπου DBA/2 σε χρονικό διάστηµα 30 ηµερών µε καθηµερινή καταγραφή του αριθµού των θανάτων πειραµατόζωων (πίνακας 11.6). Είναι προφανές οτι οι ενώσεις 1, 2, 10, 11 και 12 είναι 3-8 φορές τοξικότερες από τις υπόλοιπες, καθώς σχετικά χαµηλές συγκεντρώσεις αυτών αρκούν για να θανατώσουν το 10% (LD 10 ) ή το 50% (LD 50 ) των πειραµατόζωων. 150

175 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] Πίνακας Τοξικότητα των συµπλόκων του τύπου [Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ] και [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ] σε ποντικούς DBA/2. o Σύµπλοκο LD 50 (mg.kg -1 πειραµατόζωου)* LD 10 (mg.kg -1 πειραµατόζωου)** 1. [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)] [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] [Cu(dienSS)(2a2tzn)Cl 2 ] -*** - 5. [Cu(dienSS)(2a2tzn)Br 2 ] [Cu(dienSS)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] [Cu(dienOO)(2a2tzn)Cl 2 ] [Cu(dienOO)(2a2tzn)Br 2 ] [Cu(dienOO)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 ] [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] *Μέση θανατηφόρα δόση **Η υψηλότερη µονή δόση που χρησιµοποιήθηκε για έλεγχο χηµειοθεραπείας *** ε µελετήθηκαν λόγω χαµηλής διαλυτότητας σε DMSO Αντικαρκινική δράση Η µελέτη της αντικαρκινικής δράσης έγινε µετά τον έλεγχο της τοξικότητας, προκειµένου να εξαχθούν ασφαλέστερα συµπεράσµατα σχετικά µε τις βέλτιστες ενώσεις, οι οποίες να συνδυάζουν υψηλή αντικαρκινική δράση µε χαµηλή τοξικότητα. Η αντιλευχαιµική δράση των µελετώµενων συµπλόκων δίνεται στον πίνακα Σχεδόν όλες οι ενώσεις που µελετήθηκαν in vivo εµφανίζουν χαµηλότερη δραστικότητα από την ελάχιστη (T/C 125%), όπως αυτή ορίζεται από το ational Cancer Institute. Η µόνη εξαίρεση είναι η ένωση 12, η οποία επιµήκυνε την επιβίωση των ποντικών P

176 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] Πίνακας Αποτελέσµατα αντικαρκινικής δράσης των συµπλόκων [Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ] και [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ]. o Σύµπλοκο Πρόγραµµα όση MST* T/C% δόσης mg/kg (control) 1. [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] day 1 ** 12 10,3(12,0) [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)] day ,8(12,0) [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] day ,9(11,0) [Cu(dienSS)(2a2tzn)Cl 2 ] -*** [Cu(dienSS)(2a2tzn)Br 2 ] [Cu(dienSS)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] day ,8(11,0) [Cu(dienOO)(2a2tzn)Cl 2 ] day ,7(11,0) [Cu(dienOO)(2a2tzn)Br 2 ] day ,7(10,3) [Cu(dienOO)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] day ,0(10,3) [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] day ,3(12,0) [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 ] day ,8(12,0) [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] day ,0(10,3) 126 *MST = µέσος χρόνος επιβίωσης σε µέρες, ** day1=µια µέρα (24 h) µετά την εµφύτευση του όγκου, *** Μη ελεγµένα λόγω χαµηλής διαλυτότητας Αντιφλεγµονώδης δράση Tα αποτελέσµατα της µελέτης αντιφλεγµονώδους δράσης (πίνακας 11.8) δείχνουν οτι δραστικότερες είναι οι ενώσεις 3, 7, 8 και 11. Αντίθετα, η ένωση 4 είναι η λιγότερο δραστική. Προφανώς, η φύση τόσο του ατόµου του ετεροκυκλικού δακτυλίου της βάσης Schiff όσο και του ιόντος αντιστάθµισης επηρεάζει την αντιφλεγµονώδη δράση. Γενικά, η οµάδα των συµπλόκων µε βάση Schiff της φουραλδεΰδης (dienoo, σύµπλοκα 7, 8 και 9) φαίνεται οτι δίνει τα καλύτερα αποτελέσµατα, µεταξύ δε αυτών η φύση του ιόντος αντιστάθµισης (Y = Cl, Br, ΝΟ 3 ) επηρεάζει τη δραστικότητα µόνο στην περίπτωση του συµπλόκου 9, καθώς στα 7 και 8 η δραστικότητα είναι παραπλήσια. Μεταξύ των συµπλόκων µε βάση Schiff της πυρρολαλδεΰδης (dien, σύµπλοκα 10, 11 και 12) το σύµπλοκο 10 είναι και το δραστικότερο, πιθανώς λόγω της παρουσίας του χλωρίου. 152

177 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] Πίνακας Μείωση της φλεγµονής (CPE%) και πειραµατικές τιµές λιποφιλικότητας (R M ) για τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ] και [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ] σε συγκέντρωση 0,01 mmol.kg -1 σωµατικού βάρους. Το φάρµακο αναφοράς (ινδοµεθακίνη) στην ίδια συγκέντρωση προκαλεί 47% αναστολή. o Σύµπλοκο CPE(%) R M 1. [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] 40-0, [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)] 41,5-0, [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] 52,6-0, [Cu(dienSS)(2a2tzn)Cl 2 ] 36,4-0, [Cu(dienSS)(2a2tzn)Br 2 ] 44,1-0, [Cu(dienSS)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] 49,4-0, [Cu(dienOO)(2a2tzn)Cl 2 ] 55,8-0, [Cu(dienOO)(2a2tzn)Br 2 ] 54,5-0, [Cu(dienOO)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] 38,9-0, [Cu(dien)(2a2tzn)Cl 2 ] 38,5-0, [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 ] 51,6-0, [Cu(dien)(2a2tzn)(O 3 ) 2 ] 48,9-0,382 Ωστόσο, στην περίπτωση των συµπλόκων µε βάση Schiff της θειοφαιναλδεΰδης (dienss, σύµπλοκα 4, 5 και 6) η αντιφλεγµονώδης δράση είναι γενικά χαµηλή, µε µόνη εξαίρεση το νιτρικό σύµπλοκο 6. Συµπερασµατικά, οι ενώσεις 7 και 8 µπορούν να χρησιµεύσουν ως οδηγοί ενώσεις Αντιφυµατική δράση Προκειµένου να αξιολογηθεί η αντιφυµατική δράση των συµπλόκων µε 2a2tzn, µελετήθηκε αντιπροσωπευτικά η ένωση [Cu(dien)(2a2tzn)Br 2 (H 2 O)]. Ενώ το ligand 2a2tzn εµφανίζει 1% αναστολή της ανάπτυξης του Mycobacterium Tuberculosis σε συγκέντρωση 6,25 µg/ml, στο σύµπλοκο η αντίστοιχη δραστικότητα στην ίδια συγκέντρωση αυξάνεται σε 17%. Ωστόσο, αυτό δε θεωρείται δραστικό 153

178 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] κατά της φυµατίωσης, σύµφωνα µε τα κριτήρια του TAACF, τα οποία απαιτούν αναστολή τουλάχιστον 90%, προκειµένου να συνεχιστούν οι µελέτες Αντιοξειδωτική δράση Από τη µελέτη της αντιοξειδωτικής δράσης των συµπλόκων του τύπου [Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ] και [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ] βρέθηκε οτι, οι ενώσεις 1, 2, 3, 7, 8, 9 και 12 εµφανίζουν χαµηλή δραστικότητα ενώ οι ενώσεις 4, 5, 9 και 10 υψηλή. Η ένωση 11 εµφανίζει τη µέγιστη δραστικότητα. Ωστόσο, τα συγκεκριµένα αποτελέσµατα δε µπορούν να συσχετιστούν µε τη λιποφιλικότητα των συµπλόκων ενώσεων Συσχέτιση δοµής-βιοδραστικότητας Από την αξιολόγηση των αποτελεσµάτων της αντικαρκινικής µελέτης προέκυψαν τα εξής συµπεράσµατα: Η φύση του ετεροκυκλικού ατόµου των διβάσεων του Schiff (οξυγόνο, θείο, άζωτο) επηρεάζει τη δραστικότητα των υποκατεστηµένων συµπλόκων. Η µεγαλύτερη δραστικότητα εµφανίζεται στα σύµπλοκα µε πυρρολαλδεΰδη, ίσως λόγω του σχηµατισµού δεσµών υδρογόνου µεταξύ του ενδοκυκλικού Ν- Η και των ατόµων αζώτου των συστατικών του DA. Η φύση του ιόντος αντιστάθµισης (Cl -, Br -, O - 3 ) επηρεάζει τη δραστικότητα των αντίστοιχων συµπλόκων, καθώς τα ιόντα αυτά µπορούν να θεωρηθούν αποχωρούσες οµάδες. Γενικά, τα σύµπλοκα µε νιτρικά είναι δραστικότερα αυτών µε βρωµιούχα ενώ τελευταία σε δραστικότητα είναι τα χλωριούχα. Έτσι, η ευκολία αποχώρησης αυτών διευκολύνει τη δέσµευση µε DA και πρωτεΐνες. Ο ιδανικός συνδυασµός της χαµηλής τοξικότητας και της υψηλής αντικαρκινικής δράσης επιτυγχάνεται µόνο από την ένωση 12 και, σε µικρότερο βαθµό, από την ένωση 7. Συνεπώς, η ένωση 12 µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως «οδηγός ένωση» για µελλοντικές δοµικές τροποποιήσεις, έτσι ώστε να συντεθούν παράγωγα µε την επιθυµητή βιολογική δράση αλλά µειωµένη τοξικότητα. 154

179 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] 11.5 Συµπεράσµατα Τα παρασκευασθέντα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ] και [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ] έχουν δοµή παραµορφωµένη τετραγωνική πυραµιδική, µε τη dien να συναρµόζεται τριδραστικά και τη σφαίρα συναρµογής να συµπληρώνεται από ένα άτοµο Υ και το άτοµο αζώτου της 2a2tzn. Τα σύµπλοκα αυτά είναι 1:1 ηλεκτρολύτες, παραµαγνητικά και µονοµερή. Η αντικαρκινική, αντιφλεγµονώδης και αντιοξειδωτική τους δράση ποικίλλει και εξαρτάται από το είδος του ετεροατόµου της βάσης Schiff και το είδος του ατόµου Υ. 155

180 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2] Bιβλιογραφία 1 C.A. Bolos, G.St. ikolov, L. Ekateriniadou, A. Kortsaris, D.A. Kyriakidis, Metal- Based Drugs, 1998, 5(6), M.J. Bew, B.J. Hathaway, R.J. Fereday, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1972, F. Curtis, H.K.J. Powell, J. Chem. Soc. A, 1968, Α.G. Orpen, L. Brammer, F.H. Allen, O. Kennard, D.G. Watson, R. Taylor, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1989, S1-S83 5 J.C.A. Boeyens, S.M. Dobson, R.C.M. Mboweni, Acta Crystallogr. C, 1991, C.A. Bolos, P.C. Christidis, S.T. Triantafyllou, Polyhedron, 1998, 17, F.-M. je, Z.-M. Wang, Y.-M. Li, Y.-F. Zhao, C.-H. Yan, Acta Crystallogr. C 54, 1998, Y. Zhang, P. Zhang, J. Li, M. ishiura, J. Mol. Struct., 2001, 570, Μ. Kubiak, T. Glowiak, Acta Crystallogr. C 40, 1984, V. Fernandez, M. Moran, J.C. Doadrio, E. Conradi, W. Willing, U. Muller, Z. aturforsch. B: Chem. Sci., 1987, 42, F.-M. je, Z.-M. Wang, Y.-M. Li, Y.-F. Zhao, C.-H. Yan, Acta Crystallogr. C 54, 1998, Y. Zhang, P. Zhang, J. Li, M. ishiura, J. Mol. Struct., 2001, 570, Μ. Κubiak, T. Glowiak, Acta Crystallogr. C 40, 1984, V. Fernandez, M. Moran, J.C. Doadrio, E. Conradi, W. Willing, U. Muller, Z. aturforsch B: Chem. Sci. 1987, 42,

181 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II 12. ΜΟΝΟΠΥΡΗΝΙΚΑ ΚΑΙ ΙΠΥΡΗΝΙΚΑ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Cu II ME DIE Ή DPTA, ΤΡΙ-(YZ 2 - ) ΚΑΙ ΤΕΤΡΑ-(Y 2 Z 2 2- ) ΑΛΟΓΟΝΟΥΧΑ ΙΟΝΤΑ 12.1 Σκοπός Ο σχεδιασµός και η σύνθεση των πολυαλογονούχων συµπλόκων του Cu II έγινε µε σκοπό τη µελέτη της δοµής και της βιολογικής τους δράσης. Με δεδοµένη την οξειδωτική δράση των τριαλογονούχων συµπλόκων, θεωρήθηκε σκόπιµη η µελέτη και της αντιφυµατικής τους δράσης Σύνθεση Σύνθεση των µητρικών ενώσεων Oι ενώσεις [Cu(dpta)Br 2 ] και [Cu(dpta)Cl 2 ] παρασκευάστηκαν ως εξής: Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dpta)Br 2 ] Σε 30 ml µεθανολικού διαλύµατος 2,230 g (10 mmol) CuBr 2 προστίθενται κατά σταγόνες 1,410 ml dpta διαλυµένα σε 10 ml MeOH. Μετά από έντονη ανάδευση για 20 λεπτά, σχηµατίζεται κυανό ίζηµα το οποίο αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται µε αιθέρα και ξηραίνεται υπό κενό. Βάρος: 2,163 g, Απόδοση: 61%. Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dpta)Cl 2 ] Το σύµπλοκο [Cu(dpta)Cl 2 ] παρασκευάζεται µε ανάµειξη ισοµοριακών ποσοτήτων (10 mmol) CuCl 2.H 2 O και dpta σε MeOH (20 ml). Επειδή αυτό δε µπορεί να αποµονωθεί λόγω της µεγάλης του διαλυτότητας στη ΜeΟΗ, το τριαλογονούχο σύµπλοκο [Cu(dpta)Cl](ClBr 2 ) και το τετραλογονούχο [Cu(dpta)Cl] 2 (Cl 2 I 2 ), παρασκευάσθηκαν in situ µε τις διαδοχικές αντιδράσεις που περιγράφονται παρακάτω Σύνθεση των τρι- και τετραλογονούχων συµπλόκων Τα νέα χηλικά σύµπλοκα του Cu(ΙΙ), τριαλογονούχα ή τετραλογονούχα παρασκευάζονται µε βάση την αντίδραση [Cu(dien)X 2 ] ή [Cu(dpta)X 2 ] (X = Cl, Br) µε Br 2 ή I 2 σε αναλογία 1:1 ή 2:1, οι οποίες οδηγούν στο σχηµατισµό οµοατοµικών ή µικτών µονοπυρηνικών τριαλογονούχων ή µικτών διπυρηνικών τετραλογονούχων 157

182 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II συµπλόκων, αντίστοιχα. Οι αντιδράσεις αυτές έγιναν σε µεθανόλη, τον καταλληλότερο από όλους τους διαλύτες για το συγκεκριµένο σκοπό, επειδή οι αρχικές ενώσεις [Cu(dien)X 2 ] και [Cu(dpta)X 2 ] διίστανται σε δύο ιόντα, σε µεθανολικά διαλύµατα: [Cu(dien)X 2 ] [CudienX] + + X -, [Cu(dpta)X 2 ] [CudptaX] + + X - Ένα από τα παραπάνω ιόντα (X - ) δρα ως πυρηνόφιλο ενεργό κέντρο, οπότε ικανοποιείται ένα από τα απαραίτητα κριτήρια 2 εκτέλεσης τέτοιου είδους αντιδράσεων: Χ Υ 2 ΧΥ 2 (Χ=Cl, Br και Y=Br, I) Για τη σύνθεση τρι- και τετραλογονούχων συµπλόκων ακολουθήθηκαν οι γενικές αντιδράσεις που περιγράφονται από τις παρακάτω χηµικές εξισώσεις, σε αναλογία αρχικών ενώσεων : µοριακών αλογόνων 1:1 και 2:1, αντιστοίχως. [Cu(dien)X 2 ] + Y 2 [Cu(dien)(X)(XY 2 )] [Cu(dpta)X 2 ] + Y 2 [Cu(dpta)(X)(XY 2 )] 2[Cu(dien)X 2 ] + Y 2 [Cudien)(X)] 2 (X 2 Y 2 ) 2[Cu(dpta)X 2 ] + Y 2 [Cu(dpta)(X)] 2 (X 2 Y 2 ) X = Cl, Br και Y = Br, I Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )] (1) Σε µεθανολικό αιώρηµα (30 ml) 1,775 g (5 mmol) [Cu(dpta)Br 2 ] προστίθεται κατά σταγόνες µεθανολικό διάλυµα (20 ml) 1,270 g (5 mmol) I 2. Στο προκύπτον, σκούρο πράσινο διάλυµα προστίθενται 10 ml αιθέρα και αυτό αφήνεται σε χαµηλή θερµοκρασία (4 o C) για 24 ώρες, οπότε παρατηρείται ο σχηµατισµός σκούρων πράσινων κρυστάλλων, κατάλληλων για ανάλυση ακτίνων-χ. Η παραλαβή κρυσταλλικού προϊόντος συνεχίστηκε µε παραµονή των εκάστοτε διηθηµάτων σε χαµηλή θερµοκρασία. Οι κρύσταλλοι αποµονώθηκαν µε διήθηση και ξηράνθηκαν στον αέρα. Βάρος: 1,004 g, Απόδοση: 33% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dpta)(Cl)] 2 (Cl 2 I 2 ) (2) 1,410 ml (10 mmol) dpta προστίθεται σε διάλυµα 1,710 g (10 mmol) CuCl 2.2H 2 O σε 20 ml MeOH. Στο προκύπτον κυανό διάλυµα προστίθενται 1,270 g (5 mmol) Ι 2 σε 158

183 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II 20 ml MeOH. Μετά από ανάδευση µιας ώρας, το πράσινο διάλυµα αφήνεται και κατόπιν προστίθενται σε αυτό 10 ml αιθέρα. Μετά από ωριαία παραµονή σε χαµηλή θερµοκρασία, σχηµατίζεται σκούρο πράσινο µικροκρυσταλλικό προϊόν, το οποίο αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται δύο φορές µε δόσεις αιθέρα των 5 ml και ξηραίνεται υπό κενό. Βάρος: 2,200 g, Απόδοση: 57% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dpta)(Cl)(ClBr 2 )] (3) Σε µεθανολικό διάλυµα (20 ml) 1,710 g (10 mmol) CuCl 2.2H 2 O προστίθενται 1,410 ml (10 mmol) dpta διαλυµένα σε 10 ml MeOH. Στο προκύπτον κυανό διάλυµα προστίθενται 0,55 ml (10 mmol) Br 2 σε 10 ml ΜeOH. Μετά από παραµονή µιας ώρας στο περιβάλλον, στο σκούρο καστανό διάλυµα προστίθενται 5 ml αιθέρα οπότε καταβυθίζεται καστανοκόκκινο στερεό το οποίο παραλαµβάνεται µε διήθηση και ξηραίνεται στον αέρα. Βάρος: 1,191 g, Απόδοση: 33% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dien)(Cl)] 2 (Cl 2 Br 2 ) (4) 4,71 g (20 mmol) [Cu(dien)Cl 2 ] διαλύονται σε περίπου 30 ml µεθανόλης και στη συνέχεια προστίθεται κατά σταγόνες διάλυµα 0,55 ml (10 mmol) Br 2 σε 10 ml MeOH µε συνεχή ανάδευση. Με την προσθήκη του Br 2 το κυανό χρώµα του διαλύµατος µετατρέπεται σε πράσινο και στη συνέχεια καταβυθίζεται στερεό το οποίο παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται διαδοχικά µε αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό. Βάρος: 4,48 g, Απόδοση: 71% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dien)(Br)(Br 3 )] (5) Μεθανολικό διάλυµα (περίπου 10 ml) 0,110 ml (2 mmol) Br 2 προστίθεται σε άλλο µεθανολικό αιώρηµα (περίπου 20 ml) 0,650 g (2 mmol) [Cu(dien)Br 2 ]. Κατά την προσθήκη, το κυανό χρώµα του στερεού µετατρέπεται σε πράσινο. Μετά από ηµίωρη ανάδευση το σχηµατισθέν πράσινο στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται διαδοχικά µε αιθέρα και ξηραίνεται υπό κενό. Βάρος: 0,270 g, Απόδοση: 28% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 4 ) (6) Μεθανολικό διάλυµα (περίπου 20 ml) 0,55 ml (10 mmol) Br 2 προστίθεται σε µεθανολικό αιώρηµα (20 ml) 6,50 g (20 mmol) [Cu(dien)Br 2 ]. Κατά την προσθήκη, το κυανό στερεό µετατρέπεται σε σκούρο πράσινο. Μετά από ηµίωρη ανάδευση το 159

184 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II σχηµατισθέν στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται διαδοχικά µε αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό. Βάρος: 4,630 g, Απόδοση: 57% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 2 I 2 ) (7) Μεθανολικό διάλυµα (περίπου 20 ml) 0,254 g (1 mmol) I 2 προστίθεται σε µεθανολικό αιώρηµα (20 ml) 0,650 g (2 mmol) [Cu(dien)Br 2 ]. Κατά την προσθήκη, το κυανό στερεό µετατρέπεται σε καστανό. Μετά από ηµίωρη ανάδευση το σχηµατισθέν στερεό αποµονώνεται µε διήθηση, πλένεται διαδοχικά µε αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό. Βάρος: 0,798 g, Απόδοση: 88% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dien)I 2 ] Σε επανειληµένες προσπάθειες παρασκευής του συµπλόκου [Cu(dien)Cl](ClI 2 ) οι µελέτες έδειξαν ότι αποµονώθηκε το σύµπλοκο [Cu(dien)I 2 ], το οποίο ήδη έχει µελετηθεί Ανάλυση αποτελεσµάτων Τα νέα πολυαλογονούχα σύµπλοκα είναι κρυσταλλικά ή µικροκρυσταλλικά, έντονα χρωµατισµένα και σταθερά σε ξηρό περιβάλλον.. Εξαίρεση αποτελούν τα σύµπλοκα µε Ι 2 στα οποία µε την πάροδο του χρόνο παρατηρείται βραδεία εξάχνωση. Τα πολυαλογονούχα σύµπλοκα χαρακτηρίστηκαν µε στοιχειακή ανάλυση (C, H,, Cu, Πίνακας 12.1) η οποία επιβεβαιώνει την αναµενόµενη (µε βάση την αναλογία των αντιδρώντων) στοιχειοµετρία και άρα αποτελεί µια ένδειξη για τη διάκριση µεταξύ των µονοπυρηνικών και των διπυρηνικών ειδών. Η πιθανή δοµή των νέων συµπλόκων προτείνεται µε βάση τα αποτελέσµατα των φασµατοσκοπικών µελετών (υπερύθρου και ηλεκτρονιακής), καθώς και των µαγνητικών µετρήσεων και των µετρήσεων µοριακής αγωγιµότητας. Η ανάλυση ακτίνων-χ του συµπλόκου [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )] υποστηρίζει την προτεινόµενη δοµή και για τα υπόλοιπα µονοπυρηνικά τριαλογονούχα σύµπλοκα. 160

185 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II Πίνακας Χρώµα, µοριακό βάρος και αναλυτικά δεδοµένα των πολυαλογονούχων συµπλόκων του Cu II. o Σύµπλοκο M.Β. Χρώµα Στοιχειακή ανάλυση Πειραµ. (θεωρ.) C% H% % Cu% 1. [Cudpta(Br)(BrI 2 )] 608,38 πράσινο 12,00 (11,84) 2,83 (2,82) 6,96 (6,91) 10,25 (10,44) 2. [Cu(dpta)(Cl)] 2 (Cl 2 I 2 ) 785,15 πράσινο 18,69 (18,36) 4,40 (4,36) 10,56 (10,70) 16,01 (16,19) 3. [Cu(dpta)(Cl)(ClBr 2 )] 425,48 καστανοκόκκινο 17,10 (16,94) 4,11 (4,03) 9,85 (9,88) 14,80 (14,93) 4. [Cu(dien)(Cl)] 2 (Cl 2 Br 2 ) 635,04 πράσινο 15,23 (15,13) 4,20 (4,13) 13,36 (13,23) 19,85 (20,01) 5. [Cu(dien)(Br)(Br 3 )] 486,33 πράσινο 9,78 (9,88) 2,56 (2,68) 8,57 (8,64) 13,20 (13,06) 6. [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 4 ) 812,85 σκούρο πράσινο 11,76 3,32 10,29 (15,49) (11,82) 7. [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 2 I 2 ) 906,85 µαύρο 10,68 (10,60) (3,22) 2,97 (2,89) (10,34) 9,33 (9,27) (15,63) 14,10 (14,01) Φασµατοσκοπικές µελέτες Φάσµατα IR Οι συχνότητες των χαρακτηριστικών κορυφών στην περιοχή του IR δίνονται στον Πίνακα 12.2, ενώ στα σχήµατα 12.2 και 12.3 δίνονται τα φάσµατα IR δύο αντιπροσωπευτικών συµπλόκων (ενός µονοπυρηνικού και ενός διπυρηνικού) για σύγκριση. Στα φάσµατα των τρι- και τετραλογονούχων συµπλόκων εµφανίζονται ταινίες στις περιοχές , και cm -1, οι οποίες οφείλονται στις ν as (-H), ν s (-H) και ν sec (Ν-H) αντίστοιχα και επιβεβαιώνουν τον τριδραστικό 2,3 τρόπο συναρµογής των τριαµινών (dien, dpta) µε το άτοµο Cu II. Μάλιστα, οι συγκεκριµένες ταινίες βρίσκονται µετατοπισµένες υψηλότερα κατά 3 70 cm -1 περίπου, συγκριτικά µε τις αντίστοιχες ταινίες των µητρικών αλογονοσυµπλόκων. Oι µετατοπίσεις αυτές µπορούν να αποδοθούν στην επαγωγική δράση των τριαλογονούχων και τετραλογονούχων οµάδων, οι οποίες προκαλούν αύξηση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας στο άτοµο του Cu II, το οποίο µε τη σειρά του µοιράζεται την πλεονάζουσα ηλεκτρονιακή πυκνότητα µε τα τρία άτοµα αζώτου των ligands dien ή dpta στα σύµπλοκά τους. Αυτή η ενίσχυση αντικατοπτρίζεται στην αυξηµένη 161

186 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II βασικότητα του ατόµου του αζώτου, η οποία οδηγεί σε µικρότερο µήκος δεσµού Ν Η (και εποµένως ισχυρότερο δεσµό Ν Η). Πίνακας Οι συχνότητες (cm -1 ) των χαρακτηριστικών κορυφών των πολυαλογονούχων συµπλόκων. o Σ ύ µ π λ ο κ ο ν as (-H) ν s (-H) ν sec (-H) ν(cu-) ν(cu-x τελ ) ν(cu-x αξον ) 1. [Cudpta(Br)(BrI 2 )] 3277s 3203vs 3126vs 504m 223w 252w 2. [Cu(dpta)(Cl)] 2 (Cl 2 I 2 ) 3250vs 3207vs 3130vs 506m 255w 338w 3. [Cu(dpta)(Cl)(ClBr 2 )] 3260vs 3205vs 3113vs 511w 326w 383w 4. [Cu(dien)(Cl)] 2 (Cl 2 Br 2 ) 3300vs 3244vs 3169vs 516w 311w 383w 5. [Cu(dien)(Br)(Br 3 )] 3290vs 3230vs 3157vs 523w 315w 336w 6. [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 4 ) 3300vs 3235vs 3125s 518w 246w 253w ν(x-y) ν(y-y) 173m 158m w-br 188m 170m w-br 176m 143m w-br 7. [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 2 I 2 ) 3286s 3233vs 3161vs 516w 238w w-br 84, ,8 1364,2 1137,7 1455,9 1310,3 1287,3 1252,4 1051,6 999,1 914,0 832,0 868,0 898,4 630,3 517,5 447,9 387,9 313,2 956,2 40 %T 3467, ,2 2942,2 1573,5 1027, ,4 3235,0 1082,4 0-4,9 4000, ,0 cm-1 Σχήµα Φάσµα IR του συµπλόκου [Cu(dien)(Br)(Br 3 )]. 162

187 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II Οι κορυφές στα cm -1 και cm -1 είναι χαρακτηριστικές των αλογονούχων συµπλόκων του χαλκού και αποδίδονται στις ν(cu Cl) και ν(cu Br) των αξονικών δεσµών Cu-Cl και Cu-Br αντιστοίχως. 4 Οι ταινίες σε υψηλότερους κυµαταριθµούς στα και cm -1 αποδίδονται στις ν(cu-cl) και ν(cu- Br) των ατόµων χλωρίου και βρωµίου του επιπέδου βάσης, των οποίων τα µήκη δεσµού είναι µικρότερα απ ότι τα αντίστοιχα για τους αξονικούς δεσµούς. 5 Οι προσφορότερες µέθοδοι για τη µελέτη των τρι-και τετραλογονούχων δοµών είναι η ανάλυση ακτίνων-χ, η φασµατοσκοπία Raman και λιγότερο η φασµατοσκοπία FIR. Η τελευταία, σε συνδυασµό µε τα αποτελέσµατα της µελέτης ακτίνων-χ και τη σχετική βιβλιογραφία, χρησιµοποιήθηκε για την εξαγωγή χρήσιµων συµπερασµάτων σχετικά µε τη δοµή των τρι- και τετραλογονούχων οµάδων και τον τρόπο συναρµογής τους. 80, ,8 951,5 1080,8 803,4 764,4 631,9 522,8 456, ,8 1478,1 1022,5 %T , ,8 3436,5 2851, ,0 59,8 4000, ,0 cm-1 Σχήµα Φάσµα IR του συµπλόκου [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 4 ). Τα φάσµατα FIR των µελετώµενων συµπλόκων µπορούν να ταξινοµηθούν σε δύο κατηγορίες: πρώτον, στα φάσµατα των αναµενόµενων µε βάση την 1:1 στοιχειοµετρία της αντίδρασης παρασκευής - µονοπυρηνικών, όπου παρουσιάζονται οξείες κορυφές και δεύτερον στα φάσµατα των αναµενόµενων διπυρηνικών όπου και παρουσιάζονται ευρείες ταινίες. Τα µονοπυρηνικά σύµπλοκα είναι ενεργά στο υπέρυθρο καθώς εµφανίζουν διπολική ροπή, η οποία αναπτύσσεται µεταξύ των ατόµων των οµοατοµικών και µικτών πολυαλογονούχων oµάδων και εµφανίζουν δύο ισχυρές ταινίες στην περιοχή FIR, οι οποίες εντοπίζονται στα 158 και 188 cm -1. Η 163

188 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II πρώτη θα µπορούσε να αποδοθεί στις ν(br-ι), ν(cl-ι) ή ν(cl-br) ενώ η άλλη στις ν(i- Ι), ν(br-br). Από την άλλη πλευρά, στα διπυρηνικά σύµπλοκα, δηλαδή σε όσα περιέχουν τη διπλά αρνητική τετραλογονούχο οµάδα, η ηλεκτρονιακή πυκνότητα των δύο βρωµιούχων ή χλωριούχων ανιόντων µετατοπίζεται προς τα αντιδεσµικά τροχιακά του I 2 και του Br 2 (σχήµα 2-25) οπότε επιµηκύνονται και εξασθενίζουν οι δεσµοί I-I ή Br-Br στις οµάδες Cl-I-I-Cl, Br-I-I-Br και Cl-Br-Br-Cl. Η συγκεκριµένη τάση των διπλά αρνητικά φορτισµένων ( 2- ) τετραλογονούχων οµάδων µακράς γέφυρας αντικατοπτρίζεται στην αδράνειά τους στο φάσµα υπερύθρου, όπου παρουσιάζουν πολύ ευρεία κορυφή ασθενούς εντάσεως στην περιοχή cm - 1. Αυτή η ταινία θα πρέπει να συσχετισθεί επίσης µε τη σχεδόν γραµµική συµµετρική δοµή των τετραλογονούχων οµάδων (X-Y-Y-X) η οποία οδηγεί στην εµφάνιση χαµηλής τιµής διπολικής ροπής (0,018 D) στις οµάδες αυτές. H διπολική ροπή που υπολογίστηκε θεωρητικά στα αντίστοιχα ασύµµετρα τριαλογονούχα ιόντα (Χ-Υ-Υ) έχει τιµή 0,927 D (σχήµα 12.4). Τριαλογονούχο ιόν 0,927 D Τετραλογονούχο ιόν 0,018 D (Α) (Β) - Σχήµα 12.4 οµές ισορροπίας των πολυαλογονούχων ιόντων: (Α) BrI 2 υπολογισµένες στο επίπεδο PM3. (B) Br 2 I 2 2- Φάσµατα UV-Vis Τα φάσµατα των νέων πολυαλογονούχων συµπλόκων ελήφθησαν σε στερεή κατάσταση (ujol) και σε διάλυµα DMF και MeC (πίνακας 12.3, σχήµα 12.5). Όλα τα πολυαλογονούχα σύµπλοκα ανεξάρτητα από το διαλύτη, παρουσιάζουν µια ταινία στην ορατή περιοχή και δύο ή περισσότερες στην υπεριώδη (Πίνακας 12.3) τόσο σε στερεή κατάσταση όσο και σε διάλυµα. Στην ορατή περιοχή, τα σύµπλοκα σε DMF και σε MeC εµφανίζουν µια ευρεία ταινία στην περιοχή nm και nm αντίστοιχα, ενώ σε ujol η συγκεκριµένη ταινία εµφανίζεται σε χαµηλότερες ενέργειες. 164

189 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II Πίνακας Τα µήκη κύµατος λ (nm) των ηλεκτρονιακών µεταπτώσεων στα φάσµατα UV-Vis, η µοριακή αγωγιµότητα Λµ και η µαγνητική επιδεκτικότητα µ eff των πολυαλογονούχων συµπλόκων του Cu II. λ(logε) o Σύµπλοκο ujol DMF MeC 1. [Cu(dpta)(Br)(Br 3 )] (2,42) 700(2,52) 277(4,29) 2. [Cu(dpta)(Br)] 2 (Br 4 ) sh [Cu(dpta)(Br)] 2 (Br 2 I 2 ) sh 461sh [Cu(dien)(Br)(Br 3 )] 684sh sh 5. [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 4 ) sh 720(1,97) 921sh 434sh 683(2,01) 902(1,92) 6. [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 2 I 2 ) - 598(2,55) 941(2,12) 7. [Cu(dien)(Br)(Br 3 )] sh (2,21) sh (2,46) Λµ DMF (µs.cm -1 ) µ eff (BM) 68 1, , , , , , ,99 Οι ταινίες αυτές, µε βάση τη θέση τους στην ορατή περιοχή και την έντασή 2 τους θα µπορούσαν να αποδοθούν σε d-d µεταπτώσεις (πιθανόν d 2 x -y d 2 z ) και είναι χαρακτηριστικές τετραγωνικών πυραµιδικών γεωµετριών 6, µονο- ή διπυρηνικών συµπλόκων. Οι ταινίες αυτές σε ujol εµφανίζονται σε µικρότερα µήκη κύµατος συγκριτικά µε αυτές σε DMF και MeC. Η εµφάνιση µικρού αριθµού ταινιών και µεγάλου αριθµού αλλαγών κλίσεως ενδεχοµένως οφείλεται στην αλληλεπικάλυψη βασικών ταινιών. 165

190 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II Σχήµα Φάσµατα Vis των συµπλόκων [Cu(dien)(Br)(Br 3 )] (Α) και [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 4 ) (Β) σε DMF. Φάσµα EPR Τα φάσµατα EPR των αντιπροσωπευτικών ενώσεων [Cu(dien)(Br)] 2 (BrBr 3 ) και [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 2 I 2 ) (σχήµα 12.6) χαρακτηρίζονται από ένα σήµα σε τιµή g = 2 περίπου και από ένα ασθενέστερο σήµα στα g = 4 περίπου. Το πρώτο από τα παραπάνω σήµατα είναι ηµιαπαγορευµένο 7, δείχνοντας έτσι την παρουσία των αλληλεπιδρώντων παραµαγνητικών κέντρων Cu II και άρα την παρουσία διπυρηνικών συµπλόκων Cu II. Η συγκεκριµένη φασµατοσκοπική εικόνα 8, 9, 10 έχει αναφερθεί και για άλλα διπυρηνικά σύµπλοκα Cu II. g = 4 dx"/dh (arb. un. ) x 8 x 8 g = 2 (A) (B) Magn. Field (Gauss) Σχήµα Φάσµα EPR των συµπλόκων [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 4 ) (Α) και [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 2 I 2 ) (Β). 166

191 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II Μετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας Οι µετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας (Πίνακας 12.3) σε διαλύµατα DMF ( µs.cm -1 ) υποδεικνύουν τον 1:1 ηλεκτρολυτικό χαρακτήρα των µονοπυρηνικών συµπλόκων. 11 Όσον αφορά τα διπυρηνικά σύµπλοκα, οι τιµές Λµ είναι υψηλότερες ( µs.cm -1 ) συγκριτικά µε αυτές των µονοπυρηνικών ειδών και δείχνουν τη 2:1 ηλεκτρολυτική τους συµπεριφορά Μαγνητικές µετρήσεις Τόσο οι µονοπυρηνικές όσο και οι διπυρηνικές δοµές των πολυαλογονούχων συµπλόκων παρουσιάζουν τιµές µ eff χαρακτηριστικές των d 9 ηλεκτρονιακών διαµορφώσεων (Πίνακας 12.3). Οι τιµές των µαγνητικών µετρήσεων για τα σύµπλοκα 1, 3 και 5 βρίσκονται στην περιοχή 1,65 2,19 ΒΜ, γεγονός που δείχνει οτι τα σύµπλοκα αυτά είναι µονοπυρηνικά. Τα διπυρηνικά σύµπλοκα 4, 6 και 7, εµφανίζουν τιµές µ eff που βρίσκονται κοντά στο ανώτερο όριο (2,20 ΒΜ) της αναµενόµενης περιοχής για διπυρηνικές δοµές. Το γεγονός αυτό οφείλεται στην απουσία µαγνητικών αλληλεπιδράσεων µεταξύ των δύο ατόµων Cu, είτε λόγω της µεγάλης απόστασης απευθείας µεταξύ τους είτε λόγω του µεγάλου µήκους και της µη γραµµικότητας της γέφυρας που τα συνδέει. Στο διπυρηνικό σύµπλοκο 2, η τιµή µ eff = 1,36 ΒΜ, δείχνει την πιθανή ύπαρξη µαγνητικών αλληλεπιδράσεων οι οποίες µπορεί να οφείλονται στην απόλυτη γραµµικότητα της γέφυρας Cl-Ι-Ι-Cl. Τα παραπάνω ενισχύονται από τους θεωρητικούς υπολογισµούς για τις πυκνότητες spin των συµπλόκων [Cu(dpta)(Cl)] 2 (Cl 2 I 2 ) και [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 2 I 2 ), τα οποία προβλέπεται να έχουν γραµµική και κεκαµµένη γέφυρα, αντίστοιχα (σχήµα 12.7) (Α) (Β) Σχήµα Πυκνότητες spin για τα διπυρηνικά σύµπλοκα [Cu(dpta)(Cl)] 2 (Cl 2 I 2 ) (Α) και [Cu(dien)(Br)] 2 (Br 2 I 2 ) (Β). 167

192 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II Προτεινόµενη δοµή Τα φασµατοσκοπικά, µαγνητικά και αγωγιµοµετρικά δεδοµένα οδηγούν στην πρόταση της τετραγωνικής πυραµιδικής δοµής για τα τρι- και τετραλογονούχα σύµπλοκα του Cu II. Η πρόταση αυτή ενισχύεται και από τα αποτελέσµατα της κρυσταλλικής δοµής του συµπλόκου [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )] Περιγραφή της κρυσταλλικής δοµής του συµπλόκου [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )] Στο σχήµα 12.8 δίνεται η κρυσταλλική δοµή του συµπλόκου [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )], µε τη σχετική αρίθµηση των ατόµων. Επιλεγµένα µήκη και γωνίες δεσµών για το µελετώµενο σύµπλοκο δίνονται στους πίνακες 12.4 και Σχήµα Κρυσταλλική δοµή του συµπλόκου [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )]. Οι κρύσταλλοι του συµπλόκου παρουσιάζουν διδυµία (υψηλή ενεργειακή κατάσταση), ωστόσο οι δοµικές τους διαφορές είναι αµελητέες. Το άτοµο Cu II συναρµόζεται από πέντε ligands, από 3 άτοµα αζώτου του ligand dpta, τα οποία σε συνδυασµό µε το άτοµο Br(1a) σχηµατίζουν την τετραγωνική βάση (Cu 3 Br), ενώ - το άτοµο Br(2a) της οµάδας BrI 2 βρίσκεται σε αξονική θέση. Το σχηµατιζόµενο σύµπλοκο είναι τετραγωνικό πυραµιδικό. Οι γωνίες 3 Cu - 1 = 162,9(3) ο και 2 Cu - Br1 = 170,4(2) ο παρουσιάζουν ικανοποιητική προσέγγιση στη γραµµικότητα, που σε συνδυασµό µε τις γωνίες που βρίσκονται γύρω από το άτοµο Cu II, 3 Cu - 2, 2 Cu - 1, 3 CuBr - 1, Br1 Cu - 1 µε τιµές 92,5(3), 94,3(3), 86,6(2) 168

193 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II και 84,2(2) o αντίστοιχα, συνθέτουν ένα παραµορφωµένο τετράγωνο, το οποίο αποτελεί το επίπεδο βάσης. Πίνακας Επιλεγµένα µήκη δεσµών για το σύµπλοκο [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )]. 1 ο µόριο 2 ο µόριο εσµός Μήκος (Å) εσµός Μήκος (Å) I(1A)-I(2A) 2,762(8) I(1B)-I(2B) 2,786(8) I(1A)-Br(2A) 2,948(10) I(1B)-Br(2B) 2,855(10) Br(1A)-Cu(1A) 2,580(14) Br(1B)-Cu(1B) 2,545(13) Br(2A)-Cu(1A) 2,735(14) Br(2B)-Cu(1B) 2,812(14) Cu(1A)-(1A) 1,990(7) Cu(1B)-(1B) 1,991(7) Cu(1A)-(3A) 1,989(7) Cu(1B)-(3B) 1,984(7) Cu(1A)-(2A) 2,065(7) Cu(1B)-(2B) 2,060(7) Πίνακας Επιλεγµένες γωνίες δεσµών για το σύµπλοκο [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )]. 1 ο µόριο 2 ο µόριο εσµός Γωνία ( ο ) εσµός Γωνία ( ο ) I(2A)-I(1A)-Br(2A) 174,48(3) I(2B)-I(1B)-Br(2B) 177,50(3) Cu(1A)-Br(2A)-I(1A) 119,85(4) Cu(1B)-Br(2B)-I(1B) 102,72(4) (1A)-Cu(1A)-(3A) 162,9(3) (3B)-Cu(1B)-(1B) 165,9(3) (1A)-Cu(1A)-(2A) 94,3(3) (1B)-Cu(1B)-(2B) 94,4(3) (3A)-Cu(1A)-(2A) 92,5(3) (3B)-Cu(1B)-(2B) 92,9(3) (1A)-Cu(1A)-Br(1A) 84,2(2) (1B)-Cu(1B)-Br(1B) 83,9(2) (3A)-Cu(1A)-Br(1A) 86,6(2) (3B)-Cu(1B)-Br(1B) 86,6(2) (2A)-Cu(1A)-Br(1A) 170,4(2) (2B)-Cu(1B)-Br(1B) 168,6(2) (1A)-Cu(1A)-Br(2A) 92,2(2) (1B)-Cu(1B)-Br(2B) 95,7(2) (3A)-Cu(1A)-Br(2A) 103,4(2) (3B)-Cu(1B)-Br(2B) 96,2(2) (2A)-Cu(1A)-Br(2A) 90,7(2) (2B)-Cu(1B)-Br(2B) 91,9(2) Br(1A)-Cu(1A)-Br(2A) 98,83(5) Br(1B)-Cu(1B)-Br(2B) 99,50(4) Τα µήκη δεσµών Cu- είναι Cu - (1a)=1,990(7) Å, Cu - (2a)=2,065(7) Å και Cu - (3a) = 1,989(7) Å, παρόµοια µε αυτά που αναφέρθηκαν πρόσφατα για σύµπλοκα του Cu II µε ligand dpta. 12 Τα µήκη των δεσµών (Cu-Br) του επιπέδου 169

194 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II (2,5797(14) Å) είναι, όπως αναµένεται, βραχύτερα από αυτά του αξονικού δεσµού Cu-Br (2,7351(14) Å). Τα άτοµα Cu II στα δύο µόρια είναι υπερυψωµένα από το τετραγωνικό επίπεδο κατά 0,226 και 0,210 Å αντίστοιχα. Αυτή η µικρή ανύψωση σε συνδυασµό µε την παρουσία διαφορετικών ατόµων στις γωνίες της τετραγωνικής βάσης αποτελούν την αιτία της παραµόρφωσης από τα ιδανικά µήκη δεσµών και τις γωνίες. Το αξονικό άτοµο Br δεν είναι ακριβώς κάθετο στην τετραγωνική βάση, όπως προκύπτει από τις σχετικές γωνίες (3 Cu - Br2 = 103,4 o, Br1 Cu - Br2 = 98,83 o ). Οι δύο εξαµελείς δακτύλιοι dpta, σύµφωνα µε τις σχετικές γωνίες τάσης οι οποίες είναι 112,9 o, 121,2 o, 120,5 o και 116,2 o για τα 1a C4a C5a, Cu1a 3a C6a, Ν2a - C3a C2a και Cu1a 1a C1a αντίστοιχα, παρουσιάζουν διαµορφοµερές του τύπου ανακλίντρου - ανακλίντρου (chair-chair). Ο συγκεκριµένος τύπος αναµένεται να παρουσιάζει αξιοσηµείωτη σταθερότητα συγκριτικά µε άλλους τύπους διαµορφοµερών. 13 Η τριαλογονούχος οµάδα είναι σχεδόν γραµµική (Br-I-I = 174,48 o ). Τα µήκη δεσµών Br-I και I-I µε τιµές 2,90 και 2,77 Å αντίστοιχα, είναι µικρότερα από τα µήκη των δεσµών I-I (και τα δύο είναι 2,912 Å) του ευρέως µελετηµένου τριιωδιούχου ανιόντος. Τέλος, η κρυσταλλική δοµή σταθεροποιείται 14 από ένα δίκτυο δεσµών υδρογόνου (Πίνακας 12.6) µεταξύ των ατόµων H των πρωτοταγών και δευτεροταγών αµινοµάδων του πρώτου µορίου µε τα άτοµα βρωµίου και ιωδίου του δεύτερου µορίου, και αντίστροφα. Πίνακας εσµοί υδρογόνου του µορίου [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )]. ότης H. έκτης D-H H A D A D-H A (1A) H(1B) Br(1B) 0,9202 2,8486 3, ,61 (1B) H(1F)... I(2B) 0,9186 3,0277 3, ,75 (2A) H(2A)... Br(2B) 0,9298 2,7411 3, ,08 (2B) H(2B) Br(2A) 0,9308 2,7149 3, ,46 (3A) H(3A) I(1B) 0,9193 2,9188 3, ,93 (3A) H(3B) Br(1B) 0,9208 2,6534 3, ,38 (3B) H(3E) Br(1A) 0,9205 2,8389 3, ,85 (3B) H(3F) Br(1B) 0,9208 2,6568 3, ,67 170

195 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II Σύγκριση πειραµατικής-θεωρητικής δοµής του συµπλόκου [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )] Oι θεωρητικές µελέτες σε επίπεδο B3LYP επιβεβαιώνουν την παραµορφωµένη τετραγωνική πυραµιδική δοµή του συµπλόκου [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )], µε αποκλίσεις από τις πειραµατικές τιµές µηκών και γωνιών δεσµών (πίνακας 12.7). Οι συγκεκριµένες αποκλίσεις είναι αναµενόµενες, λόγω της έλλειψης αλληλεπιδράσεων και των παραδοχών που γίνονται για τους υπολογισµούς. Πίνακας Σύγκριση των θεωρητικών (B3LYP) και πειραµατικών δεδοµένων του συµπλόκου [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )]. Θεωρητικές γωνίες δεσµών( o ) Πειραµατικές γωνίες δεσµών ( o ) Br(1)-Cu(28)-(3) 90,1 (1A)-Cu(1A)-Br(1A) 84,2(2) Br(1)-Cu(28)-(6) 146,5 (2A)-Cu(1A)-Br(1A) 170,4(2) Br(1)-Cu(28)-(9) 90,1 (3A)-Cu(1A)-Br(1A) 86,6(2) Br(1)-Cu(28)-Br(29) 121,15 Br(1A)-Cu(1A)-Br(2A) 98,83(5) (3)-Cu(28)-(6) 96,7 (1A)-Cu(1A)-(2A) 94,3(3) (3)-Cu(28)-(9) 156,3 (1A)-Cu(1A)-(3A) 162,9(3) (3)-Cu(28)-Br(29) 79,8 (1A)-Cu(1A)-Br(2A) 92,2(2) (6)-Cu(28)-(9) 96,0 (3A)-Cu(1A)-(2A) 92,5(3) (6)-Cu(28)-Br(29) 92,3 (2A)-Cu(1A)-Br(2A) 90,7(2) (9)-Cu(28)-Br(29) 79,8 (3A)-Cu(1A)-Br(2A) 103,4(2) Cu(28)-Br(29)-I(30) 136,9 Cu(1A)-Br(2A)-I(1A) 119,85(4) Br(29)-I(30)-I(31) 173,2 I(2A)-I(1A)-Br(2A) 174,48(3) 171

196 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II Επιπλέον, η σύγκριση των αποτελεσµάτων που προκύπτουν από τα δύο υπολογιστικά προγράµµατα (Gaussian και Hyperchem) δείχνει οτι οι αποκλίσεις είναι µικρές όσον αφορά µήκη και γωνίες δεσµών, ενώ η βασική δοµή είναι σε κάθε περίπτωση η παραµορφωµένη τετραγωνική πυραµιδική (σχήµα 12.9). (Α) (Β) Σχήµα Βελτιστοποιηµένη δοµή του συµπλόκου [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )] µε βάση υπολογισµούς του προγράµµατος Gaussian (A) και Hyperchem (B) µετά από ελαχιστοποίηση της ενέργειας Βιολογικές µελέτες Αντιφυµατική δράση Για την αξιολόγηση της αντιφυµατικής δράσης των νέων πολυαλογονούχων συµπλόκων επελέγη αντιπροσωπευτικά η ένωση [Cu(dpta)(Br)(BrI 2 )], η οποία προκάλεσε µικρή αναστολή σε συγκέντρωση 6,25 µg.ml -1. Μια ολοκληρωµένη µελέτη και στα υπόλοιπα σύµπλοκα της κατηγορίας αυτής, που να ανταποκρίνεται στα κριτήρια δραστικότητας του TAACF (αναστολή τουλάχιστον 90%) αποτελεί µελλοντικό στόχο, ο οποίος ενθαρρύνεται από το ΤΑΑCF. 172

197 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II Βιβλιογραφία 1 D.J. Hodgson, D.K. Towle, W.E. Towle, Inorg. Chim. Acta, 1991, 179, M. Louloudi, K. Mitopoulou, E. Evaggelou, Y. Deligiannakis,. Hadjiliadis, J. Mol. Catal. A: Chem., 2003, 198, A.D. Becke, J. Chem. Phys.,1992, 96, A.D. Becke, J. Chem. Phys., 1993, 98, C. Lee, W. Yang, R.G. Parr, Phys. Rev. B, 1988, 37, Lever A.B.P., Inorganic Electronic Spectroscopy, 2 nd Edition, Elsevier, Amsterdam, 1984, A. Bencini, D. Gatteschi, EPR of Exchange Coupling Systems, Springer-Verlag, Berlin, C.F. Martens, A.P.H.J. Schenning, M.C. Feiters, J. Heck, P.T. Beurskens, E. Steinwender, R.J.M. olte, Inorg. Chem. 1993, 32, R.J.M. Klein Gebbinnk, C.F. Martens, P.J.A. Kenis, R.J. Jansen, H.-F. olting, V.A. Sole, M.C. Feiters, K.D. Karlin, R.J.M. ote, Inorg. Chem., 1999, 38, M Louloudi, K. Mitopoulou, E. Evaggelou, Y. Deligiannakis,. Hadjiliadis, J. Mol. Catal. A: Chem., 2003, 1998, W.R. Koch, H. Hertwing, Chem. Phys. Lett., 1997, 268, A. Hatzidimitriou, C.A. Bolos, Polyhedron, 1998, 17(10), L.A. Curtis, K. Raghavachari, P.C. Redfern, J.A. Pople, Chem. Phys. Lett., 1997, 270,

198 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - Πολυαλογονούχα σύµπλοκα Cu II 14 A.K. Ghandra, M.T. guyen, Chem. Phys., 1998, 232,

199 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] 13. ΤΡΙΑΛΟΓΟΝΟΥΧΑ ΣΥΜΠΛΟΚΑ Cu II ΜΕ ΒΑΣΕΙΣ ΤΟΥ SCHIFF 13.1 Σκοπός Στο µέρος αυτό της διατριβής µελετάται η σύνθεση, η δοµή και η βιολογική (αντιµικροβιακή, αντιδράσεις µε DA) δράση µιας σειράς τριαλογονούχων συµπλόκων ενώσεων του Cu II µε βάσεις του Schiff. Το ερέθισµα προήλθε από προηγούµενες µελέτες, που αφορούσαν στη σύνθεση και στη µελέτη τριαλογονούχων και τετραλογονούχων ενώσεων του Cu II µε τις τριαµίνες dien και dpta 1, και συµπλόκων µε βάσεις του Schiff 2 αντίστοιχα Σύνθεση Ο σχεδιασµός της παρασκευής των τριαλογονούχων συµπλόκων µε βάσεις του Schiff [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] (X=O,S, ΝΗ, Y=Cl, Br και Z=Br, I) έγινε µε βάση προηγούµενη εµπειρία 1 σχετικά µε τα τριαλογονούχα σύµπλοκα του Cu II και τα σύµπλοκα του Cu II µε βάσεις του Schiff και dien. 2,3 Η διαδικασία παρασκευής βασίστηκε στη διάσταση των µητρικών ενώσεων σε MeOH του τύπου 1:1, η οποία και επιτρέπει την αντίδραση ενός αλογονούχου ιόντος, προερχόµενο από τη διάσταση, µε µοριακό αλογόνο (Br 2 ή I 2 ). Οι γενικές αντιδράσεις περιγράφονται από τις χηµικές εξισώσεις του σχήµατος CH= O + H 2 X H H 2 X -CH= H =HC- X X -CH= H =HC- X CuY 2 X -CH= H =HC- X Cu Y Y X -CH= H =HC- X Z 2 -CH= H =HC- X X Cu Cu Y Y Y Y Z Z Χ = O, S, H Y = Cl, Br Z = Br, I Σχήµα Χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων παρασκευής των τριαλογονούχων συµπλόκων µε βάσεις του Schiff [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )]. 175

200 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dienOO)(Cl)(ClBr 2 )] (1) 0,500 ml (5 mmol) dien αναµιγνύονται µε 0,850 ml (10 mmol) 2-φουραλδεΰδης. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε MeOH (20 ml) και µετά από δεκάλεπτη ανάδευση, προστίθενται 0,860 g (5 mmol) CuCl 2.2H 2 O σε 10 ml MeOH, οπότε το χρώµα του διαλύµατος γίνεται µπλε. Στη συνέχεια προστίθενται κατά σταγόνες 0,275 ml (5 mmol) Br 2 οπότε µετά από ηµίωρη ανάδευση παρατηρείται ο σχηµατισµός στερεού, το οποίο παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε µεθανόλη και αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό. Βάρος: 0,858 g, Απόδοση: 31% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dienOO)(Cl)(ClI 2 )] (2) 0,500 ml (5 mmol) dien αναµιγνύονται µε 0,850 ml (10 mmol) 2-φουραλδεΰδης. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε MeOH (20 ml) και µετά από δεκάλεπτη ανάδευση, προστίθενται 0,860 g (5 mmol) CuCl 2.2H 2 O σε 10 ml MeOH, οπότε το χρώµα του διαλύµατος γίνεται µπλε. Στη συνέχεια προστίθεται κατά σταγόνες µεθανολικό διάλυµα (20 ml) 1,270 g I 2 (5 mmol) οπότε µετά από ηµίωρη ανάδευση παρατηρείται ο σχηµατισµός στερεού, το οποίο παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε µεθανόλη και αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό. Βάρος: 2,525 g, Απόδοση: 78% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dienOO)(Br)(BrBr 2 )] (3) 0,500 ml (5 mmol) dien αναµιγνύονται µε 0,850 ml (10 mmol) 2-φουραλδεΰδης. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε MeOH (20 ml) και µετά από δεκάλεπτη ανάδευση, προστίθενται 0,110 g (5 mmol) CuBr 2 σε 10 ml MeOH, οπότε το χρώµα του διαλύµατος γίνεται κυανοπράσινο. Στη συνέχεια προστίθενται κατά σταγόνες 0,275 ml (5 mmol) Br 2 οπότε µετά από ηµίωρη ανάδευση παρατηρείται ο σχηµατισµός στερεού, το οποίο παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε µεθανόλη και αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό. Βάρος: 1,702 g, Απόδοση: 53% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dienOO)(Br)(BrI 2 )] (4) 0,500 ml (5 mmol) dien αναµιγνύονται µε 0,850 ml (10 mmol) 2-φουραλδεΰδης. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε MeOH (20 ml) και µετά 176

201 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] από δεκάλεπτη ανάδευση, προστίθενται 0,110 g (5 mmol) CuBr 2 σε 10 ml MeOH, οπότε το χρώµα του διαλύµατος γίνεται κυανοπράσινο. Στη συνέχεια προστίθεται κατά σταγόνες µεθανολικό διάλυµα (20 ml) 1,270 g I 2 (5 mmol) οπότε µετά από ηµίωρη ανάδευση παρατηρείται ο σχηµατισµός στερεού, το οποίο παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε µεθανόλη και αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό. Βάρος: 1,620 g, Απόδοση: 44% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dienSS)(Cl)(ClBr 2 )] (5) 0,500 ml (5 mmol) dien αναµιγνύονται µε 0,960 ml (10 mmol) 2-θειοφαιναλδεΰδης. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε MeOH (20 ml) και µετά από δεκάλεπτη ανάδευση, προστίθενται 0,211 g (5 mmol) CuBr 2 σε 10 ml MeOH, οπότε το χρώµα του διαλύµατος γίνεται κυανοπράσινο. Στη συνέχεια προστίθενται κατά σταγόνες 0,275 ml (5 mmol) Br 2 οπότε µετά από ηµίωρη ανάδευση παρατηρείται ο σχηµατισµός στερεού, το οποίο παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε µεθανόλη και αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό. Βάρος: 1,728 g, Απόδοση: 59% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dienSS)(Cl)(ClI 2 )] (6) 0,500 ml (5 mmol) dien αναµιγνύονται µε 0,960 ml (10 mmol) 2-θειοφαιναλδεΰδης. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε MeOH (20 ml) και µετά από δεκάλεπτη ανάδευση, προστίθενται 0,860 g (5 mmol) CuCl 2.2H 2 O σε 10 ml MeOH, οπότε το χρώµα του διαλύµατος γίνεται µπλε. Στη συνέχεια προστίθεται κατά σταγόνες µεθανολικό διάλυµα (20 ml) 1,270 g I 2 (5 mmol) οπότε µετά από ηµίωρη ανάδευση παρατηρείται ο σχηµατισµός στερεού, το οποίο παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε µεθανόλη και αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό. Βάρος: 2,039 g, Απόδοση: 60% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dienSS)(Br)(BrBr 2 )] (7) 0,500 ml (5 mmol) dien αναµιγνύονται µε 0,960 ml (10 mmol) 2-θειοφαιναλδεΰδης. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε MeOH (20 ml) και µετά από δεκάλεπτη ανάδευση, προστίθενται 0,110 g (5 mmol) CuBr 2 σε 10 ml MeOH, οπότε το χρώµα του διαλύµατος γίνεται κυανοπράσινο. Στη συνέχεια προστίθενται κατά σταγόνες 0,275 ml (5 mmol) Br 2 οπότε µετά από ηµίωρη ανάδευση 177

202 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] παρατηρείται ο σχηµατισµός στερεού, το οποίο παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε µεθανόλη και αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό. Βάρος: 0,978 g, Απόδοση: 29% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dienSS)(Br)(BrI 2 )] (8) 0,500 ml (5 mmol) dien αναµιγνύονται µε 0,960 ml (10 mmol) 2-θειοφαιναλδεΰδης. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε MeOH (20 ml) και µετά από δεκάλεπτη ανάδευση, προστίθενται 0,110 g (5 mmol) CuBr 2 σε 10 ml MeOH, οπότε το χρώµα του διαλύµατος γίνεται κυανοπράσινο. Στη συνέχεια προστίθεται κατά σταγόνες µεθανολικό διάλυµα (20 ml) 1,270 g I 2 (5 mmol) οπότε µετά από ηµίωρη ανάδευση παρατηρείται ο σχηµατισµός στερεού, το οποίο παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε µεθανόλη και αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό. Βάρος: 1,037 g, Απόδοση: 27% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dien)(Cl)(ClBr 2 )] (9) 0,500 ml (5 mmol) dien αναµιγνύονται µε 0,500 g (10 mmol) 2-πυρρολαλδεΰδης. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε MeOH (20 ml) και µετά από δεκάλεπτη ανάδευση, προστίθενται 0,860 g (5 mmol) CuCl 2.2H 2 O σε 10 ml MeOH, οπότε το χρώµα του διαλύµατος γίνεται κυανοπράσινο. Στη συνέχεια προστίθενται κατά σταγόνες 0,275 ml (5 mmol) Br 2 οπότε µετά από ηµίωρη ανάδευση παρατηρείται ο σχηµατισµός στερεού, το οποίο παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε µεθανόλη και αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό. Βάρος: 1,703 g, Aπόδοση: 62 % Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dien)(Cl)(ClI 2 )] (10) 0,500 ml (5 mmol) dien αναµιγνύονται µε 0,500 g (10 mmol) 2-πυρρολαλδεΰδης. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε MeOH (20 ml) και µετά από δεκάλεπτη ανάδευση, προστίθενται 0,860 g (5 mmol) CuCl 2.2H 2 O σε 10 ml MeOH, οπότε το χρώµα του διαλύµατος γίνεται κυανοπράσινο. Στη συνέχεια προστίθεται κατά σταγόνες µεθανολικό διάλυµα (20 ml) 1,270 g I 2 (5 mmol) οπότε µετά από ηµίωρη ανάδευση παρατηρείται ο σχηµατισµός στερεού, το οποίο παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε µεθανόλη και αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό. Βάρος: 1,834 g, Απόδοση: 57% 178

203 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dien)(Br)(BrI 2 )] (11) 0,500 ml (5 mmol) dien αναµιγνύονται µε 0,500 g (10 mmol) 2-πυρρολαλδεΰδης. Η προκύπτουσα σιροπιώδης βάση του Schiff αραιώνεται µε MeOH (20 ml) και µετά από δεκάλεπτη ανάδευση, προστίθενται 0,110 g (5 mmol) CuΒr 2.2H 2 O σε 10 ml MeOH, οπότε το χρώµα του διαλύµατος γίνεται κυανοπράσινο. Στη συνέχεια προστίθεται κατά σταγόνες µεθανολικό διάλυµα (20 ml) 1,270 g I 2 (5 mmol) οπότε µετά από ηµίωρη ανάδευση παρατηρείται ο σχηµατισµός στερεού, το οποίο παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε µεθανόλη και αιθέρα και ξηραίνεται στο κενό. Βάρος: 1,391 g, Απόδοση: 38% Από τις αντιδράσεις αυτές προέκυψαν 11 ενώσεις των οποίων τo µοριακό βάρος, το χρώµα και τα αναλυτικά δεδοµένα δίνονται στον πίνακα Πίνακας Χρώµα, µοριακό βάρος και αναλυτικά δεδοµένα των συµπλόκων του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )]. o Σύµπλοκο M.Β. Χρώµα 1. [Cu(dienOO)(Cl)(ClBr 2 )] 553,56 πράσινο 31,07 (30,37) 2. [Cu(dienOO)(Cl)(ClI 2 )] 647,56 καστανό 25,59 (25,96) 3. [Cu(dienOO)(Br)(BrBr 2 )] 642,46 βαθύ κυανό 25,90 (26,16) 4. [Cu(dienOO)(Br)(BrI 2 )] 736,47 ανοιχτό 23,61 καστανό (22,82) 5. [Cu(dienSS)(Cl)(ClBr 2 )] 585,69 πράσινο 28,46 (28,70) 6. [Cu(dienSS)(Cl)(ClI 2 )] 679,69 πράσινο 25,13 (24,73) 7. [Cu(dienSS)(Br)(BrBr 2 )] 674,59 πράσινο 24,28 (24,94) 8. [Cu(dienSS)(Br)(BrI 2 )] 768,59 καστανό 22,04 (21,87) 9. [Cu(dien)(Cl)(ClBr 2 )] 549,58 πράσινο 31,09 (30,59) 10. [Cu(dien)(Cl)(ClI 2 )] 643,58 πράσινο 25,86 (26,13) 11. [Cu(dien)(Br)(BrI 2 )] 732,48 πράσινο 21,69 (22,88) Στοιχειακή ανάλυση Πειραµ. (θεωρ.) C% H% % 3,32 (3,09) 2,79 (2,64) 2,59 (2,65) 2,31 (2,31) 2,86 (2,90) 2,58 (2,50) 2,55 (2,52) 2,17 (2,21) 3,82 (3,12) 2,29 (2,66) 2,52 (2,59) 11,47 (11,48) 5,98 (6,49) 6,51 (6,54) 5,88 (5,70) 7,61 (7,17) 6,66 (6,18) 6,22 (6,23) 5,61 (5,47) 13,43 (12,74) 10,34 (10,88) 9,17 (9,53) 179

204 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] 13.3 Ανάλυση αποτελεσµάτων Τα νέα σύµπλοκα του Cu II του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] είναι σταθερά κατά την παραµονή σε θερµοκρασία περιβάλλοντος, ασταθή στην υγρασία, διαφορετικών χρωµάτων, µικροκρυσταλλικά στερεά ή σκόνες και χαρακτηρίστηκαν µε βάση τη στοιχειακή ανάλυση (C, H,, Cu, Πίνακας 13.1). Τα δεδοµένα της στοιχειακής ανάλυσης είναι σε συµφωνία µε την προτεινόµενη στοιχειοµετρία Φασµατοσκοπικές µελέτες Φάσµατα ΙR Στα φάσµατα IR των συµπλόκων του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] (πίνακας 13.2) εµφανίζονται ταινίες στην περιοχή cm -1, οι οποίες είναι ενδεικτικές του σχηµατισµού βάσης του Schiff. 4 Πίνακας Οι συχνότητες (cm -1 ) των χαρακτηριστικών κορυφών των συµπλόκων του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )]. o Σύµπλοκο ν(c=) ν(cu-y) Y=Cl, Br ν(y-z) Y=Cl, Br Z=Br, I 283w ν(z-z) Z=Br, I 1. [Cu(dienOO)(Cl)(ClBr 2 )] 1633vs 329w 325vw 245w 2. [Cu(dienOO)(Cl)(ClI 2 )] 1631 vs 329w 249w 226w 325vw 3. [Cu(dienOO)(Br)(BrBr 2 )] 1628 vs 329w 249w 249w 4. [Cu(dienOO)(Br)(BrI 2 )] 1625vs 362w 241w 225w 332w 5. [Cu(dienSS)(Cl)(ClBr 2 )] 1610vs 317w 283w 245w 303w 6. [Cu(dienSS)(Cl)(ClI 2 )] 1607vs 317w 249w 226w 305w 7. [Cu(dienSS)(Br)(BrBr 2 )] 1609vs 318w 249w 249w 8. [Cu(dienSS)(Br)(BrI 2 )] 1608vs 318w 241w 225w 9. [Cu(dien)(Cl)(ClBr 2 )] 1618vs 340w 328w 10. [Cu(dien)(Cl)(ClI 2 )] 1618vs 320w 302w 11. [Cu(dien)(Br)(BrI 2 )] 1608vs 333w 320w 283w 249w 241w 245w 226w 225w 180

205 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] Οι συγκεκριµένες ταινίες είναι µετατοπισµένες σε χαµηλότερες συχνότητες κατά 1-14 cm -1, συγκριτικά µε τις αντίστοιχες ταινίες των µητρικών συµπλόκων [Cu(dienXX)Y 2 ], γεγονός το οποίο επιβεβαιώνει περαιτέρω την ελάττωση της ισχύος του δεσµού C=Ν. Η ελάττωση αυτή θα µπορούσε να αποδοθεί στη συναρµογή της ηλεκτραρνητικής τριαλογονούχου οµάδας. Η ίδια τάση παρατηρείται και στις κορυφές Cu-Cl και Cu-Br, οι οποίες στα φάσµατα των τριαλογονούχων ενώσεων εµφανίζονται µετατοπισµένες κατά 1-23 cm -1 συγκριτικά µε εκείνες των µητρικών συµπλόκων. Στην περιοχή FIR εντοπίζονται ακόµη ταινίες ασθενούς έντασης στα και cm -1 οι οποίες οφείλονται στη δόνηση τάσεως των δεσµών Cl- Br, Cl-I ή Br-I και Br-Br, I-I αντίστοιχα, και επιβεβαιώνουν την παρουσία του τριαλογονούχου ιόντος. 5 Στο σχήµα 13.2 δίνεται αντιπροσωπευτικά, το φάσµα IR του συµπλόκου [Cu(dienSS)(Br)(BrI 2 )]. 81, ,9 587,2 664,8 492,8 317,5 %T ,7 1130,5 866,4 1075,9 844,3 1356,5 761,3 1265,7 1102,8 954,6 1238,8 1059,1 1454,9 1042,1 1018,5 975,1 1326,9 1394,8 1214,6 570,5 523, ,7 2926,0 1414,4 711, ,3-11,2 4000, ,0 cm-1 Σχήµα Φάσµα IR του συµπλόκου [Cu(dienSS)(Br)(BrI 2 )]. Φάσµατα UV-Vis Τα φάσµατα UV-Vis των ενώσεων καταγράφηκαν σε διαλύµατα DMSO και σε στερεή κατάσταση (ujol) και τα µήκη κύµατος των ταινιών τους δίνονται στον πίνακα Συγκεκριµένα, τα σύµπλοκα της σειράς αυτής εµφανίζουν στο ορατό µια ταινία στην περιοχή nm, η οποία λόγω του µικρού µοριακού συντελεστή απόσβεσης χαρακτηρίζεται ως ταινία του τύπου d-d και λόγω της θέσης της είναι χαρακτηριστική 6 των τετραγωνικών πυραµιδικών συµπλόκων του Cu II. Η ταινία 181

206 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] αυτή, η οποία εµφανίζεται σε υψηλότερα µήκη κύµατος από το αναµενόµενο ( nm), αποτελεί στοιχείο το οποίο συνηγορεί στην έντονη παραµόρφωση των µορίων, ώστε η δοµή τους να είναι τελικά παραµορφωµένη τετραγωνική πυραµιδική. Πίνακας Τα µήκη κύµατος λ (nm) των ηλεκτρονιακών µεταπτώσεων στα φάσµατα UV-Vis, η µοριακή αγωγιµότητα Λµ και η µαγνητική επιδεκτικότητα µ eff των συµπλόκων του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )]. o Σύµπλοκο λ(logε) DMSO 1. [Cu(dienOO)(Cl)(ClBr 2 )] 648(2,18) 302sh 277(3,12) 2. [Cu(dienOO)(Cl)(ClI 2 )] 634(2,11) 365(2,87) 288(2,33) 3. [Cu(dienOO)(Br)(BrBr 2 )] 660 (2,22) 292(3,30) 4. [Cu(dienOO)(Br)(BrI 2 )] 628(2,18) 349(2,62) 277(3,34) 5. [Cu(dienSS)(Cl)(ClBr 2 )] 660(2,09) 285(3,94) 265(3,99) 6. [Cu(dienSS)(Cl)(ClI 2 )] 627(2,59) 365(2,67) 295(3,34) 7. [Cu(dienSS)(Br)(BrBr 2 )] 664(2,01) 287(2,95) 262(3,01) 8. [Cu(dienSS)(Br)(BrI 2 )] 656(2,28) 355(2,44) 286(3,15) 9. [Cu(dien)(Cl)(ClBr 2 )] 644(2,33) 351(2,43) 309(3,37) 10. [Cu(dien)(Cl)(ClI 2 )] 642(2,39) 346(2,79) 304(3,40) 11. [Cu(dien)(Br)(BrI 2 )] 635(2,31) 303(3,28) Λµ DMSO (µs.cm -1 ) µ eff (BM) 46 2, , , , , , , , , , ,20 Η ταινία που εµφανίζεται στην περιοχή nm του υπεριώδους, λόγω του µοριακού συντελεστή απόσβεσης θα µπορούσε να αποδοθεί σε ταινία µεταφοράς φορτίου (LMCT) από το τριαλογονούχο ligand προς το χαλκό. Οι δύο ταινίες στην 182

207 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] περιοχή nm θα µπορούσαν να χαρακτηριστούν ως εσωτερικές ταινίες (intraligand) π* π της βάσης του Schiff και µάλλον δε σχετίζονται µε τη φύση του ιόντος αντιστάθµισης. Στα σχήµατα 13.3 και 13.4 δίνονται τα φάσµατα ορατού και υπεριώδους αντίστοιχα, των συµπλόκων [Cu(dienSS)Br 2 ] (αρχικού) και [Cu(dienSS)Br(BrBr 2 )] για σύγκριση. Σχήµα Φάσµατα Vis των συµπλόκων [Cu(dienSS)Br 2 ] (A) και [Cu(dienSS)(Br)(BrBr 2 )] (Β) σε DMSO. Σχήµα Φάσµατα UV των συµπλόκων [Cu(dienSS)Br 2 ] (A) και [Cu(dienSS)(Br)(BrBr 2 )] (Β) σε DMSO. 183

208 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] Η παραµορφωµένη τετραγωνική πυραµιδική δοµή των συµπλόκων επιβεβαιώνεται και από θεωρητικούς υπολογισµούς του προγράµµατος Hyperchem (σχήµα 13.5). (Α) (Β) Σχήµα Βελτιστοποιηµένη δοµή των συµπλόκων [Cu(dienSS)Cl 2 ] (Α) και [Cu(dienSS)(Cl)(ClI 2 )] (Β) µετά από ελαχιστοποίηση της ενέργειας στο επίπεδο PM Μετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας Οι τιµές µοριακής αγωγιµότητας των συµπλόκων σε διαλύµατα DMSO (πίνακας 13.3), κυµαίνονται από µs.cm -1 υποδεικνύοντας τον 1:1 ηλεκτρολυτικό χαρακτήρα των συµπλόκων 1, 2, 4, 6, 8, 9, 10, 11 (27-46 µs.cm -1 ) και τον 1:2 ηλεκτρολυτικό χαρακτήρα 7 για τα σύµπλοκα 3, 5, 7 (59-74 µs.cm -1 ) Μαγνητικές µετρήσεις Οι τιµές µ eff των πολυαλογονούχων συµπλόκων µε βάσεις του Schiff στη θερµοκρασία περιβάλλοντος (πίνακας 13.3) βρίσκονται στην περιοχή 1,78 2,20 BM και είναι χαρακτηριστικές της d 9 ηλεκτρονιακής διαµόρφωσης του Cu IΙ για µονοπυρηνικά σύµπλοκα. Οι υψηλότερες τιµές από την 1,73 ΒΜ (για ένα µονήρες ηλεκτρόνιο) οφείλονται σε αλληλεπιδράσεις σύζευξης τροχιάς (spin coupling) Προτεινόµενη δοµή Με βάση τα αναλυτικά, φασµατοσκοπικά, αγωγιµοµετρικά και µαγνητικά δεδοµένα, η δοµή που προτείνεται για τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] είναι η παραµορφωµένη τετραγωνική πυραµιδική. 184

209 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] 13.4 Βιολογικές µελέτες Αντιµικροβιακή δράση Tα αποτελέσµατα της µελέτης αντιµικροβιακής δράσης των συµπλόκων του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] δίνονται στον πίνακα Πίνακας Ελάχιστη ανασταλτική συγκέντρωση των συµπλόκων του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] έναντι µικροβίων. Νο Σύµπλοκο Gram(-) µικρόβια Gram(+) µικρόβια (µg.ml -1 ) (µg.ml -1 ) X.campestris E.coli P.mirabilis B.subtilis B.cereus S.aureus 1. [Cu(dienOO)Cl 2 ] [Cu(dienOO)(Cl)(ClBr 2 )] > > [Cu(dienOO)(Cl)(ClI 2 )] > [Cu(dienOO)Br 2 ] >100 > > [Cu(dienOO)(Br)(Br 3 )] 100 > [Cu(dienOO)(Br)(BrI 2 )] [Cu(dienSS)Cl 2 ] 100 > > [Cu(dienSS)(Cl)(ClBr 2 )] 100 > > [Cu(dienSS)(Cl)(ClI 2 )] >25 >25 > [Cu(dienSS)Br 2 ] >100 >100 >100 >100 >100 > [Cu(dienSS)(Br)(Br 3 )] > > [Cu(dienSS)(Br)(BrI 2 )] [Cu(dien)Cl 2 ] > [Cu(dien)(Cl)ClBr 2 )] >25 > [Cu(dien)(Cl)(ClI 2 )] >25 > [Cu(dien)Br 2 ] >100 > > [Cu(dien)(Br)(BrI 2 )] >25 > Μελέτες αλληλεπίδρασης των συµπλόκων µε DΑ Η µελέτη αυτή κρίθηκε αναγκαία δεδοµένης της διάστασης των συµπλόκων (βλ. παράγραφο ) η οποία οδηγεί στην εµφάνιση δύο ιόντων: το πρώτο ιόν, 185

210 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] [Cu(dienXX)Y(DMSO)] + ή [Cu(dienXX)Y(DMSO) 2 ] 2+ µπορεί να συναρµόζεται µε το DA λόγω της τετραγωνικής πυραµιδικής του γεωµετρίας, σχηµατίζοντας π.χ. σύµπλοκο µε Guo (Σχήµα 13.6 Α,Β). Το δεύτερο ιόν, το τριαλογονούχο, µπορεί να δράσει οξειδωτικά, προκαλώντας τη διάσπαση του DA. (Α) Σχήµα οµές ισορροπίας των κατιόντων [Cu(dien)(Cl)(DMSO)] + (Α) και [Cu(dienSS)(Br)(Guo)] + (Β) υπολογισµένες στο επίπεδο PM3. (Β) Οι αντιδράσεις µε τα τρία είδη DA και τα ηλεκτροφορητικά αποτελέσµατά τους αναπτύσσονται παρακάτω. Επίδραση στο µονόκλωνο DA Για τη µελέτη της δυνατότητας αλληλεπίδρασης των συµπλόκων µε το µονόκλωνο DA χρησιµοποιήθηκαν τα τελευταία σε συγκεντρώσεις 0,5 mm (σχήµα 13.7). Aπό τις αρχικές ενώσεις, η ένωση [Cu(dienOO)Cl 2 )] προκαλεί ελάττωση του ΜΒ του DΝΑ, ενώ οι ενώσεις [Cu(dien)Cl 2 ], [Cu(dien)Br 2 ] και [Cu(dienSS)Cl 2 ] προκαλούν αύξηση. Τα αποτελέσµατα αυτά δείχνουν ότι στην πρώτη περίπτωση προκαλείται εκφυλισµός (διάσπαση) του DΝΑ, ενώ στη δεύτερη έχουµε συναρµογή των ενώσεων µε το DΝΑ. Σε ό,τι αφορά τις τριαλογονούχες ενώσεις, αυτές ακολουθούν σε ικανότητα συναρµογής κατά τη φθίνουσα σειρά: [Cu(dienSS)(Br)(Br 3 )], [Cu(dienSS)(Br)(BrI 2 )], [Cu(dienSS)(Cl)(ClI 2 )], [Cu(dienOO)(Br)(BrI 2 )] και [Cu(dienOO)(Cl) (ClI 2 )]. 186

211 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] DA (%) Μοριακό βάρος (kda) Μοριακό βάρος (kda) Μοριακό βάρος (kda) (A) (B) (Γ) Σχήµα Ηλεκτροφορήµατα γέλης αγαρόζης του µονόκλωνου (Α), δίκλωνου (Β) και πλασµιδιακού (Γ) DA µε επιλεγµένες τριαλογονούχες ενώσεις του Cu II µε βάσεις του Schiff: [Cu(dienOO)Cl 2 ] (1), [Cu(dienOO)(Cl)(ClBr 2 )] (2) και [Cu(dienOO)(Cl)ClI 2 ] (3). Επίδραση στο δίκλωνο DA Όπως αποδεικνύεται από τα ηλεκτροφορήµατα που προκύπτουν από την επίδραση 100 µμ καθενός από τα σύµπλοκα µε δίκλωνο DA, οι ικανότερες ενώσεις για συναρµογή µε το DA είναι οι [Cu(dienOO)(Cl)(ClBr 2 )], [Cu(dien)(Cl)(ClBr 2 )], [Cu(dien)(Cl)(ClI 2 )], [Cu(dien)Br 2 ], [Cu(dien)(Br)(Br 3 )] και [Cu(dien)(Br)(BrI 2 )]. Ακολουθούν οι ενώσεις [Cu(dienOO)(Cl)(ClI 2 )], [Cu(dienOO)(Br)(Br 3 )], [Cu(dienOO)(Br)(BrI 2 )], [Cu(dienSS)(Cl)(ClBr 2 )], [Cu(dienSS)(Cl)(ClI 2 )], οι οποίες µάλιστα είναι αποτελεσµατικότερες από τις αντίστοιχες µητρικές ενώσεις. Οι παραπάνω ενώσεις προκαλούν ισχυρό εκφυλισµό του δίκλωνου DA, ακόµα και σε χαµηλές συγκεντρώσεις (100 µμ), γεγονός το οποίο αποδεικνύεται από την ελαχιστοποίηση ή και εξαφάνιση της ολικής αρχικής ποσότητας του δίκλωνου DA, που παρατηρείται στις αντίστοιχες διαδροµές. (σχήµα 13.7). Επίδραση στο πλασµιδιακό DA Προκειµένου να µελετηθεί η ικανότητα των συµπλόκων να ξετυλίγουν ή να συµπυκνώνουν υπερελικωµένα µόρια, όπως π.χ. το πλασµιδιακό DA, µελετήθηκε το ηλεκτροφορητικό αποτέλεσµα της έκθεσης του πλασµιδιακού DA σε συγκέντρωση 1 mm καθενός από τα σύµπλοκα, για 30 λεπτά στους 37 ο C. Οι ενώσεις [Cu(dienOO)(Br)(Br 3 )], [Cu(dien)Cl 2 ], [Cu(dien)(Cl)(ClI 2 )] και [Cu(dien)Br 2 ] έχουν την ικανότητα να διασυνδέονται µε το DA, οπότε σχηµατίζονται συζεύγµατα υψηλού µοριακού βάρους µε αυτό, τα οποία και εµφανίζουν µειωµένη ηλεκτροφορητική κινητικότητα, συγκριτικά τόσο µε το υπερελικωµένο όσο και µε το φυσιολογικό πλασµιδιακό DA (σχήµα 13.7). Η 187

212 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] σύνδεση των ενώσεων µε τις βάσεις του DA πρέπει να γίνεται µε ταυτόχρονο σχηµατισµό ενδο- και διαµοριακών οµοιοπολικών δεσµών. Τα διδραστικά µόρια µπορούν να συνδέονται σε δύο διαφορετικές βάσεις του DA, σχηµατίζοντας έτσι µια διασύνδεση η οποία και δικαιολογεί το σχηµατισµό ζωνών υψηλού µοριακού βάρους. Τα παραπάνω αποτελέσµατα αποδεικνύουν οτι τα τριαλογονούχα σύµπλοκα µε βάσεις του Schiff µπορούν να αλληλεπιδράσουν µε το DA ποικιλοτρόπως (συναρµογή, εκφυλισµός, ταυτόχρονη δράση ή καµία δράση, πίνακας 13.5), και άρα πιθανόν να εµφανίσουν βιοδραστικότητα. Πίνακας Συγκεντρωτική παρουσίαση της επίδρασης των συµπλόκων σε µονόκλωνο, δίκλωνο και πλασµιδιακό DA. o Σύµπλοκο Μονόκλωνο (ss) Επίδραση στο DA ίκλωνο (ds) Πλασµιδιακό (p) 1. [Cu(dienOO)Cl 2 ] Ε Σ - 2. [Cu(dienOO)(Cl)ClBr 2 )] Σ Σ Τ 3. [Cu(dienOO)(Cl)(ClI 2 )] Σ Σ Ε 4. [Cu(dienOO)Br 2 ] Τ Ε Σ 5. [Cu(dienOO)(Br)(Br 3 )] - Σ Σ 6. [Cu(dienOO)(Br)(BrI 2 )] Τ Σ Ε 7. [Cu(dienSS)Cl 2 ] - Ε Σ 8. [Cu(dienSS)(Cl)(ClBr 2 )] - Σ Σ 9. [Cu(dienSS)(Cl)(ClI 2 )] Ε - Σ 10. [Cu(dienSS)Br 2 ] Σ Σ [Cu(dienSS)(Br)(Br 3 )] Σ Ε Σ 12. [Cu(dienSS)(Br)(BrI 2 )] Σ Ε Σ 13. [Cu(dien)Cl 2 ] - - Σ 14. [Cu(dien)(Cl)(ClBr 2 )] - Σ Σ 15. [Cu(dien)(Cl)(ClI 2 )] - Ε Σ 16. [Cu(dien)Br 2 ] - Ε Τ 17. [Cu(dien)(Br)(BrI 2 )] - Ε Τ 188

213 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] Ε: Εκφυλισµός του DA, Σ: Συναρµογή µε το DA, Τ: Ταυτόχρονη συναρµογή και εκφυλισµός του DA, -: Καµία αξιόλογη επίδραση Ο εκφυλισµός του DA που προκαλείται από ορισµένα σύµπλοκα, µπορεί να εξηγηθεί µε βάση την οξειδωτική δράση των τριαλογονούχων ιόντων τους. Ένας πιθανός µηχανισµός οξειδωτικής δράσης στηρίζεται στη διάσταση των τριαλογονούχων συµπλόκων, µε σύγχρονη απελευθέρωση ενός διαλογόνου ή/και µοριακού αλογόνου σε διαδοχικά στάδια: 8,9 Ι 2 + Cl - I 2 Cl - I 2 Cl - ICl + I - 2ICl I 2 + Cl 2 I - + Cl 2 - ICl 2 ICl Cl 2 - ICl 4 Ι 2 + Βr - I 2 Br - I 2 Br - IBr + I - IBr + Br - - IBr 2 - IBr 2 Br 2 + I - Br 2 + Br - - Br 3 Aπό τις παραπάνω αντιδράσεις διάστασης παρατηρείται οτι τη µεγαλύτερη οξειδωτική δράση εµφανίζει έµµεσα το I 2 Cl -. Αυτή η δράση οφείλεται στη σύγχρονη σύνθεση δύο µοριακών αλογόνων (I 2 και Cl 2 ) τα οποία εµφανίζουν ταυτόχρονα συνεργιστική οξειδωτική δράση. Έτσι, εξηγείται η υψηλότερη δραστικότητα των τριαλογονούχων ενώσεων I 2 Cl Συσχέτιση δοµής-βιοδραστικότητας Τα αποτελέσµατα που προκύπτουν από την αξιολόγηση των αποτελεσµάτων της αντιµικροβιακής µελέτης είναι τα εξής: 1. Οι αρχικές ενώσεις εµφανίζουν την ελάχιστη αντιµικροβιακή δράση. 2. Ορισµένες από τις ενώσεις που µελετήθηκαν παρουσιάζουν παρόµοια δράση µε εκείνη των αρχικών ενώσεων. 3. Οι ενώσεις καλύπτουν ευρύ φάσµα µικροβίων, τόσο Gram(+) όσο και Gram(-) ενώ επηρρεάζουν και το ανθεκτικό στέλεχος E. Coli. Ωστόσο, καµία από τις ενώσεις δεν παρουσιάζει αξιόλογη δράση έναντι του S.aureus. 4. Oι πιο δραστικές ενώσεις είναι αυτές που έχουν ως τριαλογονούχο ιόν ClI 2, ακολουθεί το ClBr 2, το BrI 2 ενώ παρουσιάζουν ελάχιστη δράση οι τριαλογονούχες ενώσεις µε ανιόν το BrBr

214 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] 5. Αναφορικά µε τη συµβολή των βάσεων του Schiff, τα αποτελέσµατα δείχνουν οτι δραστικότερα είναι τα σύµπλοκα της dien, γεγονός που θα µπορούσε να αποδοθεί στη δυνατότητα του υδρογόνου της ετεροκυκλικής ΝΗ οµάδας να σχηµατίζει δεσµούς υδρογόνου, οι οποίοι ευνοούν τη σταθερή συναρµογή των συµπλόκων αυτών µε βιολογικά µόρια. Ανάλογο φαινόµενο δε συµβαίνει στα σύµπλοκα µε ligands dienoo και dienss, γιαυτό και εµφανίζουν χαµηλότερη δραστικότητα συγκριτικά µε τα προαναφερθέντα σύµπλοκα της dien. 6. Η ένωση µε τη µέγιστη δράση τόσο σε Gram(+) όσο και σε Gram(-) βακτήρια είναι η [Cu(dien)(Cl)(ClI 2 )]. Η συγκεκριµένη ένωση θα µπορούσε να θεωρηθεί δοµικά ως συνδυασµός της δραστικότερης µητρικής ένωσης µε το δραστικότερο τριαλογονούχο ιόν. 7. Το άτοµο Υ (Y=Cl, Br) φαίνεται οτι δεν επηρεάζει σηµαντικά την αντιµικροβιακή δράση των συµπλόκων. Στον πίνακα 13.6 δίνονται συγκριτικά, τα αποτελέσµατα της αντιµικροβιακής δράσης των συµπλόκων µε MIC<50 µg.ml -1, ταξινοµηµένα ανά είδος τριαλογονούχου ιόντος καθώς και οι τιµές διπολικής ροπής που υπολογίστηκαν θεωρητικά. Φαίνεται οτι η επικρατούσα τάση είναι η αντιµικροβιακή δραστικότητα των συµπλόκων να αυξάνεται µε την αύξηση της διπολικής ροπής. Παρότι η αύξηση της διπολικής ροπής συνεπάγεται µείωση της λιποφιλικότητας οπότε θα έπρεπε οι ενώσεις να είναι λιγότερο ικανές να διαπερνούν την κυτταρική µεµβράνη η τάση αυτή πιθανά οφείλεται στις ιδιαιτερότητες του πολύπλοκου µικροβιακού οργανισµού. Από τη σύγκριση των τιµών των G ο στους 298 ο C συµπεραίνεται οτι η σειρά σταθερότητας των τριαλογονούχων ιόντων ακολουθεί τη σειρά: Br - 3 >I 2 Br - - >ClI 2 >ClΒr - 2, µε αντίστοιχες τιµές G o : -1,68, -1,4, -0,3, 0,08 kcal.mol -1. Συνεπώς, το ασταθέστερο ιόν ClΒr - 2 αναµένεται να διασπάται και ευκολότερα, απελευθερώνοντας έτσι ένα µόριο Br 2 το οποίο και δρα οξειδωτικά στα µικρόβια. Άρα τα σύµπλοκα µε - την τριαλογονούχο οµάδα ClΒr 2 θα πρέπει να είναι και τα δραστικότερα αντιµικροβιακά. Αναµφισβήτητα, σηµαντικός είναι και ο ρόλος του κατιόντος. 190

215 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] Πίνακας Συγκεντρωτική παρουσίαση των δραστικότερων αντιµικροβιακών συµπλόκων σε οµάδες µε κοινό τριαλογονούχο ιόν, των τιµών διπολικής ροπής τους που προέκυψαν από θεωρητικούς υπολογισµούς και των ελάχιστων ανασταλτικών συγκεντρώσεων (MIC) ανά µικρόβιο. Τριαλογονούχο ιόν Cl(ClI 2 ) Br(BrI 2 ) Cl(ClBr 2 ) Br(Br 3 ) Σύµπλοκο µ (D) Είδος µικροβίου MIC [Cu(dien)(Cl)(ClI 2 )] 12,30 X. Campestris 50 E. Coli 50 P. Mirabilis 25 B. Subtilis 25 B. Cereus 50 X. Campestris 50 [Cu(dienSS)(Cl)(ClI 2 ) 10,77 E. Coli 50 P. Mirabilis 25 B. Subtilis 25 X. Campestris 50 E. Coli 50 [Cu(dienOO)(Cl)(ClI 2 )] 10,01 P. Mirabilis 25 B. Subtilis 50 B. Cereus 50 X. Campestris 50 P. Mirabilis 25 [Cu(dien)(Br)(BrI 2 )] 11,95 B. Subtilis 25 B. Cereus 50 [Cu(dienSS)(Br)(BrI 2 )] 11,13 B. Subtilis 50 [Cu(dienOO)(Br)(BrI 2 )] 9, ,15 X. Campestris 50 P. Mirabilis 25 [Cu(dien)(Cl)(ClBr 2 )] B. Subtilis 25 B. Cereus 50 [Cu(dienSS)(Cl)(ClBr 2 )] 7, [Cu(dienOO)(Cl)(ClBr 2 )] 6,78 X. Campestris 50 [Cu(dien)(Br)(BrBr 2 )] 8, [Cu(dienSS)(Br)(Br 3 )] 7,85 X. Campestris 50 [Cu(dienOO)Br(Br 3 )] 6,83 B. Subtilis Συµπεράσµατα Τα παρασκευασθέντα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] είναι τετραγωνικά πυραµιδικά, µε τη dien να συναρµόζεται τριδραστικά και τις άλλες δύο θέσεις συναρµογής να συµπληρώνονται από ένα άτοµο Y και ένα τριαλογονούχο ιόν, ΥΖ - 2. Αυτά εµφανίζουν 1:1 ηλεκτρολυτική φύση και είναι µονοπυρηνικά και παραµαγνητικά. Η αντιµικροβιακή τους δράση συσχετίζεται µε τη διπολική τους 191

216 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] ροπή, όπως αυτή υπολογίστηκε θεωρητικά. Τέλος, τα σύµπλοκα εµφανίζουν δυνατότητα συναρµογής, διάσπασης ή ταυτόχρονης συναρµογής και διάσπασης του DA. Οι παραπάνω δράσεις συσχετίζονται µε την οξειδωτική δράση του τριαλογονούχου ιόντος. 192

217 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος-σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] Bιβλιογραφία 1 Α.Τ. Chaviara, A.C. Tsipis, P.J. Cox, C.A. Bolos, Eur. J. Inorg. Chem., 2005, A.Th. Chaviara, P.J. Cox, K.H. Repana, R.M. Papi, K.T. Papazisis, D. Zambouli,A.H. Kortsaris, D.A. Kyriakidis, C.A. Bolos, J. Inorg. Biochem., 2004, 98(8), A. Hatzidimitriou, C.A. Bolos, Polyhedron, 1998, 17(10), K. akamoto, Infrared and Raman Spectra of of Inorganic and Coordination Compounds, Wiley, ew York, C. Lee, W. Yang, R.G. Parr, Phys. Rev. B, 1988, 37, A.B.P. Lever, Inorganic Electronic Spectroscopy, second ed., Elsevier, Amsterdam, 1984, W.J. Geary, Coord. Chem. Rev., 1971, 7, J. Scott McIndoe, Dennis G. Tuck, J.Chem. Soc., Dalton Trans., 2003, G.A. Landrum,. Goldberg, R. Hoffmann, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1997,

218 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II 14. ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Cu II ΜΕ 1,1- ΙΘΕΙΟΛΙΚΑ LIGADS, ΑΜΙΝΕΣ, ΘΕΙΑΖΟΛΙΚΑ ΚΑΙ ΤΡΙΑΖΟΛΙΚΑ ΠΑΡΑΓΩΓΑ 14.1 Σκοπός Στo µέρος αυτό της διατριβής επιδιώχθηκε η σύνθεση ουδέτερων συµπλόκων µε ligands τα οποία να επηρεάζουν τη δοµή, τις φυσικοχηµικές και βιολογικές ιδιότητες των νέων ενώσεων. Για το σκοπό αυτό επελέγησαν: το 1,1- δικυανοαιθυλενο-2,2-διθειολικό διανιόν (i-mt 2- ) και το 1-κυανο-1- παρανιτροφαινυλο-2,2-διθειολικό διανιόν (CPD 2- ) δι-, τρι- και πολυαµίνες, καθώς και θειαζολικές ή τριαζολικές ενώσεις. Tα κυανιούχα που περιέχει το i-μντ, αναµένεται να επηρεάζουν τη βιολογική δράση των συµπλόκων που προκύπτουν Σύνθεση Τα διθειολικά σύµπλοκα παρασκευάστηκαν µε βάση τις εξής συνθετικές πορείες: Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(ΝΗ 3 ) 2 (i-mt)] (1) 8 ml (10 mmol) διαλύµατος H 3 αναµιγνύονται µε 1,700 g (10 mmol) CuCl 2.2H 2 O σε 20 ml MeOH οπότε το διάλυµα χρωµατίζεται έντονα κυανό. Στο διάλυµα αυτό προστίθενται κατά σταγόνες 2,500 g (10 mmol) Νa 2 (i-mt) διαλυµένα σε 10 ml MeOH. Mε την προσθήκη το διάλυµα από κυανό µετατρέπεται σε καστανό ενώ συγχρόνως σχηµατίζεται στερεό καστανό, το οποίο µετά ηµίωρη ανάδευση παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε 10 ml αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος 2,060 g. Απόδοση: 87% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dien)(i-MT)] (2) 20 ml µεθανολικού διαλύµατος 1,270 g (5 mmol) [Cu(dien)Cl 2 ] αντιδρούν µε 1,250 g (5 mmol) Νa 2 (i-mt) διαλυµένα σε 10 ml MeOH τα οποία προστίθενται κατά σταγόνες. Mε την προσθήκη σχηµατίζεται καστανό στερεό, το οποίο µετά ηµίωρη ανάδευση παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε 10 ml αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος 0,870 g. Απόδοση: 56% 194

219 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dpta)(i-MT)] (3) 0,720 ml (5 mmol) dpta αντιδρούν µε 0,850 g (5 mmol) CuCl 2.2H 2 O σε 20 ml MeOH και στο κυανό διάλυµα προστίθενται κατά σταγόνες 1,250 g (5 mmol) Νa 2 (i- MT) διαλυµένα σε 10 ml MeOH. Mε την προσθήκη σχηµατίζεται καστανό στερεό, το οποίο µετά ηµίωρη ανάδευση παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε 10 ml αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος 1,620 g. Απόδοση: 97% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(bipy)(i-MT)] (4) 1,560 g (10 mmol) 2,2 -διπυριδίνης αντιδρούν µε 1,700 g (10 mmol) CuCl 2.2H 2 O σε 20 ml MeOH και στο προκύπτον αιώρηµα προστίθενται κατά σταγόνες 2,500 g (10 mmol) Νa 2 (i-mt) διαλυµένα σε 10 ml MeOH. Το αιώρηµα χρωµατίζεται ασθενώς καφέ και µετά από ηµίωρη ανάδευση διηθείται, πλένεται µε MeOH και µε Εt 2 Ο και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος 1,700 g. Απόδοση: 47% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dpk)(i-MT)] (5) 1,840 g (10 mmol) 2,2 -διπυριδυλοκετόνης αντιδρούν µε 1,700 g (10 mmol) CuCl 2.2H 2 O σε 20 ml MeOH και στο διάλυµα προστίθεται κατά σταγόνες 2,500 g (10 mmol) Νa 2 (i-mt) διαλυµένα σε 10 ml MeOH. Το διάλυµα χρωµατίζεται ασθενώς καφέ και µετά από ηµίωρη ανάδευση το σχηµατιζόµενο στερεό διηθείται, πλένεται µε MeOH και µε Εt 2 Ο και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος 1,740 g. Απόδοση: 45% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(dien)(CPD)] (6) 20 ml µεθανολικού διαλύµατος 1,170 g (5 mmol) [Cu(dien)Cl 2 ] αντιδρούν µε 1,410 g (5 mmol) CPD διαλυµένα σε 10 ml MeOH. Το διάλυµα χρωµατίζεται ασθενώς καφέ και µετά από ηµίωρη ανάδευση το σχηµατιζόµενο στερεό διηθείται, πλένεται µε MeOH και µε Εt 2 Ο και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος 1,700 g. Απόδοση: 84% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(2at)(i-MT)] n (n > 2) (7) 20 ml µεθανολικού διαλύµατος 1,700 g (10 mmol) CuCl 2.2H 2 O αναµιγνύονται µε 2,060 g (20 mmol) 2at, διαλυµένα σε 10 ml MeOH και στη συνέχεια στο µίγµα αυτό προστίθεται κατά σταγόνες µεθανολικό διάλυµα (10 ml) 2,500 g (10 mmol) Νa 2 (i- MT) και µε συνεχή ανάδευση. Αµέσως µε την προσθήκη σχηµατίζεται καστανό 195

220 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II στερεό, το οποίο µετά από ηµίωρη ανάδευση παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε 10 ml αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος 2,050 g. Απόδοση: 64% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(2a5mt)(i-MT)] n (n > 2) (8) 20 ml µεθανολικού διαλύµατος 0,850 g (5 mmol) CuCl 2.2H 2 O αντιδρούν µε µίγµα 1,250 g (5 mmol) Νa 2 (i-mt) και 1,140 g (10 mmol) 2a-5mt, διαλυµένο σε 10 ml MeOH. Mε την προσθήκη σχηµατίζεται καστανό στερεό, το οποίο µετά ηµίωρη ανάδευση παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε 10 ml αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος 0,400 g. Απόδοση: 24% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(2a2tzn)(i-MT)] n (n > 2) (9) Μεθανολικό διάλυµα(10 ml) 0,850 g (5 mmol) CuCl 2.2H 2 O αντιδρά µε µίγµα 1,250 g (5 mmol) Νa 2 (i-mt) και 1,050 g (5 mmol) 2a2tzn, διαλυµένα σε 10 ml MeOH. Mε την προσθήκη κατά σταγόνες σχηµατίζεται καστανό στερεό, το οποίο µετά ηµίωρη ανάδευση παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε 10 ml αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος 0,334 g. Απόδοση: 21% Σύνθεση του συµπλόκου [Cu(4a1,2,4trz)(i-MT)(Η 2 Ο)] (10) Μεθανολικό διάλυµα 0,342 g (2 mmol) CuCl 2.2H 2 O αντιδρά µε 0,680 g (8 mmol) 4a1,2,4trz διαλυµένα σε 20 ml MeOH. Στο προκύπτον αιώρηµα προστίθεται διάλυµα 0,500 g (2 mmol) Νa 2 (i-mt) σε 10 ml MeOH, οπότε σχηµατίζεται καστανό στερεό και µετά από ηµίωρη ανάδευση αυτό παραλαµβάνεται µε διήθηση, πλένεται µε 10 ml αιθέρα και ξηραίνεται στο περιβάλλον. Βάρος 0,430 g. Απόδοση: 62% 14.3 Ανάλυση αποτελεσµάτων Από τις αντιδράσεις που προαναφέρθηκαν προέκυψαν δέκα σύµπλοκα καστανού χρώµατος, τα οποία και µελετήθηκαν µε στοιχειακή ανάλυση C,H,, φασµατοσκοπία υπερύθρου και υπεριώδους-ορατού, µαγνητικές µετρήσεις και µετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας. Το χρώµα, το µοριακό βάρος και τα αναλυτικά δεδοµένα των συµπλόκων φαίνονται στον πίνακα

221 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II Πίνακας Χρώµα, µοριακό βάρος και αναλυτικά δεδοµένα των διθειολικών συµπλόκων του Cu II. o Σύµπλοκο Μ.Β. Χρώµα 1. [Cu(H 3 ) 2 (i-mt)] 237,80 καστανό 19,06 (20,20 ) 2. [Cu(dien)(i-MT)] 306,90 καστανό 30,95 (31,31) 3. [Cu(dpta)(i-MT)] 334,95 καστανό 31,59 (35,86) 4. [Cu(bipy)(i-MT)] 359,92 καστανό 44,49 (42,91) 5. [Cu(dpk)(i-MT)] 387,92 καστανό 44,28 (42,91) 6. [Cu(dien)(CPD)] 402,98 καστανό 37,47 (38,75) 7. [Cu(2at)(i-MT)(H 2 O)] n 321,89 καστανό 25,82 (26,12) 8. [Cu(2a5mt)(i-MT) (H 2 O)] n 335,91 καστανό 28,52 (28,60) 9. [Cu(2a2tzn)(i-MT)(H 2 O)] n 323,90 καστανό 24,24 (25,96) 10. [Cu(4a1,2,4trz)(i-MT)(Η 2 Ο)] 305,83 καστανό 22,46 (23,56) Στοιχειακή ανάλυση Πειραµ. (θεωρ.) %C %H % 2,37 (2,54) 4,24 (4,27) 4,42 (5,11) 2,36 (2,40) 2,97 (2,22) 4,17 (4,25) 1,57 (1,88) 3,10 (2,40) 2,38 (2,49) 1,82 (1,98) 21,63 (23,56) 22,80 (22,82) 19,34 (20,91) 14,87 (16,68) 12,89 (15,39) 16,43 (17,38) 16,68 (17,16) 15,83 (16,68) 16,17 (17,30) 28,46 (27,48) Φασµατοσκοπικές µελέτες Φάσµατα IR Οι συχνότητες των χαρακτηριστικών κορυφών των συµπλόκων δίνονται στον πίνακα Η χαρακτηριστικότερη ταινία που εµφανίζεται στα φάσµατα είναι αυτή στην περιοχή cm -1, η οποία αποδίδεται στη δόνηση τάσεως του δεσµού C και υποδηλώνει την παρουσία της κυανιούχου οµάδας. Οι παρατηρούµενες διαφορές οφείλονται στη διαφορετική δοτική ικανότητα των υπόλοιπων αζωτούχων ligand. Αξίζει να σηµειωθεί οτι, η εν λόγω ταινία µετατοπίζεται υψηλότερα κατά 6-35 cm -1 συγκριτικά µε την αντίστοιχη ταινία στο φάσµα του Νa 2 (i-mt).3h 2 O, υποδηλώνοντας έτσι οτι µε τη συναρµογή του µέρος του ηλεκτρονιακού φορτίου µετατοπίζεται προς τη κυανιούχο οµάδα, η οποία εµφανίζει αυτή την ικανότητα λόγω του R συζυγιακού της φαινοµένου. Η ισχυροποίηση αυτή επιβεβαιώνεται και από 197

222 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II δεδοµένα που αφορούν τους υπόλοιπους δεσµούς, όπως αυτοί αποτυπώνονται στα φάσµατα IR. Στο φάσµα του ligand (σχήµα 14.1) η ταινία που οφείλεται στη δόνηση τάσης του δεσµού C=CS 2 εµφανίζεται στα 1342 cm -1, ενώ στα σύµπλοκα η αντίστοιχη ταινία εµφανίζεται υψηλότερα (14-92 cm -1 ). 67, , ,1 320,5 289,7 %T , ,4 3228,8 2107,8 2174,9 1619,0 1342,6 1239,0 882,0 954,2 664,4 621,6 506, ,2 4000, ,0 cm-1 Σχήµα Φάσµα IR του ligand a 2 (i-mt).3h 2 O. Όλα τα διθειολικά σύµπλοκα της σειράς αυτής εµφανίζουν µέτριας έντασης κορυφές στις περιοχές και cm -1, οι οποίες αποδίδονται στις ν as (CS 2 ) και ν sym (CS 2 ), αντίστοιχα. Επιπλέον στοιχεία που επιβεβαιώνουν τη συναρµογή είναι οι ασθενείς ταινίες στα και cm -1, οι οποίες αποδίδονται στη ν(cu-) και ν(cu-s), αντίστοιχα. Στα σύµπλοκα 7-9, oι ταινίες στα cm -1 αποδίδονται στη ν(c=) του θειαζολικού ή θειαζολινικού δακτυλίου. Οι ταινίες αυτές εµφανίζονται ελαττωµένες κατά cm -1 συγκριτικά µε τις αντίστοιχες των ελεύθερων ligand, γεγονός που αποδεικνύει τη συναρµογή τους µέσω του ετεροκυκλικού αζώτου. Στο σχήµα 14.2 δίνεται αντιπροσωπευτικά το φάσµα του συµπλόκου [Cu(2a5mt)(i-MT)(H 2 O)] n. Επίσης, στα φάσµατα των συµπλόκων 1, 2, 3 και 7-10 εµφανίζονται τρείς ταινίες, οφειλόµενες στις ν s (Ν-Η), ν as (-H) και δ(ν-η) στις περιοχές , και cm -1 αντίστοιχα που επιβεβαιώνουν την παρουσία αµινικών οµάδων. 198

223 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II 74, %T ,7 3259,9 3413,0 3350,9 3172,3 2960,7 2206,4 1408,6 1383,8 1591,9 1435,0 1457,0 1518,9 1356,1 1532,6 1614,1 1269,9 1207,1 1148,9 1074,0 777,2 708,9 819,0 619,5 508,1 417,7 289,8 0-6,8 4000, ,0 cm-1 Σχήµα Φάσµα IR του συµπλόκου [Cu(2a5mt)(i-MT) (H 2 O)] n. Στο σύµπλοκο 4 η bipy συναρµόζεται διδραστικά. Το ίδιο παρατηρείται και στο σύµπλοκο 5 όπου η dpk µε τη διολική της µορφή συναρµόζεται επίσης διδραστικά όπως αποδεικνύεται από την απουσία κορυφής οφειλόµενης στην καρβονυλική οµάδα και στην παρουσία της υδροξυλικής οµάδας η οποία εµφανίζεται στην περιοχή cm -1. Τέλος, η κορυφή στα cm -1 στα φάσµατα των συµπλόκων 7-10, αποδίδεται στη δόνηση τάσης του δεσµού Ο-Η και είναι ενδεικτική της παρουσίας Η 2 Ο. 199

224 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II Πίνακας Οι συχνότητες (cm -1 ) των χαρακτηριστικών κορυφών των διθειολικών συµπλόκων και του ligand Νa 2 (i-mt).3h 2 O. Νο Σύµπλοκο ν(o-η) ν s (Ν-Η) ν as (Ν-Η) δ(-η) ν(c ) ν(c=) θειαζ. ν(c=cs 2 ) ν as (CS 2 ) ν s (CS 2 ) ν(cu-) ν(cu-s) Νa 2 (i-mt).3h 2 O 1. [Cu(H 3 ) 2 (i-mt)] 2. [Cu(dien)(i-MT)] 3. [Cu(dpta)(i-MT)] 4. [Cu(bipy)(i-MT)] 5. [Cu(dpk)(i-MT)] 6. [Cu(dien)(CPD)] 7. [Cu(2at)(i-MT)(H 2 O)] n 3413vs 3413s-br - 8. [Cu(2a5mt)(i-MT) (H 2 O)] n 3413vs 3351vs 9. [Cu(2a2tzn)(i-MT)(H 2 O)] n 3450vs 3413vs 10. ή ν(c=) τριαζ vs s 1342vs 954s 882s s 3247s vs vs 949s 890s 492m 345w m 3266s 1583w 2198vs vs 938s 886s 489w 346w s 3240s 1589m 2197vs vs 947s 890m 493w 341w vs vs 928w 886m 485w 357w vs vs 931w 794m 482w 353w s 2854s 1587vs 2181vs vs 950s 837s 481s 373s 1616s 2209vs 1603s 1384s 978w 871w 478w 400w 3260s 1614m 2206s 1591s 1356vs 989w 819m 418m 390w s 2205s 1616s 1385s 918w 856w 481m 396w [Cu(4a1,2,4trz)(i-MT)(Η 2 Ο)] 3437s 3326s 3250s 1616s 2205vs 1616s 1402vs 948m 894s 489s 350w 200

225 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II Φάσµατα UV-Vis Τα φάσµατα υπεριώδους-ορατού των συµπλόκων ελήφθησαν σε διαλύµατα DMSO και τα µήκη κύµατος των ταινιών τους δίνονται στον πίνακα Πίνακας Τα µήκη κύµατος λ (nm) των ηλεκτρονιακών µεταπτώσεων σε διαλύµατα DMSO, η µοριακή αγωγιµότητα Λµ και η µαγνητική επιδεκτικότητα µ eff των διθειολικών συµπλόκων του Cu II. o Σύµπλοκο Vis (logε) UV (logε) Λ µ (µs.cm -1 ) µ eff (BM) a 2 (i-mt).3h 2 O - 275(4,42) 349(3,83) 410(3,07) 1. [Cu(H 3 ) 2 (i-mt)] 634(2,21) 942(1,45) 2. [Cu(dien)(i-MT)] 657(2,47) 981sh 3. [Cu(dpta)(i-MT)] 663(2,45) 938sh 4. [Cu(bipy)(i-MT)] 683(2,34) 948sh 5. [Cu(dpk)(i-MT)] 682(2,27) 1000sh 6. [Cu(dien)(CPD)] 713sh 1005sh 7. [Cu(2at)(i-MT)(H 2 O)] n 639(1,99) 957sh 8. [Cu(2a5mt)(i-MT) (H 2 O)] n 671(1,99) 971(1,41) 9. [Cu(2a2tzn)(i-MT)(H 2 O)] n 638(1,98) 959(1,50) 335(3,08) 350(3,04) 401(2,74) 334(3,29) 403(2,45) 351(3,33) 442(2,63) 330(3,31) 389(2,80) 336(3,29) 407(2,63) 321(2,89) 485(3,19) 338(3,15) 358sh 403sh 332(2,97) 365sh 403sh 326(2,80) 371sh 407sh 10. [Cu(4a1,2,4trz)(i-MT)] 689(2,30) 394sh 334(3,30) 404(3,66) , , ,76 9 1,93 6 1, , , , ,94 3 1,89 Στα ηλεκτρονιακά φάσµατα των συµπλόκων 2, 3, και 6 εµφανίζονται δυο ταινίες στην περιοχή nm και nm. Οι ταινίες αυτές µε βάση τη θέση και την ένταση µπορούν να αποδοθούν 1 σε d d µετάπτωση, η πρώτη πιθανόν του τύπου d 2 2 z d x -y, ενώ η δεύτερη του τύπου d xy d z ή d 2 x -y d 2 z. Η πρώτη µετάπτωση είναι χαρακτηριστική των τετραγωνικών πυραµιδικών συµπλόκων του 201

226 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II Cu II, ενώ η δεύτερη που εµφανίζεται είτε ως πολύ ασθενής ταινία (logε=1-1,5), είτε ως αλλαγή κλίσεως, ανήκει στις απαγορευµένες d-d µεταπτώσεις συµπλόκων του Cu II της τριγωνικής διπυραµιδικής δοµής. Ωστόσο, θα µπορούσε να υποστηριχθεί οτι τα συγκεκριµένα σύµπλοκα, λόγω της παραµόρφωσής τους, που οφείλεται στη φύση και τη διαµόρφωση των ligand, παρουσιάζουν δοµή ενδιάµεση τετραγωνικής πυραµίδας και τριγωνικής διπυραµίδας. Οι ταινίες στα 448, 442, 451 και 485 nm για τα σύµπλοκα µε τριαµίνες 2, 3 και 6 αντίστοιχα, λόγω της θέσης και των τιµών του µοριακού συντελεστή αποσβέσεως (logε = 2,47 3,19) θα πρέπει να οφείλονται σε µετάπτωση µεταφοράς φορτίου (CT) ανάµεσα σε µοριακά τροχιακά, από τα οποία το ένα είναι εντοπισµένο στο µέταλλο και το άλλο στα ligands (MLCT) ή αντίστροφα (LMCT), µε επικρατέστερη την δεύτερη. Στο σχήµα 14.3 δίνεται το φάσµα του ligand a 2 (i-mt).3h 2 O σε DMSO. Σχήµα Φάσµα UV-Vis του ligand a 2 (i-mt).3h 2 O σε DMSO. Στα ηλεκτρονιακά φάσµατα των συµπλόκων 7-9 (σχήµα 14.4), εµφανίζονται δύο ταινίες στην περιοχή nm και nm. Οι ταινίες αυτές, λόγω της θέσης και της έντασής τους αποδίδονται 2 σε d d µετάπτωση. Σχήµα Φάσµα UV-Vis του συµπλόκου [Cu(i-MT)(2a5mt)(H 2 O)] n σε DMSO. 202

227 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II Τα σύµπλοκα αυτά µε αριθµό συναρµογής 4 θα µπορούσαν να χαρακτηριστούν είτε επίπεδα τετραγωνικά είτε τετραεδρικά, µε επικρατέστερη δοµή την πρώτη. Τα σύµπλοκα 1 και 10 θα µπορούσαν να χαρακτηριστούν ως παραµορφωµένα τετραεδρικά µε βάση τις ταινίες στα ηλεκτρονιακά φάσµατα και τις τιµές της µαγνητικής ροπής. Ενδεικτικά αναφέρεται οτι, για τo σύµπλοκo 1 οι θεωρητικοί υπολογισµοί υποδεικνύουν την τετραεδρική δοµή ως τη σταθερότερη (σχήµα 14.5). 103,63 103,95 Σχήµα οµή ισορροπίας του συµπλόκου [Cu(ΝΗ 3 ) 2 (i-mt)] υπολογισµένη στο επίπεδο PM3. Τα µήκη δεσµών δίνονται σε Å ενώ οι γωνίες σε µοίρες. Τα σύµπλοκα 4 και 5 εµφανίζουν στα ηλεκτρονιακά τους φάσµατα δύο ταινίες σχεδόν στην ίδια περιοχή (684, 995 και 682, 997 nm αντίστοιχα) και µε την ίδια ένταση µεταξύ τους. Παρότι για τα σύµπλοκα αυτά δε µπορεί να γίνει διάκριση µεταξύ της παραµορφωµένης επίπεδης τετραγωνικής και της τετραεδρικής δοµής, επικρατέστερη θεωρείται η πρώτη λόγω της επιπεδότητας των πυριδινικών δακτυλίων. Η ταινία που εµφανίζεται στην περιοχή nm στα φάσµατα των συµπλόκων οφείλεται 3 στην εκτεταµένη συζυγία του διθειολικού ligand και εµφανίζεται ελάχιστα µετατοπισµένη στα φάσµατα των συµπλόκων, συγκριτικά µε το φάσµα του ελεύθερου ligand (410 nm). Η ταινία αυτή πρέπει να οφείλεται σε µετάπτωση µεταφοράς φορτίου ανάµεσα σε µοριακά τροχιακά του µετάλλου και του ligand ή αντίστροφα και είναι υπεύθυνη για το υποκίτρινο χρώµα του ligand. Οι ταινίες που εµφανίζονται στην περιοχή και nm οφείλονται σε εσωτερικές µεταπτώσεις ανάµεσα σε µοριακά τροχιακά εντοπισµένα στα ligands και µπορούν να αποδοθούν σε µεταπτώσεις του τύπου π* π ή π* n αντίστοιχα. Η διαφοροποίηση που παρατηρείται σε διάφορα µήκη κύµατος οφείλεται στη διαφορετική σ-δοτικότητα των ligands που συναρµόζονται µε τον Cu II. 203

228 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II Μετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας Οι τιµές µοριακής αγωγιµότητας των συµπλόκων σε διαλύµατα DMSO 10-3 Μ κυµαίνονται από 6-19 µs.cm -1, υποδεικνύοντας έτσι το µη ηλεκτρολυτικό χαρακτήρα τους Μαγνητικές µετρήσεις Οι τιµές µ eff των διθειολικών συµπλόκων (πίνακας 14.3) επιτρέπουν τη διάκρισή τους σε δυο κατηγορίες: η πρώτη περιλαµβάνει τα σύµπλοκα 1-6 και 10, µε δρώσα µαγνητική ροπή από 1,64 1,89 ΒΜ ενώ η δεύτερη τα σύµπλοκα 7-9, µε τιµές στην περιοχή 0,88-0,90 ΒΜ. Η δρώσα µαγνητική ροπή των συµπλόκων της πρώτης κατηγορίας δείχνει οτι τα αντίστοιχα σύµπλοκα είναι µονοµερή µε d 9 ηλεκτρονιακή διαµόρφωση. Στα σύµπλοκα της δεύτερης κατηγορίας οι χαµηλές (<1,73 ΒΜ) µαγνητικές ροπές παραπέµπουν σε χαλαρές µαγνητικές αλληλεπιδράσεις 4 ατόµων Cu II γειτονικών µορίων διαδοχικών στρωµάτων, µέσω ατόµων S(S Cu S), στα αντίστοιχα δι- ή πολυµερή σύµπλοκα, τα οποία έτσι αποκτούν αριθµό συναρµογής 6 και οκταεδρική γεωµετρία Προτεινόµενη δοµή Στα σύµπλοκα της κατηγορίας αυτής δεν κατέστη δυνατή η αποµόνωση κρυστάλλου για την επιβεβαίωση της δοµής. Έτσι, η πρόταση δοµής βασίζεται στα αναλυτικά, φασµατοσκοπικά, αγωγιµοµετρικά, µαγνητικά αλλά και βιβλιογραφικά δεδοµένα. Έτσι, η δοµή που προτείνεται είναι: για τα σύµπλοκα 1 και 10 η τετραεδρική, για τα 2, 3 και 6 η ενδιάµεση τετραγωνική πυραµιδική-τριγωνική διπυραµιδική και για τα 4 και 5 η επίπεδη τετραγωνική. Για τα σύµπλοκα 7-9 η δοµή που προτείνεται είναι οκταεδρική 2 σε δι- ή πολυµερή δοµή (σχήµα 14.6 A, B). Σε κάθε περίπτωση, οι αντίστοιχες δοµές είναι παραµορφωµένες. H 3C S H 3C C C = C C H 2 O H 2 S S S Cu Cu S S OH 2 C C = C C H 2 C C C = C S S Cu S H 2 OH 2 n CH 3 (Α) (Β) Σχήµα Η προτεινόµενη δι- (Α) και πολυµερής (Β) δοµή για τα σύµπλοκα

229 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II 14.4 Βιολογικές µελέτες Στις βιολογικές µελέτες που πραγµατοποιήθηκαν για τα διθειολικά σύµπλοκα, συµπεριλαµβάνονται οι µελέτες οξείας τοξικότητας και αντικαρκινικής δράσης in vivo και in vitro Μελέτες οξείας τοξικότητας Τα αποτελέσµατα οξείας τοξικότητας των διθειολικών συµπλόκων δίνονται στον πίνακα Σηµειώνεται οτι δε µελετήθηκε το σύµπλοκο 10. Παρότι και οι δύο παράµετροι (LD 10 και LD 50 ) χρησιµοποιούνται στις µελέτες τοξικότητας, ασφαλέστερα συµπεράσµατα εξάγονται από τις τιµές LD 10 επειδή αυτές αντιπροσωπεύουν τις ελάχιστες δόσεις που χρησιµοποιούνται για τις αντικαρκινικές µελέτες. Με βάση λοιπόν την παράµετρο LD 10 η σειρά τοξικότητας των συµπλόκων είναι η εξής: [Cu(dien)(CPD)] < [Cu(bipy)(i-MT)] < [Cu(dpta)(i-MT)] < [Cu(H 3 ) 2 (i-mt)] < [Cu(dien)(i-MT)] < [Cu(dpk)(i-MT)] < [Cu(2at)(i-MT)(H 2 O)] < [Cu(2a5mt)(i-MT)(H 2 O)]. Πίνακας Οξεία τοξικότητα των συµπλόκων µε διθειολικά ligands εκφρασµένη ως δόση που θανατώνει το 50% (LD 50 ) και το 10% (LD 10 ) των πειραµατόζωων. o Σύµπλοκο Θανατηφόρα δόση LD 50 (mg.kg -1 ) LD 10 (mg.kg -1 ) 1. [Cu(H 3 ) 2 (i-mt)] [Cu(dien)(i-MT)] [Cu(dpta)(i-MT)] [Cu(bipy)(i-MT)] [Cu(dpk)(i-MT)] [Cu(dien)(CPD)] [Cu(2at)(i-MT)(H 2 O)] [Cu(2a5mt)(i-MT) (H 2 O)] n [Cu(2a2tzn)(i-MT)(H 2 O)] n >100 δ.µ.* 10. [Cu(4a1,2,4trz)(i-MT)] δ.µ. δ.µ. 11. a 2 (i-mt).3h 2 O -** - δ.µ. : δε µελετήθηκε, -**: µη τοξικό 205

230 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II Μελέτες αντικαρκινικής δράσης in vivo Η µελέτη της αντικαρκινικής δράσης έγινε µετά τον έλεγχο της τοξικότητας, προκειµένου να εξαχθούν ολοκληρωµένα συµπεράσµατα σχετικά µε τις βέλτιστες ενώσεις (συνδυασµός υψηλής αντικαρκινικής δράσης µε χαµηλή τοξικότητα). Η αντικαρκινική δράση των µελετώµενων συµπλόκων εκφρασµένη ως µέσος χρόνος επιβίωσης των πειραµατόζωων δίνεται στον πίνακα Οι περισσότερες από τις ενώσεις που µελετήθηκαν in vivo εµφανίζουν χαµηλότερη δραστικότητα από την ελάχιστη (T/C 125%), όπως αυτή ορίζεται από το ational Cancer Institute. Eξαίρεση αποτελούν οι ενώσεις 6, 7 και 8, οι οποίες εµφανίζουν υψηλή δράση, µε καλύτερη την ένωση 8. Πίνακας Αποτελέσµατα της αντικαρκινικής δράσης των συµπλόκων του Cu II µε διθειολικά ligands σε πειραµατόζωα Ρ388. Νο Σύµπλοκο Αντικαρκινική δράση P388 MST όση T/C % mg/kg 1. [Cu(H 3 ) 2 (i-mt)] 9,0* [Cu(dien)(i-MT)] 8,8* [Cu(dpta)(i-MT)] 11,3** [Cu(bipy)(i-MT)] 10,7** [Cu(dpk)(i-MT)] 11,3** [Cu(dien)(CPD)] 11,8* [Cu(2at)(i-MT)(H 2 O)] 15,0** [Cu(2a5mt)(i-MT) (H 2 O)] n 18,8** [Cu(2a2tzn)(i-MT)(H 2 O)] n [Cu(4a1,2,4trz)(i-MT)] δ.µ. δ.µ. δ.µ. 11. Νa 2 (i-mt).3h 2 O *MST = µέσος χρόνος επιβίωσης σε µέρες, ** day1=µια µέρα (24 h) µετά την εµφύτευση του όγκου Mελέτες αντικαρκινικής δράσης in vitro H αντικαρκινική δράση εξετάζεται µε τις µεθόδους SCE (Sister Chromatid Exchange, Ανταλλαγή Αδελφών Χρωµατίδων) και PRI (Proliferation Rate Indices, είκτες Επιπέδου Υποδιαίρεσης). Στα σχήµατα 14.7 και 14.8 δίνεται η αντικαρκινική δράση των συµπλόκων µε βάση τις παραπάνω παραµέτρους. 206

231 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II (Α) (Β) (Γ) Σχήµα Ανταλλαγή αδερφών χρωµατίδων (Sister Chromatid Exchange, SCE) για τα διθειολικά σύµπλοκα (1-9) και το ligand (10) σε συγκεντρώσεις των 15 µμ (Α), 30 µμ (Β) και 45 µμ (Γ). Οι αντίστοιχες τιµές για τα control είναι 8,16, 6,46 και 8,27 µμ αντίστοιχα (Α) (Β) (Γ) Σχήµα είκτες κυτταρικής υποδιαίρεσης (PRI, Proliferation Rate Indices) για τα διθειολικά σύµπλοκα (1-9) και το ligand (10) σε συγκεντρώσεις των 15 µμ (Α), 30 µμ (Β) και 45 µμ (Γ). Οι αντίστοιχες τιµές για τα control είναι 2,48, 2,22 και 1,94 µμ αντίστοιχα. Με βάση τα αποτελέσµατα της ανταλλαγής αδερφών χρωµατίδων (SCE) και των δεικτών κυτταρικής υποδιαίρεσης (PRI), η κατάταξη αποτελεσµατικότητας των συµπλόκων µε βάση τις δύο µεθόδους είναι η εξής: SCEs (15 µm) 7 > 3 > 2 > 1 > 6 > 9 > 5 (30 µm) 2> 7 > 3 (45 µm) 8 > 7 > 2 > 5 > 9 > 3 > 1 > 6 PRI (15 µm) 1 > 3 > 7 > 8> 6 > 5 (30 µm) 1 > 8 = 5 > 9 > 6 > 3 > 7 > 2 > 4 (45 µm) 8 > 6 > 3 > 9 > 2 > 1 > 5 > 7 > Συσχέτιση δοµής-βιοδραστικότητας Από την αξιολόγηση των αποτελεσµάτων της in vivo αντικαρκινικής µελέτης προέκυψαν τα εξής: 207

232 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II Στα σύµπλοκα µε αµίνες (1-3), το µήκος της ανθρακικής αλυσίδας και ο αριθµός των πρωτοταγών ή δευτεροταγών αµινοµάδων δεν επηρεάζει σηµαντικά την αντικαρκινική τους δράση. Τα σύµπλοκα µε διπυριδίνες (4, 5) δεν παρουσιάζουν αξιόλογη διαφορά στην αντικαρκινική τους δράση. Αυτό σηµαίνει οτι το είδος του διπυριδινικού ligand δεν επηρεάζει τη δραστικότητα. Η σύγκριση της δραστικότητας των συµπλόκων 2 και 6 δείχνει οτι η αντικατάσταση µιας κυανιούχου οµάδας από παρα-νιτροφαινυλο-παράγωγο αυξάνει σηµαντικά (33,3%) την αντικαρκινική δράση. Έτσι, το σύµπλοκο 6 µπορεί να χαρακτηριστεί ως οδηγός ένωση. Τα πιο αξιόλογα αποτελέσµατα λαµβάνονται από τα σύµπλοκα µε θειαζόλια 7 και κυρίως 8. Συγκεκριµένα, τα σύµπλοκα αυτά πληρούν τις συνθήκες του CI (T/C 125%) και µπορούν να χαρακτηριστούν οδηγοί ενώσεις (lead compounds). Συµπερασµατικά, σε πολλές περιπτώσεις η υψηλή τοξικότητα είναι απαραίτητη για την εµφάνιση αντικαρκινικής δράσης στις ενώσεις. Χαρακτηριστικό παράδειγµα αποτελεί το γνωστό αντικαρκινικό cisplatin, το οποίο παρότι εµφανίζει υψηλή τιµή τοξικότητας (7 mg/kg πειραµατόζωου) χρησιµοποιείται ως ευρέως φάσµατος χηµειοθεραπευτικό στην κλινική πράξη. Από την in vitro αντικαρκινική µελέτη προκύπτει οτι οι ενώσεις 3 και 7 εµφανίζουν τη µεγαλύτερη αποτελεσµατικότητα SCE στη µικρότερη συγκέντρωση (15 µμ) και ελαττούµενες τιµές PRI, όπως είναι επιθυµητό. Από τις άλλες ενώσεις, ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι 2 και 8 καθώς οι τιµές SCE είναι οι υψηλότερες ενώ οι τιµές PRI µειώνονται βαθµιαία µε την αύξηση της συγκέντρωσης. Οι ενώσεις 2 και 3 είναι σύµπλοκα Cu II µε τριαµίνες (dien και dpta αντίστοιχα) ενώ οι ενώσεις 7 και 8 περιέχουν ligands θειαζολικά παράγωγα. Από την αξιολόγηση των αποτελεσµάτων της in vitro αντικαρκινικής µελέτης προέκυψαν τα εξής συµπεράσµατα για την επίδραση διαφορετικών παραγόντων στη δραστικότητα των διθειολικών συµπλόκων: Επίδραση µήκους ανθρακικής αλυσίδας τριαµίνης Το σύµπλοκο 3 έχει µεγαλύτερη λιποφιλικότητα από το 2 και µεγαλύτερη δράση SCE και PRI σε όλες τις συγκεντρώσεις. Ανάλογα αποτελέσµατα προκύπτουν και από τη 208

233 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II σύγκριση των τιµών δραστικότητας για τις 2 και 3, µε τη διπολική ροπή (µε την αύξηση της ClogP ελαττώνεται η µ). Επίδραση διπυριδινικού ligand Οι ενώσεις 4 και 5 µε σχεδόν ανάλογη δοµή παρουσιάζουν τη µεγαλύτερη λιποφιλικότητα από όλες τις ενώσεις, και ενώ θα ανεµένετο η αποτελεσµατικότητά τους (SCE) να είναι η καλύτερη, αυτή είναι χαµηλή. Παρουσιάζουν όµως τους καλύτερους δείκτες PRI από όλες τις ενώσεις, και σε όλες τις συγκεντρώσεις. Επίδραση διθειολικού ligand CPD Η αντικατάσταση µιας κυανιούχου οµάδας του i-mt της ένωσης 2, από µια παρανιτροφαινυλοµάδα διπλασιάζει τη λιποφιλικότητα της ένωσης 6 και αυξάνει τη διπολική της ροπή (λόγω της παρουσίας της νιτροµάδας), συγκριτικά µε την 2. Ωστόσο, η δράση SCE δε βελτιώνεται ενώ αυξάνεται η δράση PRI σε όλες τις συγκεντρώσεις. Επίδραση θειαζολικού ligand Από τα θειαζολικά σύµπλοκα το 7 είναι το καλύτερο τόσο στις µελέτες SCE όσο και στις PRI. Οι ενώσεις 8 και 9 εµφανίζουν τη µεγαλύτερη δραστικότητα από όλες τις ενώσεις τόσο στις µελέτες SCE όσο και στις PRI µόνο στη συγκέντρωση 45 µμ. Ωστόσο, τα αποτελέσµατα των µελετών αυτών δεν εµφανίζουν καµία συσχέτιση µε τη λιποφιλικότητα, παρά µόνο µε τη διπολική ροπή Συµπεράσµατα Τα παρασκευασθέντα σύµπλοκα του Cu II µε διθειολικά ligands (i-mt ή CPD) εµφανίζουν διάφορες δοµές, ανάλογα µε τον αριθµό συναρµογής τους και τις µαγνητικές αλληλεπιδράσεις που εµφανίζουν. Είναι παραµαγνητικά και µη ηλεκτρολύτες, ενώ εµφανίζουν αντικαρκινική δράση η οποία δεν εξαρτάται από το µήκος της ανθρακικής αλυσίδας της τριαµίνης oύτε από το διπυριδινικό ligand. Εξαρτάται όµως από τη φύση του θειαζολικού παραγώγου και του διθειολικού ligand (i-mt ή CPD). 209

234 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Πειραµατικό µέρος - ιθειολικά σύµπλοκα Cu II Βιβλιογραφία 1 Ι.Α. Τοσσίδη, Χηµεία Ενώσεων Συναρµογής, Θεσσαλονίκη D. Dang, Y. Bai, L. Wen, Z. Tian, Y. Li, Q. Meng, Journal of Molecular Structure, 2005, 753, 99 3 Α.Β.P. Lever, Inorganic Electronic Spectroscopy, second ed., Elsevier, Amsterdam, 1984, Singh, S. Gupta, R.K. Sinha, Inorg. Chem. Commun., 2003, 6,

235 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Συµπεράσµατα 15. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 1. Τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ] (dienxx = διπλή βάση του Schiff της διαιθυλενοτριαµίνης µε 2-θειοφαιναλδεΰδη ή 2-φουραλδεΰδη, 2a5mt = 2-αµινο-5-µεθυλο-θειαζόλιο, Υ = Cl, Br, O 3 ) είναι µονοπυρηνικά, παραµαγνητικά, 1:1 ηλεκτρολύτες και τετραγωνικά διπυραµιδικά σε στερεή κατάσταση, όπου το άτοµο Cu II συναρµόζεται µε τα τρία άτοµα αζώτου της βάσης Schiff, δύο άτοµα Υ και το ενδοκυκλικό άτοµο αζώτου του 2a5mt. Η αντικαρκινική και αντιµικροβιακή τους δράση in vitro είναι αξιόλογη, και µάλιστα υψηλότερη αυτής των αντίστοιχων µητρικών ενώσεων του τύπου [Cu(dienXX)Y 2 ]. Συνεπώς, για την κατηγορία αυτή συµπεραίνεται οτι η παρουσία του θειαζολίου είναι καθοριστικός παράγοντας για την εκδήλωση βιολογικής δράσης. Ωστόσο, επειδή το 2a5mt είναι βιολογικά αδρανές από µόνο του, ενδεχοµένως τα σύµπλοκά του δρουν ως µεταφορείς, για την είσοδό του στο εσωτερικό του κυττάρου. 2. Τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] (dptas = µονή βάση Schiff της διπροπυλενοτριαµίνης µε 2-θειοφαιναλδεΰδη, Υ = Cl, Br, O 3 ) είναι µονοπυρηνικά, παραµαγνητικά και 1:1 ηλεκτρολύτες. Η δοµή των συµπλόκων αυτών είναι τετραγωνική πυραµιδική, µε τη σφαίρα συναρµογής του Cu(II) να αποτελείται από τρία άτοµα αζώτου της dptas και δύο άτοµα Υ. Η αντικαρκινική δράση των συµπλόκων του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] είναι υψηλότερη αυτής των µητρικών συµπλόκων [Cu(dptaSS)Y 2 ], ενδεχοµένως λόγω της διαφορετικής διπολικής ροπής, της ασυµµετρίας του ligand dptas και του υδρόφιλου χαρακτήρα των πρώτων. Η λιποφιλικότητα δε βρέθηκε να επηρεάζει τη βιολογική δράση των συµπλόκων αυτής της κατηγορίας. Και τα τρία σύµπλοκα του τύπου [Cu(dptaS)Y 2 ] εµφανίζουν ικανότητα αλληλεπίδρασης µε το DA. 3. Τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ] και [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ] (dienxx = διπλή βάση Schiff της διαιθυλενοτριαµίνης µε 2-θειοφαιναλδεΰδη ή 2-φουραλδεΰδη ή 2-πυρρολαλδεΰδη, Y = Cl, Br, O 3 ) είναι επίσης µονοπυρηνικά, παραµαγνητικά και 1:1 ηλεκτρολύτες. Η dien ή το ligand dienxx συναρµόζονται τριδραστικά, ενώ η σφαίρα συναρµογής συµπληρώνεται από αλογόνα (Cl, Br) ή O 3 και από το ενδοκυκλικό άτοµο αζώτου της 2a2tzn. Η δοµή των συµπλόκων του τύπου [Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ] 211

236 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Συµπεράσµατα είναι τετραγωνική πυραµιδική, ενώ αυτών του τύπου [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ] τετραγωνική διπυραµιδική. Η µελέτη τοξικότητας για τα σύµπλοκα αυτά καθορίζει τη δόση που θα χρησιµοποιηθεί στην αντικαρκινική µελέτη που ακολουθεί. Αυτή δείχνει οτι, η φύση του ετεροατόµου της βάσης Schiff και του ιόντος αντιστάθµισης επηρεάζει τη δραστικότητα των συµπλόκων, καθώς τα σύµπλοκα µε βάση Schiff της πυρρολαλδεΰδης και νιτρικά ιόντα εµφανίζονται δραστικότερα. Ωστόσο, στην αντιφλεγµονώδη δράση δεν παρατηρούνται οι ίδιες τάσεις, καθώς τα σύµπλοκα της φουραλαλδεΰδης και τα χλωριούχα παράγωγα εµφανίζουν την υψηλότερη δράση. Η αντιοξειδωτική δράση των συµπλόκων βρέθηκε αξιόλογη, ωστόσο δε µπορούν να διατυπωθούν γενικές τάσεις καθώς αυτά περιέχουν διαφορετικά ετεροάτοµα και ιόντα αντιστάθµισης ενώ η δράση τους δε συσχετίζεται ούτε µε τη λιποφιλικότητα. Επίσης, η αντιφυµατική δράση αντιπροσωπευτικού συµπλόκου που δοκιµάστηκε είναι χαµηλή. 4. Τα τρι- και τετρα- αλογονούχα παραµαγνητικά σύµπλοκα του Cu(II) µπορούν να ταξινοµηθούν σε µονο- και διπυρηνικά, µε αντίστοιχους γενικούς τύπους [Cu(dien/dpta)(X)](XY 2 ) και [Cu(dien)(X)] 2 (X 2 Y 2 ) (Χ = Cl, Br και Y = Br, I). Τα µονοπυρηνικά σύµπλοκα είναι 1:1 ηλεκτρολύτες ενώ τα διπυρηνικά 2:1., σε κάθε όµως περίπτωση η δοµή είναι τετραγωνική πυραµιδική, µε χρωµοφόρο Cu 3 X 2 από τα τρία άτοµα αζώτου της τριαµίνης (dien ή dpta), ένα αξονικό άτοµο Χ και το άτοµο Χ της τριαλογονούχου οµάδας ΧΥ 2. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα επιβεβαιώνονται και από θεωρητικούς υπολογισµούς, από τους οποίους προκύπτει ικανοποιητική σύγκλιση για τα δοµικά χαρακτηριστικά. Η αντιφυµατική δράση που ελέγχθηκε αντιπροσωπευτικά είναι χαµηλή. 5. Τα τριαλογονούχα σύµπλοκα µε βάσεις του Schiff της dien, του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)](YZ 2 ) (Χ = Ο, S, H, Y = Cl, Br και Z = Br, I) είναι µονοπυρηνικά, παραµαγνητικά, 1:1 ηλεκτρολύτες µε δοµή τετραγωνική πυραµιδική. Η αντιµικροβιακή τους δράση είναι υψηλότερη αυτής των µητρικών ενώσεων, έναντι διαφόρων Gram+ και Gram- µικροβίων. Ενώ η φύση του ιόντος αντιστάθµισης δε φαίνεται να επηρεάζει την αντιµικροβιακή δράση, διαφαίνεται η επίδραση της φύσης του ετεροατόµου (dien) και του τριαλογονούχου (ClI 2 ), που προκαλούν υψηλή δραστικότητα στα αντίστοιχα 212

237 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Συµπεράσµατα σύµπλοκα. Επίσης, η διπολική τους ροπή συνδέεται µε τρόπο ανάλογο µε τη δραστικότητα. Τέλος, όλα τα σύµπλοκα του τύπου [Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )] εµφανίζουν ικανότητα αλληλεπίδρασης µε διαφορετικά είδη DA (µονόκλωνο, δίκλωνο, πλασµιδιακό), προκαλώντας εκφυλισµό, συναρµογή ή και τα δύο ταυτόχρονα. 6. Τα διθειολικά σύµπλοκα του Cu II είναι µονο- ή πολυµερή, παραµαγνητικά και ουδέτερα. Εµφανίζουν διαφορετικές παραµορφωµένες δοµές, τετραεδρική, επίπεδη τετραγωνική, τετραγωνική πυραµιδική, ενδιάµεση τετραγωνική πυραµιδική-τετραγωνική διπυραµιδική ή οκταεδρική ανάλογα µε τον αριθµό συναρµογής. Η αντικαρκινική τους δράση (in vivo και in vitro) εξαρτάται από παράγοντες όπως: το µήκος της ανθρακικής αλυσίδας, της τριαµίνης, τον αριθµό των συναρµοσµένων αµινοµάδων και των χηλικών δακτυλίων, την παρουσία ελεύθερης αµινοµάδας, την παρουσία διπυριδινικού ή θειαζολικού ligand και την αντικατάσταση µιας κυανιούχου οµάδας από p-νιτροφαινυλοοµάδα. 213

238 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Περίληψη 16. ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα διατριβή παρασκευάστηκαν σύµπλοκα Cu II µε ligand διβάσεις Schiff και 2a5mt (του γενικού τύπου [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ]), µονοβάσεις Schiff ([Cu(dptaS)Y 2 ]), 2a2tzn ([Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ] και [Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ]), τρικαι τετραλογονούχα ligands ([Cu(dien/dpta)(X)](XY 2 ) και [Cu(dien)(X)] 2 (X 2 Y 2 ), τριαλογονούχα ligands και βάσεις Schiff ([Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )]) και τέλος διθειολικά ligands (i-mt 2- µε αµίνες και θειαζολικά ή τριαζολικά παράγωγα). Η επιλογή τόσο του κεντρικού µετάλλου όσο και των ligands έγινε µε κριτήριο τα φυσικοχηµικά, στερεοχηµικά, ηλεκτρονιακά και βιολογικά τους χαρακτηριστικά. Η δοµή των νέων συµπλόκων προτείνεται µε βάση τη στοιχειακή ανάλυση (C, H,, S, Cu), τη φασµατοσκοπία (IR, UV-Vis), τις µετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας και τις µαγνητικές µετρήσεις. Υποστηρικτικά λειτουργούν οι θεωρητικοί υπολογισµοί, οι οποίοι µέσω της ελαχιστοποίησης της ενέργειας οδηγούν στη σταθερότερη θερµοδυναµικά δοµή. Για κάθε κατηγορία, η τελική επιβεβαίωση της δοµής γίνεται από τη µελέτη ακτίνων-χ επιλεγµένου συµπλόκου σε κρυσταλλική κατάσταση, µε µόνη εξαίρεση τις δύο τελευταίες περιπτώσεις όπου δεν ελήφθη κρυσταλλική δοµή διότι δεν κατέστη δυνατή η αποµόνωση κρυστάλλων. Για όλα τα σύµπλοκα έγιναν διαφορετικές µελέτες βιολογικής δράσης (αντικαρκινική, αντιµικροβιακή, αντιφυµατική, αντιφλεγµονώδης, αντιοξειδωτική, αλληλεπίδραση µε DA) προκειµένου να βρεθεί η επίδραση διαφόρων παραγόντων (λιποφιλικότητας, διπολικής ροπής, αγωγιµότητας, φύσης του ligand κλπ) στη δραστικότητα και συνεπώς να σχεδιασθούν νέες παρασκευές, µε χρήση των βέλτιστων συνδυασµών των οδηγών ενώσεων. 214

239 ιδακτορική διατριβή Αικ.Θ. Χαβιάρα Abstract 17. ABSTRACT Different series of Cu II complexes were synthesized and presented according to their ligands: mixed-ligand complexes of Schiff dibases with 2a5mt [Cu(dienXX)(2a5mt)Y 2 ], of Schiff monobases [Cu(dptaS)Y 2 ], mixed-ligand complexes of dien and 2a2tzn ([Cu(dien)(2a2tzn)Y 2 ]) or of Schiff bases and 2a2tzn ([Cu(dienXX)(2a2tzn)Y 2 ]), of dien/dpta and tri- or tetrahalide ligands ([Cu(dien/dpta)(X)](XY 2 ) and [Cu(dien)(X)] 2 (X 2 Y 2 ), of Schiff bases and trihalide ligands ([Cu(dienΧX)(Y)(YZ 2 )]) and of dithiolates (i-mt 2- with amine ligands or thiazole/triazole derivatives). The new complexes were studied with C,H,,S,Cu elemental analysis, IR and UV-Vis spectroscopy, magnetic and molar conductivity measurements. Theoretical studies were also performed; their results partly support the structures proposed although the minimization of energy was subjected to several restrictions. The X-ray analysis of representative complexes from each series confirms the proposed geometries. The biological (anticancer, antimicrobial, antitubercular, anti-inflammatory, antioxidant, DA interaction) studies performed allow the evaluation of the contribution of several factors (nature of ligands, molar conductivity, lipophilicity, dipole moment) on the biological activity. The abovementioned factors as well as the results obtained allow the selection of lead compounds for future syntheses. 215

240 JOURAL OF Inorganic Biochemistry Journal of Inorganic Biochemistry 98 (2004) Copper(II) Schiff base coordination compounds of dien with heterocyclic aldehydes and 2-amino-5-methyl-thiazole: synthesis, characterization, antiproliferative and antibacterial studies. Crystal structure of CudienOOCl 2 A.Th. Chaviara a, P.J. Cox b, K.H. Repana c,d, R.M. Papi c, K.T. Papazisis d, D. Zambouli d, A.H. Kortsaris d, D.A. Kyriakidis c, C.A. Bolos a, * a Laboratory of Inorganic Chemistry, Department of Chemistry, Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki, Greece b School of Pharmacy, The Robert Gordon University, Schoolhill, Aberdeen AB10 1FR, Scotland, UK c Laboratory of Biochemistry, Department of Chemistry, Aristotle University, Thessaloniki , Greece d Laboratory of Cell Culture, Department of Research, Theagenion Cancer Hospital, Al. Simeonides 2 str., Thessaloniki , Greece Received 29 March 2004; received in revised form 25 May 2004; accepted 26 May 2004 Available online 2 July 2004 Abstract A new series of coordination compounds of the starting materials [Cu(dienX 2 Y 2 )] and their adducts [Cu(dienXXY 2 )(2a-5mt)] (where dien ¼ diethylenetriamine, dienxx ¼ Schiff bases of diethylenetriamine with 2-furaldehyde or 2-thiophene-carboxaldehyde, X ¼ O, S, Y ¼ Cl, Br, O 3 and 2a-5mt ¼ 2-amino-5-methylthiazole) were synthesized by stepwise reactions and their structures were established by C, H,, Cu analysis, spectroscopic, magnetic and molar conductivity measurements. The isolated compounds are monomers, paramagnetic and electrolytic compounds of the type 1:1. In all cases, the pentadentate Schiff base (dienxx) is bonded in a tridentate fashion through the 3 atoms. In the CudienXXY 2 compounds the coordination sphere is completed by two Cl or Br or O 3 groups in a square pyramidal arrangement. The proposed structure for this type of compound was further supported by X- ray diffraction analysis of the compound [Cu(dienOO)Cl 2 ]. Its basal plane consists of three Cu contacts [2.017(2), 2.025(2) and 2.012(2) A] from dienoo, and the Cl(1) atom, while the Cl(2) atom possesses the apical position, the relevant distances being (7) A for Cu Cl(1) and (7) A Cu Cl(2). In the CudienX 2 Y 2 Æ 2a-5mt adducts the coordination sphere of copper is further completed by the nitrogen ring atom of the 2a-5mt, forming an octahedral configuration. The study of the biological activity of the compounds synthesized against a panel of different normal and cancer cell lines (MRC5, HeLa, MCF7, HT-29, OAW42, T47D) and bacteria (E. coli, B. cereus, B. subtilis) showed that the adducts of the type [Cu(dienXXY 2 )(2a-5mt)] exhibit increased activity both in cancer cells and in bacteria, compared to the starting material of type [Cu(dienXXY 2 )]. Ó 2004 Elsevier Inc. All rights reserved. Keywords: Schiff bases; Copper(II) compounds; Dien; X-ray study; Antiproliferative antibacterial studies; Thiazoles 1. Introduction Multidentate ligands are extensively used in coordination chemistry, since they can be applied in the construction of new frameworks with interesting properties [1]. Among these ligands, the linear or cyclic Schiff bases * Corresponding author. Tel.: ; fax: address: bolos@chem.auth.gr (C.A. Bolos). have attracted much attention since most of their compounds prepared to date exhibit noteworthy bioactivity and desirable or predictable physicochemical, stereochemical, electrochemical, structural properties, etc. [2,3]. These properties are due not only to the diverse condensation products of the amine-aldehyde reaction, but also to the participation of the specific metal atom and ligands. In some cases, the structural and biological properties of the corresponding coordination compounds are more noteworthy than those of the ligands /$ - see front matter Ó 2004 Elsevier Inc. All rights reserved. doi: /j.jinorgbio

241 1272 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 98 (2004) alone. Their use as tools for the analysis of pharmacological [4,5] substances and as analgesic, anti-inflammatory, antibiotic, antimicrobial [6] and especially as anticancer [7] agents is well known. The numerous side effects of cis-ddp as a chemotherapeutic agent leave room for the selection of other metals for the synthesis of bioactive molecules. Among these, Cu(II) is especially attractive due to its plasticity and its participation as an integral part of the active site of different types of metalloproteins, which familiarize its coordination with the human body s functions. Furthermore, the metal enables the scission of nucleic acids by the formation of corresponding compounds with numerous structures and reactivities, as well as the discrimination between different forms of DA by coordination to the electron-rich nucleobases [8 12]. Although the antiproliferative action of Cu(II) coordination compounds has been contradictory, recent results on both the metal and specific ligands especially small molecules are promising [13 17] for further studies in this field. During the past years, we have focused our research [16,17] on the synthesis, characterization and biological studies of Cu(II) coordination compounds with Schiff bases of polyamines with heterocyclic aldehydes as ligands. Polyamines and heterocyclic aldehydes (2-thiophene-carboxaldehyde and 2-furaldehyde) were selected, the former due to its coordinative, conformational and physicochemical properties, while the latter in order to mimic biological systems and mechanisms in the process of drug design. The five- or six-membered chelate ring Schiff bases stabilize, in thermodynamic terms of entropy, the compounds synthesized [18]. The aim of this work was to improve the biological activity of some of the already studied compounds [17] through the synthesis and study of novel Schiff bases mixed-ligand coordination compounds, by the insertion of biological molecules such as thiazoles, into the copper coordination sphere. The bioactivity of S,-thiazoles is largely due to their structural similarities with proteins imidazolyl entities [19], as well as biological, structural, electronic and spectroscopic features [20,21]. Their participation in the formation of compounds can modify [22 29] the bioactive and pharmaceutical characteristics of the adducts, a recent example being the report of the effect of chelation on the bactericidal properties of thiazole-derived compounds [30 33]. According to our experience [16], among the thiazoles employed to date, the 2-amino,5-methylthiazole is most appropriate for the enhancement of the bioactivity of already synthesized compounds. This unique characteristic of the 2a-5mt molecule could be attributed to its electronic distribution resulting from the +I effect of the lipophilic methyl, the +R effect of the hydrophilic amino group and the )R effect of the thiazole ring. Furthermore, the position of the methyl group on the fifth carbon atom is essential due to steric or other reasons, since the 2a-4mt molecule where the methyl group is located on the fourth C atom, does not exhibit activity. Previous studies with 2-amino-5-methylthiazole Cu complexes have shown interesting results against cancer cell lines [16]. Interestingly, this compound seemed to have a high activity against epithelial cancer cell lines like T47D (breast cancer), HT29 (colon cancer) and HeLa cells (squamous carcinoma of the cervix), showing a less significant activity against the L929 normal fibroblastic cell line. This effect was cell-cycle specific and mediated by induction of apoptosis as well as DA synthesis inhibition. In the present paper, we report the antiproliferative effect of Schiff base complexes against a variety of cell lines that represent epithelial (breast, ovarian and colon) and squamous cell (cervical) carcinomas, as well as a normal human fibroblastic cell line. As far as the Gram þ and Gram bacteria are concerned, the specific bacteria selected are well-established models for such preliminary studies [17]. 2. Experimental procedures 2.1. Syntheses All chemicals were purchased from Aldrich, EDH Chemicals and Merck, reagent grade and were used without further purification Starting materials The methods used for the synthesis of the starting materials, were published earlier [17,34,35] and further confirmed by the X-ray diffraction analysis of the compound CudienOOCl 2, described in the present work Synthesis of the Schiff base CudienXXY 2 2a-5mt adducts The design of the syntheses of the [Cu(dienXXY)(2a- 5mt)] þ Y adducts followed our previous work [34] regarding the synthesis, crystal and molecular structures of [Cu(dien)(2a-mt)](O 3 ) Preparation of the compound CudienSSCl 2 2a- 5mt. 2-Thiophene-carboxaldehyde (0.96 ml, 10 mmol) was stirred with 0.55 ml (5 mmol) of dien in an ice bath. The resulting syrup-like Schiff base was diluted with 20 ml of ethanol. Two 10 ml ethanolic solutions containing 0.86 g (5 mmol) CuCl 2 Æ 2H 2 O and g (5 mmol) of 2a-5mt were successively added dropwise to the Schiff base solution. After 10 min of stirring the resulting bluegreen solid was isolated by filtration, washed with ether and dried in air. Yield: 41%. Anal. Calc. for C 18 H 23 5 S 3 CuCl 2 (Mr ¼ ): C, 40.00; H, 4.20;, 12.90; Cu, Found: C, 39.92; H, 4.13;, 12.87; Cu,

242 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 98 (2004) %. IR (KBr disc): 3119vs, 1615vs, 1519s, 493w, 345w, cm Preparation of the compound CudienSSBr 2 2a- 5mt. Dien (1.1 ml, 10 mmol) was mixed with 1.92 ml (20 mmol) of 2-thiophene-carboxaldehyde. The resulting syrup-like Schiff base was diluted with 20 ml of methanol. A methanolic solution (10 ml) of CuBr 2 (2.22 g, 10 mmol) was added upon stirring; the colour of the solution changed to green and after 30 min a green solid was formed. After stirring for 40 min a methanolic solution (10 ml) of 1.14 g (10 mmol) 2a-5mt was added; the colour of both the solution and the solid changed to blue-green. The solid was isolated by filtration, washed with ether and dried in air. Yield: 68%. Anal. Calc. for C 18 H 23 5 S 3 CuBr 2 (Mr ¼ ): C, 34.40; H, 3.70;, 11.10; Cu, Found: C, 34.09; H, 3.81;, 10.98; Cu, 9.99%. IR (KBr disc): 3171vs, 1615vs, 1531s, 420w, 290w, cm Preparation of the compound CudienOOBr 2 2a- 5mt. Dien (1.1 ml, 10 mmol) was stirred with 1.7 ml (20 mmol) of 2-furaldehyde in an ice bath. The resulting syrup-like Schiff base was diluted with 20 ml of methanol. A methanolic solution (10 ml) of CuBr 2 (2.22 g, 10 mmol) was added dropwise while stirring over a period of 30 min; the colour of the solution changed from brown to green and a green solid was formed. After a further 10 min of stirring a methanolic solution (10 ml) of 1.14 g (10 mmol) 2a-5mt was added; the colour of the solid changed to blue-green. After a further 30 min of stirring the new solid formed was isolated by filtration, washed with ether and dried in air. Yield: 59%. Anal. Calc. for C 18 H 23 5 SO 2 CuBr 2 (Mr ¼ ): C, 38.28; H, 4.10;, 12.40; Cu, Found: C, 38.27; H, 4.05;, 12.30; Cu, 10.50%. IR (KBr disc): 3112vs, 1613vs, 1520s, 420w, 290w, cm Preparation of the compound CudienOOCl 2. Dien (1.1 ml, 10 mmol) was mixed with 1.7 ml (20 mmol) of 2-furaldehyde. The resulting syrup-like Schiff base was diluted with 20 ml of methanol. A methanolic solution (10 ml) of CuCl 2 Æ 2H 2 O (1.7 g, 10 mmol) was added dropwise while stirring; the colour of the solution changed to green. Yield: 84%. The solid formed was isolated by filtration, washed with ether and dried in air. Suitable green crystals for X-ray analysis were isolated from a MeOH CH 2 Cl 2 Et 2 O (1:1:1) solution by slow evaporation at 5 C. Anal. Calc. for C 14 H 17 3 O 2 CuCl 2 (Mr ¼ ): C, 42.62; H, 4.23;, 10.67; Cu, Found: C, 42.80; H, 4.32;, 10.58; Cu, 16.00%. IR (KBr disc): 3105vs, 1635vs, 469w, 342w, cm Preparation of the compound CudienOOCl 2 2a- 5mt. Dien (1.1 ml, 10 mmol) was stirred with 1.7 ml (20 mmol) of 2-furaldehyde in an ice bath. The resulting syrup-like Schiff base was diluted with 20 ml of methanol. A methanolic solution (10 ml) of CuCl 2 Æ 2H 2 O (1.7 g, 10 mmol) was added dropwise while stirring. After 30 min, 1.14 g (10 mmol) of 2a-5mt in 10 ml of methanol were added. The blue-green solid formed was isolated by filtration, washed twice by ether and dried at room temperature. Yield: 30%. Anal. Calc. for C 18 H 23 5 SO 2 CuCl 2 (Mr ¼ ): C, 42.57; H, 4.57;, 13.59; Cu, Found: C, 42.50; H, 4.70;, 14.05; Cu, 12.02%. IR (KBr disc): 3097vs, 1625vs, 1529s, 469w, 328w, cm Preparation of the compound Cudien- OO(O 3 ) 2 2a-5mt. Dien (1.1 ml, 10 mmol) was mixed with 1.7 ml (20 mmol) of 2-furaldehyde. The resulting syrup-like Schiff base was diluted with 20 ml of methanol. A methanolic solution (10 ml) of 2.41 g Cu(O 3 ) 2 Æ 3H 2 O was added while stirring. After 10 min of stirring a methanolic solution (10 ml) of 1.14 g (10 mmol) 2a-5mt was added and the blue-green solid formed was isolated by filtration, washed with ether and dried in air. Yield: 73%. Anal. Calc. for C 18 H 23 7 SO 8 Cu (Mr ¼ ): C, 40.87; H, 4.38;, 18.74; Cu, Found: C, 40.74; H, 4.33;, 18.62; Cu, 12.09%. IR (KBr disc): 3133vs, 1639vs, 1520s, 520w, 466w, 343w, cm Physical measurements and determinations Carbon, hydrogen and nitrogen were determined by microanalysis using a Perkin Elmer 240B elemental analyzer. Molar conductivities were measured on a WTW conductivity bridge employing a calibrated dip type cell and 10 3 M solutions in dimethylsulfoxide (DMSO). Magnetic susceptibility measurements on powder samples were performed at room temperature (25 C) employing the Faraday method on a home-built balance calibrated against Hg[Co(CS) 4 ]. Diamagnetic corrections were estimated from Pascal s constants. The effective magnetic moment was calculated from the expression: l eff ¼ 2:84ðv M T Þ 1=2. Infrared spectra were obtained by the KBr disc technique and were recorded on a Perkin Elmer FT-IR Spectrum One spectrometer. Electronic spectra in solution were measured on a Hitachi U-2001 spectrophotometer using 10 mm Teflonstoppered quartz cells. The solid-state electronic spectra were obtained in ujol mulls X-ray structure determination Single crystals of the compound CudienOOCl 2 suitable for crystal structure analysis were obtained by slow evaporation of methanol/dichloromethane/ether solutions at 5 C. X-ray diffraction data were collected on a Bruker-onius Kappa CCD area-detector diffractometer. Details of crystal and structure refinement are shown in Table 1.

243 1274 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 98 (2004) Table 1 Crystal data and structure refinements for CudienOOCl 2 Empirical formula C 14 H 17 Cl 2 Cu 3 O 2 Formula weight T (K) 120(2) k ( A) Crystal system Monoclinic Space group P2 1 =n Unit cell dimensions a ( A) (4) b ( A) (6) c ( A) (5) a ( ) 90 b ( ) (5) c ( ) 90 V ( A 3 ) (12) Z 4 D calc (Mg/m 3 ) Absorption coefficient (mm 1 ) F ð000þ 804 Crystal size (mm 3 ) h Range for data collection ( ) Index ranges 13 6 h 6 13, 16 6 k 6 16, 16 6 l 6 16 Reflections collected Independent reflections (R int ) 3676 (0.0527) Completeness to h ¼ 27:52 (%) 99.3 Maximum and minimum transmission and Refinement method Full-matrix least-squares on F 2 Data/restraints/parameters 3676/0/199 Goodness-of-fit on F Final R indices [I > 2rðIÞ] R 1 ¼ 0:0391, wr 2 ¼ 0:0980 R indices (all data) R 1 ¼ 0:0500, wr 2 ¼ 0:1032 Largest difference peak and hole (e A 3 ) and )0.628 The programs DEZO [35] and COLLECT [36] were used in data collection and cell refinement. The structures were solved using the program SIR97 [37] and refined with the program SHELX-97 [38]. Molecular plots were obtained with the program ORTEP-3 [39] Biological tests Chemicals All chemicals used for the biological studies were purchased from Aldrich except of tryptone and yeast extract, which were purchased from Scharlau. The bacteria Escherichia coli (XL1), Bacillus subtilis (ATCC 6633), and Bacillus cereus (ATCC 11778) were grown in minimal medium salt broth (MMS, 1.5% w/v glucose, 0.5% w/v K 2 HPO 4, 0.2% w/v H 4 Cl, 0.1% w/v acl, 0.01% w/v MgSO 4 and 0.1% w/v yeast extract, ph was adjusted to 7.0), at 37 C with shaking. For the precultures Luria Brettani broth (LB, 1% w/v tryptone, 0.5% w/v acl and 0.5% w/v yeast extract) was used Cell lines All test substances were diluted in DMSO. The final concentration of DMSO in the culture was always less than 0.1% w/v, a concentration that produced no effects on cell growth and proliferation, as was experimentally confirmed (data not shown). Cell lines used were MRC5 [40] (normal human lung fibroblasts), MCF7 [41] (human breast cancer), T47D [42] (human breast cancer), HT-29 [43] (human colon cancer), HeLa [44] (human cervical cancer) and OAW42 [45] (human ovarian cancer). Cells were grown as monolayer cultures in T-75 flasks (Costar) at 37 C, in an atmosphere containing 5% CO 2 in air and 100% relative humidity and subcultured twice a week. The culture medium used was Dulbecco s modified Eagle s medium (DMEM, Gibco Glasgow, UK), supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS, Gibco Glasgow, UK), 100 lg/ml streptomycin and 100 IU/ml penicillin Cell growth and proliferation assays Adherent cells at a logarithmic growth phase, were detached by addition of 2 3 ml of a 0.05% trypsin (Gibco, Glasgow, UK) 0.02% Ethylenediaminetetraacetic acid, disodium salt (EDTAa 2 ) mixture and incubated for 2 5 min at 37 C. Cells were plated (100 ll per well) in 96-well flat-bottom microtiter plates (Costar-Corning, Cambridge) at densities of 5000 or 10,000 (depending on cell line) cells per well. Cells were left for 24 h at 37 C to resume exponential growth. An equal volume (100 ll) of either complete culture medium (control wells), or twice the final substance concentrations, diluted in complete culture medium, was added 24 h later. Six replicate wells for each concentration, were used. Background control wells (n ¼ 8), containing the same volume of complete culture medium, were included in each experiment. Cell growth was evaluated 48 h later by means of the SRB assay. All experiments were performed at least twice SRB assay The SRB assay was carried out as previously described [46,47]. In brief, culture medium was aspirated prior to fixation using a microplate-multiwash device (Tri-Continent Scientific, Inc., Grass Valley, CA) and 50 ll of 10% cold (4 C) trichloroacetic acid (TCA) were gently added to the wells. Microplates were left for 30 min at 4 C, washed five times with deionized water and left to dry at room temperature for at least 24 h. Subsequently, 70 ll of 0.4% (w/v) sulforhodamine B (Sigma) in 1% acetic acid solution were added to each well and left at room temperature for 20 min. SRB was removed and the plates were washed five times with 1% acetic acid before air drying. Bound SRB was solubilized with 200 ll of 10 mm unbuffered Tris-base solution and plates were left on a plate shaker for at least 10 min. Absorbance was read in a 96-well plate reader at 492 nm

244 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 98 (2004) subtracting the background measurement at 620 nm. The test optical density (OD) value was defined as the absorbance of each individual well, minus the blank value ( blank is the mean optical density of the background control wells, n ¼ 8). Mean values and CV from six replicate wells were calculated automatically. Results were expressed as the survival fraction (sf), derived from the following equation: sf ¼ ODx=ODc; where ODx and ODc represent the test and control optical density, respectively Cell cycle analysis by flow cytometry For cell cycle experiments or (depending on cell line) cells were seeded in 75-cm 2 flasks and left for 24 h in the incubator to resume exponential growth. Cells were exposed to compounds and 48 h later they were harvested (using trypsin/edta as above), washed in PBS and counted in a hemocytometer chamber; cells were resuspended thoroughly in 125 ll cold Saline GM (g/l: glucose 1.1; acl 8.0; KCl 0.4; a 2 HPO 4 Æ 12H 2 O 0.39; KH 2 PO and 0.5 mm EDTA) followed by the addition of 375 ll of 95% nondenatured, ice-cold ethanol [48]. Cells were kept in 4 C for a maximum period of three days (short-term storage does not alter results, as was experimentally confirmed) until analysis was performed. For cell cycle analysis 10% of standard chicken erythrocyte nuclei were added as a control. The samples were processed in a DA-preparation Epics Workstation (Coulter, El). By this method the content of cellular DA is assessed using propidium iodide [49,50]. To avoid an increased signal by staining artefact on double stranded RA, cells were digested with Dase-free Rase A [51]. Cellular DA content was measured using an Epics II flow cytometer (Coulter, El). The fluorescent signals from 10,000 to 20,000 cells were collected and the result was displayed as a frequency distribution histogram (DA histogram). The mean channel, cell count, standard deviation (SD), coefficient of variation (CV), DA index (DI) and cell cycle distribution were calculated for each sample using the Multicycle Cell Cycle Analysis Software (Phoenix Flow Systems Inc.). Care was taken to exclude any doublets or cell debris noise from the assessment Antibacterial tests and activity The compounds under study were added to the culture before the inoculumn. A 1% v/v inoculumn of a fully grown culture of each bacterium was performed in MMS in the presence and absence of the tested compound Minimal inhibitory concentration method Screening of the antibacterial activity of the compounds was performed by determining the minimal inhibitory concentration (MIC) [52]. The compounds being tested were dissolved in DMSO. A twofold serial dilution from 100 to 6 lg/ml was used. The antibacterial activity was studied against E. coli (XL1), B. subtilis (ATCC 6633), and B. cereus (ATCC 11778). A preculture of the bacteria was incubated in LB at the optimal growth conditions for each species. A 1% v/ v inoculumn of each culture was done in MMS broth under the presence or absence of the compound being tested. The bacterial growth was monitored by measuring the turbidity of the culture after 10 and 24 h. If a certain concentration of a compound inhibited bacterial growth, half the concentration of the compound was then tested. This procedure was repeated until a concentration was obtained where bacteria grew normally. The lowest concentration that inhibited bacterial growth was determined as the MIC value. All tests were in duplicate. Control tests with no active ingredients were also carried out. 3. Results and discussion The condensation reaction of dien with 2-thiophenecarboxaldehyde or 2-furaldehyde in 1:2 molar ratios yields Schiff bases of the type dienss or dienoo which further react with copper(ii) chloride dihydrate, copper(ii) bromide and copper(ii) nitrate trihydrate to give the corresponding Cu(II) Schiff base compounds. The further reaction of CudienXXY 2 with 2a-5mt was performed in 1:1 molar ratios and yielded monomeric octahedral compounds. The general reaction performed is shown in the following scheme: X -CH= H =HC- X 2a-5mt X -CH= H =HC- X Cu Cu Y Y Y Y S H H 2 3 C X = O, S Y = Cl, Br, O 3

245 1276 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 98 (2004) The preparation process was based on the 1:1 dissociation of the starting materials in methanol, thus leaving room for the coordination of 2a-5mt. The novel Schiff-base copper(ii) compounds and their adducts with 2a-5mt are stable, blue or green coloured, crystals or crystalline powders and were characterized by elemental analyses (C, H,, Cu). Their structures were tentatively proposed by infrared and electronic spectroscopy, magnetic and molar conductivity measurements. The X-ray analysis of CudienOOCl 2 is supportive of the structural proposals for the starting compounds of the type CudienXXY 2 ; it is unfortunate that attempts to grow suitable crystals of the adducts for X-ray analysis have been unsuccessful to date. Studies concerning the antiproliferative and antimicrobial activity of the compounds are also discussed, revealing interesting features concerning the bioactivity of the adducts compared to the starting materials Spectral studies Infrared spectra The infrared spectra of the compounds under investigation were recorded in the cm 1 region with KBr pellets. The most important IR bands are given in Section In the IR spectra of the copper compounds of the type CudienXXY 2 the very strong band at cm 1 is assigned to the m(c@) of the imine group, confirming the formation of Schiff bases between dien and thiophene-2-carboxaldehyde or 2-furaldehyde [53,54]. The shift of this band to lower frequencies by cm 1 in combination with a new band at cm 1 attributed to the stretching vibration of the partially double carbon-nitrogen bond of the thiazole ring [34], confirm its coordination to the Schiff base through the 3 atom. The bands at cm 1 could be assigned to the m(cu ) while the bands below 400 cm 1 could be assigned to the Cu X (X ¼ Cl, Br) bonds. In the IR spectra of CudienOO(O 3 ) 2 and CudienOO(O 3 ) 2 Æ 2a-5mt, the broad band at 1380 cm 1 shows the coordination of the nitrate group bidentately through the oxygen atoms which is further supported by the appearance of a new weak band at 520 cm 1 attributed to the m(cu O) [17] UV Vis spectra The spectra of the compounds were recorded in DMSO, in which they are readily soluble, and in the solid state (ujol mulls). The electronic spectra of the Cu(II) compounds of the type CudienXXY 2 in DMSO solutions exhibit (Table 2) absorption bands at and nm which form a UV Vis pattern of square pyramidal structures. The first of these bands, of low intensity, can be attributed to a d d transition in five-coordinate Cu(II), while the nm band could be assigned either to a p! p intraligand transition or to the coincidence of charge transfer, d! p and L fi M transitions [17] and is related to the counterion Y. As far as the adducts of the type CudienXXY 2 Æ 2a- 5mt are concerned, the bands at the visible region are almost unchanged, the only difference being the red shift by 27 nm observed in the case of CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt. These bands were also attributed to a d d transition and Table 2 The UV Vis bands and molar conductivity measurements of the Cu(II) complexes o. Compound UV Vis (nm) (log e) UV Vis (nm) l eff (BM) Kl (ls cm 1 ) (DMSO) (ujol) 1 CudienSSCl 2 651(2.23) (4.36) 2 CudienSSCl 2 Æ 2a-5mt 650(2.16) (4.36) 3 CudienSSBr 2 660(2.27) (4.03) 4 CudienSSBr 2 Æ 2a-5mt 663(2.23) (4.51) 5 CudienOOBr 2 660(2.31) (4.66) 6 CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt 633(1.77) (1.76) 7 CudienOOCl 2 647(2.19) (4.39) 8 CudienOOCl 2 Æ 2a-5mt 650(2.25) (4.39) 9 CudienOO(O 3 ) 2 644(2.13) (4.58) 10 CudienOO(O 3 ) 2 Æ 2a-5mt 642(2.14) (4.66)

246 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 98 (2004) a distorted square bipyramidal geometry could also be proposed [55]. The proposed structure is in accordance with the molar conductivity values (see Section 3.2). The d d bands obtained in ujol (Table 2) in the visible region appear in the same region as in solution thus confirming the same structures in both solution and solid state Molar conductivity measurements The molar conductivity (Kl) values of the compounds (Table 2) in DMSO, being in the ls cm 1 range for the chloro and bromo compounds of the type CudienXXY 2 and ls cm 1 for the compounds of the type CudienXXY 2 Æ 2a-5mt, indicate [56] the essential 1:1 electrolytic character of the compounds prepared. Regarding the nitrato compound and its adduct, the Kl values are 60 and 68 ls cm 1, respectively, showing dissociation of the type 2:1. This means that the corresponding formulas, indicating the electrolytic behaviour of the compounds in DMSO are: [Cu(dienX 2 Y)] þ Y and [Cu(dienX 2 Y)(2a-5mt)] þ Y for the chloro and bromo compounds, respectively, and [Cu(dienX 2 )] 2þ 2O 3, [Cu(dienX 2)(2a-5mt)] 2þ 2O 3 for the nitrato compounds Magnetic moments The l eff values of the new Schiff base compounds in the region show that they are paramagnetic in nature. These values (Table 2) are indicative of the d 9 electronic configuration of the Cu(II) atom and characteristic of monomeric species Description of the structure CudienOOCl 2 The principal bond lengths and valence angles for the compound are given in Table 3. An ORTEP projection of the compound with the labeling of the atoms is given in Fig. 1. The copper atom is five-coordinated with three nitrogen atoms and two chlorine atoms giving rise to a distorted square pyramidal (SP) environment; this may result from the non-equivalence of the Cu and Cu Cl Table 3 Selected bond distances ( A) and angles( ) for CudienOOCl 2 Cl(1) Cu(1) (7) (3) Cu(1) Cl(1) 96.78(6) Cl(2) Cu(1) (7) (1) Cu(1) Cl(1) 96.95(7) Cu(1) (1) 2.017(2) (2) Cu(1) Cl(1) (7) Cu(1) (3) 2.012(2) (3) Cu(1) Cl(2) 95.25(6) Cu(1) (2) 2.025(2) (1) Cu(1) Cl(2) 89.50(7) (3) Cu(1) (1) (9) (2) Cu(1) Cl(2) 96.18(6) (3) Cu(1) (2) 81.83(9) Cl(1) Cu(1) Cl(2) (3) (1) Cu(1) (2) 82.57(9) Fig. 1. ORTEP plot showing the molecular structure of [Cu(dienOO)Cl 2 ] with the atomic numbering scheme. Atomic thermal ellipsoids are presented at the 50% probability level. bonds and the strain in the five-membered chelate rings. The copper nitrogen bond distances of 2.012, and A are almost equal and are consistent with the distances usually found for octahedral [34,56,57] or square pyramidal [53,58,59] copper(ii) compound with nitrogen ligands. Among the Cu Cl bond distances, the Cu Cl(2) of (7) A the Cl(2) atom being in the apical position [60] is longer than that of Cu Cl(1) of (7) A the Cl(1) atom being in the basal position. This is in contrast with the trigonal bipyramidal Cu 3 Cl 2 compound in which the two trans Cu Cl bonds should be essentially identical. In a square pyramid the angles should be 90. If Cu is above the 3 Cl plane, the Cl 2 Cu angles should be >90. The angles around the Cu atom defining the square basal plane (1) Cu(1) (2) ¼ 82.57, (2) Cu(1) (3) ¼ and the angles (3) Cu(1) Cl(1) ¼ and (1) Cu(1) Cl(1) ¼ are in the expected range and similar in pairs. The angles around the comprising Cl(2) atom are >90 (the (1) Cu(1) Cl(2) ¼ being the only exception): (2) Cu(1) Cl(2) ¼ 96.18, (3) Cu(1) Cl(2) ¼ 95.25, Cl(1) Cu(1) Cl(2) ¼ The last angle deviates from 90 expected for SP thus proving the distortion of the basal plane. The Cu(1) atom is displaced by A from the basal plane. The two intramolecular H-bonds (Table 4) C(5) H(5) Cl(1) and C(10) H(10)Cl(1), the intermolecular hydrogen bonds (2) H(2A)Cl(2) and the two intramolecular hydrogen bonds C(14) H(14)Cl(2) and C(2) H(2)Cl(2) of the neighbouring molecules stabilize the distorted square pyramidal structure. The two furyl rings are strictly planar, within experimental error, while the corresponding bond lengths and bond angles in the two rings are almost identical and similar to the geometrical parameters of other compounds containing furyl rings [61]. The ring oxygen atoms do not participate in the coordination since they are too far from the Cu atom. The conformation of the two chelate fused rings are twisted rather than planar; one adopts an approximate C7 envelope conformation and the other adopts a distorted half-chair conformation.

247 1278 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 98 (2004) Table 4 Hydrogen bonds in CudienOOCl 2 Donor HAcceptor d(d H) ( A) d(ha) ( A) d(da) ( A) d(d HA) ( ) (2) H(2A)Cl(2) i (2) 150 C(2) H(2)Cl(2) ii (3) 173 C(5) H(5)Cl(1) (3) 123 C(7) H(7A)O(2) iii (3) 144 C(10) H(10)Cl(1) (3) 125 C(14) H(14)Cl(2) iv (3) 138 The superscripts refer to the following transformations of atom coordinates: i, 1=2 x; 1=2 þ y; 3=2 þ z; ii, 1 þ x; y; z; iii, 1=2 þ x; 1=2 y; 1=2 þ z; iv, 1=2 þ x; 1=2 y; 1=2 þ z. For C HAcceptor interactions see: Th. Steiner, Cryst. Rev. 6 (1996) For H-bond classification see: G.A. Jeffrey, H. Maluszynska, J. Mitra, Int. J. Biol. Macromol. 7 (1985) Biological tests Antibacterial activity Data on antibacterial activity of the tested compounds against E. coli (XL1), B. subtilis (ATCC 6633), and B. cereus (ATCC 11778) are presented in Table 5. A very good antibacterial activity was observed when CudienOOCl 2 Æ 2a-5mt and CudienSSCl 2 Æ 2a-5mt were used, indicating also a kind of specificity against the Gram þ bacteria B. cereus and B. subtilis. Lower antibacterial activity was observed when CudienSSBr 2 Æ 2a- 5mt was used. The comparison of the activity of the initial compounds to the activity of compounds after the addition of the ineffective 2a-5mt ligand leads to the conclusion that 2a-5mt is crucial for the antimicrobial activity in most cases Cell growth and proliferation assay The substance concentrations that cause 50% (sf ¼ 0.5) inhibition of the cellular proliferation (IC 50 ) are presented in Fig. 2 and in Table 6. Each point represents mean of six replicate wells ( ¼ 6). The coefficient of variation, CV (CV ¼ Standard Deviation/mean %) was always <5% so the standard error (SE) was very low in all cases. The compounds with the 2a-5mt ligand (Table 6) show higher cytotoxicity than the starting compounds. To find out whether the effect of the compounds could be attributed to the ligand (2a-5mt), we tested the ligand alone against all cell lines (Table 6). The ligand exhibited only a weak inhibition on cellular proliferation (lower than 22% effect at the maximum concentration of 250 lm). CudienOO(O 3 ) 2 Æ 2a-5mt appears to be an interesting compound, due to its possible cell-specific action: It seems to be more specific in inhibiting the cellular proliferation of all three cancer cell lines tested (HeLa, HT-29 OAW42), even though their IC 50 values are quite high in respect to all the other compounds, than the normal, MRC5 (see Table 6) human cell line. Possible alterations in its structure could reveal a specific action in cancerous cells, in lower concentrations, which is the next step in the study of this compound. This could also be the case for the CudienSSCl 2 Æ 2a-5mt and CudienSSBr 2 Æ 2a-5mt which also appear to be more specific in the cancer cell lines (with the exception of the HeLa cells for the CudienSSBr 2 Æ 2a-5mt). Studies in the structure of these two compounds seem to be prominent. Previous studies have shown that the HT-29 cell line, appears to be more resistant to drug, compared to the other cell lines [17]. Interestingly, the CudienSSBr 2 Æ 2a- 5mt and CudienSSCl 2 Æ 2a-5mt compounds appear to have quite satisfying IC 50 values for the HT-29 cells, followed, in a lesser extent, by CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt. Finally, the results obtained by CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt Table 5 Minimal inhibitory concentration (lg/ml) of the compounds o. Compound E. coli Gram B. subtilis Gram þ B. cereus Gram þ 10 h 24 h 10 h 24 h 10 h 24 h 2a-5mt >100 >100 >100 >100 >100 >100 1 CudienSSCl 2 >100 >100 >100 >100 >100 >100 2 CudienSSCl 2 Æ 2a-5mt >100 > CudienSSBr 2 >100 >100 >100 >100 >100 >100 4 CudienSSBr 2 Æ 2a-5mt >100 > CudienOOBr 2 >100 >100 >100 >100 >100 >100 6 CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt >100 >100 >100 >100 >100 >100 7 CudienOOCl 2 >100 >100 >100 >100 >100 >100 8 CudienOOCl 2 Æ 2a-5mt >100 > CudienOO(O 3 ) 2 >100 >100 >100 >100 >100 > CudienOO(O 3 ) 2 Æ 2a-5mt >100 >

248 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 98 (2004) Fig. 2. Dose response curves of HeLa (j), MRC5 (r), HT-29 (d), MCF7 (), OAW42 (- - -) and T47D ( ) cells after treatment with the Cu(II) complexes under study, assayed with the SRB method. Horizontal lines represent micromolar concentrations and vertical lines the survival fraction. Table 6 IC 50 values of the Cu(II) mixed-ligand Schiff-base complexes for different cell lines o. Compound IC 50 value (lm) MRC5 HeLa MCF7 T47D HT-29 OAW42 2a-5mt n.e. a n.e. n.e. n.e. n.e. n.e. 1 CudienSSCl 2 n.e. n.e n.e. n.e. n.e n.e. 2 CudienSSCl 2 Æ 2a-5mt b 35 3 CudienSSBr 2 n.e n.e n.e. n.e n.e. n.e. 4 CudienSSBr 2 Æ 2a-5mt CudienOOBr 2 n.e. n.e. n.e. n.e. n.e. n.e. 6 CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt CudienOOCl 2 8 CudienOOCl 2 Æ 2a-5mt 9 CudienOO(O 3 ) 2 n.e. n.e. n.e. n.e. n.e. n.e. 10 CudienOO(O 3 ) 2 Æ 2a-5mt n.e a n.e., no effect. b, not evaluated.

249 1280 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 98 (2004) Table 7 Quantification (%) of cell cycle distribution for different cell lines after exposure to Cu(II) mixed-ligand Schiff-base complexes o. Compound MRC5 HeLa MCF7 HT-29 S G2/M S G2/M S G2/M S G2/M Control CudienSSCl 2 Æ 2a-5mt CudienSSBr 2 Æ 2a-5mt CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt show a more potent effect in inhibiting the proliferation of the breast cancer (MCF7) cell line Cell cycle experiments We further wished to examine a possible mode of action by which a compound could induce its antiproliferative activity. Three compounds with antiproliferative activity were also tested for their possible action of inhibiting cell growth through cell-cycle arrest. The effects on the cell-cycle phases of the exposure of the cell lines to the concentration of the compound that produced the 50% inhibition of cell growth are presented in Table 7 and in Figs Horizontal line represents DA content (G2/M phase cells contain the double amount of DA than G1 phase cells. During S phase, cells are actively replicating DA so they fit between G1 and G2/M phase). Vertical line represents number of cells. Fig. 3. Flow-cytometry analysis of the cell cycle distribution of: (a) control HeLa cells; (b) HeLa cells 48 h after incubation with 55 lm CudienSSBr 2 Æ 2a-5mt; (c) HeLa cells 48 h after incubation with 35 lm CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt; (d) HeLa cells 48 h after incubation with 29 lm CudienSSCl 2 Æ 2a-5mt. Fig. 4. Flow-cytometry analysis of the cell cycle distribution of: (a) control MCF7 cells; (b) MCF7 cells 48 h after incubation with 39 lm CudienSSBr 2 Æ 2a-5mt; (c) MCF7 cells 48 h after incubation with 18 lm CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt; (d) MCF7 cells 48 h after incubation with 41 lm CudienSSCl 2 Æ 2a-5mt.

250 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 98 (2004) Fig. 5. Flow-cytometry analysis of the cell cycle distribution of: (a) control MRC5 cells; (b) MRC5 cells 48 h after incubation with 44 lm CudienSSBr 2 Æ 2a-5mt; (c) MRC5 cells 48 h after incubation with 30 lm CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt; (d) MRC5 cells 48 h after incubation with 45 lm CudienSSCl 2 Æ 2a-5mt. Fig. 6. Flow-cytometry analysis of the cell cycle distribution of: (a) control HT-29 cells; (b) HT-29 cells 48 h after incubation with 25 lm CudienSSBr 2 Æ 2a-5mt; (c) HT-29 cells 48 h after incubation with 45 lm CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt; (d) HT-29 cells 48 h after incubation with 35 lm CudienSSCl 2 Æ 2a-5mt. In HeLa cells (Fig. 3) where the DA synthesis phase (S) of the control (no compound added) was 56%, we observed a significant decrease in this phase, viz. 43.1% for the CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt, 38.3% for the CudienSSBr 2 Æ 2a-5mt and 23% for the CudienSSCl 2 Æ 2a-5mt. There was significant arrest of cells in G2/M phase, with a decrease of S-phase fraction. This indicates possibly an inhibition of DA synthesis and activation of the G2/M checkpoint. This suggested that these compounds are inhibiting the DA synthesis of this cell line. Quite important is also the result of the increase of the G2/M phase (G2/M arrest) of the HeLa cells treated with the Cu(II) mixedligand Schiff-base compounds. The relevant percentages are: 9.5% for the control and 20.6% to 27.5% for the compound treated cells. An effective blockage of the MCF7 breast cancer cell line due to the CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt compound is shown on Fig. 4 and Table 7. It reduces the S phase from 62.6% of the control to 38.5%, while it increases the G2/M phase from 6.8% to 39.6%. one of the other compounds tested result in any cell cycle inhibition of the MCF7 cells. Hence, we conclude that this compound shows cell-specificity for this cancer cell line. In this cell line, only CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt induced a significant G2/M arrest (39.6% vs. 6.8% in the control cells) with a subsequent reduction of cells cycling in S-phase. Interestingly, MCF-7 cells were very sensitive to this complex (IC 50 ¼ 18 lm), and this may represent a specificity for this cell line. We should emphasize here that the Cu(II) mixed-ligand Schiff-base compounds have no effect on the inhibition of the S phase of the cell cycle of the normal, MRC5 cell line (Fig. 5), while this does not seem to be the case for the G2/M phase of the normal cell line. All compounds increased the G2/M fraction in MRC- 5 cells, with CudienOOBr 2 Æ 2a-5mt again having the higher effect (this complex had the lower IC 50 against MRC-5 also). However, S-phase fraction was not decreased in this normal cell line, indicating no effect in DA-synthesis but a delay in G2/M checkpoint.

251 1282 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 98 (2004) Exposure to the above mentioned compounds produced no cell cycle effect in HT-29 cells (Fig. 6). Summarizing, the three 2a-5mt complexes that were tested induced G2/M phase arrest in the majority of cases. This may represent either a direct effect on the G2/ M checkpoint machinery or (more possibly) a DAdamage in S phase which activates G2/M checkpoint and prevents cells from entering mitosis. 4. Conclusion In the Cu(II) adducts of the type [Cu(dienX 2 Y 2 )(2a- 5mt)] synthesized by the reaction of the [Cu(dienX 2 Y 2 )] with 2a-5mt, the pentadentate Schiff base (dienx 2 )is bonded in a tridentate fashion through the 3 atoms from Schiff base of dien with heterocyclic aldehydes and the coordination sphere of Cu is completed by the endocyclic 3 from 2a-5mt and by two Cl or Br or O 3 groups in a distorted octahedral geometry. Both the antibacterial and antiproliferative studies showed that the adducts exhibit higher bioactivity compared to the starting materials and the 2a-5mt itself. This means that the insertion of 2a-5mt affects the aggregation of electronic, physicochemical and steric properties of the resulting compounds thus moderating their biological activity; the final results of the study show that a structure-activity relationship does exist. These avenues are currently under investigation. 5. Abbreviations Dien 2a-5mt dienss dienoo DDP EDTAa 2 SRB TCA MMS MIC diethylenetriamine 2-amino-5-methylthiazole Schiff base of 2-thiophene-carboxaldehyde with diethylenetriamine Schiff base of 2-furaldehyde with diethylenetriamine diamminedichloroplatinum(ii) ethylenediamminetetraacetic acid, disodium salt sulforhodamine B trichloroacetic acid minimal medium salt minimal inhibitory concentration 6. Supplementary material Crystallographic data have been deposited with the Cambridge Crystallographic Data Centre, 12 Union Road, Cambridge CB2 1EZ, UK (fax: , deposit@ccdc.cam.ac.uk or ccdc.cam.ac.uk) and are available on request quoting the deposition number CCDC Acknowledgements The financial support of this work by the Greek General Secretariat for Research and Technology and the European Commission within the frame of the PE- ED01 projects is thankfully acknowledged (o. of Grant 01ED367). We also thank the EPSRC X-ray crystallography service at the University of Southampton for collecting the X-ray data. References [1] W.-Y. Sun, J. Fan, T. Okamura,. Ueyama, Inorg. Chem. Commun. 3 (2000) [2] F.B. Tamboura, M. Gaye, A.S. Sall, A.H. Barry, T. Jouini, Inorg. Chem. Commun. 5 (2002) [3] S. Zolezzi, E. Spodine, A. Decinti, Polyhedron 21 (2002) [4] F. Sparatone, G. Pirisino, M.C. Alamanni, P. Mancadimich, M. Salta, Bull. Chim. Pharm. 117 (1978) 638. [5]. Omar, H.H. Farag,. Mahfouz, Arch. Pharm. Chem. Sci. Ed. 7 (1979) 163. [6] M.E. Hossain, M.. Alam, J. Begum, M. Akbar Ali, M. azimuddin, F.E. Smith, R.C. Hynes, Inorg. Chim. Acta 249 (1996) [7] E.M. Hodnett, P.D. Mooney, J. Med. Chem. 13 (4) (1970) [8] S. Siddiqui, R.E. Shepherd, Inorg. Chem. 25 (1986) [9] A.M. Pyle, J.K. Barton, in: S.J. Lippard (Ed.), Progress in Inorganic Chemistry, Probing ucleic Acids with Transition Metal Compounds, vol. 38, Interscience, ew York, 1990, pp [10] D.M. Perrin, A. Mazumder, D.S. Sigman, in: W. Conh, K. Meldave (Eds.), Progress in ucleic Acid Chemistry and Molecular Biology, vol. 52, Academic Press, ew York, 1996, pp [11] G. Pratviel, J. Bernadou, B. Meunier, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 34 (1995) [12] J.K. Barton, in: I. Bertini, H.B. Gray, S.J. Lippard, J.S. Valentine (Eds.), Bioinorganic Chemistry, Metal/ucleic-Acid Interactions, University Science Books, Mill Valley, CA, 1994, pp [13] K.J. Humphreys, K.D. Karlin, S.E. Rokita, J. Am. Chem. Soc. 123 (2001) [14] S.T. Frey, H.H.J. Sun,.. Murthy, K.D. Karlin, Inorg. Chim. Acta 242 (1996) [15] K.J. Humphreys, K.D. Karlin, S.E. Rokita, J. Am. Chem. Soc. 124 (2002) [16] C.A. Bolos, K.T. Papazisis, A.H. Kortsaris, S. Voyatzi, D. Zambouli, D.A. Kyriakidis, J. Inorg. Biochem. 88 (2002) [17] C.A. Bolos, G.St. ikolov, L. Ekateriniadou, A. Kortsaris, D.A. Kyriakidis, Metal-Based Drugs 5 (6) (1998) [18] R.L. Fanshawe, A. Mobinikhaledi, C.R. Clark, A.G. Blackman, Inorg. Chim. Acta 307 (2000) [19] G. Kornis, in: A.R. Katritzky (Ed.), 1,3,4-Thiadiazoles in Comprehensive Heterocyclic Chemistry: Part 4B, vol. 6, Pergamon Press, ew York, 1984, pp [20] P. Comba, Coord. Chem. Rev. 123 (1993) [21] T.L. Brown, K.J. Lee, Coord. Chem. Rev. 128 (1993) [22] C.W. Holzapfel, G.R. Pettit, J. Org. Chem. 50 (1985) [23] M. akamura, T. Shibata, K. akane, T. emoto, M. Ojika, K. Yamada, Tetrahedron Lett. 36 (28) (1995) [24] C. Boden, G. Pattanden, Tetrahedron Lett. 35 (44) (1994) [25] A. Butler, J.V. Walker, Chem. Rev. 93 (1993)

252 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 98 (2004) [26] J.R.J. Sorenson, in: Inflammatory Diseases and Copper, vol. 2, Humana Press, Clifton, [27] R. agar, G. Mohan, J. Inorg. Biochem. 42 (1) (1991) [28] S. Oga, S.F. Taniguchi, R. ajjar, A.R. Souza, J. Inorg. Biochem. 41 (1) (1991) [29] Z.H. Chohan, H. Pervez, A. Rauf, A. Scozzafava, C.T. Supuran, J. Enz. Inhib. Med. Chem. 17 (2) (2002) [30] Z.H. Chohan, S. Kausar, Metal-Based Drugs 7 (2000) 17. [31] Z.H. Chohan, M. Praveen, J. Chem. Soc. Pak. 22 (2000) 186. [32] Z.H. Chohan, Metal-Based Drugs 6 (1999) 187. [33] Z.H. Chohan, Metal-Based Drugs 6 (1999) 75. [34] C.A. Bolos, P.V. Fanourgakis, P.C. Christidis, G.St. ikolov, Polyhedron 18 (1999) [35] Z. Otwinowski, W. Minor, Methods in enzymology, in: C.W. Carter Jr., R.M. Sweet (Eds.), Macromolecular Crystallography: Part A, vol. 276, 1997, pp [36] R. Hooft, COLLECT Data Collection Software, onius B.V, [37] B. Altomare, M.C. Burla, M. Camalli, G.L. Cascarano, C. Giacovazzo, A. Guagliardi, A.G.G. Moliterni, G. Polidori, R. Spagna, J. Appl. Crystallogr. 27 (1994) 435. [38] G.M. Sheldrick, SHELXL-97. Program for Crystal Structure Analysis (Release 97-2), University of Goettingen, Goettingen, Germany, [39] L.J. Farrugia, J. Appl. Crystallogr. 30 (1997) 565. [40] J.P. Jacobs, C.M. Jones, J.P. Baille, ature 227 (1970) [41] H.D. Soule, J. Vazquez, A. Long, S. Albert, M. Brennan, J. atl. Cancer Inst. 51 (1973) [42] I. Keydar, L. Chen, S. Karby, Fr. Weiss, J. Delarea, M. Radu, S. Chaitcik, H.J. Brenner, Eur. J. Cancer 15 (1979) [43] J. Fogh, G. Trempelln, in: J. Fogh (Ed.), Human Tumor Cells In Vitro, Plenum Press, ew York, 1975, pp [44] G.O. Gey, W.D. Coffman, M.T. Kubicek, CancerRes. 12(1952) 264. [45] A.P. Wilson, J. atl. Cancer Inst. 72 (1984) [46] P. Skehan, R. Storeng, D. Scudiero, A. Monks, J. McMahon, D. Vistica, J.T. Warren, H. Bokesch, S. Kenney, M.R. Boyd, J. atl. Cancer Inst. 82 (1990) [47] K.T. Papazisis, G.D. Geromichalos, K.A. Dimitriadis, A.H. Kortsaris, J. Immunol. Methods 208 (1997) [48] H.A. Crissman, in: G.P. Studzinski (Ed.), Cell Growth and Apoptosis. A Practical Approach, Oxford University Press, ew York, 1995, pp [49] H.A. Crissman, J.A. Steinkamp, J. Cell. Biol. 59 (1973) [50] A. Krishan, J. Cell. Biol. 66 (1975) [51] M.A. Van Dilla, T.T. Trujillo, P.F. Mullaney, J.R. Coulter, Science 163 (1969) [52] G. Manoussakis, C. Bolos, L. Ekateriniadou, C. Sarris, Eur. J. Med. Chem. 22 (1987) [53] A. Hatzidimitriou, C.A. Bolos, Polyhedron 17 (10) (1998) [54] P.C. Christidis, S.T. Triantafyllou, C.A. Bolos, Z. Kristallogr. 209 (1994) [55] A.B.P. Lever, Inorganic Electronic Spectroscopy, second ed., Elsevier, Amsterdam, 1984, pp [56] W.J. Geary, Coord. Chem. Rev. 7 (1971) [57] P.C. Christidis, C.A. Bolos, G.St. ikolov, Inorg. Chim. Acta 237 (1995) [58] R. Allmann, M. Krestl, C. Bolos, G. Manoussakis, G.St. ikolov, Inorg. Chim. Acta 175 (1990) [59] C.A. Bolos, P.C. Christidis, S.T. Triantafyllou, Polyhedron 17 (16) (1998) [60] H.-L. Zhu, H.-L. Liu, Y.-H. Li, K.-B. Yu, Z. Kristallogr. CS 218 (2003) [61] R.M. Acheson, An Introduction to the Chemistry of Heterocyclic Compounds, Wiley Interscience, ew York, 1964.

253 JOURAL OF Inorganic Biochemistry Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) The unexpected formation of biologically active Cu(II) Schiff mono-base complexes with 2-thiophene-carboxaldehyde and dipropylenetriamine: crystal and molecular structure of CudptaSCl 2 A.Th. Chaviara a, P.J. Cox b, K.H. Repana c,d, A.A. Pantazaki c, K.T. Papazisis d, A.H. Kortsaris e, D.A. Kyriakidis c, G.St. ikolov f, C.A. Bolos a, * a Laboratory of Inorganic Chemistry, Department of Chemistry, Aristotle University, Thessaloniki , Greece b School of Pharmacy, The Robert Gordon University, Schoolhill, Aberdeen AB10 1FR, Scotland, UK c Laboratory of Biochemistry, Department of Chemistry, Aristotle University, Thessaloniki , Greece d Laboratory of Cell Culture, Department of Research, Theagenion Cancer Hospital, Al. Simeonides 2 str., Thessaloniki , Greece e Laboratory of Biochemistry, Department of Medicine, Democritus University of Thrace, Alexandroupolis , Greece f Institute of General and Inorganic Chemistry, Bulgarian Academy of Sciences, Sofia 1113, Bulgaria Received 11 August 2004; received in revised form 18 October 2004; accepted 18 October 2004 Available online 21 ovember 2004 Abstract Two novel mononuclear Cu(II) coordination compounds of the type [Cu(dptaS)Cl 2 ] and [Cu(dptaS)Br 2 ] (dptas = 1,3-propanediamine, 1 -[3-aminopropyl]- 3 -[2-thienylmethylidene] or Schiff mono-base of dipropylenetriamine with 2-thiophene-carboxaldehyde) were prepared by the hydrolysis of the di-bases, [Cu(dptaSS)Cl 2 ] and [Cu(dptaSS)Br 2 ] (dptass = 1,3-propanediamine, 1 -[2-thienylmethylidene]- 3 -[[2-thienylmethylidene]aminopropyl] or Schiff di-base of dipropylenetriamine with 2-thiophenecarboxaldehyde) to mono-bases with the release of one aldehyde molecule and freeing of the H 2 group of the coordinated dpta ligand. The X-ray determined structure of the compound [Cu(dptaS)Cl 2 ] was confirmed by spectroscopic methods, magnetic and molar conductivity measurements. The Cu(II) atom is a five-coordinated Cu 3 Cl 2 chromophore with three nitrogen atoms coming up from the (dptas) ligand and two chlorine atoms completing the square pyramidal geometry. Antiproliferative activity of both novel compounds was examined against a panel of different normal and cancer cell lines (MRC5, HeLa, MCF7, HT-29 and T47D) and showed that the Cu(II) Schiff mono-bases exhibit increased activity as compared to the starting materials. In vitro studies of plasmid DA (pda) and double stranded DA (dsda) interaction with the compounds under study support this difference. Some of the important factors contributing to the antiproliferative activity of the compounds under study, such as ionic character and dipole moment were also discussed in terms of the density functional theory calculated electronic structures of the ligands and their Cu(II) compounds. Ó 2004 Elsevier Inc. All rights reserved. Keywords: Schiff mono-bases; Copper(II) compounds; dpta; X-ray study; Antiproliferative studies; DA interaction 1. Introduction * Corresponding author. Tel.: ; fax: address: bolos@chem.auth.gr (C.A. Bolos). The Schiff di-bases, the well-known condensation reaction products of aldehydes and amines with two primary amino groups, are a well-known class of ligands in coordination chemistry. The majority of the condensation reactions proceed independently of the molar ratio /$ - see front matter Ó 2004 Elsevier Inc. All rights reserved. doi: /j.jinorgbio

254 468 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) of the reactants and lead to the formation of bis-products (Schiff di-bases) from both amino groups. However, various factors result in the synthesis of unsymmetrical mono-condensation products (Schiff mono-bases). Amongst these factors are either the protection of one of the two primary amino groups [1,2] or the partial hydrolysis of Schiff di-base metal complexes with the release of one aldehyde molecule. The hydrolytic reaction is promoted by using excess of Cu(II) salt and the separation of the mono base as insoluble product [3], orby acid catalysis [4]. The hydrolysis of the Schiff di-bases, for organic synthetic purposes, was achieved by use of 365 nm UV light [5]. In some cases the hydrolysis of Schiff di-bases is catalyzed by special enzymes, as in the case of wild-type rhodopsin [6]. In this work, we report the design, synthesis and characterization of a series of novel biologically active Cu(II) Schiff base coordination compounds. We planned to synthesize Cu(II) Schiff di-bases of dpta with heterocyclic aldehydes and their thiazoles or imidazoles adducts, similar to those already studied with diethylenetriamine [7,8]. Quite unexpectedly we isolated two Schiff monobase hydrolytic products of the type CudptaSX 2 (X = Cl, Br). The reactant used is 2-amino-thiazole, a weak acid (pk a = 5.36) that may hydrolyze the Cu(II) Schiff di-bases during an acidic catalysis. Unlike thiazole, imidazole (pk a = 6.95) seems to hydrolyze the Cu(II) Schiff di-bases in a base catalyzed reaction. Both thiazoles and imidazoles should follow the common acid base mechanism of Schiff base hydrolysis. We proceeded further with biological tests of both Schiff mono- and dibase compounds against various cancer cell lines in order to allow comparisons to be made. The effect of the compounds on the integrity of the native dsda and pda was also examined in order to discern between the modes of the DA interactions. 2. Experimental procedures All chemicals were purchased from Aldrich, EDH Chemicals and Merck, reagent grade and were used as received Synthesis of the starting materials The starting materials [Cu(dptaSS)Cl 2 ] and [Cu(dptaSS)Br 2 ] (dptass = Schiff di-base of dipropylenetriamine with 2-thiophenecarboxaldehyde) were prepared and characterized by X-ray and spectroscopic data as described elsewhere [9] Synthesis of the Schiff mono-base complexes The Schiff mono-base complexes [Cu(dptaS)Y 2 ] (Y = Cl, Br) (dptas = Schiff mono-base of dipropylenetriamine with 2-thiophene-carboxaldehyde) were prepared by the addition of thiazole or imidazole derivatives to [Cu(dptaSS)Y 2 ] in ethanol or methanol; in all cases the products isolated are the same. The procedures are as follows: Synthesis of the compound [Cu(dptaS)Cl 2 ] 2-Thiophene-carboxaldehyde (1.90 ml, 20 mmol) was stirred with 1.40 ml (10 mmol) of dpta in an ice bath. The resulting syrup-like Schiff di-base solution was diluted with ethanol (20 ml) and after half an hour of stirring an ethanolic solution containing 1.72 g (10 mmol) CuCl 2 Æ 2H 2 O was added dropwise. To the blue suspension formed, an ethanolic solution (10 ml) of 1.14 g (10 mmol) 2-amino-5-methyl-thiazole was added; 1 min later the blue solid turned to blue-green while at the same time an odor of aldehyde was detected. The resulting solid was isolated by filtration, washed with ether and dried in vacuum overnight. Yield: 69%. The compound was recrystallized from MeOH/Et 2 O (9:1) by slow evaporation at low temperature (5 C). After a week the crystals formed were isolated by filtration and dried in air. Anal. Calc. for C 11 H 19 3 SCl 2 Cu: C, 36.72; H, 5.32;, 11.68; Cu, Found: C, 36.88; H, 5.30;, 11.54; Cu, 17.69%. IR (KBr disc): m a ( H) 3376vs, m s ( H) 3213s, m sec ( H) 3173s, m(c@) 1615vs, m(cu ) 530w, m(cu Cl apical ) 329w, m(cu Cl basal ) 290m, cm Synthesis of the compound [Cu(dptaS)Br 2 ] The title compound was synthesized from equimolar amounts (10 mmol) of dptass and CuBr 2 in a similar way as in Section Yield: 42%; Anal. Calc. for C 11 H 19 3 SBr 2 Cu: C, 29.44; H, 4.27;, 9.36; Cu, Found: C, 29.36; H, 4.19;, 9.23; Cu, 14.24%. IR (KBr disc): m a ( H) 3345vs, m s ( H) 3260s, m sec ( H) 3169s, m(c@) 1612vs, m(cu ) 507w, m(cu Br apical ) 289w, m(cu Br basal ) 279m, cm Analyses and physical measurements Carbon, hydrogen and nitrogen were determined by microanalysis using a Perkin Elmer 240B elemental analyzer. Copper was analyzed by atomic absorption spectroscopy. Molar conductivities were measured on a WTW conductivity bridge employing a calibrated dip type cell and 10 3 M MeOH and dimethyl sulfoxide (DMSO) solutions. Magnetic susceptibility (v M ) measurements on powder samples were performed at room temperature (25 C) employing the Gouy method on a home-built balance calibrated against Hg[Co(CS) 4 ]. Diamagnetic corrections were estimated from PascalÕs constants. The effective magnetic moment (l eff ) was calculated from the expression: l eff = 2.84 (v M T) 1/2. Infrared spectra were obtained by the KBr disc technique and were recorded on a Perkin Elmer FT-IR Spectrum

255 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) One spectrometer. Electronic spectra in 10 3 M MeOH and DMSO solutions were measured on a Hitachi U-2001 spectrophotometer using 10 mm Teflon-stoppered quartz cells Computational procedure DFT calculations were performed at B3LYP level using basis set, as given in the Gaussian 98 package [10] X-ray structure determination of [Cu(dptaS)Cl 2 ] The X-ray single-crystal diffraction measurements were carried out using a Bruker-onius Kappa CCD area-detector diffractometer of the compound [Cu(dptaS)Cl 2 ]. Details of crystal and structure refinement are shown in Table 1. The programs DEZO [11] and COLLECT [12] were used in data collection and cell refinement. The structure Table 1 Crystal data and structure refinements for [Cu(dptaS)Cl 2 ] Molecular formula C 11 H 19 Cl 2 Cu 3 S Formula weight T (K) 120(2) Wavelength (Å) Crystal system Monoclinic Space group P2 1 /c Unit cell dimensions a (Å) (2) b (Å) (3) c (Å) (3) a ( ) 90 b ( ) (8) c ( ) 90 V (Å 3 ) (6) Z 4 D calc (Mg/m 3 ) Absorption coefficient (mm 1 ) F(000) 740 Crystal size (mm 3 ) h Range for data collection ( ) Index ranges 12 6 h 6 12, 20 6 k 6 20, 12 6 l 6 12 Reflections collected Independent reflections (R int ) 3386 (0.0580) Completeness to h = (%) 99.7 Maximum and and minimum transmission Refinement method Full-matrix least-squares on F 2 Data/restraints/parameters 3386/0/164 Goodness-of-fit on F Final R indices [I >2r(I)] R 1 = , wr 2 = R indices (all data) R 1 = , wr 2 = Final weighting scheme Calc. w ¼ 1=r 2 ½ðF 2 o Þþð0:0450PÞ2 þ1:8226pš where P ¼ðF 2 o þ 2F 2 c Þ=3 Largest difference peak and and hole (e Å 3 ) was solved using the program SIR-97 [13] and refined with the program SHELX-97 [14]. A molecular plot was obtained with the program ORTEP ORTEP-3 [15] Materials and methods for the biological tests Cell lines All test substances were diluted in DMSO. The final concentration of DMSO in the culture was always less than 0.1% w/v, a concentration that produced no effects on cell growth and proliferation, as was experimentally confirmed (data not shown). Cell lines used were MRC5 [16] (normal human lung fibroblasts), MCF7 [17] (human breast cancer), T47D [18] (human breast cancer), HT-29 [19] (human colon cancer) and HeLa [20] (human cervical cancer). Cells were grown as monolayer cultures in T-75 flasks (Costar) at 37 C, in an atmosphere containing 5% CO 2 in air and 100% relative humidity and subcultured twice a week. The culture medium used was DulbeccoÕs modified EagleÕs medium (DMEM, Gibco Glasgow, UK), supplemented with 10% Fetal Bovine Serum (fbs, Gibco Glasgow, UK), 100 lg/ml streptomycin and 100 IU/ ml penicillin Cell growth and proliferation assays Adherent cells at a logarithmic growth phase, were detached by addition of 2 3 ml of a 0.05% trypsin (Gibco, Glasgow, UK) 0.02% Disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTAa 2 ) mixture and incubated for 2 5 min at 37 C. Cells were plated (100 ll per well) in 96-well flat-bottom microtiter plates (Costar-Corning, Cambridge) at densities of 5000 or 10,000 (depending on cell line) cells per well. Cells were left for 24 h at 37 C to resume exponential growth. An equal volume (100 ll) of either complete culture medium (control wells), or twice the final substance concentrations, diluted in complete culture medium, was added 24 h later. Six replicate wells for each concentration, were used. Background control wells (n = 8), containing the same volume of complete culture medium, were included in each experiment. Cell growth was evaluated 48 h later by means of the Sulforhodamine B (SRB) assay. All experiments were performed at least twice, the results being the same SRB assay The SRB assay was carried out as previously described [21,22]. In brief, culture medium was aspirated prior to fixation using a microplate-multiwash device (Tri-Continent Scientific, Inc., Grass Valley, CA) and 50 ll of 10% cold (4 C) trichloroacetic acid (TCA) were gently added to the wells. Microplates were left for 30 min at 4 C, washed 5 times with deionised water and left to dry at room temperature for at least 24 h.

256 470 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) Subsequently, 70 ll of 0.4% (w/v) sulforhodamine B (Sigma) in 1% acetic acid solution were added to each well and left at room temperature for 20 min. SRB was removed and the plates were washed 5 times with 1% acetic acid before air drying. Bound SRB was solubilized with 200 ll of 10 mm unbuffered. Tris(hydroxymethyl)-aminomethane (Tris-base) solution and plates were left on a plate shaker for at least 10 min. Absorbance was read in a 96-well plate reader at 492 nm subtracting the background measurement at 620 nm. The test optical density (OD) value was defined as the absorbance of each individual well, minus the blank value (ÔblankÕ is the mean optical density of the background control wells, n = 8). Mean values and coefficient of variation (CV) from six replicate wells were calculated automatically. Results were expressed as the Ôsurvival fractionõ (sf), derived from the following equation: sf ¼ ODx=ODc; where ODx and ODc represent the test and control optical density, respectively Studies with ds and pda Materials. Agarose was purchased from BRL. DA from calf thymus gland and all other chemicals were obtained from Sigma Methods. Plasmid isolation. Plasmid puc119 was isolated from E. coli XL1 by the alkaline sodium dodecyl sulfate (SDS) lysis method (Strategene). All plastics and glassware used in the experiments with nucleic acids were autoclaved for 30 min at 120 C and 130 Kpa. Heat-resistant solutions were similarly treated, while heat-sensitive reagents were sterilized by filter. Agarose gel electrophoresis of nucleic acids. Aliquots of 1 3 lg of each nucleic acid (as indicated in the legends) were incubated in the presence of the compounds under study in a final volume of 20 ll. The reaction was incubated for 30 min at a constant temperature of 37 C. It was terminated by the addition of 5 ll loading buffer consisting of 0.25% bromophenol blue, 0.25% xylene cyanol FF and 30% glycerol in water. The products resulting from DA-compounds interactions were separated by electrophoresis on agarose gels (1% w/v), which contained 1 lg/ml ethidium bromide(etbr) in 40 mm Tris-acetate, ph 7.5, 20 mm sodium acetate, 2 mm a 2 EDTA, at 5 V/cm. Agarose gel electrophoresis was performed in a horizontal gel apparatus (Mini-Sub TM DA Cell, Bio- Rad) for about 4 h. Since ethidium bromide forms a fluorescent complex when it binds to DA, a decrease of fluorescence signifies diminution of the amount of DA. The gels were visualized in the presence of UV light. All assays were duplicated. 3. Results and discussion The condensation reaction of dipropylenetriamine with 2-thiophene-carboxaldehyde in a 1:2 molar ratio yields Schiff di-bases which further react with copper(ii) chloride dihydrate or copper(ii) bromide to yield the corresponding Cu(II) Schiff di-base compounds [9]. Further reaction of these starting materials with 2a-5mt in 1:1 molar ratios yielded hydrolyzed Cu(II) Schiff mono-base compounds. The novel green or blue-green crystalline copper(ii) compounds are stable in atmosphere, soluble in water and in coordinating solvents such as dimethyl formamide (DMF) and dimethyl sulfoxide (DMSO), slightly soluble in alcohols and insoluble in common organic solvents. All complexes are paramagnetic, as expected from the d 9 electronic configuration of the Cu(II) ion. The magnetic moments values in the range of BM are consistent with monomeric structures. The higher than spin-only (l eff = 1.73 BM) values observed could be associated with spin-orbit contribution. One of the most interesting results of this project derived from experimental data is the partial hydrolysis of the Cu(II) Schiff di-bases, used as starting materials, to the corresponding Schiff mono-bases. This implies that one of the factor promoting the hydrolysis of the Cu(II) Schiff di-bases could be the added thiazole or imidazole. This partial and very quick hydrolysis is carried out in situ with water coming from either the condensation reaction of dpta with 2-thiophenecarboxaldehyde or from copper chloride dihydrate. The structure of the compounds was established by X-ray diffraction analysis and confirmed by spectroscopic data The crystal structure of [Cu(dptaS)Cl 2 ] As seen from Table 1 the [Cu(dptaS)Cl 2 ] complex crystallizes as blue-green single crystals that belong to Fig. 1. ORTEP plot showing the molecular structure of [Cu(dptaS)Cl 2 ] with the atomic numbering scheme. Atomic thermal ellipsoids are presented at the 50% probability level.

257 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) the monoclinic system, space group P2 1 /c. There are 4 formula units per unit cell. An ORTEP view of the complex is shown in Fig. 1. The main angles and bond distances are presented in Table 2. The dptas ligand is coordinated to the Cu(II) ion by the three nitrogen atoms and the five-coordinate sphere of Cu(II) is completed by two chlorine atoms. The basal plane of the SP consists of the (1), (2), (3) and Cl(1) atoms where the imine (2) atom is in trans position with respect to the Cl(1) atom. The Cl(2) atom is apically coordinated at 2.503(1) Å. The Cu atom is slightly (0.249(1) Å) displaced above the basal plane. The copper nitrogen bond distances of 2.005, and Å are almost equal and are consistent with the distances usually found for square pyramidal [23] copper(ii) compounds with nitrogen ligands. As expected the Cu Cl bond lengths are the longest in the coordination sphere [Cu(1) Cl(1) = (9) and Cu(1) Cl(2) = (10) Å] and comparable to those reported for other mononuclear dihalo Cu(II) square pyramidal (sp) complexes [24]. The C(7) (3) bond distance being 1.285(3) Å close to the theoretically predicted value of a double bond C@ confirms the formation of the Schiff base. The angles around the Cu atom defining the square basal plane (1) Cu(1) (2) = 93.08(9), (2) Cu(1) (3) = 84.85(8) and the angles (3) Cu(1) Cl(1) = 91.59(6) and (1) Cu(1) Cl(1) = are in Table 2 Selected bond distances (Å) and angles ( ) for [Cu(dptaS)Cl 2 ] Cu(1) Cl(1) (9) Cu(1) Cl(2) (10) Cu(1) (1) 2.005(2) Cu(1) (3) 2.027(2) Cu(1) (2) 2.030(2) C(7) (3) 1.285(3) (3) Cu(1) (1) (9) (3) Cu(1) (2) 84.85(8) (1) Cu(1) (2) 93.08(9) (3) Cu(1) Cl(1) 91.59(6) (1) Cu(1) Cl(1) 87.43(7) (2) Cu(1) Cl(1) (6) (3) Cu(1) Cl(2) 97.01(7) (1) Cu(1) Cl(2) (8) (2) Cu(1) Cl(2) 89.99(6) Cl(1) Cu(1) Cl(2) 99.81(3) the expected range and similar in pairs. The angles with the Cl(2) atom are P90 : (2) Cu(1) Cl(2) = 89.99(6), (1) Cu(1) Cl(2) = (8), (3) Cu(1) Cl(2) = 97.01(7), Cl(1) Cu(1) Cl(2) = 99.81(3). The last three angles deviate from 90 as expected for SP, thus proving the distortion of the basal plane. The trans bond angles deviate from the expected 180 : (1) Cu(1) (3) = (9) and (2) Cu(1) Cl(1) = (6) further confirming the distortion of the SP base. The intermolecular (1) H(1Y) Cl(1) and (2) H(2) Cl(2) as well as the intramolecular C(6) H(6B) S(1) and C(9) H(9) Cl(1) hydrogen bonds (Table 3) of the neighboring molecules stabilize the distorted square pyramidal structure Molecular structure and ligand conformation The tridentate ligand dpta takes a meridional position in the base. The two fused Cu 3 Cl chelate rings in the square pyramidal (sp) basal plane have different conformations due to their different orientations. While the unsubstituted dpta chelate ring has a chair conformation, the thiophene-substituted part is in a boat conformation. Thus, the dpta ligand takes up the chair boat conformation, which, according to our previous molecular mechanics (MM) and mndo calculations [25], is not the lowest energy one, the most favorable conformation being the chair chair conformation. The reason that the chair boat conformation is preferred over the chair chair conformation is the thiophene substituent. The unsubstituted chelate ring is close to being co-planar with the Cu 3 Cl plane while the thiophenesubstituted chelate rings hangs down opposite to the apical Cl atom to avoid repulsion with the sp base atoms. An attempt was made to calculate by the B3LYP method the molecular structure and the vibrational modes using the X-ray diffraction structural data. o optimization was attempted since the molecular structure is extremely flexible and intermolecular interactions, as evidenced by the existing H-bonds, are extensive. Several imaginary vibrations were obtained with the single point job, which shows that the initial molecular structure obtained from the X-ray diffraction studies is not the global minimum there is considerable Table 3 Hydrogen bonds in CudptaSCl 2 Donor HAcceptor d(d H) (Å) d(ha) (Å) d(da) (Å) \(D HA) ( ) (1) H(1Y)Cl(1) i (3) 162 (2) H(2)Cl(2) ii (3) 153 C(6) H(6B)S(1) (3) 109 C(9) H(9)Cl(1) iii (3) 159 The superscripts refer to the following transformations of atom coordinates: i: x, 1/2 y, 1/2 + z, ii: x, 1/2 y, 1/2 + z, iii: 1 x, y, z. For C HAcceptor interactions see: Th. Steiner, Cryst. Rev. 6 (1996) For H-bond classification see: G.A. Jeffrey, H. Maluszynska, J. Mitra, Int. J. Biol. Macromol. 7 (1985)

258 472 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) movement to the left which can produce a lower energy molecular structure. These imaginary vibrations include mostly the displacement of the thienylidene group and its hydrogen atoms Electronic structure The charges at the three -atoms, calculated by the B3LYP method, differ considerably: q[(1)] = 0.164, q[(2)] = and q[(3)] = The highest negative charge of (3) could be explained in terms of its participation in the C@ double bond. The thiophene group further pushes electrons to this bond. Despite the different charges on all the three Cu bonds are almost equal to 2.02 ± 0.01 Å which shows that the charges are not of essential importance, however, they contribute to the ionic nature of these bonds. The sulfur atom is positively charged (+0.441) which explains why it does not compete with the and Cl donors for the Cu coordination sphere Infrared spectra An interesting part of this study is the discrimination of the Cu(II) Schiff mono- and di-base complexes, by the comparison of their relevant IR data. Indicatively, in the IR spectra of the Schiff di-base complexes the peaks of the primary amine antisymmetric and symmetric H stretching vibration are missing, while in the spectra of the mono-base complexes they appear at 3376, 3213 and 3345, 3260 cm 1 for the chloro and bromo complexes, respectively. This is strong evidence that a free primary amino group is present due to the partial hydrolysis. Very strong IR peaks at 1614 and 1618 cm 1 assigned to the C@ stretching vibration were found in the IR spectra of the Schiff di-base complexes [Cu(dptaSS)Cl 2 ] or [Cu(dptaSS)Br 2 ] [9]. These two bands are almost unchanged in the Schiff mono-base compounds (1612 and 1615 cm 1 ) in accordance with the almost equal C@ bond length in both the mono- (1.285 Å) and di-base complexes (1.292 Å) [9]. The bands in the regions and cm 1 are attributed to the m(cu ) and m(cu X) (X = Cl, Br) bonds, respectively [26]. The presence of two m(cu X) bands (290, 329 cm 1 for the chloro and 279, 289 cm 1 for the bromo compound) indicates that the two terminal halide ligands are in cis position [27]. The bands at the region cm 1 are due to the HCl intra and inter molecular hydrogen-bonds. The IR spectra point out that both Schiff di- and mono-base ligands are tridentate and coordinate through the three atoms Electronic absorption spectra The UV vis spectral data in 10 3 M DMSO and MeOH solutions are given in Table 4. The spectra of the Cu(II) Schiff di-base complexes CudptaSSCl 2 and CudptaSSBr 2 in MeOH in the visible (vis) region display a broad band at and kk, respectively. The position and the low-absorption molar coefficient value of these bands suggest that they should be attributed to d d transitions in Cu(II) [28]. Upon hydrolysis these bands are shifted to lower energies by 1.09 and 0.39 kk, respectively, while a new weak-broad band appeared at kk (e =20 M 1 cm 1 ) for the chloro and at kk (936 nm) (e =32 M 1 cm 1 ) for the bromo complex. The appearance of a second band at lower energy may be due to a bigger distortion and the resulting symmetry lowering of the SP in the mono base than in the di-base. In the UV region, the spectrum of CudptaSSCl 2 in MeOH exhibits two bands at and kk. Based on their high intensity both bands should be assigned to Table 4 The UV vis bands, molar conductivity measurements and magnetic moments of Cu(II) Schiff mono- and di-base complexes o. Compound M w UV vis kk a (log e) in DMSO UV vis kk (log e) in MeOH l eff (BM) Kl (ls cm 1 ) DMSO MeOH 1 [Cu(dptaSS)Cl 2 ] (1.93) 15.67(2.28) (4.27) 37.17(4.26) 2 [Cu(dptaS)Cl 2 ] (1.71) 10.82(1.30) (1.54) 38.61(4.24) 3 [Cu(dptaSS)Br 2 ] (2.15) 15.75(1.92) (3.49) 38.31(3.57) 4 [Cu(dptaS)Br 2 ] (1.72) (1.5) 15.36(1.92) 32.89sh 38.31(4.27) a 1 kk = 1000 cm 1.

259 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) intraligand p!p* transitions. Upon hydrolysis of the Cu(II) Schiff di-base to the corresponding Cu(II) Schiff mono-base complex, the first band is shifted to higher energies by 1.44 kk while the second band disappears. The same picture is present for the bromo complex: The first band at kk of CudptaSSBr 2 remains at the same position in the spectrum of the hydrolyzed product CudptaSBr 2, while the second band appears as a very low intensity shoulder at kk. The electronic spectra of the Cu(II) Schiff di-base complexes CudptaSSCl 2 and CudptaSSBr 2, in DMSO solutions, display a broad band at and kk, respectively. These bands are shifted to higher energies (blue shift, 1.3 and 1.1 kk), when DMSO is substituted with MeOH, which can be explained in terms on the differences in dielectric constants of the two solvents. The and kk bands of the mono bases CudptaSCl 2 and CudptaSBr 2 exhibit an even higher blue shift (3.0 and 3.6 kk) upon substitution of DMSO with MeOH possibly because of the dissociation of a coordinated DMSO molecule to the sixth position of Cu(II) (vide infra). Spectroscopic time-related structural studies during a five-day period showed no changes. This period of time is within the well-established limits for the biological studies. The molar conductivity (Kl) measurements (Table 4) of the compounds in 10 3 M methanol solution lie in the ls cm 1 range [29], while in DMSO solutions in the ls cm 1 range. From the two solvents used, the more useful for comparative studies is DMSO since it coordinates to metals by simultaneous replacement of anionic ligands. Specifically, the Kl values of CudptaSSCl 2 (25 ls cm 1 ) and CudptaSCl 2 (30 ls cm 1 ) in this solvent are lower than those expected (40 ls cm 1 ) for 1:1 electrolytes. 4. Biological results 4.1. Cell growth and proliferation assay Figs. 2 and 3 display the dose response curves of all four Cu(II) complexes against cell lines in vitro. In all experiments CV was less than 5% (CV = standard deviation/mean %). Standard error was very low in all experiments. For all experiments, IC 50 values are shown in Table 5. It should be noted that the antiproliferative activity of CuCl 2 Æ 2H 2 O and CuBr 2 is negligible. Interestingly, the Cu(II) Shiff di-bases did not appear to have any cytotoxicity at the concentrations used (0 150 lm) with the exception of CudptaSSBr 2 against HeLa cells. On the other hand, the Cu(II) Shiff monobases exhibited a more significant cytotoxicity. Additionally, CudptaSBr 2 seems to have a significantly higher antiproliferative effect than CudptaSCl 2 against HT29 cells (IC vs. 103 lm), and inhibits HeLa cell growth with an IC 50 of only 31 lm. ormal cells (MRC5) are, however, inhibited in a similar concentration Effect on dsda The effect of the compounds on the integrity of the native dsda is tested. Fig. 4 shows the results of the treatment of the dsda with increasing concentrations of each of the compounds CudptaSSCl 2, CudptaSCl 2, CudptaSSBr 2 and CudptaSBr 2 for 30 min at 37 C. Survival Fraction CudptaSSCl 2 (µm) Survival Fraction CudptaSCl2 (µm) Fig. 2. Dose response curves of HT29 (d), T47D ( ), MCF7 (n) cells after 48 h exposure to the CudptaSSCl 2 and CudptaSCl 2 complexes, assayed with the SRB method. Each point represents mean of six replicate wells. Survival Fraction CudptaSSBr 2 (µm) Survival Fraction CudptaSBr 2 (µm) Fig. 3. Dose response curves of MRC5 (r), HeLa ( ), MCF7 (n), HT29 (d) cells after treatment with the CudptaSSBr 2 and CudptaSBr 2 complexes under study, assayed with the SRB method. Each method represents mean of six replicate wells.

260 474 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) Table 5 IC 50 values of the Cu(II) Schiff mono- and di-base complexes against MRC5, HeLa, MCF7, T47D and HT-29 cells o. Compound IC 50 (lm) MRC5 MCF7 T47D HeLa HT29 1 CudptaSSCl 2 n.d. a n.d. n.e. b n.d. n.e. 2 CudptaSCl 2 n.d n.d CudptaSSBr 2 n.e. n.e. n.d. 65 n.e. 4 CudptaSBr n.d a n.d. = not done. n.e. = not evaluated. Fig. 4. Agarose (1%) gel electrophoresis of 3 lg dsda treated with 0.5, 1.0, and 2.0 mm for lanes 1 3, respectively, with each of the following compounds: (a) CudptaSSCl 2, (b) CudptaSCl 2, (c) CudptaSSBr 2 and (d) CudptaSBr 2. Lane c: control, 3 lg dsda without treatment. The compounds CudptaSSCl 2 and CudptaSSBr 2 seem to be less or not at all effective in respect to the interaction with dsda at the concentrations tested (Fig. 4(a) and (c), respectively). However, when dsda was treated with the compound CudptaSCl 2, at higher concentrations, a migration of the dsda to higher molecular weight is observed above the concentration of 0.5 mm (Fig. 4(b), lanes 2 and 3). These results are in accordance with the hypothesis that the compound CudptaSCl 2 binds to DA. The behavior of the compound CudptaSBr 2 in respect to its interaction with dsda seems to be different. High concentration used (1 and 2 mm) cause a strong degradation of the dsda, as was deduced by the diminution or disappearance of the total initial amount of dsda used (Fig. 4(d), lanes 2 and 3) Effect on plasmid DA We have also examined the ability of the compounds to unwind or condense a supercoiling substrate such as plasmid DA. Analytically, compound CudptaSSCl 2 relaxed immediately most of the pda, after treatment with 0.5 or 1 mm of compound CudptaSSCl 2 at 37 C for 30 min of incubation period (Fig. 5(a), lanes 1 and 2). Similarly, double action of the compounds CudptaSCl 2, CudptaSSBr 2, and CudptaSBr 2 was observed generally, such as relaxation of pda or/and formation of high-molecular-mass aggregates of pda at 30 min of incubation period, especially at high concentration (1 and 3 mm) used of the compounds CudptaSCl 2 (Fig. 5(b), lanes 1 3), CudptaSSBr 2 (Fig. 5(c), lanes 1 3) and CudptaSBr 2 (Fig. 5(d), lanes 1 3). Moreover, in high concentration of CudptaSBr 2 at 3 mm (Fig. 5(d), lane 3), a complete migration of the total initial amount of DA to two higher molecular weight bands was observed as a result of the cross-linking with many molecules of the compound. These aggregates reflect reduced electrophoretic mobility compared to both forms of supercoiled and relaxed pda or a small part of them stays in the loading well. The behavior of the compound CudptaSSBr 2 on pda is also very interesting. We can obviously distinguish the superhelical turns or the change in the linking number of the pda during relaxation, resulting from this interaction (Fig. 5(c), lanes 1 and 2). The mode of action of this compound seems to mimic the topoisomerase activity, catalyzing the reversible alteration in the superhelix density. A similar mode of action on pda has been reported, for a platinum complex with 2-acetyl pyridine 4-ethyl thiosemicarbazone [30]. These observations showed that all these compounds could interact with DA resulting in various kinds of consequences and it could rank them according to their Fig. 5. Agarose (1%) gel electrophoretic pattern of EtBr stained mixture of supercoiled and relaxed DA, 5 lg of plasmid DA (puc119) incubated with 0.5, 1.0 and 2.0 mm for lanes 1 3, respectively, with each of the following compounds: (a) CudptaSSCl 2, (b) CudptaSCl 2, (c) CudptaSSBr 2 and (d) CudptaSBr 2. Lane c: control, without treatment.

261 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) effectiveness in respect to their DA interaction in the following order: CudptaSBr 2, CudptaSCl 2, CudptaSSBr 2, and CudptaSSCl Structure activity correlation Among the parameters examined, some of them are important factors contributing to the antiproliferative activity of the square pyramidal compounds under study: the conformation of the Schiff mono-base dptas ligand, the degree of the ionic character represented by molar conductivities values (Kl) and the dipole moments (l) theoretically calculated. The main difference is in the dpta conformation: while in the di-base it is the most favorable chair chair conformation, the dpta ligand in the mono-base has a chair boat conformation due to its asymmetry. It is thus a more open structure than the di-base. This may be one of the reasons why the Schiff mono-base has an increased antiproliferative activity against certain cancer cells lines, as compared with the starting materials Schiff di-bases. Although all compounds prepared are ionic, the experimental data show that, their different degrees of ionization, could be related to their different bioactivity. According to the above, the Cu(II) Schiff mono-base ([Cu(dptaS)X] + X ) with higher Kl values show higher antiproliferative activity than that of the di-base complexes ([Cu(dptaSS)X] + X ), with lower Kl values. Among the two Cu(II) Schiff mono-bases, the bromo compound with the highest Kl value-higher hydrophilicity [31] exhibit higher bioactivity [32,33] than the chloro. This reasonable correlation allow us to propose that the highest dissociation of the bromo Schiff monobase lead to the transition of the square pyramidal geometry to square planar, a structure which is more accessible to the reactions with DA components. The above argument was experimentally confirmed by the interaction of double stranded and plasmid DA with the compounds performed, the results being in accordance with that of the antiproliferative results. As far as the correlation of theoretically calculated dipole moments (l) and the bioactivity is concerned, the l values of the Cu(II) Schiff mono-bases (9.36 D for the chloro and D for the bromo) are higher than those of the Cu(II) Schiff di-bases (9.23 D for the chloro and 9.27 D for the bromo). Among the two Schiff mono-bases, the bromo compound with the higher l value, exhibits higher antiproliferative activity. 5. Conclusions We have thus proved that the Schiff mono-base can be obtained from the Schiff di-base via hydrolysis with the release of a free thiophene-aldehyde molecule. The hydrolysis reaction can be carried through in a number of ways, among which the role of mixed aqueous solutions of different solvents, the thiazole or the imidazole and the copper present should be noted. The resulting mono-base was examined by X-ray diffraction and spectral methods. Like the di-base, the mono-base turns out to be Cu 3 Cl 2 or Cu 3 Br 2 square pyramid with the chloro or bromo atoms in apical positions. Finally, the chair boat conformation and the asymmetry of Schiff mono-bases, the degree of the ionic character, the dipole moment (l) of the compounds should be responsible for the noteworthy antiproliferative activity of the bromo compound. 6. Abbreviations dpta 2a-5mt dptass dptas SRB Tris-base EtBr acac dsda pda SDS DMSO DMF CV MM MDO UV vis 1,3-propanediamine, 1 -(3-aminopropyl) or dipropylenetriamine 2-thiazolamine,5-methyl or 2-amino-5-methylthiazole 1,3-propanediamine, 1 -[2-thienylmethylidene]- 3 -[[2-thienylmethylidene]aminopropyl] or Schiff di-base of dipropylenetriamine with 2-thiophene-carboxaldehyde 1,3-propanediamine, 1 -[3-aminopropyl]- 3 -[2-thienylmethylidene] or Schiff monobase of dipropylenetriamine with 2-thiophene-carboxaldehyde Sulforhodamine B Tris(hydroxymethyl)-aminomethane ethidium bromide acetylacetone double stranded DA plasmid DA sodium dodecyl sulfate dimethyl sulfoxide dimethyl formamide coefficient of variation molecular mechanics modified neglect of diatomic overlap UV visible 7. Supplementary material Crystallographic data have been deposited with the Cambridge Crystallographic Data Centre, 12 Union Road, Cambridge CB2 1EZ, UK (fax: , deposit@ccdc.cam.ac.uk or and are available on request quoting the deposition number CCDC

262 476 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) Acknowledgements The financial support of this work by the Greek General Secretariat for Research and Technology and the European Commission within the frame of the PE- ED01 projects is thankfully acknowledged (Grant o. 01ED367). We also thank the EPSRC X-ray crystallography service at the University of Southampton for collecting the X-ray data. References [1] L. Sacconi, P. annelli, U. Campigli, Inorg. Chem. 4 (1965) 943. [2] M. Boča, M. Valko, G. Kickelbick, M. Ďurik, W. Linert, Inorg. Chim. Acta 349 (2003) [3] E. Rotondo, F.C. Priolo, J. Chem. Soc., Dalton Trans. (1982) [4] W.. Wallis, S.C. Cummings, Inorg. Chem. 13 (4) (1974) [5] Z. Huang, D. Wan, J. Huang, Chem. Lett. (2001) 709. [6] J.M. Janz, D.L. Farrens, Vis. Res. 43 (2003) [7] C.A. Bolos, G.St. ikolov, L. Ekateriniadou, A. Kortsaris, D.A. Kyriakidis, Metal-Based Drugs 5 (6) (1998) [8] A.Th. Chaviara, P.J. Cox, K.H. Repana, R.M. Papi, K.T. Papazisis, D. Zambouli, A.H. Kortsaris, D.A. Kyriakidis, C.A. Bolos, J. Inorg. Biochem. 98 (8) (2004) [9] A. Hatzidimitriou, C.A. Bolos, Polyhedron 17 (10) (1998) [10] M.J. Frisch, G.W. Trucks, H.B. Schlegel, G.E. Scuseria, M.A. Robb, J.R. Cheeseman, V.G. Zakrzewski, J.A. Montgomery Jr., R.E. Stratmann, J.C. Burant, S. Dapprich, J.M. Millam, A.D. Daniels, K.. Kudin, M.C. Strain, O. Farkas, J. Tomasi, V. Barone, M. Cossi, R. Cammi, B. Mennucci, C. Pomelli, C. Adamo, S. Clifford, J. Ochterski, G.A. Petersson, P.Y. Ayala, Q. Cui, K. Morokuma,. Rega, P. Salvador, J.J. Dannenberg, D.K. Malick, A.D. Rabuck, K. Raghavachari, J.B. Foresman, J. Cioslowski, J.V. Ortiz, A.G. Baboul, B.B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, R. Gomperts, R.L. Martin, D.J. Fox, T. Keith, M.A. Al-Laham, C.Y. Peng, A. anayakkara, M. Challacombe, P.M.W. Gill, B. Johnson, W. Chen, M.W. Wong, J.L. Andres, C. Gonzalez, M. Head-Gordon, E.S. Replogle, J.A. Pople, GAUSSIA 98: Revision A.11.2, Gaussian, Inc., Pittsburgh, PA, [11] Z. Otwinowski, W. Minor, Methods in enzymology, in: C.W. Carter Jr., R.M. Sweet (Eds.), Macromolecular Crystallography: Part A, vol. 276, Academic Press, Y, part A, 1997, pp [12] R. Hooft, COLLECT: Data Collection Software, onius BV, [13] B. Altomare, M.C. Burla, M. Camalli, G.L. Cascarano, C. Giacovazzo, A. Guagliardi, A.G.G. Moliterni, G. Polidori, R. Spagna, J. Appl. Crystallogr. 27 (1994) 435. [14] G.M. Sheldrick, SHELXL-97: Program for Crystal Structure Analysis (Release 97-2), University of Göettingen, Göettingen, Germany, [15] L.J. Farrugia, J. Appl. Crystallogr. 30 (1997) 565. [16] J.P. Jacobs, C.M. Jones, J.P. Baille, ature 227 (1970) [17] H.D. Soule, J. Vazquez, A. Long, S. Albert, M. Brennan, J. atl. Cancer Inst. 51 (1973) [18] I. Keydar, L. Chen, S. Karby, Fr. Weiss, J. Delarea, M. Radu, S. Chaitcik, H.J. Brenner, Eur. J. Cancer 15 (1979) [19] J. Fogh, G. Trempelln, in: J. Fogh (Ed.), Human Tumor Cells in Vitro, Plenum Press, ew York, 1975, pp [20] G.O. Gey, W.D. Coffman, M.T. Kubicek, Cancer Res. 12 (1952) 264. [21] P. Skehan, R. Storeng, D. Scudiero, A. Monks, J. McMahon, D. Vistica, J.T. Warren, H. Bokesch, S. Kenney, M.R. Boyd, J. atl. Cancer Inst. 82 (1990) [22] K.T. Papazisis, G.D. Geromichalos, K.A. Dimitriadis, A.H. Kortsaris, J. Immunol. Methods 208 (1997) [23] S.S. Massoud, F.A. Mautner, Inorg. Chem. Commun. 7 (2004) [24] M. Scarpellini, A. eves, R. Hosmer, A.J. Bortoluzzi, B. Szpoganics, C. Zucco, R.A. ome Silva, V. Drago, A.S. Mangrich, W.A. Ortiz, W.A.C. Passos, M.C.B. de Oliveira, H. Terenzi, Inorg. Chem. 42 (25) (2003) [25] P.C. Christidis, C.A. Bolos, G. Bauer, G. Will,.S. Trendafilova, G.St. ikolov, Inorg. Chim. Acta 228 (1995) [26] K. akamoto, Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds, fourth ed., Wiley, ew York, [27] J.F. Ferraro, Low-Frequency Vibrations of Inorganic and Coordination Compounds, Plenum Press, ew York, 1971, pp [28] A.B.P. Lever, Inorganic Electronic Spectroscopy, second ed., Elsevier, Amsterdam, [29] W.J. Geary, Coord. Chem. Rev. 7 (1971) [30] D. Kovala-Demertzi, M.A. Demertzis, E. Filiou, A.A. Pantazaki, P.. Yadav, J.R. Miller, Y. Zheng, D.A. Kyriakidis, Biometals 16 (2003) [31] F. Hofmeister, Arch. Exp. Pathol. Pharmakol. 21 (1888) 247. [32] K. Wojciechowski, W. Wróblewski, Z. Brzózka, Mater. Sci. Eng. C 18 (2001) [33] J. Zou, X. Yang, F. An, K. Wang, J. Inorg. Biochem. 70 (1998)

263 JOURAL OF Inorganic Biochemistry Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) In vivo anticancer, anti-inflammatory, and toxicity studies of mixed-ligand Cu(II) complexes of dien and its Schiff dibases with heterocyclic aldehydes and 2-amino-2-thiazoline. Crystal structure of [Cu(dien)(Br)(2a-2tzn)](Br)(H 2 O) A.Th. Chaviara a, P.C. Christidis b, A. Papageorgiou c, E. Chrysogelou c, D.J. Hadjipavlou-Litina d, C.A. Bolos a, * a Laboratory of Inorganic Chemistry, Department of Chemistry, Aristotle University, Thessaloniki 54124, Greece b Laboratory of Applied Physics, Aristotle University, Thessaloniki 54124, Greece c Department of Experimental Chemotherapy, Symeonidion Res. Center, Theagenion Cancer Hospital, Al. Simeonides 2 Str., Thessaloniki 54007, Greece d Department of Pharmaceutical Chemistry, School of Pharmacy, Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki 54124, Greece Received 11 May 2005; received in revised form 13 July 2005; accepted 18 July 2005 Available online 6 September 2005 Abstract A new series of complexes of the type [Cu(dien)(2a-2tzn)Y 2 ] and [Cu(dienXX)(2a-2tzn)Y 2 ], where dien = diethylenetriamine and dienxx = Schiff dibase of diethylenetriamine formed with 2-furaldehyde (dienoo), 2-thiophenecarboxaldehyde (dienss), or pyrrol- 2-carboxaldehyde (dien); Y = Cl, Br or O 3 ; and 2a-2tzn = 2-amino-2-thiazoline, were synthesized and their structure established by C, H, and Cu analysis; IR and electronic spectra; magnetic susceptibility; and molar conductivity. The isolated complexes are monomers, paramagnetic, and electrolytes of types 1:1 or 1:2. In both types of solid state complexes, [Cu(dien)(2a-2tzn)Y 2 ] and [Cu(dienXX)(2a-2tzn)Y 2 ], dien and its Schiff dibases are bonded to Cu(II) in a tridentate fashion through 3 atoms. The coordination sphere is completed by the endocyclic nitrogen of the thiazoline moiety and by two Cl, Br, or O 3 groups with distorted octahedral geometry. The proposed structure of these compounds was supported by X-ray analysis of [Cu(dien)(Br)(2a-2tzn)](Br)(H 2 O). The coordination polyhedron around the copper atom can be described as a distorted square pyramid [Cu(dien)(Br)(2a-2tzn)] +. Its basal plane is occupied by the four nitrogen atoms of the dien and thiazoline ligands with Cu distances ranging between 1.996(6) and 2.032(3) Å, and the axial position is occupied by one of the two bromine atoms (Br1) with a Cu1 Br1 bond distance of 2.782(1) Å. The second bromine atom (Br2) is 4.694(2) Å from the copper atom, which exists as a discrete anion and is responsible for the cationic nature of the complex. Results regarding toxicity, antitumor, and anti-inflammatory activities of the investigated compounds are promising and allow the selection of a lead compound for further biological studies. Ó 2005 Elsevier Inc. All rights reserved. Keywords: 2-Amino-2-thiazoline; Complexes; Cu(II); Toxicity; Antitumor; Anti-inflammatory; X-ray crystallography 1. Introduction Although numerous organic, inorganic, or coordination compounds with antiproliferative activity have been * Corresponding author. Tel.: ; fax: address: bolos@chem.auth.gr (C.A. Bolos). reported [1 3] most of them are excluded from further clinical studies due to their toxicity, causing numerous undesirable side effects. Evidently, toxicity should be among the criteria that should be examined before studies of biological activity are undertaken. Continuing our work [4 6] on the biological activity of Schiff dibase compounds with S,-heterocyclic adducts we report /$ - see front matter Ó 2005 Elsevier Inc. All rights reserved. doi: /j.jinorgbio

264 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) the synthesis of a new series of Schiff dibase compounds with 2-amino-2-thiazoline (2a-2tzn), to be of special interest thanks to their antibiotic, anti-inflammatory [7], antifungal [8], anticonvulsant, local anesthetic, fungicidal, bactericidal, herbicidal, insecticidal, antitubercular, cardiotonic, acaricidal, antiulcer, antineoplastic [9 11] and antihypertensive [12] properties. The biological activity of 2a-2tzn can be attributed to its coordination with either protein constituents [12] as a simple organic compound or to metalloelements in mixed-ligand complexes. Furthermore, many of the anti-inflammatory drugs used to date are nonsteroidal, usually aromatic, and/or heterocyclic compounds with various substituents on the aromatic or heterocyclic ring, e.g., 2-(acetyloxy)benzoic acid, 2- carboxyphenyl esters, and 4-(acetylamino)phenyl [13]. Most SAIDs, non-steroidal anti-inflammatory drugs, are weak acids with pk a values ranging from 3 to 5 [14] and their side effects are suggested to be connected to their acidic character [15]. There is increased interest in the development of effective non-acidic antiinflammatory agents among which basic SAIDs copper complexes are gaining interest because of their improved pharmacological properties as well as reduced gastric toxicity. Copper complexes of many several ligands have been prepared and evaluated for anti-inflammatory activity and irritancy after oral, subcutaneous, and local administration in rats and guinea pigs. Other compounds known for their anti-inflammatory properties are the S,-heterocyclic ligands, e.g., thiazoline and its derivatives [16,17]. The Cu(II) thiazoline complexes are anticipated to yield agents with enhanced anti-inflammatory activity and reduced gastro-intestinal (GI) toxicity, compared to the uncomplexed ligands. Herein, we report the synthesis and spectroscopic characterization of a new series of Cu(II) complexes of dien Schiff dibase and thiazoline ligands. The successful reaction of the new compounds with guanosine prompted us to proceed with biological studies including toxicity, antitumour, and anti-inflammatory activities of these compounds. 2. Experimental All chemicals were purchased from Aldrich, EDH Chemicals, and Merck (reagent grade) and used without further purification Syntheses of the copper(ii) chelates The new compounds were prepared by the reaction of the starting materials [Cu(dien)Y 2 ] and Schiff dibase complex [Cu(dienXX)Y 2 ] [18,19,6] with 2a-2tzn. The general procedures are given below [Cu(dien)(2a-2tzn)Y 2 ] To a suspension of CudienY 2 (2 mmol) in MeOH (20 ml), a 10 ml methanolic solution of g (2 mmol) of 2a-2tzn was added dropwise. After stirring for 12 h at room temperature, both the starting material and 2a-2tzn dissolved. The blue solution was then filtered to remove any insoluble material and ether was added slowly until the clear solution became cloudy. After staying for 24 h at 5 C the solid product shown below, was isolated by filtration, washed with ether, and dried in air. H 2 H Y Cu Y H 2 S H 2 Y=Cl, O 3 H 2 H Y Cu Y H2 The reaction of CudienBr 2 with 2a-2tzn, performed in a similar manner, affords the compound [Cu(dien)- (Br)(2a-2tzn)](Br)(H 2 O) [Cu(dienXX)(2a-2tzn)Y 2 ] Ten millimoles of a heterocyclic aldehyde; 2-thiophenecarboxaldehyde, 2-furaldehyde, or pyrrol-2-carboxaldehyde, was stirred with 0.55 ml (5 mmol) of dien at ice bath temperature. The resulting syrup-like Schiff dibase was diluted with 20 ml of methanol, and another methanolic solution (10 ml) of 5 mmol CuCl 2 Æ 2H 2 O, CuBr 2, or Cu(O 3 ) 2 Æ 3H 2 O was added over a period of 30 min. After that, a solution of g (5 mmol) of 2a-2tzn in 10 ml of methanol was added slowly. The solid products, illustrated below, were isolated by filtration, washed with ether several times, and dried at room temperature. X -CH= H Y Cu Y =CH- X S H 2 -CH= X (X=O, S, H and Y=Cl, Br, O3) H 2.2. Physical measurements and determinations Y Cu Y S H 2 H 2 S =CH- X Carbon, hydrogen, and nitrogen analyses were performed in our microanalytical laboratory with a Perkin Elmer 240B microanalyser instrument, whereas copper analyses were performed with a Perkin Elmer model 403 Atomic Absorption Spectrometer, equipped

265 2104 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) with the appropriate hollow cathode lamp. Conductivities were measured in 10 3 M dimethyl sulfoxide (DMSO) solution with a WTW conductivity bridge, employing a calibrated dip type cell. Magnetic susceptibility (v M ) measurements of powder samples were performed at room temperature employing a Johnson- Matthey balance, calibrated with Hg[Co(CS) 4 ]. Diamagnetic corrections were estimated from PascalÕs constants. The effective magnetic moment (l eff ) was calculated from the expression: l eff = 2.84(v M Æ T) 1/2. Infrared spectra were recorded throughout the cm 1 region, with samples prepared as KBr or polyethylene discs, with a Perkin Elmer FT-IR Spectrum One spectrophotometer, equipped with a CsI beamsplitter. Electronic spectra of 10 3 M DMSO solutions or nujol mulls were obtained with a Hitachi U-2001 spectrophotometer Crystal structure determination of [Cu(dien)(Br)(2a-2tzn)](Br)(H 2 O) Crystal data, data collection, and refinement details for [Cu(dien)(Br)(2a-2tzn)](Br)(H 2 O) are given in Table 1. Cell parameters were calculated by least squares refinement of the setting angles of 19 reflections and their equivalents [25.10 <2h < 32.62, Mo Ka radiation]. Intensities were collected using a graphite monochromated Mo Ka radiation source and a scintillation counter [20]. Three standard reflections monitored every 120 min showed an average decay of 3%. They were used to scale intensities, which were further corrected for Lorentz and polarization effects [21] as well as for absorption using the empirical w-scan method [22]. The structure was solved by direct methods with SHELXS-97 [23] and refined with SHELXL-97 [24], both included in the WinGX system of programs [25]. All non-hydrogen atoms were refined anisotropically. The hydrogen atoms could be located on a difference Fourier map, except those of the water molecule, which thus were not included in the refinement. They were placed at their calculated positions and refined using a riding model (C H = 0.97 Å, H = 0.90 Å) with their U iso (H) values equal to 1.2 U eq of the parent atoms. Only for the hydrogen atoms, bonded to 5, the starting positions were obtained from the difference Fourier map. These were then allowed to vary keeping the 5 H distances constant (0.90 Å), and constraining their displacement parameters to 1.5 U eq of atom 5. The program PLATO [26] included in the WinGX suite was used to perform some geometrical calculations and to prepare material for publication Materials and methods for biological tests Male and female DBA/2 and BDF1, C57B16xDBA/ 2, mice that were 4 6 weeks of age and g of mass Table 1 Crystal data, data collection and refinement details for [Cu(dien)- (Br)(2a-2tzn)](Br)(H 2 O) Empirical formula C 7 H 21 Br 2 Cu 5 OS Formula mass Crystal shape Fragment Crystal size (mm) Crystal system Monoclinic Space group P2 1 /n Unit cell dimensions a (Å) (6) b (Å) (15) c (Å) (8) b ( ) (6) Cell volume (Å 3 ) (2) Z 4 T (K) 293(2) D x (Mg m 3 ) l (mm 1 ) F(000) 884 Diffractometer Upgraded Philips PW1100 Radiation Mo Ka ( Å) Monochromator Graphite Data collection method x/h 2h Range ( ) Index ranges 9 6 h 6 9, 19 6 k l 6 15 Reflections collected 6140 Independent reflections (R int ) 3055 Observed reflections [I > 2r (I)] 1822 Completeness to h = % Maximum and minimum 0.517, transmission factors Refinement method Full matrix least-squares Data/restraints/parameters 3055/2/160 Final R indices [I >2r(I)] a R 1 = , wr 2 = R indices (all data) R 1 = , wr 2 = Goodness-of-fit (GOF) Maximum shift/error q max, q min (e/å 3 ) 0.861, a R indices and GOF defined as: R 1 = RiF o F c i/r F o, wr 2 ¼ fr½wðf 2 o F 2 c Þ2 Š=R½wðF 2 o Þ2 g 1=2 ; GOF ¼ ½RwðF 2 o F 2 c Þ2 =ðn pþš 1=2, n = number of reflections, p = number of parameters refined. were used for toxicity and antitumor evaluation experiments. Mice provided by the Experimental Animal production Laboratory at Theagenion Cancer Hospital, were under conditions of constant temperature and humidity, with sterile bedding, and water and food ad libitum Toxicity studies The toxicity of all compounds was tested in DBA/2 mice both male and female in groups of 10 animals per dose. For each compound, four different doses were chosen. The number of surviving animals was determined after 30 days. These animals were observed for later deaths, but these were not included in these calculations because they were not due to a general toxicological effect. The LD 50 and LD 10 doses (LD = lethal dose) were estimated graphically, where the percentage of deaths due to the toxicity of each dose is plotted on

266 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) the ordinate, while the administered doses are plotted on the abscissae using semilogarithmic paper. The point of the line corresponding to 50% and 10% mortalities gives the LD 50 and LD 10, respectively [27] Antitumor activity Transplantation of lymphocyte P388 leukemia was performed by withdrawing peritoneal fluid from donor BBA/2 mice after 7-day growth, cell isolation, and transplantation into experimental mice. The suspension of isolated or harvested cells was centrifuged for 2 min (2000g). Subsequently, a dose of the supernatant peritoneal fluid was decanted and a 10-fold dilution with 0.9% acl solution was made. The cell number was determined by the resulting cell suspension of containing 10 6 cells per 0.1 ml was injected intraperitoneally (IP) into each experimental animal. Copper compound was administered by IP injection. These doses were dissolved in 1 ml of DMSO and diluted up to 10 ml with corn oil. Stock solutions of the investigated compounds were prepared immediately before administration. All animal experiments were conducted in accordance with recognized guidelines on animal experimentation (Guidelines for the care and use of laboratory animals published by the Greek Government 160/1991, based on EU regulations 86/609) Chemotherapy evaluation Survival antitumor activity of the compounds under consideration against P388 murine lymphocytic leukemia was assessed from the oncostatic parameter T/C%: the mean of median survival time of the drugtreated animals (T), excluding long-term survivors, versus 10% DMSO in corn-oil treated controls (C), expressed as a percentage. The minimum criterion for activity is T/C P 125%, according to the experimental evaluation of antitumour drugs by the ational Cancer Institute, USA [28]. All experiments consisted of six mice in each drug treatment group and eight mice in the tumor control group. Experiments were initiated by implanting mice with tumor cells. Drug treatments were given as a single intraperitoneal (IP) injection, using the LD 10 dose as a therapeutic dose. Experiments were terminated when no mice remained alive Anti-inflammatory studies Groups of five rats with masses of g were used. A suspension containing single dose of 0.01 mmol/kg body mass per 1 ml of the tested compounds, suspended in isotonic sterile saline water, with few drops of Tween 80 and ground in a mortar to suspend, was given IP at the same time as the phlogistic agent, carrageenin. Carrageenin (2%) in 0.1 ml of isotonic sterile saline water was injected intradermally into right foot pad, the left paw serving as control. Indomethacin, reference drug, was administered IP, simultaneous with the administration of the phlogistic agent. Controls received the liquid vehicle. These animals were euthanized 3.5 h after carrageenin injection. Both hind paws were severed above the ankle joint and immediately massed with a very sensitive analytical balance. The experiment was repeated for each compound with a second group of five animals. The difference between masses of the injected and uninjected paws was calculated for each animal. The change in paw mass was compared with that for control animals injected with isotonic sterile saline water and expressed as percent inhibition of oedema, CPE% values in Table 6 [29]. 3. Results and discussion The reaction of [Cu(dien)Y 2 ] (Y = Cl, Br or O 3 ) and the Cu(II) complexes with Schiff dibases of the type [Cu(dienXX)Y 2 ] (dien = diethylenetriamine, dienxx = Schiff dibase of diethylenetriamine formed with 2-furaldehyde (dienoo), 2-thiophenecarboxaldehyde (dienss), or pyrrol-2-carboxaldehyde (dien) and Y = Cl, Br or O 3 ) with 2-amino-2-thiazoline in 1:1 molar ratio, afforded complexes corresponding to the general formulae of CudienY 2 Æ 2a-2tzn or CudienXXY 2 Æ 2a-2tzn, respectively. The blue or green novel compounds are air stable, crystals or crystalline powders and were characterized by elemental analyses (Table S1), IR and UV visible spectroscopic means, magnetic susceptibility, and molar conductivity measurements. The X-ray analysis of [Cu- (dien)(br)(2a-2tzn)](br)(h 2 O) supports the proposed structure of the compounds under investigation X-ray crystal structure The asymmetric unit of [Cu(dien)(Br)(2a-2tzn)]- (Br)(H 2 O) is shown in Fig. 1; bond lengths and angles along with the hydrogen bonds are given in Tables 2 and 3. The structure consists of [Cu(dien)(Br)(2a- 2tzn)] +,Br and a water molecule. The coordination polyhedron around the copper atom can be best described as a distorted square pyramid with three equatorial positions occupied by the three nitrogen atoms of the dien ligand and the fourth equatorial position occupied by the 4 atom of the thiazoline ring, while the axial position is occupied by one of the two bromine atoms (Br1) of the asymmetric unit. The four basal nitrogen atoms of the copper coordination polyhedron are coplanar within experimental error with a rms deviation of the fitted atoms of Å, their plane being approximately normal [86.9(3) ] to the mean plane of the thiazoline ring. The copper atom deviates significantly from the above basal plane by 0.275(3) Å toward the axial atom, Br1. The Cu1 Br1 bond distance of 2.782(1) Å falls in the upper quartile

267 2106 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) Table 3 Hydrogen bonding geometry for [Cu(dien)(Br)(2a-2tzn)](Br)(H 2 O) D HA D H (Å) HA(Å) DA(Å) D HA( ) 1 H1CBr2 i (7) H1DOW (12) H2Br1 ii (6) H2Br (10) H3CBr1 iii (7) H3DBr (6) H5ABr2 iv (10) H5BBr (10) Symmetry codes: (i) x, y +1, z; (ii) x +1, y +1, z + 1; (iii) x, y +1, z + 1; (iv) x 1/2, y + 1/2, z + 1/2. Fig. 1. DIAMOD [30] plot of the molecular structure of [Cu(dien) (Br)(2a-2tzn)](Br)(H 2 O) showing the labeling scheme of the non-h atoms. Displacement ellipsoids are shown at the 30% probability level. Table 2 Selected bond lengths (Å) and angles ( ) for [Cu(dien)(Br)(2a- 2tzn)](Br)(H 2 O) Cu (7) Cu (6) Cu (7) Cu (6) Cu1 Br (1) C (1) C1 C2 1.51(1) C (1) C (1) C3 C4 1.51(1) C (1) C (1) C (1) C5 S (8) C6 C7 1.48(1) C6 S1 1.78(1) C (1) 1 Cu (3) 2 Cu (3) 3 Cu (3) 4 Cu (3) 1 Cu (3) 2 Cu (3) C5 4 Cu (6) C7 4 Cu (5) 4 C5 S (7) 4 C (8) 5 C5 S (6) C5 S1 C6 90.6(4) region of Cu Br distances for the 5-coordinated copper atom [31]. For comparison with related compounds this distance is 2.395(2) Å in bromo(1,4,7-triazaheptane) copper(ii) bromide [32] and 2.586(1) Å in bromoazido- 1,1,7,7-tetraethyl-diethylenetriaminecopper(II) [33]. Moreover, angles formed by the same Cu Br1 bond with the four Cu bonds of the pyramidal basal plane are in the range between 90.0(2) and 105.4(2). The geometry of the dien ligand is as expected [34 36]. The Cu distances range between 2.008(6) and 2.032(3) Å, while both the p Cu s valence angles, p from primary and s from secondary amino groups, are smaller than 90, 1 Cu1 2 : 83.0(1) and 2 Cu1 3: 83.8(3). Moreover, the p Cu p angle is much smaller than 180, 160.4(3), indicating a slight strain in the coordinated dien ligand. The Cu (2a- 2tzn) distance of 1.996(6) Å deviates only slightly from the mean Cu (dien) distance of 2.023(8) Å. All bond lengths and bond angles of the 2a-2tzn ligand fall in the expected ranges [37,38]. The second bromine atom of the asymmetric unit, Br2, lying at a distance of 4.694(2) Å from the copper atom exists as a discrete anion, the shortest contacts to the non-hydrogen atoms of the [Cu(dien)(Br)(2a-2tzn)] + cation and to the water oxygen being 3.43(1) Å, for Br25 and 3.28(1) Å for Br2 OW. As can be seen from Table 3, the three discrete moieties, i.e., the [Cu(dien)(Br)(2a-2tzn)] + cation, the Br anion and the water molecule are interconnected by a network of hydrogen bonds, which are mainly responsible for stabilization of the crystal structure Infrared spectra The infrared spectra of these compounds are dominated by the presence of bands due to dien [39] and its Schiff dibases with heterocyclic aldehydes published elsewhere (Table S2) [6]. The band at 1640 cm 1 which is attributed to the m(c@) confirms the formation of the Schiff dibase, and is shifted to lower frequencies by ca cm 1 upon coordination of 2a-2tzn with copper. Further supportive data for the above coordination were obtained from the IR spectrum of the free 2a-2tzn ligand, in which the very strong band at 1643 cm 1, due to m(c@) of the thiazoline ring, is shifted negatively upon coordination by ca cm 1 confirming the

268 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) coordination of 2a-2tzn to copper through the endocyclic atom. A number of weak bands in the cm 1 region are indicative of stretching vibrations for Cu bonds and cannot be further discriminated; two of the above-mentioned bands might be attributed to the Cu bonds. Unfortunately, we have been unable to assign them precisely to Cu of primary, secondary, or endocyclic nitrogen contacts with copper. In the FIR spectra the weak bands at cm 1 are attributed to the Cu Cl stretching vibration of the chloro complexes while bands at cm 1 for the bromo complexes are attributed to the m(cu Br). The broad band at 1384 cm 1 and the weak band at 1750 cm 1 for the nitrato complexes seem to be due to unidentate coordinated of the O 3 group [40] Molar conductivity The molar conductivity measurements (Table S3) of the halide complexes with 2a-2tzn in DMSO solutions lie in the ls cm 1 region thus indicating 1:1 electrolytes [41], as shown below. -CH= X H Y Cu Y =CH- X S H 2 H3C S CH3 O H =CH- X DMSO Cu + Y - -CH= X S Y (X=O, S, H and Y=Cl, Br) As far as the nitrato complexes are concerned, values of ls cm 1 indicate the 1:2 electrolytic character with dissociation in DMSO as follows: DMSO ½CuðdienXXÞð2a-2tznÞðO 3 Þ 2 Š ) * ½CuðduenXXÞ ð2a-2tznþðdmsoþ 2 Š 2þ þ 2O Electronic spectra Electronic spectra of these compounds in DMSO exhibit a band in the visible region at nm (Table S3). The position and the low molar coefficient values of these bands can be attributed to d d transitions and are typical of square bipyramidal structures [42]. The k max values of these compounds in the solid state differ slightly from those observed in solution, indicating similar geometry for these complexes in the solid state and in solution. Taking into account the molar conductivity values in DMSO solutions, in which the halide, chloro or bromo complexes are of 1:1 electrolytes, we conclude that one halogen atom is displaced by a DMSO molecule. In this case the chromophore of these compounds can be described as Cu- H 2 4 YO. Regarding the nitrato complexes, their dissociation in DMSO in a 1:2 fashion means that both nitrate groups are displaced by DMSO molecules resulting in a similar chromophore, Cu 4 O 2. According to the above, we tentatively propose the distorted octahedral and elongated octahedral [39,43] geometries for the chloro and the nitrato complexes respectively, except for the complex [Cu(dien)(Br)(2a-2tzn)](Br)(H 2 O), which is square pyramidal as shown by the X-ray data Magnetic susceptibility measurements Magnetic moments for these complexes were found to be in the BM range (Table S3). These values are characteristic for the d 9 electronic configuration of Cu(II) and support the monomeric nature of these compounds Toxicity determinations The toxicity of the copper compounds was assessed from lethality in DBA/2 mice within 30 days. The median lethal doses are presented in Table 4. It is evident that compounds 1, 2, 11, 10 and 12 are the most toxic. These compounds are three to eight times more toxic than the rest of the compounds Antitumor activity Results for the antileukemic activity of the tested compounds are presented in Table 5. Antitumor activity of most of the new compounds under study in vivo is lower than the minimum criterion (T/C P 125%) established by the ational Cancer Institute, with exception of compound 12, which appeared to increase the survival of P388-bearing mice. Several LD Table 4 Toxicity of Cu(II) compounds in DBA/2 mice o. Compound LD 50 (mg/kg) a 10 (mg/kg) b 1 [Cu(dien)(2a-2tzn)Cl 2 ] [Cu(dien)(Br)(2a-2tzn)](Br)(H 2 O) [Cu(dien)(2a-2tzn)(O 3 ) 2 ] [Cu(dienSS)(2a-2tzn)Cl 2 ] c 5 [Cu(dienSS)(2a-2tzn)Br 2 ] 6 [Cu(dienSS)(2a-2tzn)(O 3 ) 2 ] [Cu(dienOO)(2a-2tzn)Cl 2 ] [Cu(dienOO)(2a-2tzn)Br 2 ] [Cu(dienOO)(2a-2tzn)(O 3 ) 2 ] [Cu(dien)(2a-2tzn)Cl 2 ] [Cu(dien)(2a-2tzn)Br 2 ] [Cu(dien)(2a-2tzn)(O 3 ) 2 ] a Median lethal dose. b The highest dose used for chemotherapy testing for a single treatment. c ot tested due to their low solubility in DMSO.

269 2108 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) Table 5 Evaluation of the antitumor activity of Cu(II) compounds o. Compound Treatment schedule Dosage (mg/kg) MST a days (control) T/C% 1 [Cu(dien)(2a-2tzn)Cl 2 ] b Day (12.0) 86 2 [Cu(dien)(Br)(2a-2tzn)](Br)(H 2 O) Day (12.0) [Cu(dien)(2a-2tzn)(O 3 ) 2 ] Day (11.0) [Cu(dienSS)(2a-2tzn)Cl 2 ] c 5 [Cu(dienSS)(2a-2tzn)Br 2 ] 6 [Cu(dienSS)(2a-2tzn)(O 3 ) 2 ] Day (11.0) [Cu(dienOO)(2a-2tzn)Cl 2 ] Day (11.0) [Cu(dienOO)(2a-2tzn)Br 2 ] Day (10.3) [Cu(dienOO)(2a-2tzn)(O 3 ) 2 ] Day (10.3) [Cu(dien)(2a-2tzn)Cl 2 ] Day (12.0) [Cu(dien)(2a-2tzn)Br 2 ] Day (12.0) [Cu(dien)(2a-2tzn)(O 3 ) 2 ] Day (10.3) 126 a MST = mean survival time of treated mice. b Day1 = One day (24 h) after tumor transplantation. c ot tested due to low solubility. findings concerning the correlation of antitumor activity and structure of these compounds emerge from Table 5. (a) A factor that should be taken into consideration is the nature of the heterocyclic atom of the Schiff dibases, dien vs. dienss, dienoo and dien, since the activity of the substituted complexes differs depending on the presence of S, O, or atom in the heterocyclic ring, thiophene, furyl, or pyrrole. The higher activity of these complexes bearing the pyrrole ring could be due to the formation of hydrogen bonds between the endocyclic H and the nitrogen atoms of DA components. (b) The observed differences in activity seem to depend partly on the nature of the counteranion; Cl, Br, or O 3 since these can be regarded preferentially as leaving groups. This allows for DA and/or protein bonding with copper. Generally, the combination of low toxicity and comparatively high antitumor activity are optimal criteria for the best results. These criteria are satisfied only by compound 12 and to a lesser degree by 7. In conclusion, compound 12 can be used as a lead compound for future structural modifications so as to synthesize congeners with more promising desired biological activity with less toxicity in enhancing the desired structure activity relationships Anti-inflammatory activity Results of the measurement of anti-inflammatory activity of selected compounds 7 and 10 are given in Table 6. The main reason for this selection was the fact that compound 7 combines medium toxicity with promising antitumor activity, as shown in Table 5, in an attempt Table 6 Reduction of inflammation by compounds 7, 10, and indomethacin (reference drug) on carrageenin induced rat paw oedema (CPE%) compared with vehicle treated control rats o. Compounds Dose (mmol/kg BM a ) CPE% b 7 [Cu(dienOO)(2a-2tzn)Cl 2 ] c 10 [Cu(dien)(2a-2tzn)Cl 2 ] d Control Indomethacin d (For comparison with controls, StudentÕs t-test). a BM = Body Mass. b CPE = Carrageenin Paw Oedema. c p < d p < to delineate to what extent and how the nature of the pyrrole or furyl heterocyclic ring could influence the physicochemical or other properties and as a result the biological response of these compounds. The reference drug, indomethacin, is a non-steroidal anti-inflammatory drug, which is used for the treatment of a broad spectrum of inflammation related diseases suggested to be due to inhibition of prostaglandin syntheses. Between these two compounds complex 7 is considered to be a lead compound for the design and synthesis of new anti-inflammatory complexes. Further investigation concerning the mechanism of its anti-inflammatory activity is in progress. 4. Abbreviations dien dienss dienoo dien 2a-2tzn diethylenetriamine Schiff dibase of dien with 2-thiophenecarboxaldehyde Schiff dibase of dien with 2-furaldehyde Schiff dibase of dien with pyrrol-2-carboxaldehyde 2-amino-2-thiazoline

270 A.Th. Chaviara et al. / Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) SAID IP DMSO GI GOF LD CPE LMCT rms Acknowledgments non-steroidal anti-inflammatory drugs intraperitoneal dimethyl sulfoxide gastro-intestinal goodness of fit lethal dose carrageenin paw oedema ligand to metal charge transfer root mean square Financial support of this work by the Greek General Secretariat for Research and Technology and the European Commission within the framework of the PE- ED01 Projects is gratefully acknowledged (o. of Grant 01ED367). Appendix A. Supplementary data Crystallographic data are on deposit at the Cambridge Crystallographic Data Centre, 12 Union Road, Cambridge CB2 1EZ, UK, fax: , deposit@ccdc.cam.ac.uk or and are available on request quoting the deposition number CCDC Tables S1, S2 and S3 concerning, C, H, and Cu analyses, spectroscopic data, magnetic and molar conductivity measurements will be published in the online version. Supplementary data associated with this article can be found, in the online version, at doi: /j.jinorgbio References [1] B. Rosenberg, L. Van Camp, J.L. Trosko, V.H. Mansour, ature 222 (1969) [2] C.J. Ziegler, A.P. Silverman, S.J. Lippard, J. Biol. Inorg. Chem. 5 (2000) [3] F. Kratz, M.T. Schutte, Cancer J.-France 11 (4) (1998) [4] A.Th. Chaviara, P.J. Cox, K.H. Repana, R.M. Papi, K.T. Papazisis, D. Zambouli, A.H. Kortsaris, D.A. Kyriakidis, C.A. Bolos, J. Inorg. Biochem. 98 (2004) [5] A.Th. Chaviara, P.J. Cox, K.H. Repana, A.A. Pantazaki, K.T. Papazisis, A.H. Kortsaris, D.A. Kyriakidis, G.St. ikolov, C.A. Bolos, J. Inorg. Biochem. 99 (2005) [6] C.A. Bolos, G.St. ikolov, L. Ekateriniadou, A. Kortsaris, D.A. Kyriakidis, Metal-Based Drugs 5 (6) (1998) [7] D.H. Brown, W.E. Smith, J.W. Teape, J. Med. Chem. 23 (1980) [8] P.J. Islip, M.D. Closier, M.C. eville, J. Med. Chem. 17 (2) (1974) [9] G. Turan-Zitouni, D.M. Sivaci, Z.A. Kaplancikli, A. Özdemir, Il Farmaco 57 (2002) [10] G.T. Elliott, W.A. agle, K.F. Kelly, D. McCollough, R.L. Bona, E.R. Burns, J. Med. Chem. 32 (1989) [11] C.L. Baird, A.E. Griffitts, S. Baffic, P. Bryant, B. Wolf, J. Lutton, M. Berardini, G.M. Arvanitis, Inorg. Chim. Acta 256 (1997) [12] M. Remko, O.A. Walsh, W.G. Richards, Chem. Phys. Lett. 336 (2001) [13] J.E. Weder, C.T. Dillon, T.W. Hambley, B.J. Kennedy, P.A. Lay, J.R. Biffin, H.L. Regtop,.M. Davies, Coord. Chem. Rev. 232 (2002) , and references therein. [14] P.M. Brooks, R.O. Day,. Engl. J. Med. 324 (1988) [15] V.R. Shanbag, M.A. Crider, R. Gohkale, A. Harpalani, R.M.J. Dick, Pharm. Sci. 81 (1992) [16] R. Lesyk, B. Zimenkovsky, I. Subtelna, I. ektegayev, G. Kazmirchuk, Acta Pol. Pharm. 60 (6) (2003) [17] J.C. Lee, D.E. Griswold, B. Votta,. Hanna, Int. J. Immunopharmacol. 10 (7) (1988) [18] M.J. Bew, B.J. Hathaway, R.J. Fereday, J. Chem. Soc., Dalton Trans. (1972) [19].F. Curtis, H.K.J. Powell, J. Chem. Soc. A (1968) [20] Stoe & Cie, DIF4. Diffractometer control Program. Version 6.2. Stoe & Cie, Darmstadt, Germany, [21] Stoe & Cie, REDU4. Data Reduction Program. Version 6.2. Stoe & Cie, Darmstadt, Germany, [22] Stoe & Cie, EMPIR. Data Setup for Empirical Absorption Correction. Version 6.2, Stoe & Cie, Darmstadt, Germany, [23] G.M. Sheldrick, SHELXS97. Program for Crystal Structure Solution, University of Göttingen, Germany, [24] G.M. Sheldrick, SHELXL97. Program for Crystal Structure Refinement, University of Göttingen, Germany, [25] L.J. Farrugia, WinGX vers An integrated system of Windows programs for the solution, refinement and analysis of single crystal diffraction data, J. Appl. Crystallogr. 32 (1999) 837. [26] A.L. Spek, J. Appl. Crystallogr. 36 (2003) [27] EORTC Group: EORTC Screening Procedures, Eur. J. Cancer 8 (1972) [28] A. Goldin, Z. Sofina, A. Syrum,.C.I. Monograph 55 (1980) [29] D. Hadjipavlou-Litina, Res. Com. Chem. Pathol. Pharmacol. 81 (1993) [30] G. Bergerhoff, DIAMOD. Visual Crystal Structure Information System. Gerhard-Domagk-Str. 1, Bonn, Germany, [31] A.G. Orpen, L. Brammer, F.H. Allen, O. Kennard, D.G. Watson, R. Taylor, J. Chem. Soc., Dalton Trans. (1989) S1 S83. [32] J.C.A. Boeyens, S.M. Dobson, R.C.M. Mboweni, Acta Crystallogr. C 47 (1991) [33] R.F. Ziolo, M. Allen, D.D. Titus, H.B. Gray, Z. Dori, Inorg. Chem. 11 (1972) [34] C.A. Bolos, P.C. Christidis, S.T. Triantafyllou, Polyhedron 17 (1998) [35] F.-M. je, Z.-M. Wang, Y.-M. Li, Y.-F. Zhao, C.-H. Yan, Acta Crystallogr. C 54 (1998) [36] Y. Zhang, P. Zhang, J. Li, M. ishiura, J. Mol. Struct. 570 (2001) [37] M. Kubiak, T. Glowiak, Acta Crystallogr. C 40 (1984) [38] V. Fernandez, M. Moran, J.C. Doadrio, E. Conradi, W. Willing, U. Muller, Z. aturforsch. B: Chem. Sci. 42 (1987) 15. [39] C.A. Bolos, P.V. Fanourgakis, P.C. Christidis, G.St. ikolov, Polyhedron 18 (1999) [40] K. akamoto, Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds, Wiley, [41] W.J. Geary, Coord. Chem. Rev. 7 (1971) [42] A.B.P. Lever, Inorganic Electronic Spectroscopy, second ed., Elsevier, [43] B.J. Hathaway, A.A.G. Tomlinson, Coord. Chem. Rev. 5 (1970) 1 43.

271 FULL PAPER Synthesis, Structural Characterization, and Density Functional Study of Homo- and Heteropolyhalide Complexes of Cu II with Dien and Dpta Ligands: Crystal Structure of [Bis(3-aminopropyl)amine](bromo)(diiodobromo)copper(II) Aikaterini T. Chaviara, [a] Athanasios C. Tsipis,* [b] Philip J. Cox, [c] and Christos A. Bolos* [a] Keywords: Copper / Density functional calculations / Halides / ligands Polyhalide mononuclear [CuX(L)(XY 2 )] and dinuclear [{CuX(L)} 2 (µ-xy 2 X)] Cu II complexes [L = diethylenetriamine (dien)ordipropylenetriamine(dpta);x=cl,brandy=br, I] have been obtained by treating the precursor [CuX 2 (L)] complexes with Br 2 or I 2 in 1:1 and 2:1 molar ratios. The new homo- and heteropolyhalide Cu II complexes, either mononuclear or dinuclear, were predicted to be five-coordinate Cu II complexes exhibiting a distorted square-pyramidal configuration. DFT calculations at the B3LYP level of theory provided a satisfactory description of the structures of all complexes, while the distorted square-pyramidal structure of a representative complex, namely [CuBr(dpta)(BrI 2 )], was further substantiated by a single-crystal X-ray diffraction study. In the square-pyramidal structure of [CuBr(dpta)(BrI 2 )], the basal plane of the pyramid involves three Cu contacts [1.990(7), 2.065(7), and 1.989(7) Å] from dpta and the Br(1) atom, while Br(2), which participates in the formation of the terminal [BrI 2 ] ligand, occupies the apical position. The Cu Br(1) and Cu Br(2) bond lengths were found to be (14) Å (terminal) and 2.735(14) Å (bridging), respectively, while the Br1 Cu Br2 bond angle is 98.83(5). The terminal [BrI 2 ] ligand is almost linear [Br I I bond angle of (3) ]. DFT calculations, spectroscopic measurements, including far-ir and EPR studies, and magnetic measurements of the dinuclear complexes predict that the bridging tetrahalide XY 2 X moiety adopts a linear configuration as well. The bonding, electronic, and related properties of the complexes are also discussed in the framework of density functional theory. ( Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany, 2005) Introduction Polyhalides are an interesting class of complex materials, which have drawn the attention of synthetic, theoretical, and applied scientists for many years. The tendency of the heavier halogens, particularly iodine, to form stable polyhalide anions [X m Y n Z p ], (X, Y and Z are identical or different halogen atoms; m + n + p is an odd number that can be 3, 5, 7 or 9) or [X 4 ] 2 dianions of variable stoichiometry has been studied thoroughly. [1 3] The formation of a particular polyhalide species depends not only on the specific halogen (X = I, Br, Cl) but also on the bulkiness and polarizability of the cation, the relative concentrations of the components, and, in some cases, on the synthetic route used. [4] The homo- and heterotrihalide anions [X 3 ] and [X 2 Y] may be considered as donor acceptor adducts resulting from the addition of a halide anion (Lewis base) to a halogen or interhalogen molecule [a] Laboratory of Inorganic Chemistry, Department of General and Inorganic Chemistry, Faculty of Chemistry, Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki, Greece [b] Laboratory of Inorganic Chemistry, Department of Chemistry, University of Ioannina, Ioannina, Greece [c] School of Pharmacy, The Robert Gordon University, Schoolhill, Aberdeen AB10 1FR, Scotland (Lewis acids). [5] The bonding in the [X 3 ] species can be described by delocalized three-center four-electron (3c-4e) interactions or, alternatively, by a σ-dative X X 2 donor acceptor interaction. [6] The polyhalide species have found a wealth of applications as useful optical materials, [7] superconducting polymers, [8] electric and magnetic materials, [9] oxidizing [10] or halogenating reagents, [11] recyclable oxidizing reagents, [12] or recyclable reagents for the selective iodination of amines and phenols. [13] The halide ions can be used for the halogenation of organic substrates, thus giving products that are important as potent antitumor, antifungal, antibacterial, antineoplastic, anti-inflammatory, and antiviral agents. [14] Polyhalides are generally prepared [5] by the reaction of an ionic halide with the appropriate halogen under conditions specified by the relevant reactivity of the reactants and products through an ion dipole interaction. The two reacting species can be combined by direct exposure of the halide to the gaseous halogen, by mixing in an appropriate solvent, by in situ reaction following the production of the interhalogen compound, and finally by the exchange reaction of halogens of different atomic number. The product s stability is governed by the size and the polarizability of the specific halogen atoms. Although a vast number of polyiodide compounds of univalent cations (Cs +, K +, a +, R 4 + ) have been pre- Eur. J. Inorg. Chem. 2005, DOI: /ejic Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 3491

272 FULL PAPER pared, the synthetic attempts to synthesize polyhalide coordination compounds of transition metals are limited. In this work we report on the synthesis, structural characterization, electronic structure, and bonding of novel Cu II polyhalide complexes obtained by the reaction of the [Cu(dien)X 2 ] and [Cu(dpta)X 2 ] complexes with iodine and bromine. The study of the new halometalate derivatives provides further structural information about different linking motifs of halogen-rich compounds. Results and Discussion Synthesis Mononuclear copper(ii) trihalide complexes of the general formula [CuX(L)(XY 2 )] and the tetrahalide-bridged dicopper(ii) loose associations formulated as [{CuX(L)} 2 (µ- XY 2 X)] (L = dien, dpta; X = Cl, Br; Y = Br, I) were prepared by treating the precursor [CuX 2 (L)] (L = dien, dpta; X = Cl, Br) complexes with Br 2 or I 2 in 1:1 or 2:1 molar ratios, respectively. The precursor [CuX 2 (L)] (X = Br, L = dien, 1;X = Cl, L = dien, 2; X = Br, L = dpta, 3; X= Cl, L = dpta, 4) complexes undergo ligand dissociation in methanol solution to afford the cation [CuX(L)] + (L = dien, dpta) and X anions. The halide anions formed serve as the nucleophilic active center, thus fulfilling one of the highly desirable criteria of such specific addition reactions. The Cu II polyhalide complexes isolated are deeply colored brown or green, crystalline or amorphous powders that are stable at low temperatures. Structural Characterization The new compounds were characterized by elemental analysis (C, H,, Cu) and spectroscopic (IR, UV/Vis), magnetic, and molar conductivity measurements. Moreover, equilibrium structures of all the complexes studied were determined by electronic structure calculation methods at the B3LYP/LAL2DZ level of theory. Furthermore, the crystal structure of the representative mononuclear complex [CuBr(dpta)(BrI 2 )] (5) was determined by X-ray crystallography. Vibrational Spectra The infrared and far-infrared spectra of the compounds, recorded in the ranges cm 1 and cm 1, respectively, show all the expected strong bands of the coordinated dien and dpta ligands, which confirms the tridentate [15,16] bonding mode of their coordination to the Cu II centers. The peaks at cm 1 and cm 1 are typical of copper halides and are attributed to the ν(cu Cl) and ν(cu Br) stretching vibrations, respectively, of the terminal halide ligands. [17] The computed unscaled harmonic vibrational frequencies of [CuX(L)(XY 2 )] (X = Br, Y = I, L = dien, 5; X = Cl, Y = Br, L = dpta, 6; X=Br, Y = Br, L = dien, 7) and [{CuX(L)} 2 (µ-xy 2 X)] (X = Cl, Y A. T. Chaviara, A. C. Tsipis, P. J. Cox, C. A. Bolos = Br, L = dien, 8; X = Cl, I; L = dpta; 9, X=BrY=Br, L = dpta, 10; X=Br,Y=I,L=dien, 11), due to ν(cu Cl) and ν(cu Br) stretching vibrations are found in the regions and cm 1, respectively. The normal vibrational modes of the polyhalide moieties in 5 11 appear in the far-ir region of the spectra as two strong bands located at around 158 and 188 cm 1 for the mononuclear complexes and as a weak and very broad band at cm 1 for the dinuclear ones. The weak, broad band due to the bridging [X Y Y X] 2 polyhalide unit, which corresponds to an IR-inactive normal mode, is indicative of the linearity of the tetrahalide bridge; this was further corroborated by the DFT calculations of the equilibrium geometries of the respective compounds. The computed far-infrared harmonic vibrational frequencies due to the stretching and bending vibrational normal modes of the polyhalide moieties, along with their assignments, are compiled in Table 1. otice that the computed bending modes of the polyhalide moieties in 5 11 occur in the same region as δ(ibr 2 ) and δ(i 3 Br) of the [I 3 Br 4 ] anion in the [PPh 4 ][I 3 Br 4 ] molecule (72 97 cm 1 ). [18] Table 1. Far-infrared harmonic vibrational frequencies [cm 1 ] due to the vibrational normal modes of the polyhalide moieties of complexes 5 11 computed at the B3LYP/LAL2DZ level. Complex Frequency [a] Assignment Calcd. Exp (1) δ(bri 2 ) 116 (8) ν s (BrCuBr) 153 (82) 158 (m) 173 (m) ν as (BrCuBrI 2 ) 163 (5) ν s (BrCuBrI 2 ) 6 77 (1) δ(clbr 2 ) 174 (35) 170 (m) 188 (m) ν s (ClBr 2 ) 228 (125) ν as (ClCuClBr 2 ) 7 68 (0) δ(br 3 ) 91 (4) δ(br 3 ) 119 (15) ν s (CuBrBr 2 ) 131 (12) 143 (m) 178 (m) ν s (Br 3 ) 220 (60) ν as (Br 3 ) 8 82 (1) δ(clbr 2 ) 134 (3) (w, br) ν s (Cl Br Br Cl) 168 (50) ν s (ClCuClBr 2 ) 217 (15) ν as (ClCuClBr 2 ) 9 58 (1) δ(cli 2 ) 110 (1) 123 (w, br) ν s (Cl I I Cl) 157 (3) ν as (Cl I I Cl) (0) δ(br Br Br Br) 123 (0) ν s (Br Br Br Br) 140 (2) ν s ( Br Br ) 188 (5) (w, br) ν as (BrCuBr) (6) δ(bri 2 ) 105 (0) ν s ( I I ) 122 (97) ν as (Br I I Br) 185 (25) (w, br) ν as (BrCuBr) [a] Figures in parentheses are the intensities of the absorption bands (kmmol 1 ). Electronic Spectra The electronic absorption spectra of the complexes in DMF solution and in the solid state (ujol mulls) exhibit Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Eur. J. Inorg. Chem. 2005,

273 Homo- and Heteropolyhalide Complexes of Cu II with Dien and Dpta Ligands FULL PAPER two or three absorption bands in the ultraviolet and in the visible region of the spectra. To help assignment of the bands and evaluate the properties of the excited states of the Cu II polyhalide complexes, TD-DFT calculations were employed for the precursor complexes 1 4 and the mononuclear complexes 5 7 in their doublet ground states. Because of the large size of the dinuclear complexes in their triplet ground states, all attempts to compute their principal singlet singlet electronic transitions were unsuccessful with the computational resources available. The TD-DFT principal singlet singlet electronic transitions, excitation energies, and oscillator strengths of the mononuclear polyhalide complexes and their precursors are compiled in Table 2. The computed electronic transitions of the polyhalide Cu II complexes are in excellent agreement with the experimental ones. Thus, all polyhalide complexes exhibit an intense band in the UV region of the spectra at about 360 nm and a broad band in the visible region at nm. According to the TD-DFT calculations the high mixing of excited configurations due to the low symmetry of the com- plexes does not allow us to classify the calculated transitions into the well-known intraligand (LL) or interligand (LL ), ligand-to-metal (LMCT) or metal-to-ligand (MLCT), and ligand field (LF) transitions. The absorption bands arise from electronic transitions between highly delocalized MOs resulting from the mixing of excited configurations having large coefficients in the CI wavefunctions. To intuitively understand the absorption processes, representative density diagrams of the participating MOs for the mononuclear complex 5 are depicted in Figure 1. For the mononuclear precursor dihalide complexes 1 4 the absorption bands in the region of nm could be classified as LMCT bands resulting from a combination of dipole-allowed X Cu and L Cu (X = Cl, Br; L = dien, dpta) excitations. On the other hand, the absorption bands in the region nm correspond to a combination of ligand-field d d and X Cu LMCT transitions. The interligand nature of the LLCT transitions occurring between different ligands of the complexes is worthy of note (Figure 1). Table 2. Principal electronic transitions, wavelengths (λ), and oscillator strengths (f) for the mononuclear [Cu(L)(X 2 )] and [CuX(L)(XY 2 )] (L = dien,dpta;x = Cl,Br and Y = Br,I)complexes computed at the B3LYP/LAL2DZ level of theory. Compound λ [nm] f [a] Assignment [Cu(dien)Br 2 ](1) LMCT (Br Cu) + d d d d LMCT (dien Cu) LMCT (Br Cu) LMCT(Br Cu) [Cu(dien)Cl 2 ](2) d d + LMCT (Cl Cu) LMCT (Cl Cu) + d d d d + LMCT (Cl Cu) LMCT (dien Cu) LMCT(Cl Cu) [Cu(dpta)Br 2 ](3) LMCT (Br Cu) + d d d d + LMCT (Br Cu) d d + LMCT (dpta Cu) LMCT (dpta Cu) LMCT (Br Cu) LMCT (Br Cu) LMCT (Br Cu) [Cu(dpta)Cl 2 ](4) LMCT (Cl Cu) + d d d d + LMCT (Cl Cu) d d + LMCT (dpta Cu LMCT (dpta Cu) LMCT (dpta Cu) [CuBr(dpta)(BrI 2 )] (5) d d + LMCT (Br Cu) LMCT (I 2 Br Cu) + LLCT (I 2 Br I 2 Br) d d + LMCT (I 2 Br Cu) LMCT (I 2 Br Cu) + d d [CuCl(dpta)(ClBr 2 )] (6) LMCT (Cl Cu) + d d LMCT (Br 2 Cl Cu) LMCT (Cl, Br 2 Cl Cu) d d + LMCT (Br 2 Cl Cu) LLCT(dpta Br 2 Cl) [CuBr(dien)(Br 3 )] (7) LMCT (Br Cu) + d d LLCT(Br Br 3 ) LMCT (Br 3 Cu) LLCT(dpta Br 3 ) d d + LMCT (Br, Br 3 Cu) d d + LMCT (Br Cu) MLCT (Cu Br 3 ) LMCT (Br Cu [a] Only transitions with oscillator strengths larger than are considered. Eur. J. Inorg. Chem. 2005, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 3493

274 FULL PAPER A. T. Chaviara, A. C. Tsipis, P. J. Cox, C. A. Bolos of the complexes are consistent with the computed spindensity distribution. The total spin-density surfaces (SDS) of the polyhalide complexes, along with the numerical values of the spin density at each atom, are displayed in Scheme 1. Scheme 1. Figure 1. Single-electron transitions with the CI coefficients in the TD-DFT calculations for the more intense bands of [CuBr(dpta)- (BrI 2 )] (5). Magnetic Moments, Spin Densities, and Conductivity Measurements The mononuclear and dinuclear structures of the polyhalide complexes exhibit normal µ eff values per Cu II in the range BM. The room temperature µ eff values of the dinuclear complexes are indicative of a triplet ground state, which was further corroborated by the DFT calculations, as will be discussed later on. In effect, the µ eff values It can be seen that the spin density is mainly localized on the central Cu II atoms and the donor atoms of the dien or dpta ligands. In the dinuclear complexes the spin density distribution follows a similar pattern, but with the spin density localized on the Cu II central atoms being slightly lower, in line with the lower µ eff values of the dinuclear complexes. It is important to note that no spin density is delocalized onto the incoming halogen to form the terminal trihalide or the bridging tetrahalide ligands. Moreover, the computed S 2 values of and for the mononuclear and dinuclear complexes, respectively, indicate minimal artificial spin contamination in the calculations. The molar conductivity measurements of the mononuclear complexes in DMF solution illustrate their essentially 1:1 electrolytic character. [19] As far as the dinuclear complexes are concerned, their Λµ values are generally slightly higher than those of the mononuclear species, but within the 1:1 range, the only exception being complex 10, the Λµ value of which (147 µscm 1 ) indicates 2:1 dissociation. The easy dissociation of the dinuclear complexes to mononuclear [CuX(L)(XY 2 )] ones and the [CuX 2 (L)] precursors did not allow us, despite many attempts, to isolate crystals suitable for an X-ray diffraction study of their molecular structures. In light of this, the dinuclear complexes can be considered as loose associations between the mononuclear Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Eur. J. Inorg. Chem. 2005,

275 Homo- and Heteropolyhalide Complexes of Cu II with Dien and Dpta Ligands FULL PAPER [CuX(L)(XY 2 )] complexes and their [CuX 2 (L)] precursors, in line with the DFT results (see below). Crystal Structure of [CuBr(dpta)(BrI 2 )] (5) A perspective drawing exhibiting the atom numbering is shown in Figure 2. Table 4. Selected bond lengths [Å] and angles [ ] for 5b. I(1B) I(2B) (8) I(1B) Br(2B) (10) Br(1B) Cu(1B) (13) Br(2B) Cu(1B) (14) Cu(1B) (1B) 1.991(7) Cu(1B) (3B) 1.984(7) Cu(1B) (2B) 2.060(7) I(2B) I(1B) Br(2B) (3) Cu(1B) Br(2B) I(1B) (4) (3B) Cu(1B) (1B) 165.9(3) (1B) Cu(1B) (2B) 94.4(3) (3B) Cu(1B) (2B) 92.9(3) (1B) Cu(1B) Br(1B) 83.9(2) (3B) Cu(1B) Br(1B) 86.6(2) (2B) Cu(1B) Br(1B) 168.6(2) (1B) Cu(1B) Br(2B) 95.7(2) (3B) Cu(1B) Br(2B) 96.2(2) (2B) Cu(1B) Br(2B) 91.9(2) Br(1B) Cu(1B)-Br(2B) 99.50(4) Figure 2. ORTEP plot showing the molecular structure of the [CuBr(dpta)(BrI 2 )] with the atom numbering scheme. Thermal ellipsoids are presented at the 50 % probability level. There are 16 formula units per cell and two molecules (5a and 5b) in the asymmetric unit of the structure, with their structural differences being only marginal. Selected bond lengths and angles for 5a and 5b are given in Tables 3 and 4, respectively. Table 3. Selected bond lengths [Å] and angles [ ] for 5a. I(1A) I(2A) (8) I(1A) Br(2A) (10) Br(1A) Cu(1A) (14) Br(2A) Cu(1A) (14) Cu(1A) (1A) 1.990(7) Cu(1A) (3A) 1.989(7) Cu(1A) (2A) 2.065(7) I(2A) I(1A) Br(2A) (3) Cu(1A) Br(2A) I(1A) (4) (1A) Cu(1A) (3A) 162.9(3) (3A) Cu(1A) (2A) 92.5(3) (1A) Cu(1A) (2A) 94.3(3) (3A) Cu(1A) Br(1A) 86.6(2) (1A) Cu(1A) Br(1A) 84.2(2) (1A) Cu(1A) Br(2A) 92.2(2) (2A) Cu(1A) Br(1A) 170.4(2) (2A) Cu(1A) Br(2A) 90.7(2) (3A) Cu(1A) Br(2A) 103.4(2) Br(1A) Cu(1A)-Br(2A) 98.83(5) The gross geometry of complex 5 appears to be that of a distorted square pyramid and is characterized by trans- Cu (162.9 ) and Cu Br (170.4 ) bond angles that deviate slightly from the ideal value of 180. In this distorted Cu 3 Br 2 square-pyramidal environment, three nitro- gen atoms [(1A), (2A) and (3A)] of the dien or dpta ligands and one bromine atom [Br(1A)] lie in the equatorial plane, whereas the axial position is occupied by the bromine atom [Br(2A)] of the trihalide [BrI 2 ] ligand. The copper atoms Cu(1A) and Cu(1B) are displaced by 0.226(4) and 0.210(4) Å from the plane towards the apical Br(2A) and Br(2B), respectively. The 3 Cu 2, 2 Cu 1, 3 Cu Br1, and Br1 Cu 1 bond angles in the equatorial plane have values of 92.5(3), 94.3(3), 86.6(2), and 84.2(2), respectively, which deviate from the ideal value of 90 for a perfect square plane. The three Cu bond lengths span the range of 1.989(7) to 2.065(7) Å, and are consistent with those found in square-pyramidal Cu II complexes with nitrogen donor ligands. The Cu Br(1) bond length [2.5797(14) Å] in the basal plane is, as expected, shorter than that of the axial Cu Br(2) bond length [2.7351(14) Å]. ote that the axially coordinated Br(2) atom involved in the formation of the trihalide [BrI 2 ] ligand is not perpendicular to the equatorial plane, the relevant 3 Cu Br2 and Br1 Cu Br2 bond angles being and 98.83, respectively. The chair conformation adopted by the sixmembered chelate ring formed upon coordination of the dpta ligand to the copper(ii) central atom is noteworthy. The trihalide [BrI 2 ] ligand coordinated through the bromine donor atom is almost linear; the Br I I bond angle ( ) compares well with the respective bond angles of the isostructural CsI 3 (176.3 ) and CsI 2 Br (178.0 ) species. The Br I bond length of Å is slightly longer than the I I bond length of Å. These data are in line with the relevant structural features of the [BrI 2 ] moiety in CsI 2 Br, [20] which exhibits Br I and I I bond lengths of and Å, respectively. The equilibrium structures of the whole series of mononuclear and dinuclear polyhalide complexes of Cu II were also determined using computational techniques at the DFT level of theory. EPR Spectra The EPR spectrum for powdered [{CuBr(dien)} 2 (µ-br 4 )] and [{CuBr(dien)} 2 (µ-br 2 I 2 )] samples (Figure 3) are dominated by a broad derivative centered at g 2 plus a weaker feature at g 4. Linewidth limitations did not allow us to resolve the hyperfine couplings. The feature at g 4isa semi-forbidden m s = 2 transition [21] that is indicative of pairs of interacting Cu II paramagnetic centers. Similar spec- Eur. J. Inorg. Chem. 2005, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 3495

276 FULL PAPER A. T. Chaviara, A. C. Tsipis, P. J. Cox, C. A. Bolos tra have been previously reported for other dinuclear Cu II complexes. [22 24] Accordingly, the present EPR data show that both [{CuBr(dien)} 2 (µ-br 4 )] and [{CuBr(dien)} 2 (µ- Br 2 I 2 )] consist of dinuclear Cu II centers. The details of the lineshape of coupled spin systems depend critically on the relative size of the dipolar and exchange interaction terms, i.e. D and J. [21] Computational Studies by DFT Equilibrium Geometry, Electronic Structure, and Bonding Mechanism in Mononuclear Cu II Polyhalide Complexes Figure 3. Powder EPR spectrum of powderered [{CuBr(dien)} 2 (µ- Br 4 )] (A) and [{CuBr(dien)} 2 (µ-br 2 I 2 )] (B). Experimental conditions: Temperature: 10.1 K; microwave frequency: 9.42 GHz; modulation amplitude: 10 G peak to peak; microwave power: 32 mw; modulation frequency: 100 khz. The inset g = 4 signals were recorded using an eightfold larger gain and at 64 mw. The next goal of this work was to determine the details of the electronic structure and, in particular, the nature of the bonding of the polyhalide [XY 2 ] ligand in a series of mononuclear [CuX(L)(XY 2 )] (L = dien or dpta; X = Cl, Br and Y = Br, I) compounds and explore the effect of the nature of the halogens on the formation and stability of the polyhalide ligands. Selected geometric, energetic, and electronic parameters for the mononuclear complexes com- Table 5. Selected structural, energetic, and electronic properties of the mononuclear [CuX(L)(XY 2 )] complexes computed at the B3LYP/ LAL2DZ level of theory. [CuCl(dien)(ClBr 2 )] [CuCl(dien)(ClI 2 )] [CuBr(dien)(BrBr 2 )] ([CuBr(dpta)(BrBr 2 )]) E [hartrees] ( ) ( ) ( ) ( ) [a] E 1 [kcal mol 1 ] (12.9) (12.9) (13.4) (11.1) E [b] 2 [kcal mol 1 ] (87.7) (87.7) (83.1) (80.5) R e (Cu X) [Å] (2.480) (2.480) (2.669) (2.658) R e (Cu XY 2 )[Å] (2.514) (2.514) (2.740) (2.691) R e (X Y) [Å] (2.775) (2.775) (2.901) (3.120) R e (Y Y) [Å] (2.624) (2.624) (2.648) (2.976) X Cu X [ ] (137.7) (137.7) (135.2) (143.8) Cu X Y [ ] (90.8) (90.8) (84.4) (100.0) X Y Y [ ] (174.8) (174.8) (173.8) (176.8) µ e [D] (5.1) (5.1) (4.9) (5.6) η [ev] (1.50) (1.50) (1.42) (1.41) Q(Cu) (0.25) (0.25) (0.23) (0.22) Q(XY 2 ) ( 0.34) ( 0.34) ( 0.45) ( 0.34) Q(Y int ) ( 0.05) ( 0.05) ( 0.08) ( 0.06) Q(Y term ) ( 0.22) ( 0.22) ( 0.23) ( 0.21) bop(x Y int ) (0.010) (0.010) (0.010) (0.005) [a] E 1 ={[E [CuX2 (L)] + E (Y2 )] E [CuX(L)(XY2 )]}. [b] E 2 ={[E [CuX(L)] + + E (XY2 ) ] E [CuX(L)(XY 2 )]} Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Eur. J. Inorg. Chem. 2005,

277 Homo- and Heteropolyhalide Complexes of Cu II with Dien and Dpta Ligands FULL PAPER puted at the B3LYP/LAL2DZ level of theory are compiled in Table 5. It can be seen that the B3LYP/LAL2DZ calculations reproduce well the molecular structure of complex 5 determined by X-ray crystallography. In all mononuclear complexes the trihalide [XY 2 ] ligand adopts an almost linear configuration with the X Y Y bond angle ranging from up to The [XY 2 ] ligand occupying the axial position in the distorted square pyramidal geometry of the complexes is coordinated to the Cu II central atom in a bent fashion. The computed Cu X Y bond angles found in the range of depend on the nature of the halides involved in the formation of the [XY 2 ] ligands. In general terms, the Cu X Y bond angles are smaller in the dpta than in the dien complexes. The association of the incoming Y 2 molecule with the halide X ligand to afford the coordinated trihalide [XY 2 ] ligand corresponds to a relatively weak interaction. The association energies, E 1, computed at the B3LYP/ LAL2DZ level of theory amount to only kcalmol 1 and are comparable to those of hydrogen bonds. However, the trihalide [XY 2 ] ligands interact strongly with the Cu II central atom, the computed Cu XY 2 bond-dissociation energy, E 2, being kcalmol 1. Generally, the trihalide [XY 2 ] ligands form slightly stronger coordination bonds in the dien than in the dpta complexes. In both series of complexes the E 2 values follow the trend [ClBr 2 ] [ClI 2 ] [Br 3 ] [BrI 2 ]. Upon association of the Y 2 molecule with the halide X ligand there is a charge transfer from the X ligand towards the Y 2 molecule, with the transferred electron density mainly localized on the terminal Y atom, which acquires a negative net atomic charge of about 0.20 to 0.24 charge units. The internal Y atom acquires only 0.02 to 0.09 charge units. Moreover, the X atom of the coordinated [XY 2 ] ligands acquires a negative net atomic charge amounting to about 0.27 to 0.45 charge units. Obviously, repulsive electrostatic interactions of the negatively charged X and Y int atoms in the [XY 2 ] ligands do exist, therefore the weak X Y int interactions could be attributed to covalent interactions. In effect, the X Y int bonding mechanism could be described as donor acceptor interactions with the incoming Y Y molecule acting as acceptor through its σ* LUMO, and the coordinated halide ligand X of the [CuX(L)(XY 2 )] mononuclear complex acting as the donor through the HOMO, which is mainly localized on that ligand (Scheme 2). These donor acceptor interactions give rise to both charge transfer from the donor to the acceptor and weakening of the bonding within the acceptor through partial accumulation of electron density on the antibonding σ* LUMO of the acceptor, which is reflected in the elongation of the Y Y bond length by to Å. A thorough search of the molecular orbitals of the trihalide complexes reveals that there are bonding MOs describing the X Y int interactions. Such MOs, along with the doubly degenerate singly occupied (SOMO) and the lowest unoccupied (LUMO) MOs for a representative complex 5 and its precursor complex 1 are also displayed in Scheme 2. Scheme 2. The multicenter bonding interactions in HOMO-9 and HOMO-10 and the antibonding ones in SOMO and HOMO-1 should be noted. The HOMO-9 and HOMO-10 correspond to π MOs constructed from the p π orbitals of the halogen atoms of the X Y Y moiety, while the HOMO- 12 is a σ-type MO constructed from the p σ orbitals of the halogen atoms of the X Y Y moiety. The SOMO and HOMO-1 correspond to the antibonding π* counterparts of the π XYY MOs. On the other hand, the LUMO corresponds to a σ* MO resulting from the antibonding interaction of p σ orbitals of the halogen atoms of the X Y Y moiety. The computed bond overlap population (bop) values of the X Y int bonds (Table 5) illustrate the weak nature of the X Y int interactions. In general terms, these interactions Eur. J. Inorg. Chem. 2005, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 3497

278 FULL PAPER follow the trend Br Br int Cl Br int Br I int Cl I int, thus suggesting that the strength of the X Y int interactions increases as the difference of electronegativity of the constituent halogen atoms decreases. Finally, the hardness, η, givenby(ε LUMO ε HOMO )/2, was found to be in the range of ev; it reflects the relative stability of the complexes (Table 5). Equilibrium Geometry, Electronic Structure, and Bonding Mechanism in Dinuclear Cu II Polyhalide-Bridged Complexes The dinuclear [{CuX(L)} 2 (µ-xy 2 X)] (L = dien, dpta; X = Cl, Br and Y = Br, I) complexes adopt the triplet ground state. The singlet states correspond to local minima in the PES and are kcalmol 1 higher in energy than the triplet ground states. Selected geometric, energetic, and electronic parameters for the dinuclear complexes computed at the B3LYP/LAL2DZ level of theory are compiled in Table 6. The two metal centers in the dinuclear complexes exhibit the same stereochemistry, being five coordinate with a distorted square-pyramidal geometry resembling that of the respective precursor [CuX 2 (L)] complexes. This is indicative of the loose association of the Y 2 molecule with the two [CuX 2 (L)] moieties. The computed dissociation energy of the Y 2 molecule from the dinuclear complexes amounts to kcalmol 1 at the B3LYP/LAL2DZ level. On the other hand, the dissociation energy of the dinuclear complexes to the [CuX 2 (L)] and [CuX(L)(XY 2 )] species was predicted to be only kcalmol 1, thus illustrating that the dinuclear complexes are easily dissociated into the more stable mononuclear [CuX(L)(XY 2 )] species. The weak X Y interaction is mirrored by the relatively long X Y distances (Table 6). A. T. Chaviara, A. C. Tsipis, P. J. Cox, C. A. Bolos The trihalide [XY 2 ] moiety in all dinuclear complexes is almost linear, with the X Y Y bond angle ranging from up to However, the Cl Br Br Cl (complex 8) and Cl I I Cl (complex 9) bridging units are almost linear, with the torsion angles being about 177, while the Br Br Br Br (complex 10) and Br I I Br (complex 11) bridging units form dihedral angles of and 86.5, respectively. These configuration preferences of the X Y Y X bridging units could be due to electronegativity effects. The bonding mechanism of the Y 2 molecule from each side with the halide X ligands of the two mononuclear [CuX 2 (L)] species corresponds to donor acceptor interactions giving rise to both a charge transfer from the X donor ligands to Y acceptor atoms while the orbital interactions result in the weakening of the Y Y bond. Both Y atoms acquire a negative net atomic charge of about 0.15 charge units. On the other hand, the elongation of the Y Y bond length by to Å is, as expected, higher in the dinuclear than in the mononuclear complexes. A search of the molecular orbitals of the dinuclear complexes reveals that the presence of bonding MOs that describe the X Y Y X interactions. The relevant MOs, along with the doubly degenerate SOMOs and the LUMO for a representative complex (9), are displayed in Scheme 3. Conclusions In this paper we have reported the synthesis, structural characterization, and DFT study of novel mono- and dinuclear polyhalide Cu II complexes with general formulae [CuX(L)(XY 2 )] and [{CuX(L)} 2 (µ-xy 2 X)] (L = dien or dpta; X = Cl, Br and Y = Br, I). The vibrational spectra confirm the tridentate bonding mode of the dien or dpta ligands to the central Cu II atom and show the characteristic bands related to polyhalide moieties, thus indicating the lin- Table 6. Selected structural, energetic, and electronic properties of the dinuclear [{CuX 2 (L)} 2 (µ-xy 2 X)}] (L = dien, dpta; X = Cl, Br and Y = Br, I) complexes computed at the B3LYP/LAL2DZ level of theory. Property E T [hartrees] E S [hartrees] [a] E T S [kcal mol 1 ] [b] E 1 [kcal mol 1 ] [c] E 2 [kcal mol 1 ] R e (Cu X) [Å] R e (Cu XY 2 )[Å] R e (X Y) [Å] R e (Y Y) [Å] X Cu X [ ] Cu X Y [ ] X Y Y [ ] X Y Y X [ ] µ e [D] η [ev] Q(Cu) Q(X) Q(XY 2 ) Q(Y) [a] E T S = E T E S.[b] E =[E [CuX2 (L)] + E [CuX(L)(XY2 )] E [{CuX(L)}2 (µ-xy 2 X)}]. [c] E =[2E [CuX(L)] + + E Y2 ] E [{CuX2 (L)} 2 (µ-xy 2 X)}] Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Eur. J. Inorg. Chem. 2005,

279 Homo- and Heteropolyhalide Complexes of Cu II with Dien and Dpta Ligands FULL PAPER ation energies are much larger ( kcalmol 1 ). The Cu XY 2 BDEs, which are higher in the dpta than the dien complexes, follow the trend [ClBr 2 ] [ClI 2 ] [Br 3 ] [BrI 2 ]. Both X and Y int atoms in the [XY 2 ] ligand acquire negative charges that give rise to a weak electrostatic interaction. The quite long X Y int separation distance could be ascribed as a donor acceptor interaction, with the incoming Y 2 molecule acting as the acceptor through its σ* LUMO and the coordinated X ligand being the donor through the HOMO of the [CuX(L)(XY 2 )] complex, which is mainly localized on the halide ligands. The dinuclear [{CuX(L)} 2 (µ-xy 2 X)] complexes adopt a triplet ground state while the singlet state corresponds to a local minimum that is about kcalmol 1 higher in energy. This is corroborated by the µ eff values of the dinuclear complexes, which point to a triplet ground state without any appreciable magnetic interaction. The two metal centers exhibit a distorted square-pyramidal geometry resembling that of the mononuclear [CuX(L)(XY 2 )] complexes. The dinuclear [{CuX(L)} 2 (µ-xy 2 X)] complexes can easily dissociate into [CuX(L)(XY 2 )] and [CuX 2 (L)] species due to the very weak X Y 2 interactions (BDEs are only kcalmol 1 ). The [XY 2 ] moiety in all dinuclear complexes is almost linear. Finally, the bonding mechanism in the dinuclear [{CuX(L)} 2 (µ-xy 2 X)] complexes is described by donor acceptor interactions which give rise to both charge transfer from the coordinated X ligands to the Y 2 moiety at each side and orbital interactions resulting in the elongation of the Y Y bond, which is greater in the dinuclear than in mononuclear complexes. Scheme 3. earity of the [X Y Y X] 2 tetrahalide bridges. According to X-ray data the mononuclear [CuBr(dpta)(BrI 2 )] complex adopts a distorted square-pyramidal structure with the apical position occupied by a Br atom that participates in the linear terminal [BrI 2 ] ligand. On the other hand, DFT calculations support a distorted square-pyramidal structure for the [CuX(L)(XY 2 )] complexes, in agreement with the experimental findings. The Y 2 molecule in these complexes is weakly bound to the X anion, with association energies estimated to be kcalmol 1 at the B3LYP/ LAL2DZ level. In contrast, the Cu XY 2 bond-dissoci- Experimental Section Materials and Instruments: All chemicals were purchased from Aldrich, EDH Chemicals, or Merck and were reagent grade. Carbon, hydrogen, and nitrogen were determined by microanalysis using a Perkin Elmer 2400 elemental analyser. Copper was determined with a Perkin Elmer model 403 Atomic Absorption Spectrometer equipped with the appropriate hollow cathode lamps. Molar conductivities were measured with a WTW conductivity bridge employing a calibrated dip-type cell and 10 3 M solutions in DMF. Magnetic susceptibility measurements on powder samples were performed at room temperature (25 C) employing the Faraday method with a home-built balance calibrated against Hg[Co- (CS) 4 ]. Diamagnetic corrections were estimated from Pascal s constants. Infrared spectra were obtained by the KBr disc technique and were recorded with a Perkin Elmer FT-IR Spectrum One spectrometer. Far-infrared spectra ( cm 1 ) were recorded for polyethylene disks with a Bruker 113V Spectrum spectrometer. A 6.25-µm thickness Mylar beam splitter was used for these studies. Electronic spectra in DMF solutions (range nm) and in solid state (ujol mull, range nm) were measured with a Shimadzu 160A instrument in the range nm. Continuous-wave EPR spectra were recorded at liquid helium temperatures with a Bruker ER 200D X-band spectrometer equipped with an Oxford Instruments cryostat. The microwave frequency and the magnetic field were measured with a microwave frequency counter HP 5350B and a Bruker ER035 M MR-gaussmeter, respectively. Eur. J. Inorg. Chem. 2005, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 3499