ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΑΛΚΕΤΑ ΤΑΡΟΥΣΗ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΥ ΜΕ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ ΚΙΝΙΛΟΝΕΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΑΛΚΕΤΑ ΤΑΡΟΥΣΗ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΥ ΜΕ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ ΚΙΝΙΛΟΝΕΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟΥ ΤΙΤΛΟΥ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ (που εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ανόργανης Χημείας του Τομέα Γενικής και Ανόργανης Χημείας) Επιβλέπων καθηγητής : καθηγητής Δ. Φ. Κεσίσογλου ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2009

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ...4 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ...6 I. ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΣ ΕΝΑ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΟ ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟ ΣΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ...7 Ι.1 Ρόλος των ιχνοστοιχείων στον άνθρωπο...7 Ι.2 Ο ψευδάργυρος ως ιχνοστοιχείο...7 Ι.3 Γενικά χαρακτηριστικά του ψευδαργύρου...9 I.4 Κατανομή του ψευδαργύρου στο ανθρώπινο σώμα...10 I.5 Ο ρόλος του ψευδαργύρου...12 I.5.1 Ο δομικός ρόλος του ψευδαργύρου...12 I.5.2 Καταλυτική δράση του ψευδαργύρου...13 I.5.3 Ρυθμιστικός ρόλος του ψευδαργύρου...14 I.5.4 Μη καταλυτικός ρόλος του ψευδαργύρου...15 IΙ ΣΥΜΠΛΟΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ ΤΟΥ ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΥ ΜΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ...16 ΙΙ.1 Σύμπλοκες ενώσεις του Zn και η νόσος Alzheimer(AD)...16 ΙΙ.2 Σύμπλοκες ενώσεις του Zn με αντιφλεγμονώδη και αντισπασμωδικά φάρμακα17 ΙΙ.3 Σύμπλοκες ενώσεις Zn με αντιδιαβητικά φάρμακα...19 ΙΙ.4 Σύμπλοκες ενώσεις του Zn με αντικαρκινικά, αντιμικροβιακά, αντιικά και ανθελονοσιακά φάρμακα...20 ΙΙ.5 Σύμπλοκες ενώσεις του Zn με φάρμακα κατά τοπικών εγκαυμάτων...23 ΙΙ.6 Σύμπλοκες ενώσεις του Zn με φάρμακα κατά της υπερουραιμίας...24 ΙΙΙ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ...25 ΙΙΙ.1 Βιολογική δράση των κινολονών...25 ΙΙΙ.2 Βιολογική εκτίμηση των κινολονών...27 ΙΙΙ.3 Κινολόνες που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διπλωματική εργασία...32 ΙΙΙ.3.1 xolinic acid, (=Hoxo)...32 ΙΙΙ.3.2 Enrofloxacin, (Herx)...33 ΙΙΙ.4 Σύμπλοκες ενώσεις μετάλλων με κινολόνες...34 ΙΙΙ.4.1 Σύμπλοκες ενώσεις του βορίου...34 ΙΙΙ.4.2 Σύμπλοκες ενώσεις του σιδήρου με κινολόνες...35 ΙΙΙ.4.3 Σύμπλοκες ενώσεις του κοβαλτίου με κινολόνες...35 ΙΙΙ.4.4 Σύμπλοκες ενώσεις των κινολονών με χαλκό...36 ΙΙΙ.4.5 Σύμπλοκες ενώσεις των κινολονών με άργυρο...37 ΙΙΙ.4.6 Σύμπλοκες ενώσεις του καδμίου με κινολόνες...38 ΙΙΙ.4.7 Σύμπλοκες ενώσεις των κινολονών με μαγνήσιο...39 ΙΙΙ.4.8 Ιοντικά σύμπλοκα των κινολονών...39 ΙΙΙ.4.9 Σύμπλοκα του ψευδαργύρου με κινολόνες...40 ΙΙΙ.5 Βιολογική δράση συμπλόκων ενώσεων των κινολονών με μέταλλα...42 ΙV. ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΕΝΩΣΕΩΝ ΜΕ DA...44 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ...48 Ι ΕΙΣΑΓΩΓΗ...49 Ι.1 Κινολόνες αντιμικροβιακά φάρμακα...49 Ι.2 Ετεροκυκλικές ενώσεις...49 ΙΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΑ, ΔΙΑΛΥΤΕΣ, ΟΡΓΑΝΑ...51 ΙΙ.1 Αντιδραστήρια και διαλύτες...51 ΙΙ.2 Όργανα μέτρησης

3 ΙΙΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΛΕΤΗΣ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ...53 ΙΙΙ.1 Χαρακτηρισμός και διευκρίνιση της δομής των συμπλόκων ενώσεων...53 ΙΙΙ.2 Μελέτη αλληλεπίδρασης των ενώσεων με DΝΑ...53 ΙV ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΤΟΥ Zn...55 IV.1. Παρασκευή συμπλόκων ενώσεων του τύπου ZnL 2 (H 2 ) IV.1.1 Zn(oxo) 2 (H 2 ) 2, IV.1.2 Zn(erx) 2 (H 2 ) 2, IV.2. Παρασκευή συμπλόκων τύπου ZnL 2 (py) IV.2.1 Zn(oxo) 2 (py) 2, ΙV.2.2 Zn(erx) 2 (py) 2 6H 2. MeH, IV.3 Παρασκευή συμπλόκων ενώσεων του τύπου ZnL(Ν Ν)Cl...57 IV.3.1 Zn(oxo)(bipy)Cl MeH, IV.3.2 Zn(erx)(bipy)Cl MeH, IV.3.3 Zn(oxo)(phen)Cl MeH, IV.3.4 Zn(erx) (phen)cl MeH, IV.4 Παρασκευή των συμπλόκων ενώσεων του τύπου ZnL 2 ( )...58 IV.4.1 Zn(oxo) 2 (bipy) 2MeH, IV.4.2 Zn(erx) 2 (bipy) 5H 2 MeH, IV.4.3 Zn(oxo) 2 (phen) 2MeH, IV.4.4 Zn(erx) 2 (phen) 3MeH, V ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΜΕ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΥΠΕΡΥΘΡΟΥ (IR)...61 VI ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΔΙΕΥΚΡΙΝΙΣΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ...66 VI.1 Προτεινόμενη δομή των συμπλόκων ενώσεων του τύπου ZnL 2 (H 2 ) VI.2 Περιγραφή της δομής του συμπλόκου Zn(erx) 2 (py) 2 6H 2 MeH...67 IV.3 Περιγραφή της δομής του συμπλόκου Zn(oxo)(bipy) MeH...69 IV.4 Περιγραφή της δομής του συμπλόκου Zn(oxo) 2 (phen) 2MeH...70 IV.5 Περιγραφή της δομής του συμπλόκου Zn(erx) 2 (phen) 3MeH...73 IV.6 Περιγραφή της δομής του συμπλόκου Zn(erx) 2 (bipy) 5Η 2 Ο 2ΜeH...75 VII ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΜΕ ΤΟ DA...78 VII.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ...78 VII.2. ΤΙΤΛΟΔΟΤΗΣΗ (ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ UV vis)...81 VII.2.1 Mελέτη αλληλεπίδρασης των κινολονών Hoxo, Ηerx με το CT DA...83 VII.2.2 Μελέτη της αλληλεπίδρασης των συμπλόκων ενώσεων Zn(L) 2 (H 2 ) 2, 1 2, με το CT DA...85 VII.2.3 Μελέτη της αλληλεπίδρασης των συμπλόκων ενώσεων Zn(L) 2 (py) 2, 3 4, με CT DA. 87 VII.2.4 Μελέτη της αλληλεπίδρασης των συμπλόκων ενώσεων Zn(L)(Ν Ν)Cl με DA 88 VII.2.5 Αλληλεπίδραση ενώσεων των Zn(L) 2 (Ν Ν), 9 12, με CT DA...91 VII.2.5 Συμπεράσματα...95 VIII Μελέτη με φασματοσκοπία φθορισμού...97 VIII.1 Μελέτη αλληλεπίδρασης κινολονών και των συμπλόκων τους με DA σε ανταγωνισμό με το ΕΒ...97 VIII.1 Ανταγωνιστική μελέτη αλληλεπίδρασης με CT DA των κινολονών Hoxo και Herx με το ΕΒ...98 VIII.2 Ανταγωνιστική μελέτη αλληλεπίδρασης με CT DA των συμπλόκων ενώσεων του τύπου Zn(L) 2 (H 2 ) 2, 1 2, με το ΕΒ

4 VIII.3 Ανταγωνιστική μελέτη αλληλεπίδρασης με CT DA των συμπλόκων ενώσεων Zn(L) 2 (py) 2, 3 4, με το ΕΒ VIII.4 Ανταγωνιστική μελέτη αλληλεπίδρασης με CT DA των συμπλόκων ZnL( )Cl, 5 8, με το ΕΒ VIII.5 Ανταγωνιστική μελέτη αλληλεπίδρασης με CT DA των συμπλόκων Zn(L) 2 ( ), 9 12, με το ΕΒ VIII.6 Συμπεράσματα ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ

5 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Σκοπός της μεταπτυχιακής εργασίας είναι η σύνθεση και η μελέτη της δομής των ουδέτερων μονοπυρηνικών κινολονικών συμπλόκων του ψευδαργύρου με υποκαταστάτες τις κινολόνες (Hoxo και Herx) και παρουσία υποκατάστατη δότη ενός (πυριδίνη) ή δύο (phen και bipy) ατόμων Ν. Στη συνέχεια μελετήθηκαν οι ελεύθεροι κινολονικοί υποκαταστάτες και οι σύμπλοκες ενώσεις τους ως προς τον τρόπο σύνδεσης με τη διπλή έλικα του CT DA και την ισχύ της σύνδεσης, με προσδιορισμό σταθεράς K b, με φασματοσκοπία υπεριώδους και φθορισμού. Εξετάστηκε, επίσης, η πιθανή συνεργιστική δράση των υποκαταστατών. Οι σύμπλοκες ενώσεις χαρακτηρίστηκαν δομικά από τη μελέτη των στοιχειακών αναλύσεων, της μοριακής αγωγιμότητας, φασματοσκοπίας υπερύθρου και μάλιστα, όπου ήταν εφικτό, πραγματοποιήθηκε επίλυση της κρυσταλλικής δομής με περίθλαση ακτίνων- Χ. Μερικά από τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας έχουν ήδη ανακοινωθεί σε ευρωπαϊκό συνέδριο, μία εργασία έχει ήδη γίνει δεκτή, και μια άλλη βρίσκεται υπό κρίση. Από τη θέση αυτή θα ήθελα να ευχαριστήσω τον καθηγητή Δ. Φ. Κεσίσογλου για την καθοδήγησή του σε όλη τη διάρκεια της πειραματικής εργασίας και ιδιαίτερα για τη συμβολή του στην ερμηνεία των πειραματικών αποτελεσμάτων, καθώς και τη σημαντική προσφορά του όχι μόνο στη διόρθωση της εργασίας αυτής, αλλά και για την ενθάρρυνση που μου παρείχε μέχρι την ολοκλήρωση της εργασίας. Ακόμη θα ήθελα να ευχαριστήσω εκ των προτέρων τον αναπληρωτή καθηγητή Π. Ασλανίδη και την επίκουρη καθηγήτρια Α. Πανταζάκη για τη συμβολή τους στη διόρθωση της εργασίας αυτής και για την ηθική και επιστημονική υποστήριξή τους καθ όλη τη διάρκεια της ερευνητικής μεταπτυχιακής εργασίας. Ιδιαίτερη και συνεχής ήταν η προσφορά του λέκτορα. Γ. Ψωμά που, εκτός από την πλήρη ηθική του υποστήριξη, υπήρξε «πηγή γνώσης», όσες φορές χρειάστηκε να έρθω αντιμέτωπη με δυσκολίες στην κατανόηση του αντικειμένου. Ακόμα θα ήθελα να ευχαριστήσω την Δρ. Α. Ραπτοπούλου και το Δρ. Β. Ψυχάρη του Ινστιτούτου Επιστήμης Υλικών στο Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. «Δημόκριτος» για την επίλυση της μοριακής δομής των συμπλόκων ενώσεων, καθώς και όλα τα μέλη ΔΕΠ του Εργαστηρίου 4

6 Γενικής και Ανόργανης Χημείας του Τμήματος Χημείας για τη διάθεση συνεργασίας σε όλη τη διάρκεια της εργασίας μου. Τέλος, δεν θα ήθελα να περάσει απαρατήρητη η συμπαράσταση και η ενθάρρυνση που μου παρείχαν οι μεταπτυχιακοί φοιτητές και οι υποψήφιοι διδάκτορες στο χώρο του εργαστηρίου. 5

7 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 6

8 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ I. ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΣ ΩΣ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΟ I. ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΣ ΕΝΑ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΟ ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟ ΣΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ Ι.1 Ρόλος των ιχνοστοιχείων στον άνθρωπο Ένα χημικό στοιχείο χαρακτηρίζεται ως ιχνοστοιχείο όταν οι ανάγκες του ανθρώπινου οργανισμού σε αυτό είναι σε χιλιοστά (mg) ή εκατομμυριοστά (μg) του γραμμαρίου ημερησίως, δηλαδή σε ίχνη. Αυθαίρετα θεωρούμε ιχνοστοιχείο κάθε στοιχείο που οι καθημερινές απαιτήσεις του ανθρώπινου οργανισμού είναι μικρότερες από 25 mg. Στα κυριότερα ιχνοστοιχεία ανήκουν ο ψευδάργυρος (Zn), ο χαλκός (Cu), το μαγγάνιο (Mn), το ιώδιο (I), ο σίδηρος (Fe), το νικέλιο (Νi), το πυρίτιο Si κ.ά. Τα ιχνοστοιχεία, όπως και οι βιταμίνες, δεν παράγονται από τον ανθρώπινο οργανισμό, αλλά εξασφαλίζονται από εξωτερικές πηγές. Tα στοιχεία αυτά είναι γνωστά και ως απαραίτητα ιχνοστοιχεία, διότι η έλλειψη ή η ανεπάρκεια πολλών από αυτά προκαλεί σοβαρότατες ανωμαλίες στον ανθρώπινο οργανισμό που μπορούν να οδηγήσουν ακόμη και στο θάνατο. Ένα χημικό στοιχείο κρίνεται ως απαραίτητο όταν η έλλειψή του προκαλεί ανωμαλίες, οι οποίες προλαμβάνονται ή/και θεραπεύονται με τη χορήγηση αποκλειστικά και μόνο του στοιχείου αυτού [1]. Τις περισσότερες φορές ένα ιχνοστοιχείο βρίσκεται στην ενεργή περιοχή ουσιών με σημαντική βιολογική αποστολή. Το ιχνοστοιχείο από τη θέση αυτή καταλύει χημικές αντιδράσεις, που ασφαλώς δε θα είχαν πραγματοποιηθεί με τις ήπιες συνθήκες (ph, θερμοκρασία) που επικρατούν στους διάφορους ιστούς του ανθρώπινου σώματος. Ο ρόλος των ιχνοστοιχείων δεν είναι μόνο καταλυτικός, όπως συμβαίνει στα πλαίσια κάποιας ενζυμικής δράσης, αλλά μπορεί να είναι και δομικός, δηλαδή να σταθεροποιεί ορισμένες ζωτικής σημασίας ουσίες. Κάποια ιχνοστοιχεία παίζουν ενδιαφέροντα ρόλο στο ανοσολογικό σύστημα και άλλα συνδέονται με τη δράση των νουκλεϊνικών οξέων, βιταμινών και ορμονών. Ακόμη, τα ιχνοστοιχεία μπορούν να εμποδίζουν τη διεξαγωγή ορισμένων επιβλαβών αντιδράσεων [1, 2]. Ι.2 Ο ψευδάργυρος ως ιχνοστοιχείο Ο ψευδάργυρος με ποσοστό 2 g ανά 70 kg σωματικού βάρους είναι το δεύτερο σε αφθονία ιχνοστοιχείο μετά το σίδηρο στον ανθρώπινο οργανισμό [3]. Το γεγονός ότι ο ψευδάργυρος είναι απαραίτητο ιχνοστοιχείο για τον άνθρωπο ανακαλύφθηκε μόλις το 1962 από τον Prasad [2, 4]. Η απαιτούμενη ποσότητα είναι 15 mg για ενηλίκους, 1 3 mg 7

9 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ I. ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΣ ΩΣ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΟ για παιδιά και 0,5 1,0 mg για νήπια. Οι κυριότερες πηγές του Zn στη διατροφή του ανθρώπου είναι τα οστρακοειδή, η μαγιά μπύρας, το συκώτι, το κρέας, τα αυγά, το γάλα και τα ψάρια. [2, 5]. H δράση περισσοτέρων των 200 μεταλλοενζύμων εξαρτάται από την παρουσία του ψευδαργύρου. Ο ρόλος του μπορεί να είναι δομικός ή καταλυτικός. Είναι απαραίτητος για την σωστή λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος (AIDS ως σύμπτωμα) [3], εμπλέκεται ακόμη και στη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων. Η ανεπάρκεια του Zn, σύμφωνα με τον Prasad [4], οφείλεται σε ειδικές δίαιτες, κατάχρηση αλκοολούχων ποτών, ασθένειες του ήπατος, γαστρεντερικές ανωμαλίες, εκτεταμένα εγκαύματα, χρόνιες νεφρικές ανεπάρκειες και διατροφή πλούσια σε φυτικά οξέα [2] και διαπιστώνεται συνήθως με τον προσδιορισμό του στο πλάσμα του αίματος. Επίσης, το ποσοστό του Zn στα μαλλιά και στα νύχια δείχνουν μια εικόνα μακρόχρονης ανεπάρκειας. Ανεπάρκεια του ψευδαργύρου έχει ως συνέπεια αναστολή της ανάπτυξης, ορισμένες δερματίτιδες, ανωμαλία στη σύνθεση του DA και του RA, διαβήτη, κ.ά. Επίσης σε ορισμένες περιπτώσεις ανεπάρκειας ψευδαργύρου έχουν αναφερθεί διανοητικές διαταραχές, κακή διάθεση, ανωμαλίες στη μάθηση και στην όσφρηση [2]. Ο ψευδάργυρος είναι απαραίτητος για την ανάπτυξη και λειτουργία του νευρικού συστήματος συμπεριλαμβανομένου και του εγκεφάλου, πράγμα που αποδίδεται στο ρόλο που παίζει στο μεταβολισμό των νουκλεϊνικών οξέων και των πρωτεϊνών, στη διαίρεση των κυττάρων και την ανάπτυξή τους, αφού ο Zn αποτελεί το "δομικό στοιχείο" του παράγοντα ανάπτυξης των νεύρων και συμβάλλει στη μεταβίβαση μηνυμάτων [2, 6]. Αύξηση όμως της συγκέντρωσης του ψευδαργύρου στα εγκεφαλικά κύτταρα προκαλεί νευροτοξικότητα. Στη μείωση αυτής της συγκέντρωσης του ψευδαργύρου προσανατολίζονται οι επιστήμονες για να βρουν λύση στην καταπολέμηση της ασθένειας του Alzheimer (AD) [7]. Η υπερβολική απορρόφηση ψευδαργύρου, ωστόσο, μπορεί να καταστείλει την απορρόφηση χαλκού και σιδήρου. Γενικά ο ψευδάργυρος επιδρά ανταγωνιστικά στο μεταβολισμό του χαλκού και αντίστροφα. Αύξηση της συγκέντρωσης του ενός στοιχείου συνεπάγεται ελάττωση της συγκέντρωσης του άλλου. Η ανταγωνιστική δράση του Cu ως προς τον Zn μπορεί να αποδοθεί κυρίως στο γεγονός ότι ο Cu σχηματίζει σύμπλοκα μεγαλύτερης σταθερότητας με ορισμένα αμινοξέα, πεπτίδια και πρωτεΐνες από ό, τι ο Zn [2]. 8

10 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ I. ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΣ ΩΣ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΟ Έντονη ανταγωνιστική δράση υπάρχει και μεταξύ ψευδαργύρου και καδμίου. Αυτό είναι κάτι το αναμενόμενο αφού το κάδμιο έχει παρόμοια χημική συμπεριφορά με τον ψευδάργυρο και βρίσκεται αμέσως κάτω από αυτόν στην ΙΙΒ ομάδα του περιοδικού πίνακα [1]. Ι.3 Γενικά χαρακτηριστικά του ψευδαργύρου Μερικές από τις γενικές ιδιότητες του ψευδαργύρου δίνονται στον πίνακα 1 [8]. Πίνακας 1. Γενικά χαρακτηριστικά του ψευδαργύρου. Ιδιότητα Zn Ατομικός αριθμός 30 Ηλεκτρονική διαμόρφωση [Ar] 3d 10 4s 2 Ατομικό βάρος (amu) 65,39 Ατομική ακτίνα (Å) 1.38 Ιοντική ακτίνα Zn 2+ (Å) 0.74 Σημείο τήξης ( ο C) 419 Σημείο ζέσης ( ο C) 908 E o Zn +2 /Zn (V) η ενέργεια ιονισμού (ev) η ενέργεια ιονισμού (ev) η ενέργεια ιονισμού (ev) Ηλεκτραρνητικότητα 1.65 H ακτίνα του Zn 2+ είναι μεγαλύτερη από τις ακτίνες των άλλων μεταβατικών μετάλλων που προηγούνται, παρά τον κανόνα ότι οι ατομικές και οι ιοντικές ακτίνες ελαττώνονται προχωρώντας από τα αριστερά προς τα δεξιά κατά μήκος μιας περιόδου του περιοδικού πίνακα [8, 9]. 9

11 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ I. ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΣ ΩΣ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΟ I.4 Κατανομή του ψευδαργύρου στο ανθρώπινο σώμα Η διαιτητική αξιοποίηση, αλλά και η δράση του ψευδαργύρου, επηρεάζονται από την ποσότητα του Zn που λαμβάνεται με τα διάφορα τρόφιμα, την ταχύτητα με την οποία απορροφάται από το γαστρεντερικό σύστημα, την ταχύτητα και την ποσότητα απομακρύνσεως του Zn από τον οργανισμό, το είδος των τροφίμων που καταναλώνονται και την παρουσία ορισμένων ουσιών, που είτε βοηθούν στην απορρόφηση του ψευδαργύρου, όπως π.χ. η ιστιδίνη, είτε επιβραδύνουν την απορρόφηση, όπως η πρωτεΐνη της σόγιας, τα φωσφορικά, η καζεΐνη κ.ά. [5, 10]. Ο ψευδάργυρος βρίσκεται σε όλα τα όργανα, τους ιστούς και τα υγρά του ανθρώπινου σώματος. Οι μέσες περιεκτικότητες του Zn στους κυριότερους ιστούς φαίνονται στον πίνακα 2 [2]. Πίνακας 2. Κατανομή του ψευδαργύρου στο ανθρώπινο σώμα. Ιστός Μέση συγκέντρωση Ζn (μg/g) Ολική ποσότητα Zn (g) Αναλογία στη συνολική ποσότητα Zn (%) Σκελετικός μυς 51 1,53 57 Οστά 100 0,77 29 Δέρμα 32 0,16 6 Συκώτι 58 0,13 5 Εγκέφαλος 11 0,04 1,5 Νεφρά 55 0,02 0,7 Καρδιά 23 0,01 0,4 Μαλλιά 150 < 0,01 0,1 Πλάσμα αίματος 1 < 0,01 0,1 Εξαιτίας του μεγάλου όγκου των σκελετικών μυών, αυτός ο ιστός περιέχει το μεγαλύτερο ποσοστό του ψευδαργύρου του σώματος, αν και η πραγματική του συγκέντρωση δεν είναι υπερβολικά μεγάλη. Στους σκελετικούς μύες και τα οστά περιέχεται περισσότερο από το 80% του ολικού Zn του σώματος. Από τις τιμές του πίνακα 2 φαίνεται ότι ο Zn είναι ένα πρωταρχικά ενδοκυτταρικό ιόν, αφού ο ενδοκυτταρικός Zn συνεισφέρει περισσότερο από 95% του συνολικού Zn του σώματος, οπότε μπορούμε να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι οι κυριότεροι "χώροι λειτουργίας" του Zn είναι μέσα στο κύτταρο [2]. 10

12 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ I. ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΣ ΩΣ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΟ Η συγκέντρωση του ψευδαργύρου σε εξωκυτταρικά υγρά είναι σχετικά χαμηλή, συγκρινόμενη με τα ενδοκυτταρικά αποθέματα. Εάν το συνολικό ποσό του πλάσματος του αίματος θεωρηθεί ότι είναι 45 ml/kg βάρους σώματος, τότε ένας άνθρωπος 70 kg θα έχει περίπου 3 L πλάσματος, το οποίο περιέχει μόνο 3 mg Zn ή περίπου 0,1% της συνολικής περιεκτικότητας στο σώμα. Βέβαια, πρέπει να τονισθεί ότι σχετικά μικρές ανακατανομές του ψευδαργύρου του σώματος μπορούν να επιφέρουν μεγάλες μεταβολές στον ψευδάργυρο του πλάσματος [1]. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την κατανομή του ψευδαργύρου στο ανθρώπινο σώμα είναι οι εξής [2]: 1. Ανάπτυξη και Μέγεθος. Έχει βρεθεί ότι υπάρχει κάποια σχέση ανάμεσα στο μέγεθος και το είδος των οργάνων και των ιστών για ανθρώπους διαφόρων ηλικιών και στην περιεκτικότητα του ψευδαργύρου. Γενικά, έχει βρεθεί ότι η συγκέντρωση του ψευδαργύρου σε έναν ιστό είναι σημαντικά μεγαλύτερη σε ένα νεογέννητο από τη συγκέντρωση του ψευδαργύρου στον αντίστοιχο ιστό ενός ενηλίκου. Επίσης, βρέθηκε ότι η συγκέντρωση του Zn στους σκελετικούς μύες που οξειδώνονται εύκολα (εμφανίζουν κόκκινο χρώμα) είναι τρεις με πέντε φορές μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση του Zn στους σκελετικούς μύες που παρουσιάζουν γρήγορα το φαινόμενο της γλυκόλυσης (εμφανίζουν λευκό χρώμα). 2. Ορμόνες και Άγχος. Έχουν παρατηρηθεί μεταβολές στην περιεκτικότητα του Zn που σχετίζονται με μεταβολές στην ισορροπία των ορμονών και με διάφορες καταστάσεις άγχους. Γενικά, έχει προταθεί ότι υπάρχει σχέση ανάμεσα στον Zn και στις αυξητικές ορμόνες καθώς και ανάμεσα στον Zn και σε διάφορες ορμόνες του φύλου. 3. Κληρονομικές ανωμαλίες στο μεταβολισμό του ψευδαργύρου. Υπάρχουν ορισμένες κληρονομικές ασθένειες, όπως η εντεροπαθητική δερματίτιδα, που οφείλονται κυρίως σε έλλειψη του ψευδαργύρου. Το πλάσμα είναι το κυριότερο μέσο της μεταφοράς του ψευδαργύρου μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Μέσω του πλάσματος ο ψευδάργυρος μεταφέρεται στο ήπαρ, στο πάγκρεας, στα έντερα, στους μύες, στα λευκά αιμοσφαίρια στα οστά και στα νεφρά (σχήμα 1). Μέσα στο πλάσμα, ο ψευδάργυρος φαίνεται ότι συνδέεται κυρίως με μία αλβουμίνη, ένα μικρό ποσοστό συνδέεται με ένα κλάσμα γλοβουλίνης, πιθανόν μία α 2 μακρογλοβουλίνη και τέλος ένα πολύ μικρό ποσοστό συνδέεται με αμινοξέα [2]. 11

13 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ I. ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΣ ΩΣ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΟ Σχήμα 1. Τα κυριότερα όργανα του ανθρώπου τα οποία περιέχουν ψευδάργυρο και τον ανταλλάσσουν με το πλάσμα. I.5 Ο ρόλος του ψευδαργύρου Ο ρόλος του ψευδαργύρου στα μεταλλοένζυμα μπορεί να είναι [2, 11]: δομικός, όταν απαιτείται για τη δομική σταθερότητα της πρωτεΐνης. καταλυτικός, όταν σχετίζεται άμεσα με την καταλυτική ικανότητα του ενζύμου. ρυθμιστικός, όταν ρυθμίζει την ενζυμική δραστικότητα ή την σταθερότητα της πρωτεΐνης. μη καταλυτικός, όταν είναι άγνωστη η δράση του. I.5.1 Ο δομικός ρόλος του ψευδαργύρου Ο ψευδάργυρος έχει την ικανότητα να δημιουργεί σύμπλοκα συναρμοζόμενος με άτομα, και S που ανήκουν σε ομάδες διαφορετικών αμινοξέων σχηματίζοντας δεσμούς γέφυρες και με τον τρόπο αυτό σταθεροποιεί τη δομή των πρωτεϊνών. Οι δεσμοί αυτοί είναι σταθεροί σε αναγωγικές συνθήκες, σε αντίθεση με τους δισουλφιδικούς δεσμούς ( S S ) ομάδων της κυστεΐνης, οι οποίοι διασπώνται σε παρόμοιες συνθήκες σχηματίζοντας σουλφυδρυλο ομάδες ( SH). Κατά ανάλογο τρόπο ο Zn σταθεροποιεί τη δομή των κυτταρικών μεμβρανών [11]. Δομικός είναι επίσης ο ρόλος του ψευδαργύρου στη χοριοειδή περιοχή του ματιού. Σε αυτή την περίπτωση πιστεύεται ότι ο ψευδάργυρος σχηματίζει κάποιους δεσμούς γέφυρες και σταθεροποιεί τη θέση του αμφιβληστροειδή χιτώνα [2]. Δομικός είναι ο ρόλος του Zn στα β κύτταρα, όπου βρίσκεται αποθηκευμένη η ινσουλίνη [11]. Πιστεύεται ότι ο Zn σταθεροποιεί τη δομή του μορίου της ινσουλίνης. Η υπόθεση αυτή ενισχύεται από το 12

14 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ I. ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΣ ΩΣ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΟ γεγονός ότι in vitro, η ινσουλίνη κρυσταλλώνεται παρουσία Zn. In vivo πρέπει ο Zn να είναι χαλαρά συνδεδεμένος με την ινσουλίνη και να ισχύει η ισορροπία : ινσουλίνη Zn ινσουλίνη + Zn. Η περίσσεια Zn ευνοεί τη δημιουργία του σταθεροποιημένου συμπλόκου ινσουλίνης Zn. Τέλος, δομικός είναι ο ρόλος του ψευδαργύρου και στην περίπτωση του ενζύμου ασπαρτική τρανσκαρβαμυλάση που βρίσκεται σε κάθε ζωντανή ύλη και καταλύει τη συμπύκνωση του καρβαμυλ φωσφορικού οξέος με L ασπαρτικό οξύ για τη δημιουργία καρβαμυλ L ασπαρτικού οξέος που αποτελεί την κυριότερη πρόδρομη ένωση στη βιοσύνθεση των πυριμιδινών [2]. I.5.2 Καταλυτική δράση του ψευδαργύρου Οι αντιδράσεις που καταλύουν τα ένζυμα είναι πολλές και πολύ μεγάλης ζωτικής σημασίας. Ο ψευδάργυρος εκτός από το δομικό του ρόλο έχει και καταλυτική (ενζυμική) δράση [11]. Η σημασία του ψευδαργύρου στα μεταλλοένζυμα γίνεται αντιληπτή από το γεγονός ότι όταν αφαιρείται το άτομο του Zn από τα μόριο του ενζύμου, αυτό που απομένει, το αποένζυμο, γίνεται ανενεργό. Ξαναποκτά όμως την καταλυτική του δράση με την προσθήκη Zn. Τα αποένζυμα είναι συνήθως σταθερές ενώσεις. Μπορούν όμως να ενεργοποιηθούν με την προσθήκη όχι μόνο Zn αλλά και άλλων μετάλλων. Τέτοιου είδους αντικαταστάσεις μπορούν να βοηθήσουν τη μελέτη και να εξηγήσουν τον τρόπο δράσης των ενζύμων, γιατί με τα νέα μέταλλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ορισμένες τεχνικές ή να εφαρμοσθούν φασματοσκοπικές μέθοδοι, που δεν είναι δυνατό να εφαρμοσθούν με τα υπάρχοντα μέταλλα. Τα κυριότερα μεταλλοένζυμα του ψευδαργύρου [11, 12, 13] είναι τα ακόλουθα : οι καρβοξυπεπτιδάσες, με αποστολή την πέψη των πρωτεϊνών. Το κυριότερο ένζυμο αυτής της κατηγορίας είναι η Α καρβοξυπεπτιδάση, ο βιολογικός ρόλος της οποίας είναι η υδρόλυση του C τελικού πεπτιδικού δεσμού πρωτεϊνών, πολυπεπτιδίων και Ν ακυλ αμινοξέων. η καρβονική ή ανθρακική ανυδράση που καταλύει την εφυδάτωση του διοξειδίου του άνθρακα, δηλαδή την αντίδραση: C 2 + H 2 HC 3 + H + οι αλκοολικές αφυδρογονάσες που καταλύουν την οξείδωση των αλκοολών προς αλδεΰδες. 13

15 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ I. ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΣ ΩΣ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΟ η αλκοολική δεϋδρογονάση που καταλύει την οξείδωση των αλκοολών προς αλδεΰδες με νικοτιναμιδο δινουκλεοτίδιο : R'RCHH + AD + R'RC= + AD + H + η υπεροξειδική δισμουτάση που καταλύει την αντίδραση: H + H , αποτρέποντας έτσι το σχηματισμό Ο 2 στους ιστούς. η ασπαρτική τρανσκαρβαμυλάση που ένζυμο καταλύει τη σύνθεση του καρβαμυλ L ασπαρτικού οξέος από ασπαρτικό οξύ και καρβαμυλ φωσφορικό οξύ: H 2 C P CCH(H + 3 )CH 2 C CCH(HCH 2 )CH 2 C H 2 P 4 που είναι το πρώτο στάδιο της βιοσύνθεσης των πυριμιδινών. η RA πολυμεράση που καταλύει την αντίδραση της αύξησης της αλυσίδας του RA [14]. οι αλκαλικές φωσφατάσες που καταλύουν την υδρόλυση των φωσφορικών μονοεστέρων σύμφωνα με την αντίδραση : R P H 2 R H + HP 2 4. η ισομεράση της φωσφομαννόζης, ο ρόλος της οποίας είναι η ισομερείωση της 6 φωσφορικής μαννόζης προς 6 φωσφορική φρουκτόζη. η πυρουβική καρβοξυλάση που καταλύει την αντίδραση των πυρουβικών με HC 3 για το σχηματισμό οξαλοοξικών: πυρουβικά + ATP + HC 3 Οξαλοοξικά + ADP + Φωσφορικά και η μεταλλοθειονίνη που παίζει σημαντικό ρόλο στον έλεγχο του μεταβολισμού του ψευδαργύρου, του χαλκού και ορισμένων άλλων στοιχείων [15]. I.5.3 Ρυθμιστικός ρόλος του ψευδαργύρου Ρυθμιστικός και καταλυτικός είναι ο ρόλος του ψευδαργύρου στις αμινοπεπτιδάσες. Οι αμινοπεπτιδάσες καταλύουν την ειδική υδρόλυση του Ν τελικού αμινοξέος από πρωτεΐνες, πεπτίδια και αμίδια αμινοξέων και γενικά απαιτούν μία ελεύθερη α αμινο (ή α ιμινο ) ομάδα στην L διαμόρφωση. Η εκλεκτικότητά τους είναι ευρεία και μπορούν να απομακρύνουν πολλά αμινοξέα από το Ν τέλος της αμιδικής αλυσίδας. Γενικά, οι περιέχουσες ψευδάργυρο αμινοπεπτιδάσες είναι ολιγομερή με μοριακό βάρος μεγαλύτερο από και περιέχουν 2 άτομα Zn ανά μόριο [11, 12]. 14

16 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ I. ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΣ ΩΣ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΟ I.5.4 Μη καταλυτικός ρόλος του ψευδαργύρου Μη καταλυτικός θεωρείται ο ρόλος του ψευδαργύρου στις αλκοολικές δεϋδρογονάσες. Οι αλκοολικές δεϋδρογονάσες είναι ένζυμα που εξαρτώνται από το AD(H) και καταλύουν τη μετατροπή της αιθανόλης και άλλων πρωτοταγών αλκοολών στις αντίστοιχες αλδεΰδες. Κάθε υπομονάδα του ενζύμου περιέχει δύο άτομα ψευδαργύρου και δεσμεύει ένα μόριο AD(H). Ένα από τα άτομα του ψευδαργύρου είναι απαραίτητο για τη δραστικότητα ενώ η δράση του άλλου είναι ακόμη άγνωστη, γι' αυτό και το άτομο έχει χαρακτηρισθεί ως μη καταλυτικό [11]. 15

17 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Ζn ΜΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ IΙ ΣΥΜΠΛΟΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ ΤΟΥ ΨΕΥΔΑΡΓΥΡΟΥ ΜΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ Στη βιβλιογραφία αναφέρεται η σύνθεση, ο χαρακτηρισμός και η μελέτη μεγάλου αριθμού συμπλόκων ενώσεων του ψευδαργύρου τόσο με υποκαταστάτες φάρμακα όσο και ενώσεων που παρουσιάζουν κάποια βιολογική δράση [7, 16, 17]. Στη συνέχεια θα περιγραφούν κάποιες χαρακτηριστικές από τις παραπάνω ενώσεις, η δομή των οποίων έχει προσδιορισθεί κρυσταλλογραφικά. ΙΙ.1 Σύμπλοκες ενώσεις του Zn και η νόσος Alzheimer(AD) Η νόσος του Alzheimer τα τελευταία χρόνια συσχετίζεται με την αυξημένη συγκέντρωση του ψευδαργύρου στο εσωτερικό των εγκεφαλικών κυττάρων. Η κλιοκινόλη (5 chloro 7 iodo 8 hydroxyquinoline = CQ), μια 8 υδροξυκινολίνη, είναι μια ουσία που χρησιμοποιείται για θεραπεία διαφόρων λοιμώξεων, δίνει πολύ καλά αποτελέσματα στην καταπολέμηση της AD σε προκλινικές και πρόσφατες κλινικές δοκιμές. Συγκεκριμένα, θεωρείται ότι το φάρμακο αυτό ενεργοποιεί τη μεταφορά του Zn από εσωτερικό των κυττάρων στην Αβ πρωτεΐνη. Η μεταφορά αυτή οδηγεί στην ελάττωση νευροτοξικότητας του εγκεφάλου. Παρασκευάστηκε το σύμπλοκο της CQ με Zn με τύπο Zn(CQ) 2 (H 2 ) και η κρυσταλλική του δομή επιλύθηκε με περίθλαση ακτίνων Χ (σχήμα 2), όπου φαίνεται ότι ο Zn έχει αριθμό συναρμογής πέντε [18]. Σχήμα 2. Δύο ανεξάρτητες μονάδες συμμετρίας του ίδιου μορίου [Zn (CQ) 2 (H 2 )] 16

18 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Ζn ΜΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ ΙΙ.2 Σύμπλοκες ενώσεις του Zn με αντιφλεγμονώδη και αντισπασμωδικά φάρμακα Το σύμπλοκο του ψευδαργύρου με υποκαταστάτη την ασπιρίνη (acetylsalicylate), Zn(aspirinate) 2 (H 2 ) 2, ένα ευρέως διαδεδομένο αντιφλεγμονώδες φάρμακο, χαρακτηρίστηκε δομικά (σχήμα 3) και μελετήθηκε ως προς τις βιολογικές του ιδιότητες [19]. Στη βιβλιογραφία έχει αναφερθεί ότι το σύμπλοκο Zn(aspirinate) 2 (H 2 ) 2 έχει καλύτερες θεραπευτικές ιδιότητες, είναι πιο αποτελεσματικό και προκαλεί σε λιγότερο ποσοστό έλκος στομάχου απ ό,τι η ασπιρίνη [20, 21]. Πιο συγκεκριμένα, βρέθηκε ότι οι αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες του συμπλόκου είναι διπλάσιες απ αυτές τη ασπιρίνης [19]. Σχήμα 3. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Zn(aspirinate) 2 (H 2 ) 2. Έχουν αναφερθεί η παρασκευή, η δομή, οι αντισπασμωδικές και οι αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες του συμπλόκου Zn(C 7 H 4 5 ) 2 (H 2 ) 4 με υποκαταστάτη το αποπρωτονιωμένο 3 νιτρο 4 υδροξυβενζοϊκό οξύ (3 nitro 4 hydroxybenzoato). Η δομή του συμπλόκου επιλύθηκε με περίθλαση ακτίνων Χ (σχήμα 4) όπου ο Ζn έχει αριθμό συναρμογής έξι. Σχήμα 4. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Zn (C 7 H 4 5 ) 2 (H 2 ) 4. 17

19 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Ζn ΜΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ Πρόκειται για σύμπλοκο του Zn με παράγωγο του σαλικυλικού ανιόντος ως υποκαταστάτη και γι αυτό πραγματοποιείται σύγκριση της αναμενόμενης αντιφλεγμονώδους δράσης με αντίστοιχα σαλικυλικά σύμπλοκα. Οι αντισπασμωδικές ιδιότητες του συμπλόκου βρέθηκαν βελτιωμένες σε σχέση με αυτές των ελεύθερων υποκαταστατών [22]. To 3,5 DIPS [=bis(3,5 diisopropylsalicylato)anion, δι(3,5 διισοπροπυλοσαλικυλικό) ανιόν] είναι ένα φάρμακο που έχει αντισπασμωδικές ιδιότητες. Χρησιμοποιήθηκε ως υποκαταστάτης μαζί με την 1,10 φαινανθρολίνη (= phen) για την παρασκευή του συμπλόκου [Zn(3,5 DIPS) 2 (phen)], του οποίου η κρυσταλλική δομή φαίνεται στο σχήμα 5. Το σύμπλοκο δεν εμφανίζει όμως ιδιαίτερα βελτιωμένη βιολογική δράση σε σύγκριση με το ελεύθερο φάρμακο [19]. Σχήμα 5. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου [Zn(3,5 DIPS) 2 (phen)]. Ένα χαρακτηριστικό μη στεροειδές αντιφλεγμονώδες φάρμακο (ΜΣΑΦ) είναι η ινδομεθασίνη (indomethacin = 1 (4 chlorobenzoyl) 5 methoxy 2 methyl 1Hindole 3 acetic acid = IndoH] που παρουσιάζει ευνοϊκές αντιφλεγμονώδεις, αναλγητικές και αντιπυρετικές ιδιότητες, έχει ωστόσο και μειονεκτήματα. Στα μειονεκτήματα αυτά περιλαμβάνεται το έλκος στομάχου και η αιμορραγία που προκαλεί [23]. Στην προσπάθεια να βελτιωθεί η ποιότητα του φαρμάκου παρασκευάστηκαν σύμπλοκες ενώσεις του Zn με το φάρμακο ως ligand. Ήδη είναι γνωστό ότι το σύμπλοκο Zn Indo εμφανίζει αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες και, μάλιστα, έχει γίνει πατέντα στην κτηνιατρική φαρμακευτική [24]. Με αυτές τις πληροφορίες ως οδηγό παρασκευάστηκαν και χαρακτηρίστηκαν τα σύμπλοκα του Zn με την ινδομεθασίνη ως ligand. Στο σχήμα 6(α) δίνεται το σύμπλοκο 18

20 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Ζn ΜΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ Zn 2 (Indo) 4 (py) 2, με τετραγωνική πυραμιδική γεωμετρία γύρω από το άτομο του Zn που έχει αριθμό συναρμογής πέντε. Στο σχήμα 6(β) δίνεται η κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Zn(Indo) 2 (MeH) 2, όπου ο Zn έχει αριθμό συναρμογής έξι και παραμορφωμένη οκταεδρική γεωμετρία. (α) Σχήμα 6. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου (α) Zn 2 (Indo) 4 (py) 2 και (β) Zn(Indo) 2 (MeH) 2. (β) Δοκιμές των συμπλόκων αυτών σε πειραματόζωα έδειξαν χαμηλή τοξικότητα στο λεπτό έντερο, παραμένουν όμως τοξικά για το στομάχι. Αντίστοιχα σύμπλοκα του Cu παρουσιάζουν χαμηλότερη τοξικότητα κάτι που ενθαρρύνει την περαιτέρω έρευνα [25]. ΙΙ.3 Σύμπλοκες ενώσεις Zn με αντιδιαβητικά φάρμακα Είναι γνωστό ότι ο ψευδάργυρος βρίσκεται στην ινσουλίνη συναρμοσμένος με τρία άτομα αζώτου των ιστιδινών και τρία μόρια νερού με δομή παραμορφωμένου οκταέδρου που θεωρείται ως η λειτουργική δομή. Έχει ακόμη βρεθεί πως το άτομο του Zn παίζει σημαντικό δομικό και φαρμακευτικό ρόλο στη μιμητική δράση της ινσουλίνης [26]. Με τη σύνθεση και το χαρακτηρισμό συμπλόκων Zn έγινε προσπάθεια εξέλιξης της μιμητικής δράσης της ινσουλίνης με διαφόρους τρόπους συναρμογής, ελέγχοντας τη σταθεροποίηση της γλυκόζης στο αίμα στα επιτρεπτά επίπεδα [27]. Τα σύμπλοκα που παρασκευάστηκαν είναι το trans [Zn(ma) 2 (H 2 ) 2 ][Zn(ma) 2 (H 2 )] 2 (H 2 ) (ma=maltolate) 19

21 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Ζn ΜΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ [28] και [Zn(6mpa) 2 (H 2 )] όπου 6mpa=6 methylpicolinate [29]. Οι κρυσταλλικές δομές των συμπλόκων δίνονται στο σχήμα 7. (α) Σχήμα 7. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου (α) trans [Zn(ma) 2 (H 2 ) 2 ] [Zn(ma) 2 (H 2 )] 2(H 2, (β) [Zn(6mpa) 2 (H 2 )] H 2. ΙΙ.4 Σύμπλοκες ενώσεις του Zn με αντικαρκινικά, αντιμικροβιακά, αντιικά και ανθελονοσιακά φάρμακα Σύμπλοκες ενώσεις του Zn με θειοσεμικαρβαζόνες παρασκευάστηκαν, χαρακτηρίστηκαν και μελετήθηκαν ως προς τη βιολογική τους δράση. Οι σεμικαρβαζόνες παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον λόγω της χημείας τους και της δυνητικής ευεργετικής βιολογικής δράσης που παρουσιάζουν. Οι βιολογικές τους ιδιότητες δεν περιορίζονται σε έναν τομέα αλλά περιλαμβάνουν σημαντικές και συγχρόνως πολλές δράσεις, μεταξύ των οποίων και η αντικαρκινική, αντιμικροβιακή, αντιιική δράση και δράση κατά της ελονοσίας. Στη συνέχεια παρουσιάζονται μερικά από τα αυτά σύμπλοκα [30]. Μελέτες επίδρασης του [Zn(Me Hmpt)Cl] (Hmpt = methylpyruvate thiosemicarbazone) πάνω σε ανθρώπινα λευχαιμικά κύτταρα έδειξαν ότι το σύμπλοκο (σχήμα 8) παρουσιάζει μεγαλύτερη δραστικότητα από τον ελεύθερο υποκαταστάτη [31]. Για τα σύμπλοκα [Zn(Hatsc)]( 3 ) 2 0.3H 2, [ZnCl 2 (Hatsc)][ZnCl 2 (Hasc)], [Zn(H 2 datsc)(η 2 Ο) 2 ](Ac) 2 5.3H 2 όπου Hatsc = 2 acetylpyridine(thiosemicarbazone), Hasc = 2 acetylpyridine(semicarbazone) και Hdatsc = 2,6 diacetylpyridinebis (thiosemicarbazone) (σχήμα 10) μελετήθηκε η αντιμικροβιακή δραστικότητα, η οποία (β) 20

22 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Ζn ΜΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ μπορεί να αποδοθεί στο δεσμό υδρογόνου που σχηματίζεται με ένα αντισταθμιστικό ιόν ή μόριο νερού ως διαλύτη [30]. Σχήμα 8. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Zn(Me Hmpt)Cl. (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα 9. Κρυσταλλική δομή των συμπλόκων (α) [Zn(Hatsc)]( 3 ) 2 0.3H 2, (β) ZnCl 2 (Hatsc), (γ) ZnCl 2 (Hasc) και (δ) [Zn(H 2 datsc)(η 2 Ο) 2 ](Ac) 2 5.3H 2. Σχήμα 10. Συντακτικοί τύποι των υποκαταστατών Hatsc = 2 acetylpyridine (thiosemicarbazone), Hasc = 2 acetylpyridine(semicarbazone), Hdatsc = 2,6 diacetylpyridine bis(thiosemicarbazone). 21

23 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Ζn ΜΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ Παρασκευάστηκαν και χαρακτηρίστηκαν οι σύμπλοκες ενώσεις του Zn με pyridine 2 carbaldehyde thiosemicarbazone, (=HFoTsc) και (1E) 1 pyridin 2 ylethan 1 one thiosemicarbazone, (=HAcTsc). Οι κρυσταλλικές δομές των συμπλόκων [ZnCl 2 (HFoTsc)(H 2 )], [Zn(AcTsc) 2 ] (σχήμα 11) και [ZnCl 2 (HAcTsc)(H 2 )] (σχήμα 12) επιλύθηκαν με περίθλαση ακτίνων Χ. Τα σύμπλοκα αυτά και τα ligands HFoTsc και HAcTsc εξετάστηκαν για την αντικαρκινική δράση τους in vitro απέναντι σε ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα ΜCF 7 (καρκίνου του μαστού), T24 (καρκίνου του αίματος) και στην καρκινική ινοπλασματική κυτταρική σειρά L 929 των ποντικιών. Η μελέτη της κυτταροτοξικότητας έδειξε ότι τα σύμπλοκα του Zn εμφανίζουν καλύτερες τιμές IC 50 από το cis platin. Οι ενώσεις αυτές μπορούν να θεωρηθούν ως μέσα με δυνητική αντικαρκινική δράση και χρήζουν περαιτέρω in vitro και in vivo μελετών [32]. (α) (β) Σχήμα 11. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου (α) [ZnCl 2 (HFoTsc)(H 2 )] και (β) [ZnCl 2 (HAcTsc)(H 2 )]. Σχήμα 12. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου [Zn(AcTsc) 2 ]. Σύμπλοκες ενώσεις του Zn με φάρμακο τη μερκαπτοπουρίνη (=H 2 Mer) (σχήμα 13α) που μιμείται τη φυσική βάση της πουρίνης της υποξανθίνης χρησιμοποιείται κλινικά 22

24 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Ζn ΜΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ στη θεραπεία της λευχαιμίας. Ανάλογες σύμπλοκες ενώσεις του λευκοχρύσου και του παλλαδίου με τη μερκαπτοπουρίνη παρουσιάζουν αντικαρκινική δράση. Η κρυσταλλική δομή του συμπλόκου [Zn(Mer)(H 3 ) 2 ].H 2 δίνεται στο σχήμα 13β. Αυτή η ένωση πολυμερίζεται δίνοντας ένα μη αναμενόμενο μόριο, του οποίου οι βιολογικές ιδιότητες χρήζουν έρευνας [33]. SH H (α) Σχήμα 13. (α) Συντακτικός τύπος της μερκαπτοπουρίνης (=H 2 Mer), (β) Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου [Zn(Mer)(H 3 ) 2 ].H 2. ΙΙ.5 Σύμπλοκες ενώσεις του Zn με φάρμακα κατά τοπικών εγκαυμάτων Η τοπική εφαρμογή συμπλόκων ενώσεων της 2 σουλφανιλαμιδοπυριμιδίνης (sulfadiazine = H SD) (σχήμα 14) έχει αυξήσει τη χρησιμότητα των σουλφανιλαμιδών στην ιατρική [34]. H S Σχήμα 14. Συντακτικός τύπος της 2 σουλφανιλαμιδοπυριμιδίνης (sulfadiazine = H SD). (β) H 2 Άλατα του Zn(II) με σουλφανιλαμίδες (εμπορικό όνομα στη Κίνα HuangAnXin) χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην αγωγή θεραπείας εγκαυμάτων, για να προλαμβάνουν βακτηριακή λοίμωξη στους ανθρώπους και στα ζώα [35]. Το σύμπλοκο Zn(SD) 2 χρησιμοποιείται ως φάρμακο με τη μορφή αλοιφής, κρέμας ή πούδρας για την επούλωση τραυμάτων [36]. Το φάρμακο είναι ένα πολυμερές (σχήμα 15), όπου το μονομερές είναι ένα σύμπλοκο του Ζn με τύπο Zn(SD) 2 και η δομή του δίνεται στο σχήμα 16. Στον 23

25 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Ζn ΜΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ πολυμερισμό του φαρμάκου οφείλεται η αργή απελευθέρωση του Zn στην εφαρμογή του στη θεραπεία εγκαυμάτων [37]. Σχήμα 15. Η 1 D αλυσίδα του πολυμερές Zn(SD) 2 κατά τον άξονα xx, όπου κάθε άτομο Zn συγκρατείται δυνατά από τρία ligands SD. Σχήμα 16. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Zn(SD) 2. ΙΙ.6 Σύμπλοκες ενώσεις του Zn με φάρμακα κατά της υπερουραιμίας Η αλλοπουρινόλη (allopurinol = pyrazolo[3,4 d]pyrimidin 6 one) είναι ουσία που χρησιμοποιείται ως φάρμακο κατά της υπερουραιμίας και αρθριτικών νόσων [38]. Διάφορες επιδράσεις στο μεταβολισμό της πουρίνης έχουν ως αποτέλεσμα την υπερπαραγωγή ουρικού οξέος. Η αλλοξανθίνη (alloxanthine = pyrazolo[3,4 d]pyrimidine 2,6 dione) είναι μια ένωση παρόμοια [39] που χρησιμοποιήθηκε ως υποκαταστάτης για την παρασκευή του συμπλόκου Zn(alloxanthine) 2 Cl 2, του οποίου η δομή του φαίνεται στο σχήμα 17. Σχήμα 17. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Zn(alloxanthine) 2 Cl 2. 24

26 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ ΙΙΙ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Η ονομασία κινολόνες (HQ) χρησιμοποιείται για τα κινολονοκαρβοξυλικά οξέα (quinolonecarboxylic acids) ή 4 κινολόνες (4 quinolones). Είναι ενώσεις που έχουν ένα 4 όξο 1,4 διϋδροκινολινικό (= 4 oxo 1,4 dihydroquinoline) σκελετό όπως φαίνεται στο σχήμα 18(α). Από την εμφάνιση της πρώτης κινολόνης nalidixic acid (=nalh), (σχήμα 18(β)), έως τις πρώτες κλινικές εφαρμογές στις αρχές του 1960, ένας σημαντικός αριθμός δομικών μονάδων με υψηλή δυνατότητα ευρέως φάσματος αντιμικροβιακής δράσης έχει απομονωθεί [40, 41]. H H (α) (β) Σχήμα 18. (α) Ο 4 όξο 1, 4 διυδροκινολινικός σκελετός. (β) Ο συντακτικός τύπος του nalidixic acid (nalh = 1,4 Dihydro 1 ethyl 7 methyl 1,8 naphthyridin 4 one 3 carboxylic acid). Έχει ανακαλυφθεί ότι η παρουσία ενός ατόμου φθορίου στη θέση έξι του nalη και ενός δακτυλίου πιπεραζίνης στη θέση επτά προκαλεί μεγάλη αύξηση του φάσματος της αντιμικροβιακής δράσης. Οι κινολόνες χρησιμοποιούνται ως αντιμικροβιακά φάρμακα. και είναι ιδιαίτερα χρήσιμες στην αντιμετώπιση διαφόρων λοιμώξεων, όπως του ουροποιητικού συστήματος, των μαλακών ιστών, του αναπνευστικού συστήματος, διαφόρων αρθριτικών λοιμώξεων, του τυφοειδούς πυρετού, διαφόρων σεξουαλικά μεταδιδόμενων ασθενειών, προστάτη, πνευμονίας, οξείας βρογχίτιδας και ιγμορίτιδας [40 42]. ΙΙΙ.1 Βιολογική δράση των κινολονών Οι κινολόνες χρησιμοποιούνται εδώ και χρόνια σε κλινικές θεραπείες ως αντιμικροβιακά φάρμακα. Αυτά τα συνθετικά αντιβιοτικά έχουν ως στόχο τις γυράσες (τοποϊσομεράσες ΙΙ) και παρεμποδίζουν την αντιγραφή του DA.[43]. 25

27 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Οι τοποϊσομεράσες είναι πολύ σημαντικά ένζυμα διότι ελέγχουν την υπερελίκωση του DA, τροποποιούν δηλαδή την τοπολογική κατάσταση του DA χωρίς να επηρεάζουν την ομοιοπολική δομή του. Διακρίνονται σε δύο κατηγορίες, τις τοποϊσομεράσες τύπου Ι οι οποίες δημιουργούν παροδικά κοψίματα στον έναν κλώνο του DA και τις τοποϊσομεράσες τύπου ΙΙ οι οποίες δημιουργούν παροδικά κοψίματα στους δύο κλώνους του DA με ταυτόχρονη υδρόλυση ενός μορίου ATP. Οι τοποϊσομεράσες τύπου Ι αλλιώς ονομάζονται ένζυμα κοπής ραφής, ενώ οι προκαρυωτικές τοποϊσομεράσες τύπου ΙΙ ονομάζονται επίσης και γυράσες. Οι γυράσες αποτελούνται από δύο υπομονάδες που καταλύουν την αρνητική στροφή του υπερελικωμένου DA με ταυτόχρονο κόψιμο των δύο αλυσίδων του DA και υδρόλυση ενός μορίου ATP σε ADP και Pi. Όπως φαίνεται και στο σχήμα 19(β) η γυράση εισάγει αρνητικές υπερελικώσεις στο DA περιτυλίγοντάς το, στη συνέχεια κόβει το δίκλωνο DA, περνά την αλυσίδα του DA μέσα από το άνοιγμα και επανασυνδέει τους δύο κλώνους. Με αυτόν τον τρόπο οι στροφές του υπερελικωμένου DA ελαττώνονται κατά 2.[44]. Αποτυχία στο διαχωρισμό αυτών των κλώνων οδηγεί σε κυτταρικό θάνατο. Πειράματα με αντικαρκινικά φάρμακα όπως το m AMSA (= 4' (9' cridinylamino) methanesulfon m anisidide) έχουν δείξει ότι και αυτά παρεμποδίζουν την τοποϊσομεράση ΙΙ [45]. (α) (β) Σχήμα 19. (α) Η δομή του 42 kda τμήματος της Ν τελικής ΑΤPάσης της DA γυράσης ομόλογο όλων των άλλων τοποϊσομερασών τύπου IIA. (β) Μηχανοχημικό μοντέλο δράσης της DA γυράσης. Είναι γνωστό πως οι κινολόνες μπορούν να δεσμευτούν στο DA και στο σύμπλοκο DA γυράση, όμως η δέσμευση με το σύμπλοκο DA γυράση συσχετίζεται και με την παρεμπόδιση [46, 47]. Οι κινολόνες σταματούν την επανένωση του γενομικού DA που λαμβάνει χώρα στο τέλος του κύκλου ρήξης επανασύνδεσης (cleavage ligation cycle) της γυράσης [48]. Η δομή του τομέα ρήξης επανασύνδεσης ( breakage reunion ) 26

28 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ μιας βακτηριακής DA τοποϊσομεράσης τύπου ΙΙ έχει επιλυθεί [49], χωρίς όμως υπόστρωμα και παρεμποδιστές [46]. ΙΙΙ.2 Βιολογική εκτίμηση των κινολονών Οι κινολόνες ταξινομούνται σε γενιές. Στην πρώτη γενιά περιλαμβάνονται το cinoxacin, και nalidixic acid που είναι οι πιο παλιές και οι πιο διαδεδομένες στη χρήση. Στην κατηγορία αυτή περιλαμβάνονται ακόμη το cinoxacin, το oxolinic acid, το pipemidic acid και το flumequine (πίνακας 3). Οι κινολόνες της πρώτης γενιάς καταπολεμούν μόνο τα gram(-) βακτήρια και η χρήση των φαρμάκων αυτών περιορίζεται κυρίως για απλές λοιμώξεις του ουροποιητικού συστήματος. Δε συνιστάται η χρήση τους σε ασθενείς που παρουσιάζουν νεφρική δυσλειτουργία, λόγω της υψηλής αύξησης στη συγκέντρωση της ουρίας [50, 51]. Πίνακας 3. Οι ονομασίες και οι συντακτικοί τύπος των κινολονών πρώτης γενιάς. Κινολόνη Εμπορική Ονομασία κατά IUPAC ονομασία Συντακτικός τύπος μορίου φαρμάκου alidixic acid eggram 1,4 Dihydro 1 ethyl 7 methyl 1,8 naphthy ridin 4 one 3 carboxylic acid H Cinoxacin Cinobac 1 Ethyl 1, 4 dihydro 4 oxo[1,3] dioxolo [4,5 g] cinnoline 3 carboxylic acid H xolinic acid 5,8 Dihydro 5 ethyl 8 oxo 1,3 dioxolo[4,5 g] H quinoline 7 carboxylic acid Pipemidic acid 8 Ethyl 5,8 dihydro 5 oxo 2 (1 piperazinyl) H pyrido[2,3 d] pyrimidine 6 carboxylic acid H Flumequine 9 Fluoro 6,7 dihydro 5 methyl 1 oxo 1H,5H benzo (IJ) quinolizine 2 carboxylic acid F H 27

29 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Πίνακας 4. Οι ονομασίες και οι συντακτικοί τύπος των κινολονών δεύτερης γενιάς. Κινολόνη Εμπορική Ονομασία κατά IUPAC ονομασία Συντακτικός τύπος μορίου φαρμάκου orfloxacin oroxin 1 Ethyl 6 fluoro 1,4 dihydro Barazan 4 oxo 7 (1 piperazinyl) 3 Zoroxin quinolinecarboxylic acid F H H Lomefloxacin Maxaquin (±) 1 Ethyl 6,8 difluoro 1,4 dihydro 7 (3 methyl 1 F H piperazinyl) 4 oxo 3 quinolinecarboxylic acid H F Enoxacin Penetrex Flumark 1 Ethyl 6 fluoro 1,4 dihydro 4 oxo 7 (1 piperazinyl) 1,8 F H Comprecin naphthyridine 3 carboxylic acid Gyramid H floxacin Floxin (±) 9 fluoro 2,3 dihydro 3 Tarivid methyl 10 (4 methyl 1 piperazinyl) 7 oxo 7H pyrido[1,2,3 de] 1,4 benzoxazine 6 carboxylic acid F H Ciprofloxacin Cipro Ciloxan, 1 cyclopropyl 6 fluora 1, 4 Ciflox, Ciprobay, dihydro 4 oxa 7 (1 piperazinyl) 3 F H Ciproxin quinolinecarboxylic acid H Rosoxacin Acrosoxacin 1 Ethyl 1,4 dihydro 4 oxo 7 Winuron (4 pyridyl) 3 H quinolinecarboxylic acid Enrofloxacin Baytril 1 cyclo propyl 7 (4 ethyl 1 piperazinyl) 6 fluoro 1,4 F H dihydro 4 oxo 3 quinolone carboxylic acid H 2 C CH 3 28

30 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Οι κινολόνες της δεύτερης γενιάς (πίνακας 4) έχουν αυξημένη δράση τόσο στα αρνητικά κατά gram όσο και στα θετικά κατά gram βακτήρια και προσφέρουν μια άτυπη παθογόνα κάλυψη. Η διαφορά των θετικών με τα αρνητικά κατά gram βακτήρια οφείλεται στη διαφορά της χημικής σύστασης των κυτταρικών τοιχωμάτων των βακτηρίων (σχήμα 20). Οι κινολόνες αυτής της γενιάς συγκρινόμενες με αυτές της πρώτης γενιάς χρησιμοποιούνται κλινικά σε μεγαλύτερο εύρος λοιμώξεων του ουροποιητικού, της πυελονεφρίτιδας, των σεξουαλικά μεταδιδόμενων ασθενειών, καθώς και για αντιμετώπιση προβλημάτων του προστάτη και λοιμώξεων του δέρματος. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν τα φάρμακα ciprofloxacin, enoxacin, lomefloxacin, norfloxacin, ofloxacin, rosoxacin και enrofloxacin [50]. Οι πιο ευρέως χρησιμοποιημένες κινολόνες της δεύτερης γενιάς είναι το ciprofloxacin και το ofloxacin. Μπορεί να γίνει και ενδοφλέβια και στοματική λήψη του φαρμάκου. Οι πιο γνωστές είναι το ciprofloxacin (Ciprobay) και το ofloxacin (Floxin) που έχουν μεγάλο εύρος αντιμικροβιακής δράσης και γι αυτό έχουν χρησιμοποιηθεί εκτενώς στη θεραπεία βακτηριακών λοιμώξεων, συμπεριλαμβανομένης και της θεραπείας βακτηριακής λοίμωξης με άνθρακα (Anthrax) [52]. (α) (β) Σχήμα 20. Απεικόνιση στο μικροσκόπιο (α) gram( ) και (β) gram(+) μικροοργανισμών. Η τρίτη γενιά κινολονών περιλαμβάνει τις ενώσεις levofloxacin, gatifloxacin, moxifloxacin, tosufloxacin, amifloxacin, gemifloxacin, perfloxacin, rufloxacin, temafloxacin και sparfloxacin (πίνακας 5) και αποτελεί μια άλλη ομάδα ενώσεων που έχει τα χαρακτηριστικά της δεύτερης γενιάς με μερικά επιπρόσθετα πλεονεκτήματα. Η αντιμικροβιακή τους δράση επεκτείνεται σε gram (+) μικροοργανισμούς, και ειδικότερα στους μικροοργανισμούς S. pneumoniae που παρουσιάζουν ευαισθησία και αντίσταση στην πενικιλίνη και σε μερικούς άτυπους παθογόνους μικροοργανισμούς, όπως η Mycoplasma pneumoniae και η Chlamydia pneumoniae [53, 54]. Έτσι μπορεί να επεκταθεί και η φαρμακευτική τους δράση στη θεραπεία της πνευμονίας, της χρόνιας βρογχίτιδας και της ιγμορίτιδας. 29

31 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Πίνακας 5. Οι ονομασίες και οι συντακτικοί τύπος των κινολονών τρίτης γενιάς. Κινολόνη Εμπορική ονομασία φαρμάκου Ονομασία κατά IUPAC Συντακτικός τύπος μορίου Levofloxacin Levaquin ( ) (S) 9 fluoro 2,3 dihydro 3 methyl 10 (4 methyl 1 piperazinyl) 7 oxo 7H pyrido [1,2,3 de] 1, 4 benzoxazine 6 carboxylic acid F H H H Sparfloxacin Zagam 5 Amino 1 cyclo propyl 7 (cis 3,5 dimethyl 1 piperazinyl) 6,8 difluoro 1,4 dihydro 4 oxo 3 quinoline carboxylic acid H F H 2 F H Gatifloxacin Tequin (±) 1 cyclopropyl 6 fluoro 1, 4 dihydro 8 methoxy 7 (3 methyl 1 piperazinyl) 4 oxo 3 F H quinolinecarboxylic acid H Moxifloxacin Avelox 1 cyclopropyl 7 [(S,S) 2,8 diazabicyclo[4.3.0]non 8 yl] 6 9 fluoro 8 methoxy 1,4 dihydro 4 oxo 3 quinoline carboxylic acid H F H Amifloxacin C 16 H 19 F 4 3 Gemifloxacin F H H 2 Perfloxacin Peflacine F H Rufloxacin F H S 30

32 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Temafloxacin F H H F F Tosufloxacin F H H 2 F F Πίνακας 6. Οι ονομασίες και οι συντακτικοί τύπος των κινολονών τέταρτης γενιάς. Κινολόνη Εμπορική Ονομασία κατά IUPAC ονομασία Συντακτικός τύπος μορίου φαρμάκου Trovafloxacin Trovan 7 [(1R,5S,6S) 6 Amino 3 azabicyclo(3.1.0)hex 3 yl] 1 F H (2,4 difluorophenyl) 6 fluoro 1,4 dihydro 4 oxo 1,8 naphthyridine 3 carboxylic acid H 2 Alatrofloxacin Trovan IV Grepafloxacin F H H Levofloxacin L Floxin; ( ) ( ) (S) 9 fluoro 2,3 dihydro 3 floxacin; methyl 10 (4 methyl 1 F H piperazinyl) 7 oxo 7H pyrido[1,2,3 de] 1, 4 benzoxazine 6 carboxylic acid H H Moxifloxacin Avelox 1 cyclopropyl 7 [(S,S) 2,8 diazabicyclo[ 4.3.0]non 8 yl] 6 9 F H fluoro 8 methoxy 1,4 dihydro 4 oxo 3 quinolinecarboxylic acid H Η τελευταία γενιά περιλαμβάνει κινολόνες που εμφανίζουν τις αντιμικροβιακές ιδιότητες της τρίτης γενιάς με μια επιπρόσθετη γενική αναερόβια κάλυψη. Οι κινολόνες 31

33 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ της τέταρτης γενιάς παρουσιάζουν τις γενικές κλινικές ενδείξεις της πρώτης, δεύτερης και τρίτης γενιάς, συμπεριλαμβανομένων και των πολύπλοκων λοιμώξεων του αναπνευστικού και της πυελονεφρίτιδας, καθώς και τις ενδοκοιλιακές λοιμώξεις, την ενδονοσοκομειακή πνευμονία και λοιμώξεις της περιοχής της λεκάνης. Στην ομάδα αυτή περιλαμβάνονται οι κινολόνες trovafloxacin, alatrofloxacin grepafloxacin και levofloxacin που δίνονται στον παρακάτω πίνακα (πίνακας 6). Το levofloxacin λόγω του ότι παρουσιάζει κάποια πλεονεκτήματα σε σχέση με τις κινολόνες της τρίτης γενιάς μπορεί να θεωρηθεί και αυτό μέλος της τέταρτης γενιάς [55]. Γενικά οι φθοροκινολόνες έχουν υψηλότερο κόστος από πρώτης γραμμής φάρμακα όπως η trimethoprim sulfamethoxazole (Bactrim, Septra) για την αντιμετώπιση απλών λοιμώξεων του ουροποιητικού συστήματος ή doxycycline (Vibramycin) που χρησιμοποιείται για τη θεραπεία κρίσεων της χρόνιας βρογχίτιδας. Η στοματική όμως λήψη των φθοροκινολονών, όπου ενδείκνυται, αντικαθιστά τα αντιβιοτικά που λαμβάνονται ενδοφλεβίως, συνεισφέροντας έτσι στην ελάττωση του κόστους των νοσοκομειακών εξόδων. ΙΙΙ.3 Κινολόνες που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διπλωματική εργασία ΙΙΙ.3.1 xolinic acid, (=Hoxo) Το οξολινικό οξύ (oxolinic acid = Hoxo) (σχήμα 21) είναι ένα πρώτης γενιάς αντιμικροβιακό φάρμακο και χρησιμοποιείται κυρίως για λοιμώξεις του ουροποιητικού συστήματος [56]. Αν και για περισσότερα από σαράντα χρόνια είναι γνωστή η φαρμακευτική του δράση, υπάρχει δημοσιευμένη μόνο μία κρυσταλλική δομή σύμπλοκης ένωσης και συγκεκριμένα το [Cu(oxo)(phen)Cl] MeH [57]. H Σχήμα 21. Ο συντακτικός τύπος του oxolinic acid (Hoxo = 5,8 dihydro 5 ethyl 8 oxo 1,3 dioxolo[4,5 g]quinoline 7 carboxylic acid). 32

34 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Ως μια τυπική 4 κινολόνη, το οξολινικό οξύ συμπεριφέρεται ως διδραστικός υποκαταστάτης συναρμοζόμενο με το μέταλλο μέσω του κετονικού οξυγόνου και ενός καρβοξυλικού οξυγόνου [58]. Όπως είναι γνωστό οι κινολόνες δρουν ως παρεμποδιστές της γυράσης. Όταν συνδέονται ομοιοπολικά με πεπτιδικό δεσμό, με ολιγονουκλεοτίδιο ως 5 ακυλάμινο υποκαταστημένες, βρέθηκε ότι σταθεροποιούν το διπλό ολιγονουκλεοτίδιο κατά τη θερμική μετουσίωση του DA. Η τρισδιάστατη δομή του (oxo T*GCGCA) δίνεται στο σχήμα 22, η οποία επιλύθηκε με φασματοσκοπία ΝMR δύο διαστάσεων καθώς και υπολογιστικές μεθόδους. Στο σύμπλοκο αυτό το oxolinic acid αποδιοργανώνει το τελικό Τ1 [59]. Σχήμα 22. Δομική απεικόνιση της περιέλιξης του (1oxo)2 στο τερματικό. (α) Άποψη από την δευτερεύουσα αύλακα, (b) άποψη κατά μήκους του άξονα της έλικας. Το T1 και το oxolinic acid απεικονίζονται με κίτρινο χρώμα, το A6 με κόκκινο, και τμήμα από τον πυρήνα της διπλής έλικας με μπλε. ΙΙΙ.3.2 Enrofloxacin, (Herx) Το enrofloxacin (=Herx) κατατάσσεται στα δεύτερης γενιάς αντιμικροβιακά φάρμακα ευρέος φάσματος με δράση κατά αρκετών Gram (+) και Gram ( ) βακτηρίων, συμπεριλαμβανομένων και αυτών που εμφανίζουν αντίσταση σε β λακταμικά αντιβιοτικά και σε σουλφοναμίδες [60, 61]. Το enrofloxacin είναι η πρώτη φθοροκινολόνη που αναπτύχθηκε για κτηνιατρική χρήση και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία μερικών ασθενειών του ουροποιητικού συστήματος, της αναπνευστικής περιοχής και λοιμώξεων του δέρματος σε κατοικίδια και σε ζώα φάρμας [62 65]. Επίσης χρησιμοποιείται για την αντιμετώπιση απλών και περίπλοκων λοιμώξεων του ουροποιητικού συστήματος, πυελονεφρίτιδας, σεξουαλικά μεταδιδόμενων ασθενειών, προβλημάτων του προστάτη, λοιμώξεων του δέρματος, ιστών και γονόκοκκων λοιμώξεων της ουρήθρας και του αυχένα [66 68]. 33

35 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Το enrofloxacin είναι μια τυπική 4 κινολόνη, με ένα άτομο φθορίου στη θέση έξι (σχήμα 23), συμπεριφέρεται διδραστικά και συναρμόζεται με το μέταλλο μέσω του κετονικού οξυγόνου και ενός καρβοξυλικού οξυγόνου. Οι κρυσταλλικές δομές των συμπλόκων ενώσεων του Herx μόνο με χαλκό, Cu(erx)(phen)Cl και [Cu(erx)(bipy)(H 2 )]Cl, έχουν αναφερθεί στη βιβλιογραφία [69]. F H H 2 C CH 3 Σχήμα 23. Ο συντακτικός τύπος του enrofloxacin (Herx = 1 cyclopropyl 7 (4 ethyl piperazin 1 yl) 6 fluoro 4 oxo 1,4 dihydro quinoline 3 carboxylic acid). ΙΙΙ.4 Σύμπλοκες ενώσεις μετάλλων με κινολόνες Ένας αρκετά μεγάλος αριθμός συμπλόκων ενώσεων διαφόρων μετάλλων με κινολόνες ως υποκαταστάτες έχει χαρακτηριστεί και αναφερθεί στη βιβλιογραφία. Οι κινολόνες συναρμόζονται με διαφορετικούς τρόπους. Συνήθως συναρμόζονται με το μέταλλο μέσω του κετονικού οξυγόνου και ενός καρβοξυλικού οξυγόνου [58]. Σε πολλές περιπτώσεις το ligand δεν έχει αποπρωτονιωθεί, παρόλ αυτά καταφέρνει να συναρμοστεί με σχηματισμό συμπλόκου [70]. Σε άλλες περιπτώσεις, και συνήθως σε διπυρηνικά σύμπλοκα, τα δύο οξυγόνα της καρβοξυλικής ομάδας συναρμόζονται και γεφυρώνουν τα άτομα του μετάλλου. Έχει επίσης απομονωθεί σύμπλοκη ένωση όπου η κινολόνη δρα τριδοτικά μέσω και των τριών οξυγόνων, του κετονικού και των δύο καρβοξυλικών οξυγόνων [71]. Πιο σπάνια ακόμη είναι η περίπτωση όπου το άζωτο του δακτυλίου της πιπεραζίνης (piperazinyl) της κινολόνης συμμετέχει στη δομή με τη συναρμογή του στο μέταλλο [72]. Ασυνήθιστη είναι και η περίπτωση τετραδραστικής συναρμογής μέσω των τριών οξυγόνων και του αζώτου της πιπεραζίνης [73]. Ακόμη έχει αναφερθεί και μια κατηγορία ιονικών συμπλόκων με την κινολόνη να μη συναρμόζεται απευθείας στο μέταλλο [70], αλλά να υπάρχει στο μόριο ως αντισταθμιστικό ιόν. Στη συνέχεια περιγράφονται χαρακτηριστικές σύμπλοκες ενώσεις διαφόρων μετάλλων με κινολόνες. ΙΙΙ.4.1 Σύμπλοκες ενώσεις του βορίου Στο σύμπλοκο [Β(Q)(CH 3 C) 2 ], όπου HQ = κινολόνη, το βόριο συναρμόζεται με τέσσερα άτομα οξυγόνου και εμφανίζει μια ελαφρώς παραμορφωμένη τετραεδρική δομή 34

36 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ (Σχήμα 24). Το άτομο του βορίου είναι συναρμοσμένο με ένα καρβοξυλικό οξυγόνο [(B(1) (1) =/1.501(4) Å] και το κετονικό οξυγόνο [B(1) Ο(3) = 1.458(5) Å]. Η σφαίρα συναρμογής συμπληρώνεται από δύο οξυγόνα των δύο οξικών ομάδων [74]. Σχήμα 24. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου [Β(Q)(CH 3 C) 2 ]. ΙΙΙ.4.2 Σύμπλοκες ενώσεις του σιδήρου με κινολόνες Η δομή του συμπλόκου [Fe(cfH)(nta)] 3.5H 2 όπου cfh = Ciprofloxacin και ntaη = nitrolotriacetic acid φαίνεται στο σχήμα 25. Ο σίδηρος συναρμόζεται από το κετονικό [Fe(1) (1) = 1.942(8) Å] και ένα καρβοξυλικό οξυγόνο [Fe(1) (2) = 1.91(1) Å] του Ciprofloxacin. Ο αριθμός συναρμογής του Fe είναι έξι και οι υπόλοιπες τέσσερις θέσεις στη σφαίρα συναρμογής καταλαμβάνονται από τρία οξυγόνα και ένα άζωτο του υποκαταστάτη nta [Fe(1) (4) =/2.037(9) Å, Fe(1) (6) =/1.969(9) Å, Fe(1) (8) = 1.983(9) Å, Fe(1) (4) =/2.21(1) Å]. Το cfh είναι πρωτονιωμένο στο εξωτερικό άζωτο του πιπεραζινικού δακτυλίου [75]. Σχήμα 25. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου [Fe(cfH)(nta)] 3.5H 2. ΙΙΙ.4.3 Σύμπλοκες ενώσεις του κοβαλτίου με κινολόνες Η δομή του συμπλόκου του κοβαλτίου με τύπο a[co(cx) 3 ] 6H 2, όπου cxh = cinoxacin, δίνεται στο σχήμα 26. Η δομή περιέχει μια ανιονική μονομερή μονάδα 35

37 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ [Co(cx) 3 ] και έξι μη συναρμοσμένα μόρια νερού που συμβάλλουν στην κρυσταλλική σταθερότητα μέσω της αλληλεπίδρασης με δεσμούς υδρογόνου. Τρία ανιόντα cx σχηματίζουν χηλικούς δακτυλίους με το Co(II) μέσω του κετονικού [Co(1) (3) = 2.166(9) Å] και ενός καρβοξυλικού [Co(1) (1) =/2.182(8) Å] οξυγόνου [76]. Σχήμα 26. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου a[co(cx) 3 ]. 6H 2. ΙΙΙ.4.4 Σύμπλοκες ενώσεις των κινολονών με χαλκό Έχουν χαρακτηριστεί αρκετές σύμπλοκες ενώσεις του χαλκού με διάφορες κινολόνες. Στη συνέχεια αναφέρονται χαρακτηριστικά το [Cu(cfH) 2 Cl 2 ] 6H 2 και το Cu(pr norf)(bipy)cl. Στο σύμπλοκο [Cu(cfH) 2 Cl 2 ] 6H 2 (σχήμα 27) ο χαλκός βρίσκεται στο κέντρο συμμετρίας και συναρμόζεται με τέσσερα άτομα οξυγόνου [Cu(1) (1)= 1.928(2) Å και Cu(1) Ο(2)=/1.931(2) Å] δύο ουδέτερων υποκαταστατών cfh. Τα δύο άτομα του χλωρίου κατέχουν τις αξονικές θέσεις του οκταέδρου συναρμοζόμενα στο χαλκό σε μεγαλύτερες αποστάσεις (2.688(2) Å) [77]. Σχήμα 27. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου [Cu(cfH) 2 Cl 2 ] 6H 2. Στο σύμπλοκο Cu(pr norf)(bipy)cl (σχήμα 28), όπου pr norfη = Ν propyl norfloxacin και 2,2 bipyridine = bipy, ο Cu(II) συναρμόζεται με την αποπρωτονιωμένη κινολόνη, μέσω του κετονικού [Cu (1) = 1.897(4) Å] και ενός καρβοξυλικού οξυγόνου [Cu (3) = 1.901(4) Å]. Ο χαλκός έχει αριθμό συναρμογής πέντε και η γεωμετρία του 36

38 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ μπορεί να περιγραφεί ως παραμορφωμένη τετραγωνική πυραμίδα. Τα δύο οξυγόνα του pr norf καθώς και τα δύο άζωτα [Cu (11) = 1.987(4) Å, Cu (12) = 1.983(5) Å] προερχόμενα από τη 2,2 διπυριδίνη (bipy) καταλαμβάνουν τις θέσεις του βάσης της πυραμίδας ενώ το Cl [Cu Cl = 2.597(2) Å] βρίσκεται στην κορυφή της πυραμίδας [78]. 2 Cl C30 C29 C8 C7 C12 C13 C14 2 C3 1 C4 C11 C10 C1 C2 C6 C5 C9 F1 1 3 Cu C21 C22 C26 C25 C23 C28 C27 C24 C17 3 C16 C15 C18 C19 Σχήμα 28. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Cu(pr norf)(bipy)cl. ΙΙΙ.4.5 Σύμπλοκες ενώσεις των κινολονών με άργυρο Η σύμπλοκη ένωση του Ag που έχει απομονωθεί και χαρακτηρισθεί δομικά έχει [Ag 2 (pf) 2 (H 2 ) 2 ] 6H 2 (σχήμα 29) [79] (pfh=pefloxacin) όπου το pefloxacin εμφανίζει διαφορετικό τρόπο συναρμογής από τα προαναφερθέντα. Πρόκειται για ένα διπυρηνικό σύμπλοκο του αργύρου όπου τα άτομα του Ag γεφυρώνονται από δύο καρβοξυλικά οξυγόνα [Ag (12) = 2.329(3) Å Ag (13) =/2.285(3) Å]. Κάθε άτομο αργύρου συναρμόζεται επίσης με το τελικό άζωτο του δακτυλίου της πιπεραζίνης ενός γειτονικού pfh (Ag (4P) = 2.431(3) Å). Η συναρμογή κάθε αργύρου με ένα άτομο οξυγόνου από μόριο νερού (Ag (1W) = 2.454(4) Å) ολοκληρώνει την δομή. Η ενδομοριακή απόσταση μεταξύ των δύο ατόμων αργύρου είναι ίση με 2.901(1) Å. Σχήμα 29: Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου [Ag 2 (pf) 2 (H 2 ) 2 ] 6H 2. Υπάρχει και η περίπτωση όπου η κινολόνη και πιο συγκεκριμένα το CipH μπορεί να δράσει ως ένας ουδέτερος υποκαταστάτης και να συναρμόζεται μονοδραστικά με το 37

39 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ άτομο του Ag μέσω του αζώτου του δακτυλίου της πιπεραζίνης, ενώ το κετονικό και τα καρβοξυλικά οξυγόνα δεν λαμβάνουν μέρος στη συναρμογή. Το ciprofloxacin στην αποπρωτονιωμένη μορφή μπορεί να συναρμοστεί τετραδραστικά με το μέταλλο όπως φαίνεται στο σχήμα 30 [73]. Σχήμα 30. Τρόποι συναρμογής του ciprofloxacin με Ag. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι και το πολυμερές του αργύρου, {[Ag 4 (CipH) 2 (Cip) 2 ( 3 ) 2 ] 4H 2 } n, όπου CipH = ciprofloxacin. Η ένωση αυτή έχει δομικά χαρακτηριστεί και συνίσταται από επαναλαμβανόμενες δομικές μονάδες (building blocks), με κάθε μονομερές να αποτελεί ένα ψευδο τετραπυρηνικό σύμπλοκο του αργύρου (σχήμα 31). (α) (β) Σχήμα 31. (α) Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου {[Ag 4 (CipΗ) 2 (Cip) 2 ( 3 ) 2 ] 4H 2 } n, (β) Διευθέτηση στο χώρο των ατόμων Ag του πολυμερούς. ΙΙΙ.4.6 Σύμπλοκες ενώσεις του καδμίου με κινολόνες Το [Cd 2 (cx) 4 (H 2 ) 2 ] είναι χαρακτηριστικό παράδειγμα όπου οι δύο από τις τέσσερις κινολόνες συναρμόζονται τριδοτικά μέσω και των τριών οξυγόνων, του κετονικού και των δύο καρβοξυλικών (σχήμα 32), και οι άλλες δύο κινολόνες συναρμόζονται μέσω του κετονικού και ενός καρβοξυλικού οξυγόνου [71]. 38

40 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Σχήμα 32. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου [Cd 2 (cx) 4 (H 2 ) 2 ]. ΙΙΙ.4.7 Σύμπλοκες ενώσεις των κινολονών με μαγνήσιο Υπάρχει μια περίπτωση όπου κινολόνες, όπως το ciprofloxacin (σχήμα 33α), δεν υφίστανται αποπρωτονίωση, η καρβοξυλική όμως ομάδα χάνει το υδρογόνο εμφανίζοντας αρνητικό φορτίο ( 1) (σχήμα 15α) και το τελικό άζωτο του πιπεραζινικού δακτυλίου εμφανίζεται πρωτονιωμένο με θετικό φορτίο (+1) (σχήμα 33β) Το συνολικό φορτίο της κινολόνης να είναι μηδέν και η μορφή αυτή ονομάζεται αμφολυτική (zwitterion). Παράδειγμα τέτοιου τρόπου συναρμογής του ciprofloxacin (cfh) αποτελεί το σύμπλοκο [Mg(H 2 ) 2 (cfh) 2 ]( 3 ) 2 (σχήμα 33γ) που έχει δημοσιευθεί πρόσφατα με το Mg να έχει αριθμό συναρμογής έξι και παραμορφωμένη οκταεδρική γεωμετρία [80]. (α) (β) (γ) Σχήμα 33. (α) Το ciprofloxacin, (β) Η αμφολυτική δομή του ciprofloxacin, (γ) Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου [Mg(H 2 ) 2 (cfh) 2 ]( 3 ) 2. ΙΙΙ.4.8 Ιοντικά σύμπλοκα των κινολονών Στα ιοντικά σύμπλοκα το μέταλλο δε συναρμόζεται με την κινολόνη και είναι περισσότερα διαλυτά από τα μη ιονικά σύμπλοκα. Είναι μια κατηγορία όπου η κινολόνη μπορεί να είναι μονοπρωτονιωμένη ή διπρωτονιωμένη. Πιο συγκεκριμένα, το τελικό 39

41 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ άζωτο του δακτυλίου της πιπεραζίνης είναι πρωτονιωμένο, ενώ το καρβοξύλιο έχει αποπρωτονιωθεί με αποτέλεσμα το συνολικό φορτίο να είναι ίσο με μηδέν (σχήμα 34α). Στη διπρωτονιωμένη μορφή το τελικό άζωτο του πιπεραζινικού δακτυλίου είναι επίσης πρωτονιωμένο, το υδρογόνο όμως του καρβοξυλίου δεν έχει απομακρυνθεί και βρίσκεται στο χώρο μεταξύ του καρβοξυλικού και του κετονικού οξυγόνου σχηματίζοντας εξαμελή δακτύλιο [80], ενώ το συνολικό φορτίο της κινολόνης είναι ίσο με +1 (σχήμα 34β). Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι το σύμπλοκο του μαγνησίου (cfh 2 ) 2 [Mg(H 2 ) 6 ](S 4 ) 2 6H 2 (σχήμα 35) [70]. (α) (β) Σχήμα 34. (α) Η μονοπρωτονιωμένη μορφή του cfη (ciprofloxacin), (β) Η διπρωτονιωμένη μορφή του Cf. Σχήμα 35. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου (cfh 2 ) 2 [Mg(H 2 ) 6 ](S 4 ) 2 6H 2. ΙΙΙ.4.9 Σύμπλοκα του ψευδαργύρου με κινολόνες Αρκετές σύμπλοκες ενώσεις του Zn με κινολόνες έχουν χαρακτηριστεί δομικά και μελετηθεί σύμφωνα με τη βιβλιογραφία. Στα σύμπλοκα αυτά οι κινολόνες συναρμόζονται στο μέταλλο με διάφορους τρόπους. Ειδικότερα η κινολόνη (α) συναρμόζεται ως ουδέτερο μόριο διδραστικά, μέσω του κετονικού και ενός καρβοξυλικού οξυγόνου με το μέταλλο όπως στα σύμπλοκα Zn(Hnorf) 2 ( 3 ) 2 2H 2 (σχήμα 36α), όπου Hnorf = norfloxacin [81] και [Zn 2 (Hcf) 4 (1,4 bdc)](1,4 bdc) 13H 2 (σχήμα 36β), όπου Hcf = ciprofloxacin και 1,4 bdc = 1,4 benzenedicarboxylate ανιόν [82], (β) ως αποπρωτονιωμένη συναρμόζεται μέσω του κετονικού οξυγόνου και του ενός οξυγόνου της καρβοξυλικής ομάδας όπως στα σύμπλοκα [Zn(cx) 2 (DMS) 2 ] 4H 2 (σχήμα 37α), όπου Hcx = cinoxacin [72], [Zn(cf) 2 (H 2 )] 8H 2 [83], [Zn(cf) 2 ] 2.5H 2 [82] και Zn(gatx) 2 (H 2 ) 2 4H 2 (σχήμα 37β), 40

42 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ όπου Hgatx = gatifloxacin [84], (γ) με πρωτονιωμένη μορφή συναρμόζεται ως αντισταθμιστικό ανιόν όπως στο σύμπλοκο (H 2 norf)(hnorf)[zncl 4 ]C1 H 2 (σχήμα 38α), [85], και (δ) με δικατιονική μορφή συναρμόζεται με το μέταλλο στα σύμπλοκα τριδοτικά, μέσω του κετονικού οξυγόνου, ενός καρβοξυλικού οξυγόνου και του αζώτου της πιπεραζίνης όπως στο πολυμερές (σχήμα 38β) που προέρχεται από το μονομερές σύμπλοκο Zn(norf) 2 4H 2 [81]. (α) (β) Σχήμα 36. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου (α) Zn(Hnorf) 2 ( 3 ) 2 2H 2, (β) [Zn 2 (Hcf) 4 (1,4 bdc)](1,4 bdc) 13H 2. (α) (β) Σχήμα 37. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου (α) [Zn(cx) 2 (DMS) 2 ], (β) Zn(gatx) 2 (H 2 ) 2 4H 2. 41

43 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ (α) (β) Σχήμα 38. Κρυσταλλική δομή του (α) (H 2 norf)(hnorf)[zncl 4 ]C1 H 2 (β) του μονομερούς συμπλόκου Zn(norf) 2 4H 2. ΙΙΙ.5 Βιολογική δράση συμπλόκων ενώσεων των κινολονών με μέταλλα Αρκετές από τις σύμπλοκες ενώσεις των κινολονών που έχουν παρασκευασθεί και χαρακτηριστεί έχουν μελετηθεί και ως προς τη βιολογική τους δράση. Στις περισσότερες περιπτώσεις η δράση των συμπλόκων είναι συγκρίσιμη με αυτή του ελευθέρου φαρμάκου. Τα σύμπλοκα [Fe(norfH) 2 (H 2 ) 2 ]Cl 3 6H 2 και [Zn(norfH) 2 ]Cl 2 7H 2 εξετάστηκαν in vitro απέναντι στους gram ( ) μικροοργανισμούς E. coli και Bac. dysenteria [86]. Τα σύμπλοκα αυτά παρουσίασαν ισχυρότερη δράση από ό,τι το ελεύθερο nfh (nalidixic acid). Αποτελέσματα in vitro πειραμάτων έδειξαν πως υπό αναγωγικές συνθήκες το σύμπλοκο [Cu(phen)(nal)] + συμπεριφέρεται ως μια ισχυρή νουκλεάση ικανή να διασπάσει το πλασμιδιακό DA [87]. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης υποστηρίζουν την υπόθεση ότι ο μηχανισμός της δράσης των κινολονών επιτυγχάνεται με τη μεσολάβηση ενός μεταβατικού μετάλλου όπως ο χαλκός. Η αλληλεπίδραση του συμπλόκου Cu(pr norf)(bipy)cl (Hpr norf = Ν propyl norfloxacin) με calf thymus DA οδήγησε στο συμπέρασμα ότι το σύμπλοκο μπορεί να αλληλεπιδράσει με το DA με παρεμβολή [78]. Αξιοσημείωτη είναι η εξέταση της επίδρασης του ισοδομικού συμπλόκου Cu(pr norf)(phen)cl, όπου phen = 1,10 φαινανθρολίνη, στις λευχαιμικές κυτταρικές σειρές HL 60 και K562 που έδειξε ότι το σύμπλοκο αυτό φανερώνει μια αύξηση στη δράση του σε σχέση με το ελεύθερο ligand και το καθιστά δυνητικό αντικαρκινικό φάρμακο λόγω της 42

44 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΙΝΟΛΟΝΕΣ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ αποτελεσματικής απόπτωσης που παρουσιάζει (57.97%) ενώ το ποσοστό της νέκρωσης των κυττάρων ήταν ασήμαντο για σύγκριση με το ποσοστό της απόπτωσης [88]. Η μελέτη της αλληλεπίδρασης του ουδέτερου συμπλόκου Cu(erx)(phen)Cl και του κατιονικού συμπλόκου [Cu(erx)(bipy)(H 2 )]Cl με το calf thymus DA φανέρωσε ότι τα σύμπλοκα αλληλεπιδρούν με το calf thymus DA μέσω παρεμβολής. Οι αντιμικροβιακές δοκιμές έγιναν σε τρείς διαφορετικούς μικροοργανισμούς και την καλύτερη παρεμπόδιση παρουσιάζει το σύμπλοκο του Cu(erx) 2 (H 2 ) (MIC = μg ml 1 ) απέναντι στην E. coli και την P. aeruginosa [69]. Η αντιμικροβιακή δράση του συμπλόκου Cu(oxo)(phen)Cl απέναντι σε διάφορους μικροοργανισμούς έδειξε αύξηση της βιολογικής δράσης σε σχέση με το ελεύθερο oxolinic acid. Η αλληλεπίδραση με το calf thymus DA δε φανέρωσε ξεκάθαρο τρόπο αλληλεπίδρασης [57]. Σε κάποιες άλλες περιπτώσεις τα σύμπλοκα μετάλλων με κινολόνες δεν παρουσίασαν διαφορετική δράση κατά των μικροβίων. Ένα τέτοιο παράδειγμα αποτελούν τα σύμπλοκα (cfh 3 )(cfh 2 )[BiCl 6 ] 2H 2, (kinoh 3 )[CuCl 4 ] H 2 και (erxh 3 )[FeCl 4 ]Cl [89, 90]. Έχει επίσης αποδειχθεί πως σύμπλοκα του Cu(II) και i(ii) με κάποιες κινολόνες παρουσιάζουν αποτελεσματική κυτταροτοξικότητα (nalh, oxoh) κατά λευχαιμικών κυτταρικών σειρών in vitro, ενώ τα σύμπλοκα του Mg(II) δεν παρουσίασαν κάποια αξιόλογη δράση [91]. Τα μικτά σύμπλοκα του Cu(II) με sparfloxacin και υποκαταστάτες δότες αζώτου βρέθηκαν πιο δραστικά κατά των μικροοργανισμών E. coli, P. aeruginosa και S. aureus, συγκρινόμενα με άλλα αντίστοιχα σύμπλοκα του Cu(II) με κινολόνες. Μάλιστα, τα σύμπλοκα Cu(sf)(phen)Cl και Cu(sf)(bipy)Cl έδειξαν αυξημένη κυτταροτοξικότητα κατά της ανθρώπινης λευχαιμικής κυτταρικής σειράς HL 60 σε σχέση με αυτήν που παρουσιάζει το ελεύθερο sparfloxacin [92]. Οι συγγραφείς κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι σύμπλοκα μεταβατικών μετάλλων που αλληλεπιδρούν με το DA μέσω παρεμβολής μπορούν να προκαλέσουν αυξημένη κυτταροτοξικότητα. 43

45 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΕΝΩΣΕΩΝ ΜΕ DA ΙV. ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΕΝΩΣΕΩΝ ΜΕ DA Παρ όλο που το DA εντοπίστηκε στον πυρήνα των κυττάρων το 1869, μέχρι το 1944 δεν ήταν γνωστό ότι αποτελεί το γενετικό υλικό των οργανισμών. Οι ερευνητές Avery, McLeod και McCarty το 1944 επανέλαβαν in vitro τα πειράματα του Griffith (1928) πάνω σε δύο στελέχη του βακτηρίου πνευμονόκοκκος (Diplococcous pneumoniae). Οι ερευνητές αυτοί διαχώρισαν τα συστατικά των νεκρών λείων βακτηρίων σε υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, λιπίδια, RA, DA κλπ. και διαπίστωσαν ότι το συστατικό που προκαλούσε το μετασχηματισμό των αδρών βακτηρίων σε λεία ήταν το DA. Η μεγαλύτερη όμως βιοχημική ανακάλυψη του εικοστού αιώνα έγινε το 1953 από τους James D. Watson και Francis Crick, οι οποίοι εισήγαγαν το μοντέλο της διπλής έλικας του DA που αναφέρεται στη δομή του DA στο χώρο (σχήμα 39). Σχήμα 39. Η τρισδιάστατη δομή της διπλής έλικας του DA Σύμφωνα με το μοντέλο αυτό, το DA αποτελείται από δύο νουκλεοτιδικές αλυσίδες που σχηματίζουν στο χώρο μια δεξιόστροφη διπλή έλικα. Κάθε νουκλεοτίδιο αποτελείται από μία πεντόζη, τη δεοξυριβόζη, ενωμένη με μία φωσφορική ομάδα και μία αζωτούχα βάση. Η διπλή έλικα έχει σταθερό σκελετό, που αποτελείται από επαναλαμβανόμενα μόρια φωσφορικής ομάδας δεοξυριβόζης, ενωμένα με φωσφοδιεστερικούς δεσμούς. Ο σκελετός αυτός είναι υδρόφιλος και βρίσκεται στο εξωτερικό του μορίου και η τρισδιάστατη δομή του είναι συνέπεια της γεωμετρίας του σακχάρου. Από την άλλη, η υδρόφοβη φύση των βάσεων που βρίσκονται στο εσωτερικό του σταθερού αυτού σκελετού, τείνει να ελαχιστοποιήσει την επαφή τους με το νερό. Οι δύο αλυσίδες της διπλής έλικας του DA συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των συμπληρωματικών ζευγών βάσεων (σχήμα 40). 44

46 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΕΝΩΣΕΩΝ ΜΕ DA Κύρια αύλακα (major groove) Κύρια αύλακα (major groove) Δευτερεύουσα αύλακα (minor groove) Δευτερεύουσα αύλακα (minor groove) Σχήμα 40. Συμπληρωματικές βάσεις κατά Watson Crick όπως βρίσκονται στη διπλή έλικα των νουκλεϊκών οξέων. Τα βέλη δείχνουν τις κυριότερες θέσεις συναρμογής κατά μήκος της κύριας και της δευτερεύουσας αύλακας. Έχουν γίνει μελέτες που αφορούν τη δομή, τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα και το ρόλο του DA κατά την αντιγραφή και τη μεταγραφή. Το DA επίσης αποτέλεσε στόχο για τη θεραπεία ασθενειών γενετικής προέλευσης, και ειδικότερα για τη θεραπεία του καρκίνου. Οι Rowen και Reich τη δεκαετία του 1960 πραγματοποίησαν σημαντικές μελέτες για την αλληλεπίδραση μεταξύ του DA και του αντιβιοτικού ακτινομυκίνη (actinomycin). Τα αποτελέσματα έδειξαν τη χρησιμότητα του DA ως ισχυρό στόχο για τη διατάραξη του μεταβολισμού των κυττάρων. Αυτό οδήγησε στο σχεδιασμό όλο και περισσοτέρων φαρμάκων με αντικαρκινική δράση που ξεκίνησε πριν σαράντα χρόνια και από τότε διεξάγονται σημαντικές έρευνες για την αλληλεπίδραση μορίων που δεσμεύονται στα νουκλεϊνικά οξέα [93, 94]. Μέσα στην κατηγορία των αντικαρκινικών ενώσεων ανήκει και το πολύ γνωστό για την αποτελεσματική του δράση σύμπλοκο του λευκοχρύσου, το cisplatin (σχήμα 41). Σχήμα 41. Το cisplatin συναρμοσμένο στην έλικα του DA προκαλώντας μια κάμψη 26 στην κύρια αύλακα του DA. 45

47 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΕΝΩΣΕΩΝ ΜΕ DA Τα σύμπλοκα των μετάλλων συνδέονται με το DA είτε μέσω ομοιοπολικών είτε μέσω ετεροπολικών αλληλεπιδράσεων είτε προκαλούν ρήξη στο DA. Στην πρώτη περίπτωση τα ευκίνητα ligands των συμπλόκων αντικαθίστανται από μια βάση αζώτου του DA, όπως αυτή του αζώτου 7 της γουανίνης. Στη δεύτερη περίπτωση, η μη ομοιοπολική (ετεροπολική) αλληλεπίδραση περιλαμβάνει παρεμβολή (intercalation) που συνήθως πραγματοποιείται με τη μερική εισχώρηση αρωματικών ετεροκυκλικών δακτυλίων των υποκαταστατών μεταξύ των βάσεων του DA, ή μέσω ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων και επιφανειακής συναρμογής συμπλόκων στην εξωτερική πλευρά της έλικας του DA μέσω της κύριας και της δευτερεύουσας αύλακας. Τα κατιονικά σύμπλοκα μπορούν επίσης να συναρμοστούν εξωτερικά στην επιφάνεια του DA (external binding) αναπτύσσοντας ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις με τη φωσφορική ομάδα. Αυτοί οι τρόποι αλληλεπίδρασης μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές και στο DA και στα ligands του συμπλόκου προκειμένου να διευκολύνουν την δέσμευσή τους. Οι μη ομοιοπολικές δυνάμεις, συμπεριλαμβανομένων της υδρόφοβης επίδρασης, των δεσμών Van deer Waals, των π π αλληλεπιδράσεων και των δεσμών υδρογόνου γενικά σταθεροποιούν τη δομή του νέου συμπλόκου [95] (σχήμα 42). Σχήμα 42. Κρυσταλλική δομή ενός συμπλόκου του Rh(ΙΙ) που δρα μέσω παρεμβολής στο 5 TGCA 3. Ρήξη ονομάζεται ο τρόπος δράσης των συμπλόκων των μεταβατικών μετάλλων που δρουν ως χημικές νουκλεάσες. Οι χημικές νουκλεάσες αποσυντονίζουν τη δομή του DA και εισχωρούν σ αυτό μέσω διάρρηξής του, ή μέσω των φωσφορικών μονοεστέρων, ή αλλιώς τροποποιώντας τα σάκχαρα στην 3 και 5 θέση. Η αλλοίωση του DA μπορεί να γίνει μέσω οξειδωτικού ή υδρολυτικού μηχανισμού ή και φωτολυτικά. Διάφορες φυσικοχημικές μέθοδοι χρησιμοποιούνται για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης των ενώσεων με το DA. Οι σημαντικότερες είναι η τιτλοδότηση με 46

48 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΕΝΩΣΕΩΝ ΜΕ DA φασματοσκοπία UV, η μελέτη με φασματοσκοπία φθορισμού της ανταγωνιστικής δράσης με κάποιον παρεμβολέα (π.χ. ΕΒ), η θερμική μετουσίωση, η μέτρηση ιξώδους, και η ηλεκτροφόρηση. 47

49 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 48

50 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ι ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή και τη μελέτη συμπλόκων ενώσεων ως υποκαταστάτες, δύο αντιμικροβιακά φάρμακα που ανήκουν στην ομάδα των κινολονών καθώς και ετεροκυλικές ενώσεις με δότες άτομα αζώτου. Ι.1 Κινολόνες αντιμικροβιακά φάρμακα Το oxolinic acid (Hoxo) είναι αντιμικροβιακό φάρμακο (σχήμα 43α) που χρησιμοποιείται κυρίως για λοιμώξεις του ουροποιητικού συστήματος και ανήκει στην πρώτη γενιά των κινολονών. Το enrofloxacin (Herx) είναι μια κινολόνη δεύτερης γενιάς, με ένα άτομο φθορίου στη θέση έξι (σχήμα 43β). F H H H 2 C (α) (β) Σχήμα 43. Συντακτικοί τύποι του (α) oxolinic acid (Hoxo), (β) enrofloxacin (Herx). CH 3 Ι.2 Ετεροκυκλικές ενώσεις Από την κατηγορία αυτή επιλέχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν ως υποκαταστάτες με δότες άτομα αζώτου οι ετεροκυκλικές ενώσεις 2,2' διπυριδίνη (bipy), η πυριδίνη (py) και η 1,10 φαινανθρολίνη (phen) (σχήμα 44). (α) (β) (γ) Σχήμα 44. Συντακτικοί τύποι της (α) 2,2' διπυριδίνης (bipy), (β) πυριδίνης (py) και γ) 1,10 φαινανθρολίνης (phen). 49

51 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι ενώσεις που παρασκευάστηκαν και μελετήθηκαν στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία περιλαμβάνουν : 1. σύμπλοκες ενώσεις του ψευδαργύρου με γενικό τύπο ZnL 2 (H 2 ) 2, 2. μικτές σύμπλοκες ενώσεις του ψευδαργύρου με γενικό τύπο ZnL 2 (py) 2, 3. μικτές σύμπλοκες ενώσεις του ψευδαργύρου με γενικό τύπο ZnL(Ν Ν)Cl και 4. μικτές σύμπλοκες ενώσεις του ψευδαργύρου με γενικό τύπο ZnL 2 ( ). όπου L: oxo, erx και ( ): bipy, phen. 50

52 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΑ, ΔΙΑΛΥΤΕΣ, ΟΡΓΑΝΑ ΙΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΑ, ΔΙΑΛΥΤΕΣ, ΟΡΓΑΝΑ ΙΙ.1 Αντιδραστήρια και διαλύτες Η μεθανόλη (της εταιρείας Merck) πρώτα κατεργάζεται με ρινίσματα μαγνησίου (5 g μαγνησίου /L μεθανόλης). Στη συνέχεια γίνεται θέρμανση με κάθετο ψυκτήρα επαναρροής για 2 3 ώρες και κατόπιν αποστάζεται. Η CH 3 H φυλάσσεται πάνω από μοριακά κόσκινα 3 Å. Η πυριδίνη, το διμεθυλοσουλφοξείδιο (dmso), το διμεθυλοφορμαμίδιο (dmf) και η αιθανόλη χρησιμοποιήθηκαν όπως παραλήφθηκαν από την εταιρεία Merck σε βαθμό καθαρότητας "χημικώς καθαρά" χωρίς επιπλέον καθαρισμό. Τα αντιδραστήρια oxolinic acid, enrofloxacin, CT DA, EB, bipy, phen, χρησιμοποιήθηκαν όπως παραλήφθηκαν από την εταιρεία Sigma Aldrich, ενώ τα αντιδραστήρια ZnCl 2, acl, ah και KH χρησιμοποιήθηκαν όπως παραλήφθηκαν από την εταιρεία Merck. Το κιτρικό νάτριο παραλήφθηκε από την εταιρεία Riedel de Haen. Όλα τα αντιδραστήρια έχουν βαθμό καθαρότητας "χημικώς καθαρά". Το διάλυμα DA παρασκευάστηκε διαλύοντας τo calf thymus DA (CT DA) σε ρυθμιστικό διάλυμα (που περιείχε 150 mm acl και 15 mm κιτρικού νατρίου του οποίου το ph = 7.0 ρυθμίστηκε με διάλυμα ΗCl συγκέντρωσης 0,1 M) υπό συνεχή ανάδευση για τρείς ημέρες, και διατηρείται στους 4 C όχι περισσότερο από μια εβδομάδα. Ο λόγος των εντάσεων απορρόφησης στα 260 nm και 280 nm (A 260 /A 280 ) για το διάλυμα του DA είναι ίσο με , ένδειξη ότι το DA είναι αρκετά καθαρό από πρωτεϊνικές προσμίξεις [96]. Η συγκέντρωση καθορίστηκε από την απορρόφηση στα 260 nm μετά από 1:20 αραίωση κατ όγκο του αρχικού διαλύματος χρησιμοποιώντας την τιμή ε = 6600 Μ 1 cm 1 [97]. ΙΙ.2 Όργανα μέτρησης Οι στοιχειακές αναλύσεις C, H και εκτελέσθηκαν σε στοιχειακό αναλυτή Perkin Elmer 240B. Οι μετρήσεις μοριακής αγωγιμότητας εκτελέσθηκαν με συσκευή αγωγιμότητας Crison Basic 30 και κυψελίδα τύπου C, η οποία έχει σταθερά κυψελίδας Αυτό αντιπροσωπεύει μία μέση τιμή που ρυθμίζεται στους 25ºC με χλωριούχο κάλιο KCl. 51

53 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΑ, ΔΙΑΛΥΤΕΣ, ΟΡΓΑΝΑ Τα φάσματα υπερύθρου λήφθηκαν στην περιοχή cm 1 σε φασματόμετρο icolet FT IR Όλα τα φάσματα υπερύθρου λήφθηκαν ως δισκία KBr. Τα ηλεκτρονικά φάσματα UV visible (UV vis) διαλυμάτων των συμπλόκων σε dmso, dmf και CH 3 CH 2 H λήφθηκαν σε συγκεντρώσεις M σε φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Hitachi U 2001 με κυψελίδες πάχους 1 cm. Τα φάσματα φθορισμού λήφθηκαν σε διάλυμα σε φθορισμόμετρο Hitachi F Η επίλυση των κρυσταλλικών δομών πραγματοποιήθηκε στο Ινστιτούτο Επιστήμης Υλικών, Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. Δημόκριτος, Αγία Παρασκευή Αττικής. Τα περιθλασίμετρα που χρησιμοποιήθηκαν για την επίλυση της κρυσταλλικής δομής των συμπλόκων ήταν τύπου Crystal Logic Dual Goniometer εφοδιασμένο με γραφίτη μονοχρωματικής ακτινοβολίας Mo για τα σύμπλοκα 5 και και Rigaku R AXIS SPIDER Image Plate diffractometer χρησιμοποιώντας γραφίτη μονοχρωματικής ακτινοβολίας Cu για το 4. Οι διαστάσεις της μοναδιαίας κυψελίδας προσδιορίστηκαν και καθορίστηκαν χρησιμοποιώντας τις γωνιακές μετρήσεις 25 αυτόματα κεντρωμένων ανακλάσεων στην περιοχή 11 <2θ<23. Τα δεδομένα έντασης καταγράφηκαν χρησιμοποιώντας σαρώσεις θ 2θ μέχρι 2θ(max) = 50 με ταχύτητα σάρωσης 4 /min και περιοχή σάρωσης 1.6 συν το διαχωρισμό α 1 α 2. Τρεις σταθερές ανακλάσεις αναφοράς που καταγράφηκαν για κάθε 97 ανακλάσεις έδειξαν διακύμανση μικρότερη από 3% χωρίς να εμφανίζουν μείωση. Οι διορθώσεις Lorentz, πολωσιμότητας και απορρόφησης ψ σάρωσης εφαρμόσθηκαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό της Crystal Logic για το αντίστοιχο όργανο και CrystalClear [98] για το όργανο της εταιρίας Rigaku. Οι δομές λύθηκαν με άμεσες μεθόδους χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα SHELXS 97 και καθορίσθηκαν με τεχνικές πλήρους μήτρας ελαχίστων τετραγώνων στο F 2 με το πρόγραμμα SHELXL 97 χρησιμοποιώντας τον αντίστοιχο αριθμό ανακλάσεων και προσδιορίζοντας τον απαραίτητο αριθμό παραμέτρων για κάθε σύμπλοκο [99, 100]. 52

54 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΛΕΤΗΣ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΙΙΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΛΕΤΗΣ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΙΙΙ.1 Χαρακτηρισμός και διευκρίνιση της δομής των συμπλόκων ενώσεων Ο χαρακτηρισμός και η διευκρίνιση της δομής των συμπλόκων ενώσεων που παρασκευάστηκαν περιλαμβάνει τη μελέτη των φασμάτων υπερύθρου (IR), των στοιχειακών αναλύσεων, των μετρήσεων αγωγιμότητας και τον προσδιορισμό της κρυσταλλικής δομής με περίθλαση ακτίνων Χ. Οι στοιχειακές αναλύσεις των συμπλόκων για τα στοιχεία C, Η και βοηθούν στον προσδιορισμό του πιθανού μοριακού τύπου του συμπλόκου. Οι μετρήσεις της μοριακής αγωγιμότητας των συμπλόκων παρέχουν πληροφορίες για τη σταθερότητα του συμπλόκου καθώς και για πιθανή διάστασή του σε διάλυμα. Επιπρόσθετα μελετήθηκε η διαλυτότητα των συμπλόκων ενώσεων που παρασκευάστηκαν σε Η 2 Ο, CH 3 H, CH 3 CH 2 H, CH 3 CCH 3, CH 3 C, DMF και DMS. ΙΙΙ.2 Μελέτη αλληλεπίδρασης των ενώσεων με DΝΑ Η αλληλεπίδραση των κινολονών καθώς και των συμπλόκων ενώσεων με CT DA μελετήθηκε με φασματοσκοπία UV για να εξεταστεί η πιθανότητα, καθώς και ο τρόπος αλληλεπίδρασής τους με το DA. Στη συνέχεια προσδιορίστηκε η σταθερά αλληλεπίδρασής τους με το CT DA(Κ b ). Για να εξεταστεί η δυνατότητα αλληλεπίδρασης των ενώσεων με το CT DA, λήφθηκαν τα φάσματα UV του CT DA παρουσία κάθε ένωσης σε διάφορες αναλογίες [ένωση]/[ CT DA] (= r). Οι σταθερές αλληλεπίδρασης, Κ b, των ενώσεων με το CT DA προσδιορίστηκαν από τα φάσματα UV των ενώσεων που λήφθηκαν με την προσθήκη CT DA σε διάφορες αναλογίες r. Η μελέτη της ανταγωνιστικής δράσης κάθε ένωσης με το βρωμιούχο αιθίδιο (ΕΒ =3,8 Diamino 5 ethyl 6 phenylphenanthridinium bromide) πραγματοποιήθηκε με φασματοσκοπία φθορισμού ώστε να εξεταστεί η δυνατότητα αντικατάστασης του ΕΒ από τις κινολόνες ή τα σύμπλοκά τους, στο σύμπλοκο του ΕΒ με το DA (DA ΕΒ). Το σύμπλοκο DA ΕΒ παρασκευάστηκε με ανάμιξη διαλυμάτων ΕΒ και CT DA σε ρυθμιστικό διάλυμα (που περιείχε 150 mm acl και 15 mm κιτρικό νάτριο με τιμή ph = 7.0). Η δυνατότητα παρεμβολής των κινολονών και των συμπλόκων τους μελετήθηκε από 53

55 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΛΕΤΗΣ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ τις μεταβολές των φασμάτων φθορισμού διαλύματος του συμπλόκου DA ΕΒ κατά την προσθήκη των ενώσεων σε διάφορες αναλογίες. 54

56 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΤΟΥ Zn ΙV ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΤΟΥ Zn Η σύνθεση των συμπλόκων ενώσεων που μελετώνται στην παρούσα εργασία ακολουθεί τις παρακάτω γενικές αντιδράσεις σύμφωνα με τις εξισώσεις όπου L: oxo (= C 12 H 10 3 C ), erx (=C 18 H 21 F C ) και ( ): bipy, phen, (C 10 H 8 2 ), (C 12 H 8 2 ) αντίστοιχα. 1 Για τα σύμπλοκα του τύπου ZnL 2 (H 2 ) 2, το γενικό σχήμα της σύνθεσης είναι το ακόλουθο : ZnCl 2 + 2HL + 2KH/2ΝaΟΗ Zn(L) 2 (H 2 Ο) 2 + 2KCl/2ΝaCl και χαρακτηριστικά για το κάθε σύμπλοκο: (1) ZnCl 2 + 2C 12 H 10 3 CH + 2KH + Zn(C 12 H 10 3 C) 2 (H 2 ) 2 + 2KCl (2) ZnCl 2 + 2C 18 H 21 F CH + 2ΝaH + Zn(C 18 H 21 F C) 2 (H 2 ) 2 + 2aCl IV.1. Παρασκευή συμπλόκων ενώσεων του τύπου ZnL 2 (H 2 ) 2 IV.1.1 Zn(oxo) 2 (H 2 ) 2, 1 Το σύμπλοκο 1 παρασκευάστηκε από την προσθήκη μεθανολικού (CH 3 H) διαλύματος (15 ml) του oxolinic acid (105 mg, 0.4 mmol) αποπρωτονιωμένου με ΚΟΗ (22 mg, 0.4 mmol), σε μεθανολικό διάλυμα (10 ml) του ZnCl 2 (28 mg, 0.2 mmol). Ακολούθησε θέρμανση με κάθετο ψυκτήρα επαναρροής για περίπου μία ώρα. Ένα λευκό μικροκρυσταλλικό προϊόν συλλέχθηκε μετά από μερικές μέρες με απλή διήθηση. Απόδοση 95 mg, 75%. Το σύμπλοκο είναι διαλυτό σε dmf, και dmso. IV.1.2 Zn(erx) 2 (H 2 ) 2, 2 Tο σύμπλοκο 2 παρασκευάστηκε με παρόμοιο τρόπο. Χρησιμοποιήθηκε το enrofloxacin (288 mg, 0.8 mmol) το οποίο αποπρωτονιώθηκε με υδατικό διάλυμα ΝaΟΗ (32 mg, 0.8 mmol). Το διαυγές υποκίτρινο αυτό διάλυμα προστίθεται σε μεθανολικό διάλυμα (15 ml) του ZnCl 2 (56 mg, 0.4 mmol). Ένα υποκίτρινο μικροκρυσταλλικό προϊόν συλλέγεται μετά από 15 ημέρες με απλή διήθηση. Απόδοση 232 mg, 62%. Το σύμπλοκο είναι διαλυτό σε dmso και dmf. 55

57 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΤΟΥ Zn 2. Τα σύμπλοκα του τύπου ZnL 2 (py) 2 παρασκευάζονται σύμφωνα με την αντίδραση ZnCl 2 + 2HL + 2KH+ 2py Zn(L) 2 (py) 2 + 2KCl δηλαδή αναλυτικά για το κάθε σύμπλοκο: (3) ZnCl 2 + 2C 12 H 10 3 CH + 2KH + 2C 5 H 5 Zn(C 12 H 10 3 C) 2 (C 5 H 5 ) 2 + 2KCl (4) ZnCl 2 + 2C 18 H 21 F CH + 2KH + 2C 5 H 5 Zn(C 18 H 21 F C) 2 (C 5 H 5 ) 2 + 2KCl IV.2. Παρασκευή συμπλόκων τύπου ZnL 2 (py) 2 IV.2.1 Zn(oxo) 2 (py) 2, 3 To μεθανολικό διάλυμα (20 ml) του oxolinic acid (105 mg, 0.4 mmol) αποπρωτονιώθηκε με διάλυμα ΚΟΗ (22 mg, 0.4 mmol) σε μεθανόλη. Μετά από ανάδευση10min, προστίθεται σε διάλυμα μεθανόλης (10 ml) που περιέχει ZnCl 2 (28 mg, 0,2 mmol) και στη συνέχεια προστίθενται 3 ml πυριδίνη. Ακολουθεί ανάδευση για περίπου 30 min. Ένα λευκό μικροκρυσταλλικό προϊόν συλλέγεται αμέσως μετά την ανάδευση με απλή διήθηση. Απόδοση 95 mg, 72%. Το σύμπλοκο είναι διαλυτό σε dmso και dmf. ΙV.2.2 Zn(erx) 2 (py) 2 6H 2. MeH, 4 Με παρόμοιο τρόπο παρασκευάστηκε το σύμπλοκο 4. Χρησιμοποιήθηκε το enrofloxacin (0,144 mg, 0.4 mmol), το οποίο αποπρωτονιώθηκε με μεθανολικό διάλυμα KΟΗ (22 mg, 0.4 mmol). Το υποκίτρινο μικροκρυσταλλικό προϊόν συλλέγεται μετά από 25 ημέρες με απλή διήθηση. Ακολουθεί ανακρυστάλλωση σε μεθανόλη (15 ml). Συλλέγεται μετά από δύο μήνες κρυσταλλικό προϊόν, του οποίου η κρυσταλλική δομή επιλύθηκε με περίθλαση ακτίνων Χ με τύπο Zn(erx) 2 (py) 2 6H 2 MeH. Απόδοση 260 mg, 70%. Το σύμπλοκο είναι διαλυτό σε dmso, dmf και μερικώς διαλυτό στη μεθανόλη και την αιθανόλη. 3 Οι σύμπλοκες ενώσεις του τύπου ZnL(Ν Ν)Cl παρασκευάζονται σύμφωνα με την αντίδραση: ZnCl 2 +HL + KH+ (Ν Ν) Zn(L) (Ν Ν)Cl + KCl 56

58 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΤΟΥ Zn (5) ZnCl 2 + C 12 H 10 F 3 CH + KH + C 10 H 8 2 Zn(C 12 H 10 3 C)(C 10 H 8 2 )Cl + KCl (6) ZnCl 2 + C 18 H 21 F CH + KH + C 10 H 8 2 Zn(C 18 H 21 F C)(C 10 H 8 2 )Cl + KCl (7) ZnCl 2 + C 12 H 10 F 3 CH + KH + C 12 H 8 2 Zn(C 12 H 10 3 C)(C 12 H 8 2 )Cl + KCl (8) ZnCl 2 + C 18 H 21 F CH + KH + C 12 H 8 2 Zn(C 18 H 21 F C)(C 12 H 8 2 )Cl + KCl IV.3 Παρασκευή συμπλόκων ενώσεων του τύπου ZnL(Ν Ν)Cl IV.3.1 Zn(oxo)(bipy)Cl MeH, 5 Στο μεθανολικό διάλυμα των 10 ml του ZnCl 2 (56 mg, 0.4 mmol) προστέθηκε συγχρόνως και κατά σταγόνα το διάλυμα του Ηoxo (105 mg, 0.4 mmol) σε CH 3 H (15 ml), η αποπρωτονίωση του οποίου έγινε με τη βοήθεια ΚΟΗ (22 mg, 0.4 mmol), καθώς και το μεθανολικό διάλυμα (10 ml) bipy (62 mg, 0.4 mmol). To μίγμα της αντίδρασης αναδεύεται για μία ώρα. Ένα άχρωμο κρυσταλλικό προϊόν με μοριακό τύπο Zn(oxo)(bipy)Cl MeH συλλέγεται μετά από πέντε ημέρες κατάλληλο για επίλυση δομής με περίθλαση ακτίνων Χ. Απόδοση 155 mg, 70 %. Το σύμπλοκο είναι διαλυτό στην αιθανόλη και μερικώς διαλυτό στo dmso και στο dmf. IV.3.2 Zn(erx)(bipy)Cl MeH, 6 Για την παρασκευή αυτού του συμπλόκου ακολουθήθηκε η ίδια διαδικασία με χρήση του Ηerx (144 mg, 0.4 mmol) σε CH 3 H (10 ml). To μίγμα της αντίδρασης αναδεύεται για μικρό χρονικό διάστημα. Ένα υποκίτρινο μικροκρυσταλλικό προϊόν συλλέγεται μετά από 15 ημέρες. Απόδοση 162 mg, 66 %. Το σύμπλοκο είναι διαλυτό σε dmso και dmf. IV.3.3 Zn(oxo)(phen)Cl MeH, 7 Προστέθηκαν ταυτόχρονα και κατά σταγόνα το διάλυμα CH 3 H (20 ml) με Ηοxo (52 mg, 0.2 mmol) αποπρωτονιωμένου με ΚΟΗ (11 mg, 0.2 mmol) και το μεθανολικό διάλυμα (5 ml) phen (36 mg, 0.2 mmol) στο διαυγές διάλυμα CH 3 H (20 ml) ZnCl 2 (28 57

59 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΤΟΥ Zn mg, 0.2 mmol) To μίγμα της αντίδρασης αναδεύεται για 15 min. Ένα μικροκρυσταλλικό συλλέγεται την επόμενη ημέρα. Απόδοση 85 mg, 78 %. Το σύμπλοκο είναι διαλυτό στους διαλύτες dmso και dmf. IV.3.4 Zn(erx) (phen)cl MeH, 8 Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την παρασκευή του συμπλόκου 7 εφαρμόστηκε και για το σύμπλοκο 8 όπου Herx (72 mg, 0.2 mmol) σε συνολικό όγκο CH 3 H (30 ml). Απόδοση 91 mg, 71%. Το σύμπλοκο είναι διαλυτό σε dmso και dmf. 4 Για τις σύμπλοκες ενώσεις του τύπου ZnL 2 ( ), το γενικό σχήμα της σύνθεσης είναι το ακόλουθο: ZnCl 2 + 2HL + 2KH/2ΝaΟΗ+ 2( ) Zn(L) 2 ( ) + 2KCl/2aCl, και αναλυτικά όπως φαίνεται στις αντιδράσεις : (9) ZnCl 2 + 2C 12 H 10 3 CH + 2KH + C 10 H 8 2 Zn(C 12 H 10 3 C) 2 (C 10 H 8 2 ) + 2KCl (10) ZnCl 2 + 2C 18 H 21 F CH + 2ΝaH + C 10 H 8 2 Zn(C 18 H 21 F CH) 2 (C 10 H 8 2 ) + 2aCl (11) ZnCl 2 + 2C 12 H 10 3 CH + 2KH + C 12 H 8 2 Zn(C 12 H 10 3 C) 2 (C 12 H 8 2 ) + 2KCl (12) ZnCl 2 + 2C 18 H 21 F CH + 2ΝαH + C 12 H 8 2 Zn(C 18 H 21 F CH) 2 (C 12 H 8 2 ) + 2aCl IV.4 Παρασκευή των συμπλόκων ενώσεων του τύπου ZnL 2 ( ) IV.4.1 Zn(oxo) 2 (bipy) 2MeH, 9 Σε μεθανολικό διάλυμα των 5 ml του ZnCl 2 (41 mg, 0.3 mmol) προστίθεται μεθανολικό διάλυμα (10 ml) bipy (46 mg, 0.3 mmol). Την ίδια στιγμή και κατά σταγόνες προστίθεται το αποπρωτονιωμένο με ΚΟΗ (33.8 mg, 0.6 mmol) Ηοxo (158 mg, 0.6 mmol), σε συνολικό όγκο 30 ml μεθανόλης. Ακολουθεί θέρμανση με κάθετο ψυκτήρα επαναρροής (reflux) για περίπου 1h 30 min. Ένα λευκό ίζημα συλλέγεται μετά από τέσσερις ημέρες. Απόδοση 185 mg, 83%. Το σύμπλοκο είναι διαλυτό σε dmso και dmf. 58

60 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΤΟΥ Zn IV.4.2 Zn(erx) 2 (bipy) 5H 2 MeH, 10 Τα 5 ml μεθανολικού διαλύματος ZnCl 2 (27 mg, 0.2 mmol) αναμιγνύονται με 10 ml διαλύματος μεθανόλης Ηerx (143 mg, 0.4 mmol), η αποπρωτονίωση του οποίου έγινε με υδατικό διάλυμα του aοη (16 mg, 0.4 mmol) και διήρκησε 20 min. Στο υποκίτρινο διάλυμα προστίθεται bipy (31 mg, 0.2 mmol) σε 10 ml CH 3 H. To διάλυμα της αντίδρασης αναδεύεται για μικρό χρονικό διάστημα. Υποκίτρινοι κρύσταλλοι του Zn(erx) 2 (bipy) 5H 2 MeH κατάλληλοι για επίλυση της κρυσταλλικής δομής με περίθλαση ακτίνων Χ συλλέγονται μετά από οκτώ ημέρες. Απόδοση 126 mg, 67 %. Το σύμπλοκο είναι διαλυτό σε dmf, dmso και MeH και μερικώς διαλυτό σε EtH. IV.4.3 Zn(oxo) 2 (phen) 2MeH, ml αποπρωτονιωμένου μεθανολικού διαλύματος Ηoxo (105 mg, 0.4 mmol) με ΚΟΗ (22 mg, 0.4 mmol), μαζί με 10 ml διαλύματος του phen (36 mg, 0.2 mmol) προστίθενται σε 5 ml μεθανολικού διαλύματος ZnCl 2 (28 mg, 0.2 mmol). To μίγμα της αντίδρασης αναδεύεται για δύο ώρες. Άχρωμοι κρύσταλλοι του Zn(oxo) 2 (phen) 2MeH κατάλληλοι για επίλυση της δομής με περίθλαση ακτίνων Χ συλλέγονται μετά από τέσσερις ημέρες. Απόδοση 110 mg, 66 %. Το σύμπλοκο είναι διαλυτό σε dmf και ΜeH, και μερικώς διαλυτό σε EtH και Η 2 Ο. IV.4.4 Zn(erx) 2 (phen) 3MeH, 12 Για το σύμπλοκο αυτό ακολουθήθηκε η παραπάνω διαδικασία καθώς και οι ίδιες αναλογίες. Με μόνη διαφορά ότι η αποπρωτονίωση του Ηerx (144 mg, 0.4 mmol) πραγματοποιήθηκε με υδατικό διάλυμα του aοη (16 mg, 0.4 mmol). Υποκίτρινοι κρύσταλλοι του Zn(erx) 2 (phen) 3MeH συλλέγονται την ίδια μέρα και η δομή τους επιλύθηκε με περίθλαση ακτίνων Χ. Απόδοση 135 mg, 64 %. Το σύμπλοκο είναι διαλυτό σε dmf, dmso και MeH και μερικώς διαλυτό σε H 2 και σε EtH. Οι αντιδράσεις θεωρούνται ελεγχόμενες και ακολουθούν πιστά την αναλογία με βάση τις δομικά χαρακτηρισμένες δομές και στοιχειακές αναλύσεις που ελήφθησαν στο εργαστήριο και συμφωνούν με τις θεωρητικά αναμενόμενες όλων των συμπλόκων ενώσεων. Οι σύμπλοκες ενώσεις δεν είναι ηλεκτρολύτες. Οι τιμές δίνονται στον πίνακα 7. 59

61 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΤΟΥ Zn Πίνακας 7: Στοιχειακές αναλύσεις των συμπλόκων και τιμές μοριακής αγωγιμότητας (Λ μ σε mho.cm 2.mol 1 ). Οι τιμές μέσα στις παρενθέσεις αντιστοιχούν στις θεωρητικές τιμές. Σύμπλοκο Mr %C %H % Λ μ 1, Zn(oxo) 2 (H 2 ) (50.22) 3.89 (3.83) 2, Zn(erx) 2 (H 2 ) (55.78) (5.67) 3, Zn(oxo) 2 (py) 2 6H 2 MeH (50.40) (4.83) 4, Zn(erx) 2 (py) 2 6H 2 MeH (54.92) (6.38) 5, Zn(oxo)(bipy)Cl MeH (52.65) (4.25) 6, Zn(erx)(bipy)Cl MeH (56.60) (4.75) 7, Zn(oxo)(phen)Cl MeH (55.48) (3.35) 8, Zn(erx)(phen)Cl MeH (58.23) (4.57) 9, Zn(oxo) 2 (bipy) 2ΜeΟΗ (58.27) (3.80) 10, Zn(erx) 2 (bipy) 5H 2 MeH (61.44) (5.37) 11, Zn(oxo) 2 (phen) 2MeH (57.30) (4.29) 12, Zn(erx) 2 (phen) 3MeH (60.14) (5.90) (4.33) (10.27) (6.30) (10.23) (6.80) (11.38) (7.76) 11.12( ) (7.55) (11.94) (6.95) (10.59) 60

62 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΜΕ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ IR V ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΜΕ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΥΠΕΡΥΘΡΟΥ (IR) Τα φάσματα υπερύθρου των κινολονών είναι αρκετά περίπλοκα λόγω της παρουσίας πολλών λειτουργικών ομάδων στο μόριό τους. Γι αυτό, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στη μελέτη των κορυφών στα 3442(br,m) cm 1, 1736(s) cm 1 και 1254(s) cm 1 για το Herx και στα 3442(br,m) cm 1, 1710(s) cm 1 και 1260(s) cm 1 για το Hoxo που αποδίδονται στις δονήσεις τάσης ν(h ), ν(c=) carboxyl, ν(c ) carboxyl, αντίστοιχα, της καρβοξυλικής ομάδας ( CH). Στα σύμπλοκα που παρασκευάστηκαν οι κορυφές αυτές έχουν αντικατασταθεί από δύο ισχυρές χαρακτηριστικές κορυφές που βρίσκονται στην περιοχή cm 1 και cm 1 ανάλογα με τη κινολόνη και αποδίδονται στην αντισυμμετρική ν asym (C=), και τη συμμετρική δόνηση τάσης, ν sym (C=), αντίστοιχα, όπως φαίνεται και στο πίνακα 8. Πίνακας 8. Χαρακτηριστικές κορυφές (σε cm 1 ) στο φάσμα υπερύθρου (IR) για τις ελεύθερες κινολόνες Ηoxo, Herx, και για τις σύμπλοκες ενώσεις Ενώσεις ν(c=) p ν(c 2 ) asym ν(c 2 ) sym Δ ρ r (C Η) pyr ν(ο Η) ν(c ) Hoxo (ως CH) Herx (ως CH) , Zn(oxo) 2 (H 2 ) , Zn(erx) 2 (H 2 ) , Zn(oxo) 2 (py) 2 6H , Zn(erx) 2 (py) 2 6H 2 MeH , Zn(oxo)(bipy)Cl MeH , Zn(erx)(bipy)Cl MeH , Zn(oxo)(phen)Cl MeH , Zn(erx)(phen)Cl MeH , Zn(oxo) 2 (bipy) 2ΜeΟΗ , Zn(erx) 2 (bipy) 5H 2 MeH , Zn(oxo) 2 (phen) 2MeH , Zn(erx) 2 (phen) 3MeH Η διαφορά Δ [= ν asym (C=) ν sym (C=)] είναι ένα χρήσιμο εργαλείο που παρέχει πληροφορίες διαφωτιστικές για τον τρόπο συναρμογής των καρβοξυλικών ομάδων. Στα σύμπλοκα 1 12, η παράμετρος Δ παίρνει τιμές που κυμαίνονται από 194 έως 240 cm 1. Οι 61

63 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΜΕ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ IR τιμές αυτές αποτελούν ένδειξη ότι η καρβοξυλική ομάδα συναρμόζεται με το Zn μονοδραστικά [101]. Στο μονοδραστικό τρόπο συναρμογής υπάρχει ανισοτιμία μεταξύ των δύο ατόμων οξυγόνου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της ασύμμετρης δόνησης τάσης ν asym (C=), και ελάττωση της συμμετρικής δόνησης τάσης, ν sym (C=), με αποτέλεσμα την αύξηση της τιμής Δ. Για σύμπλοκα με μονοδραστικό τρόπο συναρμογής της καρβοξυλικής ομάδας το Δ παίρνει συνήθως τιμές μεγαλύτερες από 150 cm 1 [102]. Η δόνηση τάσης ν(c=) ket μετατοπίζεται από 1627 cm 1 στο Herx στην περιοχή cm 1 και από 1633 cm 1 στο Hoxo στην περιοχή cm 1 στα αντίστοιχα σύμπλοκα. Η ν(c=) ket στα περισσότερα σύμπλοκα εμφανίζεται σε υψηλότερη τιμή απ ό,τι στην ελεύθερη κινολόνη και δείχνει ότι κατά τη συναρμογή υπάρχει αύξηση της τάξης δεσμού του (C=) ket που μπορεί να αποδοθεί στον εξαμελή χηλικό δακτύλιο που σχηματίζεται κατά τη συναρμογή του Zn με το κετονικό και το καρβοξυλικό οξυγόνο. Λαμβάνοντας υπόψη όλες τις αλλαγές που εμφανίζονται στα φάσματα υπερύθρου προκύπτει ότι το άτομο του Zn συναρμόζεται με τον κινολονικό υποκαταστάτη μέσω του κετονικού οξυγόνου και ενός καρβοξυλικού οξυγόνου [57, 58, 69]. Επιπλέον στην περιοχή cm 1 εμφανίζονται μέτριας εντάσεως κορυφές που μπορούν να αποδοθούν στις δονήσεις εκτός επιπέδου (ρ r ) των αρωματικών υδρογόνων των πυριδινικών δακτυλίων με χαρακτηριστική τιμή για κάθε υποκαταστάτη δότη ατόμου/ατόμων Ν. Πιο συγκεκριμένα, η αντίστοιχη τιμή για την πυριδίνη βρίσκεται στην περιοχή cm 1, για τη phen στην περιοχή cm 1 και για τη bipy στην περιοχή cm 1. Παρακάτω δίνονται αντιπροσωπευτικά φάσματα υπερύθρου για κάθε κατηγορία ενώσεων. Αρχικά δίνονται τα φάσματα υπερύθρου των ελευθέρων κινολονών Hoxo και Herx (σχήματα 45, 46). Το φάσμα IR του συμπλόκου Zn(oxo) 2 (H 2 ) 2 δίνεται στο σχήμα 47 και ακολουθούν τα φάσματα IR για τα σύμπλοκα Zn(erx) 2 (py) 2 6H 2 MeH, Zn(erx)(bipy)Cl MeH και Zn(erx) 2 (phen) 3MeH στα σχήματα 48, 49 και 50, αντίστοιχα. 62

64 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΜΕ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ IR %T cm-1 Σχήμα 45. Φάσμα υπερύθρου του Hoxo %T cm-1 Σχήμα 46. Φάσμα υπερύθρου του Herx. 63

65 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΜΕ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ IR %T cm Σχήμα 47. Φάσμα υπερύθρου του συμπλόκου Zn(oxo) 2 (H 2 ) %T cm-1 Σχήμα 48. Φάσμα υπερύθρου του συμπλόκου Zn(erx) 2 (py) 2 6H 2 MeH. 64

66 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΜΕ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ IR %T cm-1 Σχήμα 49. Φάσμα υπερύθρου του συμπλόκου Zn(erx)(bipy)Cl MeH %T cm-1 Σχήμα 50. Φάσμα υπερύθρου του συμπλόκου Zn(erx) 2 (phen) 3MeH. 65

67 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ VI ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΔΙΕΥΚΡΙΝΙΣΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ VI.1 Προτεινόμενη δομή των συμπλόκων ενώσεων του τύπου ZnL 2 (H 2 ) 2 Για τα σύμπλοκα του τύπου ZnL 2 (H 2 ) 2 δεν ήταν εφικτή η απομόνωση κρυσταλλικού προϊόντος κατάλληλου για επίλυση της δομής με περίθλαση ακτίνων Χ. Με βάση τα δεδομένα από τις στοιχειακές αναλύσεις, τη μοριακή αγωγιμότητα (δεν είναι ηλεκτρολύτες) και σε συνδυασμό με τα φάσματα υπερύθρου, προτείνεται ένα γενικό σχήμα που φανερώνει τον τρόπο συναρμογής των κινολονικών υποκαταστατών με το Zn και τον αριθμό συναρμογής του Zn. Οι ενώσεις αυτές μπορούν να θεωρούν ως μονοπυρηνικές ενώσεις του ψευδαργύρου. Έτσι θεωρείται ότι το άτομο του μετάλλου συναρμόζεται και στις δύο περιπτώσεις με έξι οξυγόνα, δύο από κάθε κινολονικό υποκαταστάτη, (ένα κετονικό και ένα καρβοξυλικό οξυγόνο), και η συναρμογή συμπληρώνεται με δύο οξυγόνα από τα δύο μόρια του νερού. Στο σχήμα 51 φαίνονται οι προτεινόμενοι συντακτικοί τύποι για τα σύμπλοκα Zn(οxo) 2 (H 2 ) 2 και Zn(erx) 2 (H 2 ) 2. F H H Zn H H Zn H H H H F (α) Σχήμα 51. Προτεινόμενος συντακτικός τύπος του συμπλόκου α) Zn(οxo) 2 (H 2 ) 2 και β) Zn(erx) 2 (H 2 ) 2. (β) 66

68 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ VI.2 Περιγραφή της δομής του συμπλόκου Zn(erx) 2 (py) 2 6H 2 MeH Η ένωση αυτή είναι ένα μονοπυρηνικό σύμπλοκο με έξι μόρια νερού και ένα μόριο μεθανόλης έξω από τη σφαίρα συναρμογής. Στο Zn είναι συναρμοσμένα δύο διδραστικά αποπρωτονιωμένα ligand του enrofloxacin μέσω του κετονικού οξυγόνου και ενός καρβοξυλικού οξυγόνου (σχήμα 52). Σχήμα 52. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Zn(erx) 2 (py) 2 6H 2 MeH. Η δομή του συμπλόκου είναι κεντροσυμμετρική με το μέταλλο να βρίσκεται στο κέντρο συμμετρίας. Το άτομο του Zn παρουσιάζει παραμορφωμένη οκταεδρική δομή με αριθμό συναρμογής έξι. Το οκτάεδρο σχηματίζεται με συναρμογή του Zn με το άτομο αζώτου από τις δύο πυριδίνες και τέσσερα άτομα οξυγόνου προερχόμενα από δύο υποκαταστάτες enrofloxacin. Στην περίπτωση αυτή οι αποστάσεις Zn, Zn carb [Zn (2) = 2.059(2) Å] και Zn ket [Zn (1) = 2.082(2) Å], είναι αρκετά μικρότερες από τις αντίστοιχες αποστάσεις Zn pyr [Zn (4) = 2.177(2) Å] (πίνακας 9). Τα μήκη του δεσμού Zn είναι μεγαλύτερα από τις αντίστοιχες αποστάσεις Zn που παρατηρούνται στα σύμπλοκα του Zn(Hnorf) 2 ( 3 ) 2 2H 2 [Zn carb = 2.028(3) Å, Zn ket = 2.057(3) Å] [81], [Zn 2 (Hcf) 4 (1,4 bdc)](1,4 bdc) 13H 2 [Zn carb = 2.014(4) Å, Zn ket = 2.047(3) Å] [82], [Zn(cx) 2 (dmso) 2 ].4H 2 [Zn carb = 2.019(2) Å, Zn ket = 2.058(2) Å] [72], [Zn(cf) 2 (H 2 ) 2 ] 8H 2 [Zn carb = 2.013(17) Å και 2.030(16)Å, Zn ket = 1.983(16) Å και 2.023(13) Å] [83] και μικρότερα απ ό,τι στα σύμπλοκα [Zn(cf) 2 ] 2.5H 2 [Zn carb = (19) Å, Zn ket = (17) Å] [82], Zn(norf) 2 4H 2 [Zn carb = 2.070(3) Å, Zn 67

69 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ket = 2.095(3) Å] [81]. Στο σύμπλοκο Zn(gatx) 2 (H 2 ) 2 4H 2 [84] η απόσταση του δεσμού Zn carb [=1.992(5) Å] είναι μικρότερη από αυτή του δεσμού Zn ket [=2.108(5) Å] αλλά μεγαλύτερη από την τιμή που έχει στο σύμπλοκο, ενώ στο σύμπλοκο [Zn(Hcf)(1,3 bdc)] [82] ο δεσμός Zn carb [=2.085(3) Å] εμφανίζει απόσταση μεγαλύτερη από αυτή του δεσμού Zn ket [=2.037(2) Å] που είναι μικρότερη από αυτές που παρατηρούνται στο σύμπλοκο Zn(erx) 2 (py) 2. Σε όλα τα παραπάνω σύμπλοκα οι δεσμοί Zn carb έχουν μικρότερες τιμές από τις αντίστοιχες του δεσμού Zn ket του συμπλόκου 4, εκτός από τις αποστάσεις δεσμών στα σύμπλοκα [Zn(cf) 2 (H 2 ) 2 ] 8H 2 [83] και [Zn(Hcf)(1,3 bdc)] [82] όπου οι αποστάσεις δεσμού Zn carb είναι μεγαλύτερες των αντίστοιχων αποστάσεων δεσμού Zn ket στο 4. Πίνακας 9. Μήκη (Å) και γωνίες ( ο ) επιλεγμένων δεσμών για το σύμπλοκο Zn(erx) 2 (py) 2 6H 2 MeH. Δεσμός (Å) Δεσμός (Å) Zn (2) C (3) Zn (2) C (3) Zn (2) C (3) Γωνίες (º) Γωνίες (º) 4 Zn (7) 1 Zn (6) 4 Zn (7) 4 Zn (7) 1 Zn (6) 4 Zn (7) 4 Zn (12) 1 Zn (8) 2 Zn (13) Σχέση συμμετρίας για τα άτομα ( ) = 1 x, y, 0.5 x. Οι αποστάσεις δεσμού Zn, [Zn (4) = 2.177(2) Å] είναι μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες αποστάσεις στο [Zn(S 2 CMe 2 ) 2 (py)] [=2.079(6) Å] [103], [Zn(bipy) 2 (pybet)](cl 4 ) [= 2.081(5) 2.140(6) Å, pybet = πυριδινοακετονικό ανιόν] [104], [Zn(bipy)(CC1 3 C 2 ) 2 (H 2 )] [=2.086(2) Å και 2.151(2) Å] [105], [Zn(bipy) 2 ()]( 2 ) [=2.122(9) Å] [106] και [Zn(phen) 2 (MeC 2 )](Cl 4 ) [=2.100(5) 2.160(5) Å] [104] και μικρότερες από τα μήκη των δεσμών αυτών στα σύμπλοκα 68

70 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ [Zn(pipdtc) 2 (bipy)] [=2.196(3) Å, pipdtc = πιπεριδινοκαρβοδιθειικό ανιόν] [107], [Zn(cf) 2 ] 2.5H 2 [=2.245(2) Å] [82] και Zn(norf) 2 4H 2 [= 2.253(3) Å] [81]. Οι δύο πυριδινικοί δακτύλιοι είναι κάθετοι στο επίπεδο που σχηματίζει το μέταλλο Zn με τα τέσσερα άτομα οξυγόνου του υποκαταστάτη enrofloxacin. Το καρβοξυλικό οξυγόνο που δεν συναρμόζεται (3) [Zn (3) = Å] βρίσκεται εκτός του επιπέδου των Zn 4 και είναι μετατοπισμένο κατά Å από το επίπεδο της βάσης του οκταέδρου. IV.3 Περιγραφή της δομής του συμπλόκου Zn(oxo)(bipy) MeH Όπως φαίνεται και από το σχήμα 53 ο αποπρωτονιωμένος οξολινικός υποκαταστάτης συναρμόζεται με το Zn με διδραστικό τρόπο μέσω του κετονικού οξυγόνου και ενός καρβοξυλικού οξυγόνου. Η κρυσταλλική δομή δίνεται στο σχήμα 53 και επιλεγμένα μήκη και γωνίες δεσμών δίνονται στον πίνακα 10. Σχήμα 53. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Zn(oxo)(bipy)Cl. Το άτομο του Zn έχει αριθμό συναρμογής πέντε και μπορεί να περιγραφεί ως μια παραμορφωμένη τετραγωνική πυραμίδα. Η τετραγωνικότητα [108] Τ 5 = 0.921, βασισμένη στις διαφορές των μηκών των δεσμών, μαζί με το δείκτη τριγωνικής παραμόρφωσης [109] (τ = (φ 1 φ 2 )/60º, όπου φ 1 και φ 2 είναι οι δύο μεγαλύτερες γωνίες στη σφαίρα συναρμογής του Zn, η τιμή τ = 0 αντιστοιχεί σε κανονική τετραγωνική πυραμίδα και η τιμή τ = 1 σε κανονική τριγωνική διπυραμίδα), τ = ( )/60 = 0.348, δείχνουν ότι η δομή του συμπλόκου παρουσιάζει παραμόρφωση κατά το μηχανιστικό τρόπο του Berry με ποσοστό 34.8% [110]. 69

71 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ Πίνακας 10. Μήκη (Å) και γωνίες ( ο ) επιλεγμένων δεσμών για το σύμπλοκο Zn(oxo)(bipy) MeH. Δεσμός (Å) Δεσμός (Å) Zn (2) Zn (2) Zn (2) Zn (2) Zn1 Cl (1) C (3) C (3) C (3) Γωνίες ( ο ) Γωνίες ( ο ) 11 Zn (9) 11 Zn1 Cl (6) 12 Zn1 Cl (7) 1 Zn (7) 1 Zn (9) 3 Zn (8) 1 Zn (8) 1 Zn1 Cl (7) 3 Zn1 Cl (6) 3 Zn (9) Τα δύο άτομα αζώτου (11) και (12) [2.117(4) Å και 2.145(5) Å], του μορίου της 2,2 διπυριδίνης, το κετονικό οξυγόνο (3) και το καρβοξυλικό οξυγόνο (1) [2.068(4) Å και 1.991(4) Å] του οξολινικού υποκαταστάτη καταλαμβάνουν τις τέσσερις θέσεις του επιπέδου της βάσης της πυραμίδας, ενώ το άτομο του χλωρίου Cl [Zn Cl = 2.258(2) Å] βρίσκεται στην κορυφή της πυραμίδας. Τα άτομα που αποτελούν τη βάση της τετραγωνικής πυραμίδας δεν είναι συνεπίπεδα, με τα (12) και (3) να βρίσκονται κατά Å και Å, αντίστοιχα, πάνω από το επίπεδο προς την κορυφή, ενώ τα (1) και τα (11) κατά Å και Å κάτω από το επίπεδο. Το μη συναρμοσμένο καρβοξυλικό οξυγόνο (2) [Zn (2) = 4.113(2) Å] βρίσκεται κάτω από το επίπεδο της βάσης της πυραμίδας. Το άτομο του ψευδαργύρου είναι μετατοπισμένο κατά Å προς το άτομο του Cl. Τα άτομα του επιπέδου που βρίσκονται σε trans θέση σχηματίζουν γωνίες (1) Zn (11) = (2)º και (12) Zn (3) = (2)º. IV.4 Περιγραφή της δομής του συμπλόκου Zn(oxo) 2 (phen) 2MeH Το σύμπλοκο είναι μονοπυρηνικό όπου ο οξολινικός υποκαταστάτης δρα διδραστικά συναρμοζόμενος με το μέταλλο μέσω του κετονικού οξυγόνου και ενός 70

72 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ καρβοξυλικού οξυγόνου. Η κρυσταλλική δομή του συμπλόκου δίνεται στο σχήμα 54 και επιλεγμένα μήκη δεσμών και γωνίες δίνονται στο πίνακα 11. Πίνακας 11. Επιλεγμένα μήκη (Å) και γωνίες ( ο ) δεσμών για το σύμπλοκο Zn(oxo) 2 (phen) 2MeH. Δεσμοί (Å) Δεσμοί (Å) Zn (4) C (5) Zn (3) C (5) Zn (4) C (5) Γωνίες (º) Γωνίες (º) 11 Zn (2) 1 Zn (2) 11 Zn (1) 3 Zn (1) 11 Zn (1) 3 Zn (1) 11 Zn (1) 3 Zn (2) 11 Zn (1) Σχέση συμμετρίας για τα άτομα ( ) = 1 x, y, 0.5 x. Σχήμα 54. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Zn(oxo) 2 (phen) 2MeH. Το άτομο του Zn παρουσιάζει παραμορφωμένη οκταεδρική γεωμετρία. Το οκτάεδρο σχηματίζεται από τα δύο άτομα αζώτου της φαινανθρολίνης και τέσσερα άτομα οξυγόνου προερχόμενα από δύο οξολινικούς υποκαταστάτες. Δύο κατηγορίες αποστάσεων 71

73 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ Zn Ο παρατηρούνται, η Zn carb [Zn (1) = 2.027(4) Å] και η Zn ket [Zn (3) = 2.101(3) Å]. Οι αποστάσεις των δεσμών Zn ket και Zn [= 2.220(4) Å] είναι σχετικά μεγαλύτερες από αυτές που βρέθηκαν σε ανάλογες σύμπλοκες ενώσεις του Zn με αριθμό συναρμογή έξι, όπως είναι οι ενώσεις [Zn(bipy) 2 ()]( 2 ) [=2.122(9) Å] [106], [Zn(phen) 2 (MeC 2 )](Cl 4 ) [=2.100(5) 2.160(5) Å] [104] και [Zn(pipdtc) 2 (bipy)] [=2.196(3) Å, όπου pipdtc = το πιπεριδινοκαρβοδιθειονικό ανιόν] [107], γεγονός που μπορεί να αποδοθεί στη στερεοχημική παρεμπόδιση που προκαλείται από τη φαινανθρολίνη. Από τις γωνίες Zn, η (3) Zn (3)' βρέθηκε ίση με 178.2(2) και δείχνει ότι τα άτομα (3) και (3)' είναι σε trans θέση ενώ τα άτομα (1) και (1)' βρίσκονται σε cis θέση καθώς η γωνία (1) Zn (1)' ισούται με 105.3(2). Η γωνία (11) Zn (11)' είναι ίση με 75.0(2). Στην παραμορφωμένη οκταεδρική δομή του συμπλόκου έχουμε σύγκλιση των αξόνων τριών γειτονικών ζευγών δεσμών Μ L [111]. Οι γωνίες 11 Zn 3 = 81.4(1) ο, και 3 Zn 1 = 85.3(1) ο είναι μικρότερες από 90 ο και η γωνία Ο1 Zn Ο1 = ο (2), μεγαλύτερη από 90 ο με αποτέλεσμα οι άξονες Ο1 Ζn, 3 Zn και 11 Zn να συγκλίνουν και οι γωνίες να αποκλίνουν από τις τιμές ενός κανονικού οκταέδρου. Έτσι αν ορίσουμε ως σημεία κάθε επιπέδου τα άτομα Ν11, Ο3 και Ο1 τότε σχηματίζονται δύο επίπεδα σχεδόν παράλληλα μεταξύ τους, με μια γωνία μεταξύ των δύο επιπέδων ίση με 1.8 ο. Το μέταλλο από την άλλη εντοπίζεται στο μέσον της ευθείας που συνδέει τα κέντρα των δύο τριγωνικών εδρών. Με βάση αυτά τα δεδομένα το σύμπλοκο αποτελεί ένα παράδειγμα τριγωνικής παραμόρφωσης [111, 112], με αποτέλεσμα η δομή να μπορεί να περιγραφεί ως ένα τριγωνικό αντίπρισμα (σχήμα 55) Zn Σχήμα 55. Σχηματική αναπαράσταση τριγωνικής παραμόρφωσης του συμπλόκου Zn(oxo) 2 (phen) 2MeH με παραμορφωμένη οκταεδρική δομή που μεταπίπτει σε αντίπρισμα. 72

74 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ Στη διαφορετικότητα αυτή του συμπλόκου προστίθεται και η εμφάνιση των κετονικών οξυγόνων σε trans θέση, γεγονός που δε συμβαίνει στη σφαίρα εφαρμογής του μετάλλου των άλλων συμπλόκων της ίδιας ομάδας που έχουν χαρακτηριστεί κρυσταλλογραφικά. Αυτό μπορεί να οφείλεται σε στερεοχημικές παρεμποδίσεις προερχόμενες από τον κινολονικό υποκαταστάτη. IV.5 Περιγραφή της δομής του συμπλόκου Zn(erx) 2 (phen) 3MeH Η γεωμετρία του ψευδαργύρου στο μονοπυρηνικό σύμπλοκό του με υποκαταστάτες το enrofloxacin και τη phen, παρουσιάζει μορφή παραμορφωμένου οκταέδρου. Ο αριθμός συναρμογής του Zn είναι έξι και συναρμόζεται διδραστικά μέσω τεσσάρων ατόμων οξυγόνου, του κετονικού και του καρβοξυλικού οξυγόνου, των δύο υποκαταστατών erx και μέσω των δύο ατόμων αζώτου της φαινανθρολίνης. Η κρυσταλλική δομή του συμπλόκου δίνεται στο σχήμα 56 και επιλεγμένα μήκη και γωνίες δεσμών παρατίθενται στον πίνακα 12. Πίνακας 12. Επιλεγμένα μήκη (Å) και γωνίες ( ο ) δεσμών για το Zn(erx) 2 (phen) 3MeH. Δεσμός (Å) Δεσμός (Å) Zn (3) C (5) Zn (3) C (5) Zn (3) C (6) Γωνίες (º) Γωνίες (º) 11 Zn (14) 3 Zn (13) 11 Zn (13) 11 Zn (13) 1 Zn (16) 11 Zn (13) 11 Zn (19) 3 Zn (16) 3 Zn (12) 73

75 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ Σχήμα 56. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Zn(erx) 2 (phen). Τα δύο συναρμοσμένα κετονικά οξυγόνα και τα δύο άτομα αζώτου αποτελούν το επίπεδο της βάσης του οκταέδρου, Zn [Zn1 11 = 2.155(3) Å ], και Zn ket [Zn1 3 = 2.121(3) Å] (πίνακας 12). Τα άτομα του κετονικού οξυγόνου Ο1, Ο1 είναι μετατοπισμένα κατά 0,127 Å από το μέσο επίπεδο της βάσης, ενώ τα άτομα του αζώτου Ν11, Ν11 κατά 0,146 Å εκατέρωθεν. Άρα δεν είναι τελείως συνεπίπεδα. Τα συναρμοσμένα καρβοξυλικά οξυγόνα εμφανίζονται στις αξονικές θέσεις Zn carb [Zn1 1 = 2.060(3) Å] (πίνακας 12). Η γωνία μεταξύ των αξονικών οξυγόνων 1 Zn 1 είναι ίση με (16). Η οκταεδρική δομή στη σφαίρα συναρμογής του Zn παρουσιάζει «συμπιεσμένη παραμόρφωση». Έτσι τα αξονικά άτομα εμφανίζονται να έχουν με το κεντρικό άτομο μικρότερο μήκος δεσμού, ενώ τα άτομα του επιπέδου της βάσης να εμφανίζουν μεγαλύτερα μήκη δεσμού. Η γωνία 1 Zn 1 [= (16) ], δείχνει ότι τα καρβοξυλικά οξυγόνα βρίσκονται σε trans θέση και η γωνία 3 Zn 3 [= 93.73(16) ] ότι τα κετονικά οξυγόνα βρίσκονται σε cis θέση. Η απόσταση των μη συναρμοσμένων καρβοξυλικών οξυγόνων από το κεντρικό άτομο του μετάλλου [Zn. 2] είναι ίση με Å, τιμή αρκετά μεγάλη ώστε να δικαιολογεί την trans διευθέτηση των καρβοξυλικών οξυγόνων. 74

76 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ IV.6 Περιγραφή της δομής του συμπλόκου Zn(erx) 2 (bipy) 5Η 2 Ο 2ΜeH Η ένωση αυτή είναι ένα επίσης ένα μονοπυρηνικό σύμπλοκο με πέντε μόρια νερού και δύο μόρια μεθανόλης έξω από τη σφαίρα συναρμογής Τα δύο αποπρωτονιωμένα erx, συναρμόζονται διδραστικά μέσω του κετονικού και ενός καρβοξυλικού οξυγόνου με τον ψευδάργυρο. Η σφαίρα συναρμογής του Zn συμπληρώνεται με δύο άτομα αζώτου από το bipy. Ο αριθμός συναρμογής είναι έξι και η γεωμετρία γύρω από το άτομο του ψευδαργύρου χαρακτηρίζεται ως παραμορφωμένο οκτάεδρο. Επιλεγμένες αποστάσεις και γωνίες δεσμών δίνονται στον πίνακα 13 και η κρυσταλλική δομή του συμπλόκου δίνεται στο σχήμα 57. Πίνακας 13. Επιλεγμένα μήκη (Å) και γωνίες ( ο ) δεσμών του Zn(erx) 2 (bipy) 5H 2 MeH. Δεσμός (Å) Δεσμός (Å) Zn (4) 1 C (7) Zn (4) 2 C (7) Zn (5) 3 C (7) Γωνίες (º) Γωνίες (º) 1 Zn (2) 2 Zn (17) 1 Zn (15) 1 Zn (18) 1 Zn (17) 2 Zn (2) 1 Zn (16) 2 Zn (17) 21 Zn (3) Η δομή του συμπλόκου είναι ισοδομική με αυτήν του Zn(erx) 2 (phen) 3ΜeH. Και σε αυτή την περίπτωση τα καρβοξυλικά οξυγόνα βρίσκονται σε αξονικές θέσεις και εμφανίζουν τα μικρότερα μήκη δεσμών, Zn carb [Zn1 1 = 2.065(4) Å] ενώ το μεγαλύτερο μήκος δεσμού, εμφανίζεται για το δεσμό Zn [Zn1 21 = 2.136(5) Å], όπως στο σύμπλοκο 12 για το δεσμό Zn phen [Zn1 11 = 2.155(3) Å]. δεσμός Zn bipy, όταν συναρμόζεται με το ίδιο μέταλλο παρουσία του ίδιου κινολονικού υποκαταστάτη erx, είναι κατά Å μικρότερος από ό,τι στην περίπτωση της phen. Από την άλλη η γωνία των αξονικών οξυγόνων 1 Zn1 1 παρουσιάζει μικρή μείωση κατά 1.5 [από (16) στο 12 σε 170.6(2) στο 10], γεγονός που αρκεί να απομακρύνει τα μη συναρμοσμένα καρβοξυλικά οξυγόνα από το μέταλλο σε απόσταση 75

77 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ [Zn 3] ίση με Å, ενώ η αντίστοιχη απόσταση είναι [Zn1 2] στο 12 ισούται με Å. Σχήμα 57. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Zn(erx) 2 (bipy). Στον πίνακα 14 δίνονται όλα τα κρυσταλλογραφικά δεδομένα και για τα πέντε σύμπλοκα, των οποίων η δομή επιλύθηκε με περίθλαση ακτίνων Χ. 76

78 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ Πίνακας 14. Κρυσταλλογραφικά δεδομένα για όλα τα σύμπλοκα των οποίων η κρυσταλλική δομή επιλύθηκε με περίθλαση ακτίνων Χ.. Zn(erx) 2 (py) 2 6H 2 MeH Zn(oxo)(bipy)Cl MeH Zn(erx) 2 (bipy) 5 H 2 MeH Zn(oxo) 2 (phen) 2 MeH Zn(erx) 2 (phen) 3Me H Χημικός τύπος C 49 H 68 F Zn C 24 H 22 Cl 3 6 Zn C 49 H 64 F Z C 42 H Zn C 54 H 66 F Zn n Mr T (Κ) (2) 180(2) (2) K Κρυσταλλικό σύστημα Τρικλινές Τρικλινές Μονοκλινές Μονοκλινές Μονοκλινές Ομάδα συμμετρίας P1 P1 C2/c C2/c C2/c a = (Å) (1) 7.914(2) (9) (8) (9) b= (Å) (2) (3) (2) 9.893(4) (9) c= (Å) (2) (3) (6) (8) (2) α = ( ο ) (1) (8) β = ( ο ) (1) (8) (10) (10) (9) γ = ( ο ) (1) (8) Όγκος (Å 3 ) (3) (5) (5) 4051(3) 5457(4) Z D(υπολ) (Mg/m 3 ) μ (mm 1 ) F(000) Εύρος θ GF on F Ανακλάσεις με I>2σ(I) R1 για ανακλάσεις με I>2σ(I) α α α α α wr2 για ανακλάσεις με I>2σ(I) α α α α α α για τις ανακλάσεις με I>2σ(I). 77

79 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΜΕ ΤΟ DA VII ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΜΕ ΤΟ DA VII.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η πιο διαδεδομένη διαμόρφωση του DA σε φυσιολογικές συνθήκες είναι η Β μορφή, η οποία αποτελείται από μια δεξιόστροφη διπλή έλικα πολυνουκλεοτιδίων με διάμετρο περίπου 20 Å (σχήμα 58α). Οι βάσεις είναι σχεδόν κάθετες στον άξονα των ελίκων με κάθε βάση να είναι συνδεδεμένη με τη συμπληρωματική της βάση στην απέναντι αλυσίδα, δημιουργώντας έτσι ένα ζεύγος βάσεων [113]. Υπάρχουν 10 ζεύγη βάσεων ανά στροφή έλικας και η απόσταση μεταξύ διαδοχικών ζευγών βάσεων (αξονική άνοδος) είναι 3.4 Å. Ακόμη η Β μορφή του DA περιέχει δύο αύλακες, διαφορετικού μεγέθους η καθεμία και με διαφορετικές γεωμετρικές ιδιότητες. Η κύρια αύλακα (major groove) είναι ευρεία και σχετικά ρηχή και το πλάτος της ανέρχεται στα 12 Å, ενώ η δευτερεύουσα αύλακα (minor groove) είναι στενή και το πλάτος της ανέρχεται στα 6 Å (σχήμα 58β, γ). Η διαμόρφωση της Β μορφής του DA αναγνωρίζεται από τους περισσότερους παράγοντες μεταγραφής [113]. 20 Å (α) (β) (γ ) Σχήμα 58. Τρισδιάστατη απεικόνιση της Β μορφής της δομής της διπλής έλικας του DΝΑ. Τα βέλη με μαύρο χρώμα δείχνουν την κύρια αύλακα και με ροζ τη δευτερεύουσα αύλακα. (β) Μοντέλο της Β μορφής της έλικας. Τα βέλη επισημαίνουν τις κυριότερες θέσεις συναρμογής, δηλαδή το κετονικό οξυγόνο 2 της κυτοσίνης (C) κατά μήκος της δευτερεύουσας αύλακας και το Ν7 της γουανίνης (G) κατά μήκος της κύριας αύλακας. γ) Σχηματική απεικόνιση των φωσφοδιεστερικών δεσμών (συνεχής γραμμή) και των συμπληρωματικών βάσεων (παραλληλόγραμμα) κατά μήκος της κύριας (συνεχής γραμμή) και της δευτερεύουσας (διάστικτη γραμμή) αύλακας, αντίστοιχα. 78

80 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΜΕ ΤΟ DA Η μη ομοιοπολική (ετεροπολική) αλληλεπίδραση περιλαμβάνει παρεμβολή (intercalation), συναρμογή συμπλόκων στην εξωτερική πλευρά της έλικας του DA μέσω της κύριας και της δευτερεύουσας αύλακας και εξωτερικά, στην επιφάνεια του DA (external binding) αναπτύσσοντας ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις με τη φωσφορική ομάδα [114]. Η παρεμβολή που πραγματοποιείται με μερική εισχώρηση αρωματικών ετεροκυκλικών δακτυλίων των υποκαταστατών παράλληλα ανάμεσα στις βάσεις του DA απαιτεί να απομακρύνονται τα ζεύγη των βάσεων του DA περισσότερο από 3.4 Å για να δημιουργηθεί κατάλληλος χώρος για τον εισερχόμενο υποκαταστάτη και η διπλή έλικα του DA μερικώς ξετυλίγεται (σχήμα 59). Η κανονική υπερελίκωση του DA Β μορφής είναι 36 για 10 ζεύγη βάσεων και στροφή 360 [115]. Είναι απαραίτητο να εμφανιστεί μείωση αυτής της περιστροφής, έτσι ώστε να προσαρμοστεί το μόριο στην περιοχή παρεμβολής. Σχήμα 59. Τρόπος συναρμογής συμπλόκων ενώσεων με το DA μέσω παρεμβολής Η γωνία ποικίλλει ανάλογα με τη γεωμετρία του συμπλόκου DA ligand που σχηματίζεται. Για παράδειγμα, η εισαγωγή του δακτυλίου του βρωμιούχου αιθιδίου (ΕΒ) προκαλεί μείωση της περιέλιξης από 36 στις 10 κι ως εκ τούτου δημιουργείται μια γωνία 26 (σχήμα 60), ενώ με το proflavin και το daunomycin προκαλείται μείωση 17 και 11 αντίστοιχα [116]. Η παρουσία εκτεταμένου και επίπεδου αρωματικού υποκαταστάτη ευνοεί συνήθως την παρεμβολή. Παρατηρήθηκε ότι με λιγότερο εκτεταμένα αρωματικά συστήματα, η παρεμβολή μπορεί να αποτραπεί λόγω της σύγκρουσης των βοηθητικών υποκαταστατών με το φωσφοδιεστερικό σκελετό και με αυτόν τον τρόπο συμβαίνει μόνο μερική παρεμβολή, π.χ. στο [Ru(phen) 3 ]

81 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΜΕ ΤΟ DA Σχήμα 60. Τρόπος διευθέτησης του ΕΒ που αλληλεπιδρά με ολιγοπεπτίδιο μέσω παρεμβολής. Α Β Γ Σχήμα 61. Τρόπος σύνδεσης συμπλόκου με το DA. (Α) Σύνδεση στην αύλακα. (Β) Αλληλεπίδραση μέσω της κύριας αύλακας, (Γ) Αλληλεπίδραση μέσω της δευτερεύουσας αύλακας. Ένα από τα μοντέλα συναρμογής στην αύλακα περιλαμβάνει δύο στάδια. Πρώτα λαμβάνει χώρα υδρόφοβη μετακίνηση του υποκαταστάτη από το διάλυμα προς την έλικα και στη συνέχεια αναπτύσσονται μη ομοιοπολικές μοριακές αλληλεπιδράσεις, όπως δεσμοί υδρογόνου με τα ζεύγη αδενίνης θυμίνης και δεσμοί van deer Waals με τα τοιχώματα της αύλακας [117]. Σημαντικό χαρακτηριστικό γνώρισμα, επίσης, των ενώσεων που συνδέονται στην αύλακα είναι ότι μπορούν να σχεδιαστούν έτσι, ώστε να καλύψουν πολλά ζεύγη βάσεων και να μπορούν συνεπώς να εκθέτουν υψηλό βαθμό αναγνώρισης ακολουθίας νουκλεϊνικών οξέων (σχήμα 61). Μ αυτό τον τρόπο συναρμογής τα μόρια των συμπλόκων προσεγγίζουν τις αύλακες της διπλής έλικας του DA, και μετά έρχονται σε επαφή με αυτό μέσω δεσμών van der Waals. Η δεσμευτική αυτή διαδικασία με κύρια συστατικά τους δεσμούς υδρογόνου και τους υδρόφοβους δεσμούς έχει ως αποτέλεσμα τη σταθεροποίηση. Το αντιβιοτικό netropsin ήταν το πρώτο αντιβιοτικό φάρμακο που αναφέρθηκε ως ένωση που αλληλεπιδρά με το DA με συναρμογή στην αύλακα με επιλεκτικότητα στην ακολουθία αδενίνης θυμίνης [118]. 80

82 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΜΕ ΤΟ DA Τα κατιονικά σύμπλοκα μπορούν να συναρμοστούν εξωτερικά στην επιφάνεια του DA (external binding) αναπτύσσοντας ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις με τη φωσφορική ομάδα που βρίσκεται στο σκελετό του DA [113]. Γενικά έχει παρατηρηθεί ότι οι φωσφορικές ομάδες φορτίζουν αρνητικά το εξωτερικό περιβάλλον ενός ολιγονουκλεοτιδίου και η συναρμογή του συμπλόκου με το DA είναι ηλεκτροστατικής φύσης και εξαρτάται από τις ιοντικές δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των αντιθέτων φορτίων (σχήμα 62). Απαραίτητη προϋπόθεση για την εξωτερική συναρμογή είναι η ύπαρξη θετικού φορτίου στη χημική ένωση. Σχήμα 62. Σχηματική παράσταση του περιβάλλοντα χώρου γύρω από ένα ολιγονουκλεοτίδιο. VII.2. ΤΙΤΛΟΔΟΤΗΣΗ (ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ UV vis) Η τιτλοδότηση στο φάσμα UV vis μιας ένωσης παρέχει πληροφορίες για τον τρόπο αλληλεπίδρασής της με το DA και για το πόσο ισχυρός είναι ο δεσμός ένωσης DA [119]. Η μετατόπιση της απορρόφησης σε μεγαλύτερα μήκη κύματος (red shift) σε συνδυασμό με μείωση της απορρόφησης (υποχρωμία) σημαίνει παρεμβολή της ένωσης στο DA. Η συναρμογή είναι ισχυρότερη σε ενώσεις που έχουν εκτεταμένο π σύστημα σε επίπεδη επιφάνεια [120]. Η έκταση της μείωσης συνδέεται με την ισχύ της σύνδεσης. Όταν παρατηρείται υπερχρωμία τότε η συναρμογή της ένωσης με το DA πραγματοποιείται πιθανότατα στην εξωτερική επιφάνειά του, υπάρχει δηλαδή εξωτερική συναρμογή ή και μέσω δέσμευσης στην αύλακα [121]. Η σύγκριση της ισχύος συναρμογής διαφόρων ενώσεων σύμφωνα με την παρακάτω εξίσωση [120]: [DA] [DA] 1 = + (1) (ε ε ) (ε ε ) K (ε ε ) a f b f όπου [DA] είναι η συγκέντρωση του DA, ε a ισούται με το λόγο της απορρόφησης προς την συγκέντρωση της ένωσης σε κάθε μέτρηση, [Α]/[ένωση], ε f ο συντελεστής μοριακής απορρόφησης της ελεύθερης ένωσης, και ε b ο συντελεστής μοριακής απορρόφησης της πλήρως δεσμευμένης ένωσης στο DA και Κ b είναι η σταθερά ισχύος σύνδεσης του b b f 81