Compusii Coordinativi Ai Unor Metale 3d cu 4 Alil S Etilizotiosemicarbazone ale Aldehidei Salicilice Substituite

Ministerul Educației al Republicii Moldova

Universitatea de Stat din Moldova

Facultatea de Chimie și Tehnologie Chimică

Departamentul Chimie Industrială și Ecologică

TEZĂ DE LICENȚĂ

Compușii coordinativi ai unor metale 3d cu

4-alil-S-etilizotiosemicarbazone ale aldehidei salicilice substituite

A elaborat:

Vasîlca Mihaela

Studentă an.IIIL
Specialitatea TPCM

Admisă spre susținere publică

Șeful Departamentului Chimie

Industrială și Ecologică

Doctor, conf. universitar

Bunduchi Elena

______________ 2016

Conducători științifici:

Cotovaia Aliona,

doctor, conf. universitar

Țapcov Victor,

doctor, conf. universitar

Chișinău 2016

ADNOTARE

Tiosemicarbazonele aldehidelor și cetonelor sunt recunoscute pentru activitatea lor biologică, cum ar fi antimicrobiană, antifungică, antivirală și anticancer. Interesul în studierea acestor compuși a crescut continuu în ultimii ani, iar cercetările au arătat, că activitatea lor farmacologică se datorează abilității lor de a forma chelați cu metalele prezente în celulele vii. Acest proces inhibă numeroase reacții enzimatice catalizate de ionii metalici. S-a constatat de asemenea, că activitatea biologică a acestor liganzi crește odată cu complexarea la ionii metalici, cum ar fi: cupru, nichel, mangan, crom, fier, cobalt sau zinc.

Anterior, în cadrul Departamentului de Chimie au fost sintetizați compușii complecși ai unor metale 3d cu 4-alil-S-metilizotiosemicarbazonele aldehidei salicilice substituite. A fost determinat că, atît liganzii inițiali, cît și compușii complecși ai acestora posedă activitate biologică. În continuare a prezentat interes de a sintetiza noi compuși ai unor metale 3d cu acest tip de liganzi, de a studia compoziția și structura acestora, dar și proprietățile lor fizico-chimice și biologice.

În rezultat au fost sintetizați 16 compuși noi ai Co(II), Ni(II), Cu(II) și Fe(III) cu 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonele aldehidei salicilice și 3-metoxisalicilice. Pentru acești compuși au fost stabilite compozițiile Cu(L1,2-H)X (X=Cl-, Br-, NO3-); Ni(L1,2-H)2; Ni(L2-H)CH3COO; Co(L1,2-H)2X (X=I-, NO3-); Fe(L1,2-H)2NO3 în baza datelor experimentale. Cercetarea magnetochimică a compușilor sintetizați a arătat că în timpul sintezei are loc oxidarea Co(II) pînă la Co(III). Compușii nichelului, cobaltului și fierului au structură octaedrică, iar ai cuprului tetraedrică.

Compușii sintetizați manifestă activitate antimicrobiană față de tot spectrul de tulpini (Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Klebsiella pneumonae și Candida albicans).

ABSTRACT

The thiosemicarbazones of ketones and aldehydes are recognized for their biological activity, such as antimicrobial, antifungal, antiviral and anticancer. The interest of studying this type of compounds possessing biological activity has been increasing in the last years, and the scientific research has shown that their pharmacological activity is due to their ability to form chelate compounds with the metals occurring in living cells. It has also been demonstrated that the biological activity of these ligands is increasing once they are being bound to metal ions such as copper, nickel, cobalt, manganese or zinc.

Previously at the Department of Inorganic and Physical Chemistry there have been synthesized coordination compounds of bio-metals with the substituited salicyldehyde 4-allyl-S-methylisothiosemicarbazones. It has been established that the initial ligands and their coordination compounds possess biological activity. Further on it has been of great interest to synthesize new compounds of some 3d metals with such type of ligands, to study their composition and structure, and also their physico-chemical and biological properties.

As a result there have been synthesized 16 new coordination compounds of Co(II), Ni(II), Cu(II) and Fe(III) with the 4-allyl-S-ethylizothiosemicarbazones of salicylaldehyde and 3-methoxisalicyaldehyde. For these compounds it has been established the composition, based on the elemental and physico-chemical study: Cu(L1,2-H)X (X=Cl-, Br-, NO3-); Ni(L1,2-H)2; Ni(L2-H)CH3COO; Co(L1,2-H)2X (X=I-, NO3-); Fe(L1,2-H)2NO3. Based on the magnetochemical research of the synthesized coordination compounds it has been established that in the synthesis process Co(II) oxidizes to Co(III), the studied thiosemicarbazones act as ligands of strong field, the nickel, cobalt and iron complexes possess octahedral structure and the complex compounds of copper possess a monomeric structure.

The synthesized compounds manifest antimicrobial activity in relation to the whole spectrum of strains (Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Klebsiella pneumonae and Candida albicans).

Introducere

Dezvoltarea chimiei coordinative în ultimele decenii este cauzată de nenumăratele aplicații pe care le posedă compușii complecși, care își regăsesc locul în cele mai diverse domenii: industria biofarmaceutică, agricultură, industria chimică și a polimerilor etc.

Un loc deosebit în chimia coordinativă modernă este ocupat de direcția științifică ce se ocupă de sinteza și studiul fizico-chimic al compușilor coordinativi ai metalelor tranzitive cu liganzi organici polifuncționali, deoarece acești compuși posedă o tendință mare de coordinare formînd compuși cu compoziție, structură și proprietăți foarte diferite, iar datorită activității biologice înalte unii din ei și-au găsit aplicare în medicină.

Combinațiile complexe ale unor metale tranziționale reprezintă o clasă distinctă de agenți chimioterapici, utilizați pe scară largă ca agenți antitumorali și antivirali în practica clinică. Activitatea biologică a complecșilor este dependentă de structura locală din jurul ionilor metalici, de tipul și tăria legăturilor chimice stabilite.

În general, ionii metalici acționează în organismele vii sub formă de combinații complexe. Complecșii biologic activi ai microelementelor sunt implicați în transfer de electroni, transport de metale și oxigen, reacții redox celulare, transferul de energie, fixarea azotului în fotosinteză, sinteza și degradarea moleculelor biologice fundamentale, blocarea sau substituirea unor grupe funcționale, procese catalitice, funcționale și structurale etc. Alături de rolul de centre active enzimatice, complecșii biologic activi ai microelementelor au un rol important în multe procese metabolice.

Actualitatea temei. Complexitatea fenomenelor celulare care însoțesc boala canceroasă face din abordarea terapeutică o permanentă provocare pentru știința biomedicală. De aceea preocuparea pentru a produce noi medicamente care să acționeze doar asupra celulelor tumorale, manifestînd efecte secundare minimale, este de permanentă actualitate. Din acest punct de vedere chimia coordinativă este una dintre numeroasele ramuri ale științelor chimice, care oferă căi sigure de rezolvare a problemei enunțate mai sus. Diversificarea combinațiilor coordinative prin natura metalului, a speciei coordinate, prin gama unităților structurale, a seturilor de atomi coordinați, a naturii legăturii chimice și a contactelor intermoleculare, prin influența efectului de coordinare asupra reactivității chimice a liganzilor etc., reprezintă doar un număr mic de parametri variabili, care condiționează apariția unor proprietăți noi ale materialelor formate pe baza acestor substanțe.

Scopul lucrării în cauză este sinteza și cercetarea compușilor coordinativi ai unor metale 3d cu 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonele aldehidei salicilice substituite care posedă activitate biologică.

Pentru a atinge scopul înaintat, se propun următoarele sarcini:

Sinteza compușilor complecși ai unor metalelor tranziționale ( Cu2+, Fe3+, Co2+, Ni2+);

Caracterizarea compușilor obținuți din punct de vedere fizico-chimic, analitic și al activității biologice;

Testarea la activitate biologică a compușilor sintetizați în vederea punerii în evidență a proprietăților lor antibacteriene, antifungale și antiproliferative potențiale, în colaborare cu Universitatea de Stat de Medicină și Farmacie ,,N. Testimițeanu’’.

I. STUDIUL BIBLIOGRAFIC

I.1. Descrierea tiosemicarbazidelor

Tiosemicarbazidele sunt substanțe organice de culoare albă, cristaline. Sunt puțin solubile în hexan, benzen și alți solvenți organici nepolari.

Din punct de vedere structural, tiosemicarbazidele sunt derivați ai hidrazinei și acidului tiocarbamic:

Tiosemicarbazidele sunt substanțe cu reactivitate sporită, în condiții blînde cu o viteză mare de transformare, participă în reacțile de condensare cu compușii carbonilici formîndu-se tiosemicarbazone [1].

I.2. Sinteza tiosemicarbazidelor

Tiosemicarbazidele se obțin din tiocianat de amoniu și sulfat de hidrazină (în prezența unei cantități de carbonat alcalin suficientă pentru a neutraliza jumătate din sulfatul de hidrazină prezent) [2]:

Derivații tiosemicarbazidei pot fi obținuți prin mai multe metode [3]:

La interacțiunea izotiocianaților cu hidrazina sau derivații ei:

derivații 1,1-disubstituiți ai tiosemicarbazidei se obțin după următoarea schemă:

derivații 2,4-disubstituiți se obțin la interacțiunea alchilditiocarbamaților cu hidrazina monosubstituită [4]:

derivații 1,1,4,4-tetrasubstituiți se obțin prin carbamoilarea derivaților hidrazinei cu clorurile de carbamoil sau monosulfura de tiuram:

Tiosemicarbazidele 1,4-substituite se obțin în baza reacției de substituție nucleofilă a grupei amine din tiouree prin rest de hidrazină:

Derivații aromatici ai tiosemicarbazidelor pot fi sintetizați după următoarea schemă. În dependență de condițiile de desfășurare și modul de adăugare al reagenților, reacția poate decurge cu formarea diferitor produși [5]:

I.3. Proprietățile tiosemicarbazidelor

Tiosemicarbazidele posedă proprietăți nucleofile pronunțate, datorită grupelor -NH2,-NH și -CS. În funcție de structură, natura reagentului și condiții, reacțiile pot să se petreacă la atomul de azot sau sulf.

Atomul de S participă la alchilarea tiosemicarbazidelor conform reacției:

Alchilarea unor derivați ai tiosemicarbazidelor la atomul de N are loc prin ciclizarea produsului de reacție:

Tiosemicarbazidele se condensează ușor cu aldehidele și cetonele, dînd tiosemicarbazone.

I.4. Compuși coordinativi ai metalelor 3d cu tiosemicarbazide

Tiosemicarbazidele formează compuși coordinativi destul de stabili cu ionii metalelor 3d, incluzînd o varietate mare de anioni organici și anorganici [6]. S-a depus o muncă considerabil de mare pentru prepararea, caracterizarea și structurarea tiosemicarbazidelor (Htsc) și a compușilor complecși formați de acestea cu metalele 3d. A fost demonstrat că acești compuși au o activitate biologică sporită (antitumorală, antifungică și antimalarică).

În general, tiosemicarbazidele se comportă ca liganzi bidentați capabili să formeze metalocicluri din 5 membri (A, B) sau se comportă ca liganzi monodentați coordinînd la metal prin atomul de sulf (C).

(B) (C)

Tiosemicarbazida formează doi sterioizomeri de poziție: I cis- și, II trans-:

(I) (II)

care se datorează poziției atomilor de sulf și azot față de legătura C-NH. În starea cristalină tiosemicarbazida posedă configurația trans- (II), molecula este practic planară. Din figura de mai sus se observă posibilitatea formării ciclurilor din 5 atomi. Rezultatele studiilor structurii tiosemicarbazidelor au arătat că ea formează cicluri numai cu configurația cis-(I) [7].

Metalele 3d formează cu tiosemicarbazida ioni complecși cu următoarea formulă de structură:

Me=Cu(I),Ni(II),Zn(IV)

sau:

Me=Co(III),Fe(IV)

Romanenko a izolat compusul complex [Zn(Htsc)2](NO3)2 dintr-o soluție apoasă și l-a analizat folosind metoda spectroscopică cu IR [8]. Compusul dat are următoarea structură:

Figură 1. Structura ionică și numărul atomic pentru [Zn(Htsc)2](NO3)2

Compusul complex are în componeța sa anionul NO3- și [Zn(Htsc)2]2+, iar atomul de zinc este înconjurat de un tetraedru în vîrful căruia se află atomii de azot de la fragmentul hidrazinic și atomul de sulf de la grupa C=S a două molecule de Htsc unite printr-o axă dublă.

Analizele demonstreză faptul că compușii complecși de forma [Me(Htsc)2]X2 prezintă o izomerie trans-octaedrică în majoritatea compușilor. Compusul [Zn(Htsc)2](NO3)2 este primul exemplu de compus complex tetraedric cu tiosemicarbazide, atunci cînd Htsc se comportă ca un ligand bidentat ciclic.

Mazhar-ul-haque și M.Sakhawat-Hussain au studiat activitatea optică a izomerilor cis- și trans- ai cobaltului cu tiosemicarbazida ([Co(Htsc)3]3+), stabilind următoarea configurație [9]:

Trans-[Co(Htsc)3]3+ Cis-[Co(Htsc)3]3+

Ablov și N. Gărbălău au arătat că la interacțiunea a doi moli de tiosemicarbazidă cu un mol de dicloro-bis-dimetilglioximatoaquacobalt(III) (t = 70-80C) are loc degajarea dimetilglioximei din sfera interioară a dioximinei [10]. La interacțiunea cloroaquacomplecșilor cu tiosemicarbazida luate în raport molar de 1:3, s-a obținut un compus cu compoziția [Co(Htsc)3]Cl3·3H2O, care se cristalizează sub formă de plăci violete, iar la acidularea amestecului de clorură de cobalt, dimetilglioximă și tiosemicarbazidă, luate în raport de 1:1:2 au sintetizat monodioximații de cobalt(III), care conțin în sfera interioară două molecule de tiosemicarbazidă [Co(DH)(Htsc)2]Cl2·H2O.

Clorura de tritiosemicarbazidcobalt(III) se obține în cantități mari la oxidarea cu oxigenul din aer a amestecului de clorură de cobalt cu tiosemicarbazida, luate în raport molar de 1:3, urmată de precipitarea cu acid clorhidric concentrat. Autorii au arătat că la adăugarea în soluție apoasă de săruri de [Co(Htsc)3]X3 a unei cantități mici de bază sau amoniac apare un precipitat greu solubil de culoare violet-deschis cu compoziția [Co(Htsc)3]· 5H2O.

S-a stabilit că tiosemicarbazida are proprietatea de a se include în sfera interioară a dioximinelor de cobalt [11]. La interacțiunea cloro-bis-dimetilglioximatoaqua- cobalt(III) în apă cu un mol de tiosemicarbazidă s-a obținut următoarea sare [Co(CH5N3S)(DH)2Cl]. Tiosemicarbazida în acest caz joacă rolul de ligand monodentat.

Pentru ionul de tritiosemicarbazidcobalt(III) sunt posibile două formule de structură:

Însă doar prima formulă explică posibilitatea ruperii protonului de la cationul [Co(Htsc)3]3+ și formarea unui compus complex intern [Co(Htsc)3]·5H2O. Formarea celui de-al doilea complex în acest caz poate fi reprezentată astfel:

Sulfatul de ditiosemicarbazidnichel(II) [Ni(Htsc)2]SO4 a fost izolat sub forma a două modificații, una din ele de culoare roșu-brun, iar alta de culoare verde-gri. S-a propus că aceste substanțe ar putea fi izomeri geometrici cu următoarele formule de structură:

În compuși complecși cu trei molecule de tiosemicarbazidă, nichelul are număr de coordinare 6. Fiecare moleculă Htsc este legată cu atomul central prin sulful și azotul de la restul hidrazinic. S-a stabilit că în stare cristalină acestor săruri le corespund formule care conțin cationul [Ni(Htsc)2]2+, iar în soluție la ionul de nichel coordinează patru molecule de tiosemicarbazidă [12].

I.5. Descrierea și sinteza tiosemicarbazonelor

Sinteza compușilor organici ce au un număr mare de atomi donori, a dobîndit o importanță majoră în ultimii ani, datorită relației lor cu sistemele biologice și capacitatea lor de a detecta și elimina metalele toxice din corpul uman și mediul înconjurător.

Un grup important de astfel de substanțe sunt bazele Schiff, ce conțin gruparea amidică (-CH=N-). Se formează la condensarea aldehidelor sau cetonelor cu o amină primară sau secundară și primesc acest nume datorită savantului care le-a studiat – Hugo Schiff.

Tiosemicarbazonele reprezintă niște liganzi de o mare importanță, datorită versatilității lor ca sisteme donor, varietății de specii chimice pe care le pot forma și datorită multitudinii tipurilor de reacții care le conferă proprietăți structurale, optice și biologice importante [13].

Tiosemicarbazidele se formează în urma interacțiunii aldehidelor și cetonelor cu tiosemicarbazida, conform reacției:

În soluții tiosemicarbazonele (Tsc) se află într-un echilibru a celor 2 forme tautomerice tiol – tionică, ce depinde de valoare a pH-ului, dar în stare cristalină forma tionică este cea mai stabilă:

forma tionică forma tiolică

Tiosemicarbazonele sunt liganzi universali care pot coordona la atomul de metal ca ligand neutru sau ca ligand deprotonat prin intermediul atomilor N, O, S [14]. În forma sa tionică tiosemicarbazona se comportă ca un ligand neutru, iar în forma tiolică se comportă ca un ligand anionic (deprotonat). Unii compuși complecși ai Co(III) și Cu(II) se pot prezenta ca un amestec de ambii tautomeri, lucru ce poate fi explicat prin procesele de oxidare ce au loc la ionul metalic:

În reacție cu ionii metalelor, tiosemicarbazona prezintă o extraordinară versatilitate: de la ligand monodentat (S sau N), bidentat (NS), punte (S-S), pînă la compuși polinucleari:

I.6. Proprietățile tiosemicarbazonelor

Tiosemicarbazonele pot suferi reacții de ciclizare, condensare sau desulfurare, care duc la formarea unor noi liganzi, sau uneori, în unele reacții, noi compuși complecși [13].

Reacțiile de ciclizare. Ciclizarea reprezintă un proces intramolecular care duce de obicei la formarea heterociclilor din 5 sau 6 atomi. Reacția depinde de puntea din molecula tiosemicarbazonei, pH, catalizatori, sărurile metalelor( FeCl3, Cu(ClO4)2 etc) și radiație. Cel mai frecvent procesul de ciclizare decurge în puntea C=N-NH-CS-N: unde are loc atacarea intramoleculară a atomului de carbon din gruparea iminică de către azotul amidic sau atomul de sulf, apoi legătura dublă este regenerată, formîndu-se triazol sau tiadiazol:

Triazol tiadiazol

Compuși ce au în structura lor cicluri din șase atomi pot fi obținuți prin iradiere fotochimică, atunci cînd legătura carbon-halogen (C-X) este în rezonanță cu legătura iminică, sau în urma catalizei metalice. Triazinele pot fi de-asemenea obținute, atunci cînd puntea O=C-C=N-NH-CS-NH prezentă în tiosemicarzonă și azotul aminic, atacă intramolecular atomul de carbon din gruparea carbonil:

Condensarea tiosemicarbazidă-tiosemicarbazonă. Aceste reacții duc la formarea tiadiazolilor ciclici. La prima etapă are loc hidroliza legăturii imino a unei molecule de tiosemicarbazonă, rezultînd tiosemicarbazida, care reacționează cu o altă moleculă de tiosemicarbazonă după mecanism nucleofilic, cu eliminarea ulterioară a grupei –NHR. La final, are loc o ciclizare intramoleculară în care atomul de sulf atacă atomul de carbon din gruparea amidică.

Desulfurarea. Reacția de desulfurare este un proces în care atomul de sulf amidic este eliminat prin oxidare, conducînd la formarea compușilor ce conțin sulf într-un grad de oxidare mai înalt. Această reacție decurge în prezența oxidanților puternici sau în mediu bazic.

I.7. Combinațiile coordinative ale metalelor 3d cu tiosemicarbazone

Tiosemicarbazonele reprezintă un grup de reactivi organici utilizați pe scară largă în calitate de liganzi în chimia coordinativă. Aceste substanțe formează combinații coordinative, care de multe ori posedă proprietăți antimicrobiene sau reprezintă catalizatori activi.

Tiosemicarbazonele sunt cunoscute în special pentru posibilitatea lor de a funcționa ca liganzi polidentați, iar prin coordinarea lor la diferiți ioni metalici, care sunt prezenți în sistemele biologice, se obțin combinații complexe cu o eficiență medicamentoasă mult crescută față de cea a liganzilor liberi [15].

Compușii coordinativi ai metalelor 3d cu tiosemicarbazida și cu câteva tiosemecarbazone bidentate au fost pentru prima dată descrise de Iensen în 1934 [16].

B. Gringras cu colegii săi a studiat formarea în mediu amoniacal a combinațiilor complexe ale cuprului cu tio- și ditiosemicarbazonele și au găsit, că dacă tiosemicarbazonele au proprietăți fungicide (activitate antimicotică), complecșii lor cu metalele nu sunt activi. Aceasta a permis autorilor să ajungă la concluzia că acțiunea tiosemicarbazonelor asupra microorganismelor se reduce la formarea legăturilor stabile cu microelemente foarte importante pentru viața bacteriilor, în același rând și cu cupru, care duce la o frânare bruscă a dezvoltării acestor microorganisme.

A. Ablov și N. Gărbălău au cercetat compușii complecși ai metalelor cu tiosemicarbazonele aldehidelor și cetonelor 17. La amestecarea soluțiilor alcoolice fierbinți ale sărurilor cobaltului și tiosemicarbazonei benzaldehidei, luate în orice raport molar, se formează soluții verzi deschise, din care la răcire se depun produse cristalografice la contopirea a două molecule de tiosemicarbazonă benzaldehidică la o moleculă de sare de cobalt. Legături asemănătoare cu sărurile de cobalt dau și alte tiosemicarbazone, de exemplu, acetona, ciclohexanona.

Produșii tiosemicarbazonelor cu sărurile de cobalt CoX2 2L nH2O se deosebesc după colorație, care depinde de natura tiosemicarbazonei și de natura anionilor. De exemplu, compușii care conțin tiosemicarbazona benzaldehidei au culoare verde, clorura, care conține tiosemicarbazona acetonei, are culoare albastră, bromura – sur-violetă, iar iodura, nitratul, percloratul – violetă.

După o metodică asemănătoare au fost obținuți și produșii de interacțiune a sărurilor de nichel cu tiosemicarbazonele acetonei și ciclohexanonei cu compoziția NiX2 2L nH2O care au culoare verde.

De asemenea au fost obținuți săruri interne ai nichelului cu tiosemicarbazona benzaldehidei, acetonei, ciclohexanonei. La încălzirea soluțiilor apoase ale sărurilor de nichel cu soluții alcoolice de tiosemicarbazonă treptat se formează cristale cafenii. Ele se obțin cu un randament mai mare dacă la amestecul dat se adaugă puțin amoniac sau acetat de sodiu. Acești compuși sunt diamagnetici și au o structură planară:

Un interes deosebit reprezintă tiosemicarbazona aldehidei salicilice, compușii coordinativi ai căreia posedă, în funcție de atomul central, atît proprietăți antibacteriene evidente (cu cuprul) cît și de catalizatori (cu paladiul) [18]:

Activitatea biologică a combinațiilor coordinative ale cuprului cu tiosemicarbazonele aldehidei salicilice sunt strict dependente de natura substituentului atît din fragmentul tiosemicarbazidic, cît și din cel carbonilic.

Tiosemicarbazona aldehidei salicilice se coordinează în sfera metalelor de tranziție în forma neutră, mono- sau bi-deprotonată, coordinîndu-se, în majoritatea cazurilor, ca și un ligand tridentat, prin intermediul setului de atomi donori O,N,S [19].

Figura 2. Diferite moduri de coordinare tridentată a tiosemicarbazonei aldehidei salicilice

Un interes separat reprezintă derivații tioalchilați ai tiosemicarbazonei aldehidei salicilice (R-S-H2L), care în combinațiile coordinative cu metalele de tranziție 3d se comportă ca liganzi tridentați de tipul O,N,N și nu O,N,S.

Derivații tioalchilați din această clasă de substanțe organice se caracterizează prin reactivitate mărită, participă în reacții metalopromotorii, care generează noi combinații de atomi și legături, precum și modalități neobișnuite de coordinare. Acești compuși servesc ca precursori indispensabili în reacțiile template de obținere a liganzilor macrociclici polidentați, inclusiv bicompartimentali.

În lucrarea [20] sunt studiate combinațiile coordinative ale nichelului cu tiosemicarbazona aldehidei salicilice. Din mediul alcoolic se obține un produs verde, paramagnetic cu compoziția [Ni(Hthsa)2](NO3)2 care are structură octaedrică. La adăugarea amoniacului la amestecul sării de nichel și tiosemicarbazonei aldehidei salicilice se formează compuși roșii-cafenii. Luând în vedere că ligandul este tridentat, reieșind din spectrele electronice și diamagnetism, acestor compuși le sînt caracteristice structuri plan-pătratice:

A = amoniac, piridină, anilină

În lucrarea [21] au fost obținuți noi compuși ai Cu(II) cu tiosemicarbazona 5-cloro-, 5-bromo-, 5-nitro-, 5-metil-, 3,5-dibromoaldehidei salicilice substituite. Complecșii tiosemicarbazidei cu Cu2++X- au fost obținuți la interacțiunea soluției etanolice de clorură, bromură și nitrat de cupru cristalohidrat cu tiosemicarbazona aldehidei salicilice substituite în raport de 1:1. Compușii ce conțin piridină au fost obținuți după aceeași metodă, la tratarea sărurilor de cupru cu tiosemicarbazona în prezența piridinei la un pH=7,0-7,5. Acești complecși manifestă o înaltă activitate antimicrobiană. Compoziția și structura complecșilor sintetizați a fost stabilită cu ajutorul analizei elementale, magnetochimiei, spectroscopiei IR și analiza termică.

Rezultatele cercetării magnetochimice pentru complecșii de cupru arată că ei sunt monomeri și momentul lor magnetic efectiv corespunde unui electron necuplat.

De asemenea au fost obținuți compușii cuprului cu tiosemicarbazonei și
4-feniltiosemicarbazonei aldehidelor 5-cloro-, 5-bromo și 5-nitrosalicilice, care inhibă creșterea celulelor leucemiei umane mieloide HL-60 și prostatei în diapazonul concentrațiilor 10-5-10-7 mol/l [22].

Soriano-Garcia și colegii săi au obținut în urma reacției dintre
4-feniltiosemicarbazona și nitratul de nichel(II) hexahidrat în soluție metanolică în prezență de amoniac, prin metoda descrisă de Gyepes E. și al. [23], complexul Ni(phsno)NH3 [24] structura căruia a fost obținută prin analiza cu raze X: Poliedrul de coordinare a ionului de nichel(II) este un plan pătrat. Toți atomii sunt deplasați de la plan cu 0.011(9)Å.

Figura 3. Structura compusului Ni(phsno)NH3

Din cele expuse mai sus se vede, că tiosemicarbazonele aldehidelor și cetonilor formează cu ionii biometalelor compușii coordinativi diverși după compoziție, structură și proprietăți. Mulți din ei manifestă activitate biologică înaltă. În legătura cu aceasta sinteza și studierea complecșilor metalelor 3d noi cu tiosemicarbazone prezintă interes atît teoretic cît și practic.

I.7. 1. Combinațiile coordinative ale metalelor 3d cu S-alchiltiosemicarbazone

Compușii complecși ai unor metale 3d ( Cu, Co, Fe, Cr și V) cu S-metiltiosemicarbazona adehidei salicilice au fost descriși recent [25-26]. A fost stabilit că acest ligand tridentat (NNO) formează compuși complecși ca ligand monodeprotonat sau bideprotonat, format în urma deprotonării grupării fenolice (-OH) și grupării aminice (-NH2) [27].

Figura 4. S-metiltiosemicarbazona aldehidei salicilice (H2L)

Figura 5. H2L bideprotonat

Autorii au sintetizat diferiți compuși complecși ai nichelului cu S-metiltiosemicarbazona aldehidei salicilice, luînd reactanții în raport molar de 1:1. S-metiltiosemicarbazona aldehidei salicilice (H2L) în prezența ionului de perclorat ClO4- formează complecși paramagnetici cu structură octaedrică, iar în prezența NCS-, CH3COO- , Py și y-Pic se formează compuși diamagnetici cu structură plan pătratică [28].

I.8. Proprietățile biologice ale complecșilor metalelor de tranziție cu tiosemicarbazide

În prezent se pune tot mai mult accentul pe creșterea calității vieții, prin îmbunătățirea calității medicamentelor, a metodelor de investigație medicală, diagnostic și tratament, ele trebuind să fie cît mai eficiente, cu puține efecte secundare și cît mai complex elaborate. Din acest motiv sunt căutate acele combinații complexe care manifestă activitate biologică sporită, astfel regăsindu-și locul în industria biofarmaceutică.

I.8.1. Rolul biologic al metalelor tranziționale

În general ionii metalici acționează în organismele vii sub formă de complecși. Complecșii biologic activi ai microelementelor sunt implicați în transferul de electroni, transportul oxigenului, reacții redox celulare, transfer de energie, sinteza și degradarea moleculelor biologice fundamentale, blocarea sau substituirea unor grupări funcționale. Alături de rolul de centre catalitic-enzimatice, microelementele au un rol important în multe procese metabolice.

Rolul metalelor 3d în organismul uman este descris în următorul tabel [29]:

I.8.2. Rolul biologic al ligandului

Interesul în studierea semi- și tiosemicarbazidelor, cît și a tiosemicarbazonelor care posedă proprietăți biologice, a crescut continuu în ultimii ani, iar cercetările au arătat, că activitatea lor farmacologică se datorează abilității lor de a forma chelați cu metalele prezente în celulele vii. Acest proces inhibă numeroase reacții enzimatice catalizate de ionii metalici. S-a constatat de asemenea, că activitatea biologică a acestor liganzi crește odată cu complexarea la ionii metalici, cum ar fi: cupru, nichel, mangan, crom, fier, cobalt sau zinc.

Coordinarea fragmentului tiosemicarbazidic este însoțită de o delocalizare a densității electronice și schimbă reactivitatea atomilor din perimetrul metalociclului și a celor adiacenți.

Natura metalului, mediul de reacție și substituenții din fragment joacă un rol decisiv în această activizare. Fenomenul de coordinare prin atomii de azot și sulf activează diferite centre din fragmentul tiosemicarbazidic. Prezența substituentului fenil în anturajul primului atom de azot stă la baza unor transformări redox în procesul de coordinare a S-alchiloderivaților în sfera de coordinare a nichelului, cobaltului, fierului. Aceste transformări dau naștere la anioni-radicali liberi. Pe de altă parte, radicalii liberi se formează în organismele vii, și, fiind substanțe destul de agresive, provoacă un stres oxidative, din care rezultă o uzură accentuată a celulelor, fapt ce grăbește îmbătrînirea lor și instalarea unor boli degenerative. Procesul de dezactivare a radicalilor liberi prin coordinarea lor în sfera metalelor biogene ar putea fi folosită pentru reducerea urmărilor degenerative [30].

Tiosemicarbazidele dispun de activitate biologică și stimulează procesul de biosinteză a unor fungii-producători de hidroliză extracelulară [31]. Tiosemicarbazidele precum și compușii complecși corespunzători au acțiune antibacteriană, antifungică, antimalarică, antitumorală și antileucemică.

Activitatea biologică este influențată de ionul metalic la care coordinează ligandul, astfel combinațiile complexe ale ionului de Cu2+ cu tiosemicarbazonele posedă o activitate biologică importantă, fiind printre cei mai puternici agenți antivirali, antitumorali și antiinflamatorii.

Bazele Schiff și complecșii lor sunt recunoscute pentru activitatea biologică, antimicrobiană, antifungică și antivirală [32]. Posedînd o gamă largă de atomi donori acești liganzi formează cu ionii metalelor compuși coordinativi variați după structură și proprietăți . S-a stabilit că, în multe cazuri, activitatea biologică a medicamentelor este în concordanță cu capacitatea ligandului de a forma complecși. Mai mult decât atât, sunt utilizați ca agenți antitumorali și citostatici tocmai datorită reactivității ionilor metalici ai combinațiilor complexe, care ajung în contact cu membrana celulară, bineînțeles, prin intermediul componentei organice a complexului – ligandul de tip bază Schiff.

II. MATERIALE ȘI METODE

Chimia compușilor coordinativi ai tiosemicarbazonelor cu metalele de tranziție a primit o atenție deosebită din cauza proprietăților farmacologice pronunțate. Tiosemicarbazonele aldehidelor și cetonelor formează cu metalele tranziționale o gamă largă de compuși coordinativi ce se deosebesc prin compoziție, structură și proprietăți. Unii din acești complecși manifestă proprietăți biologice, fapt ce permite de ai folosi în calitate de dezinfectanți, antiseptici, inhibitori ai diferitor celule de cancer, substanțe cu proprietăți antifungice și antituberculoase. Astfel, sinteza și investigarea noilor compuși ai biometalelor cu tiosemicarbazonele prezintă un interes nu numai științific ci și practic.

Pornind de la scopul prezentei lucrări au fost sintetizați compușii coordinativi ai 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonele aldehidei salicilice și 3-metoxisalicilice cu unele metale 3d, ce reprezintă niște agenți cu o potențială activitate biologică.

II.1. Sinteza 4-alil-S-etiltiosemicarbazonele aldehidei salicilice și 3-metoxisalicilice

În prezenta lucrare în calitate de liganzi cu proprietăți biologic active au fost sintetizați 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonele aldehidei salicilice (L1) și 3-metoxisalicilice (L2), cu următoarea formulă de structură:

Sinteza liganzilor a fost efectuată aplicînd principiile și metodele sintezei organice fine și a fost realizată conform următoarei scheme generalizate:

4-aliltiosemicarbazida

4-alil-S-etilizotiosemicarbazidă iodhidrat

4-alil-S-etilizotiosemicarbazona aldehidei salicilice iodhidrat (R=H)

și 3-metoxisalicilice iodhidrat (R=OCH3)

4-alil-S-etilizotiosemicarbazona aldehidei salicilice (R=H)

și 3-metoxisalicilice (R=OCH3)

Sinteza 4-aliltiosemicarbazidei. La soluția de hidrazină (32,3 g) a fost adăugat cu picătura alilizotiocianat (10 g) sub agitare continuă. Amestecul a fost agitat la temperatura camerei pentru o oră, după care produsul de reacție a fost izolat prin filtrare sub vid și uscată. Pentru substanța uscată se determină temperatura de topire (tºtop=91-93ºC).

Calculăm randamentul procesului:

mpr=10g

mt= *131g=13,23 g

η=*100%=75,59%

Sinteza 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonei aldehidei salicilice iodhidrat.
4-aliltiosemicarbazida (3 g) a fost dizolvată în 20 mL metanol sub agitare continuă. După aceasta se adaugă soluția de iodetan (3,85 g). Amestecul a fost supus agitării la temperatura de 80ºC pentru 4 ore, după care se adaugă aldehida salicilică (2,79 g) și amestecul se lasă să se agite încă pentru 4 ore. Soluția se răcește la temperatura camerei. Pentru substanța obținută se determină temperatura de topire (tºtop=135-136ºC).

Calculăm randamentul procesului:

mpr=8,84g

mt=*391g=8,95g

η=*100%=98,77%

Sinteza 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonei aldehidei salicilice. 4-alil-S-etilizotiosemicarbazona aldehidei salicilice iodhidrat (3 g) se dizolvă în 20 mL etanol. La soluție se adaugă carbonat de sodiu (0,81 g) pînă la pH=7-8. Pentru separarea 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonei aldehidei salicilice (L1) din amestecul de reacție se face extracția cu cloroform. Extracția se repetă de 2-3 ori. Soluția obținută se lasă să se cristalizeze.

Sinteza 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonei aldehidei 3-metoxisalicilice iodhidrat.
4-aliltiosemicarbazida (2 g) a fost dizolvată în 20 mL metanol sub agitare continuă. După aceasta se adaugă soluția de iodetan (2,85 g). Amestecul a fost supus agitării la temperatura de 80ºC pentru 4 ore, după care se adaugă aldehida 3-metoxisalicilică (2,32 g) și amestecul se lasă să se agite încă pentru 4 ore. Soluția se răcește la temperatura camerei. Pentru substanța obținută se determină temperatura de topire (tºtop=139-140ºC).

Calculăm randamentul procesului:

mpr=6,29 g

mt=

η=

Sinteza 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonei aldehidei 3-metoxisalicilice.
4-alil-S-etilizotiosemicarbazona aldehidei 3-metoxisalicilice iodhidrat (2 g) se dizolvă în 20 mL etanol. La soluție se adaugă carbonat de sodiu (0,50 g) pînă la pH=7-8. Pentru separarea 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonei aldehidei 3-metoxisalicilice (L2) din amestecul de reacție se face extracția cu cloroform. Extracția se repetă de 2-3 ori. Soluția obținută se lasă să se cristalizeze.

II.2. Sinteza compușilor complecși

Sinteza compușilor coordinativi în baza 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonelor aldehidei salicilice și 3-metoxisalicilice a fost realizată în conformitate cu următoarele metodici și scheme de reacții:

Sinteza [Co(L1,2-H)2]I

La soluția etanolică ce conține 5 mmol de L1,2•HI se adaugă 10 mmol Co(CH3COO)2 •4H2O luat în raport molar de 1:2. Amestecul a fost agitat la temperatura de 60ºC timp de o oră. După răcire la temperatura camerei, din amestecul reactant au fost separate cristale de culoare cafenie.

Sinteza Ni(L1-H)2

L1•HI (0,5039 g) a fost dizolvat în 20 mL etanol, după care a fost adăugat Ni(CH3COO)2 •4H2O (0,1604 g), luat în raport molar de 1:2. Amestecul a fost agitat la temperatura de 60ºC timp de o oră. După răcire la temperatura camerei, din amestecul reactant au fost separate cristale de culoare cafenie.

msare=*249=0,1604g

Sinteza Cu(L1-H)NO3

L1 (0,4021 g) a fost dizolvat în 20 mL etanol, după care a fost adăugat Cu(NO3)2 •3H2O (0,3700 g). Sarea a fost luată în raport de 1:1. Amestecul a fost agitat la temperatura de 60ºC timp de o oră. După răcire la temperatura camerei, din amestecul reactant au fost separate cristale de culoare verde.

msare=*242=0,3700g

Sinteza Cu(L1-H)Br

L1 (0,4948 g) a fost dizolvat în 20 mL etanol, după care a fost adăugat CuBr2
(0,4214 g) în raport de 1:1. Amestecul a fost agitat la temperatura de 60ºC timp de o oră. După răcire la temperatura camerei, din amestecul reactant au fost separate cristale de culoare verde.

msare=*224=0,4214g

Sinteza Cu(L1,2-H)Cl

La soluția etanolică ce conține 5mmol L1,2 se adugă 5mmol CuCl2 •2H2O, raport de 1:1. Amestecul a fost agitat la temperatura de 60ºC timp de o oră. După răcire la temperatura camerei, din amestecul reactant au fost separate cristale de culoare verde.

Sinteza Co(L1,2-H)2NO3

La soluția etanolică ce conține 5 mmol de L1,2 se adaugă 10 mmol Co(NO3)2•6H2O, luat în raport molar de 1:2. Amestecul a fost agitat la temperatura de 60ºC timp de o oră. După răcire la temperatura camerei, din amestecul reactant au fost separate cristale de culoare cafenie.

Sinteza Co(L2-H)2CH3COO

La soluția etanolică ce conține 5 mmol de L2 se adaugă 10 mmol Co(CH3COO)2•4H2O, luat în raport molar de 1:2. Amestecul a fost agitat la temperatura de 60ºC timp de o oră. După răcire la temperatura camerei, din amestecul reactant au fost separate cristale de culoare cafenie.

Sinteza [Co(L2-H)2]2[CoCl4]

La soluția etanolică ce conține 10 mmol de L2 se adaugă 15 mmol CoCl2•6H2O, luat în raport molar de 2:3. Amestecul a fost agitat la temperatura de 60ºC timp de o oră. După răcire la temperatura camerei, din amestecul reactant au fost separate cristale de culoare cafenie.

Sinteza Co(L2-H)2Br

La soluția etanolică ce conține 5 mmol de L2 se adaugă 10 mmol CoBr2•6H2O, luat în raport molar de 1:2. Amestecul a fost agitat la temperatura de 60ºC timp de o oră. După răcire la temperatura camerei, din amestecul reactant au fost separate cristale de culoare cafenie.

Sinteza Ni(L2-H)2

L2 (0,5039 g) a fost dizolvat în 20 mL etanol, după care a fost adăugat Ni(CH3COO)2 •4H2O (0,1604 g), luat în raport molar de 1:2. Amestecul a fost agitat la temperatura de 60ºC timp de o oră. După răcire la temperatura camerei, din amestecul reactant au fost separate cristale de culoare galbenă.

Sinteza Ni(L2-H)CH3COO

La soluția etanolică ce conține 5 mmol de L2 a fost adaugat 5 mmol
Ni(CH3COO)2•4H2O (0,1604 g), luat în raport molar de 1:1. Amestecul a fost agitat la temperatura de 60ºC timp de o oră. După răcire la temperatura camerei, din amestecul reactant au fost separate cristale de culoare roșu-cărămiziu.

Sinteza Fe(L1,2-H)2NO3

La soluția etanolică ce conține 5 mmol de L1,2 se adaugă 10 mmol
Fe(NO3)3•6H2O, luat în raport molar de 1:2. Amestecul a fost agitat la temperatura de 60ºC timp de o oră. După răcire la temperatura camerei, din amestecul reactant au fost separate cristale de culoare neagră.

II.3. Analiza fizico-chimică a compușilor sintetizați

II. 3. 1. Analiza titrimetrică a metalelor

II.3.1.1. Analiza titrimetrică a metalelor la cupru, cobalt și nichel

În balonul Kjeldal se introduc 0,05 g de complex, se adaugă 5 ml de HNO3 concentrat și 3-4 picături de H2SO4 concentrat. Conținutul balonului se încălzește pînă ce are loc distrugerea complexului. După răcirea reziduului se adăugă apă distilată și soluția obținută se trece cantitativ într-un balon cotat de 100 ml. O parte alicotă de 10 ml se trece în balonul Erlenmeyer. Cu ajutorul soluției de amoniac se aduce pH ≈ 7, cu hîrtie de indicator se măsoară valoarea pH, apoi se adaugă murexid (indicator) pînă la obținerea unei soluții de culoare galben-intens și se titrează cu soluție de EDTA 0,01N. Culoarea galben-intens trece în roșiatic, apoi în violet intens.

Calculele se efectuează conform formulei:

unde: CEDTA – concentrația soluției de EDTA standartizate, molechivl;

VEDTA – volumul soluțieii de EDTA folosit pentru atingerea punctului de echivalență,ml;

M(Me). – masa molară a echivalentului metalului, g/molechiv.;

mprobei – masa probei, g;

Me- Cu, Co, Ni.

II. 3. 1. 2. Analiza titrimetrică a zincului

După ce substanța cercetată a fost descompusă în balonul Kjeldal (cu acid sulfuric și azotic concentrat), se adaugă 5-10 ml apă pentru dizolvarea reziduului, iar excesul de acid se neutralizează cu NaHCO3. Soluția se trece cantitativ într-un balon cotat de 100 ml și la o parte alicotă (10 ml) se adaugă soluție tampon (NH4Cl + NH3) pentru a asigura un pH = 7-10 și se diluează de două ori cu apă distilată, apoi se titrează cu soluție standardizată de EDTA în prezență de eriocrom negru T în calitate de indicator pînă la trecerea culorii de la roșu la albastru.

Calculele se efectuează conform formulei:

unde: CEDTA – concentrația soluției de EDTA standartizate, molechivl;

VEDTA – volumul soluțieii de EDTA folosit pentru atingerea punctului de echivalență,ml;

M(Me). – masa molară a echivalentului metalului, g/molechiv.;

mprobei – masa probei, g;

Me- Zn.

II. 3. 1. 3. Analiza titrimetrică a fierului

Partea de masă a fierului în compusul complex se determină prin metoda titrimetrică. După ce substanța cercetată a fost descompusă în balonul Kjeldal (cu acid sulfuric și azotic concentrat), se formează o substanță solidă ce se dizolvă în apă. Soluția se trece cantitativ într-un balon cotat de 100 ml. La o parte alicotă (10 ml) se adaugă indicator acid sulfosalicilic, apoi se titrează cu soluție standardizată de EDTA la un pH=2-3. Titrarea se face pînă la schimbarea culorii soluției din violet în galben.

Calculele se efectuează conform formulei:

unde: CEDTA – concentrația soluției de EDTA standartizate, molechivl;

VEDTA – volumul soluțieii de EDTA folosit pentru atingerea punctului de echivalență,ml;

M(Me). – masa molară a echivalentului metalului, g/molechiv.;

mprobei – masa probei, g;

Me- Fe.

II. 3. 2. Analiza magnetochimică

Metoda cea mai simplă și cea mai utilizată este metoda Gouy. Aparatura constă dintr-o balanță și un magnet puternic (de preferat 10000 Gauss). În mod obișnuit proba analizată este plasată într-un tub cilindric de sticlă care este suspendat cu un fir de platanul unei balanțe în așa fel încât să se afle între polii unui magnet:

Se observă că partea inferioară a tubului este plasată într-un câmp puternic constant, iar partea superioară se află în câmpul magnetic al pământului care poate fi considerat neglijabil.

După echilibrarea balanței în absența câmpului magnetic, se aplică câmpul magnetic și se echilibrează balanța cu greutăți. În aceste condiții susceptibilitatea se poate exprima:

unde: m – masa probei analizate;

m = diferența între masa în prezența și absența câmpului;

l = lungimea eprubetei;

H = intensitatea câmpului magnetic.

Pentru a evita influența instalației măsurările se fac în raport cu o substanță standard, pentru care se cunoaște valorea susceptibilității magnetice:

Din raportul:

reiese:

Susceptibilitatea molară se calculează conform formulei:

La care se sumează componenta diamagnetică:

Momentul magnetic efectiv se calculează conform formulei:

II. 3. 3. Analiza conductometrică

Determinările de conductometrie se utilizează în studiul reacțiilor chimice, la formarea unor compuși simpli și coordinativi, la determinarea constantelor de disociere, a produsului de solubilitate a precipitatelor, în controlul purități apelor, la măsurarea concentrației soluțiilor de electroliți etc.

Metodele conductometrice se bazează pe măsurarea conductibilității electrice a soluțiilor de analizat. Ele permit determinarea gradului de disociere și implicit a constantelor de disociere cu ajutorul relației lui Ostwald, referitor la legea diluției.

Conductibilitatea electrică a unui mediu se redă prin valoarea inversă a rezistenței acelui mediu. Dacă rezistenta mediului este R, atunci conductibilitatea va fi dată de relația:

l

W = ― (Ω-1)

R

Rezistența unui conductor poate fi calculată pe baza relației: R = ρ • l /s

unde ρ = rezistivitate, iar l = lungimea și s = secțiunea conductorului.

Mărimea inversă a rezistivității se numește conductivitate sau conductibilitate specifică

σ : σ = l/ ρ.

Tinînd cont de aceste relații, conductibilitatea W va fi: W = σ • s / l

Conductibilitata specifică K a unei soluții este funcție de numărul de ioni (n), sarcină (z) și mobilitatea (u) ale acestora, și se redă prin relația: K = ∑ n•z•u

Conductibilitatea echivalentă, Λ, reprezintă conductibilitatea specifică K raportată la concentrația soluției, în ioni-gram pe unitate de volum Λ= K/C, C este exprimat în echiv.gr./cm-3 ; K în Ω-1 și Λ în Ω-1•cm3•ecchiv -1.

Prin analogie cu ecuația Λc = 1000 • Λ /C, care definește conductibilitatea echivalentă, se poate scrie ecuația pentru conductibilitatea molară: Λм= 1000 • Λ /m, unde m este molaritatea soluției.

Măsurînd conductibilitatea unei sări de o anumită molaritate la 25°C, se poate calcula Λм și apoi se poate determina valoarea lui n, adică numărul de ioni formați de o moleculă de sare.

În funcție de valorile conductivității molare, compușii coordinativi pot fi clasați în electroliți și neelectroliți.

Numărul de ioni din soluție se apreciază în funcție de valorile conductibilității molare astfel:

pentru 2 ioni, Λм ~ 100 (Ω-1•cm2•mol-1)

pentru 3 ioni, Λм ~ 230 (Ω-1•cm2•mol-1)

pentru 4 ioni, Λм ~ 420 (Ω-1•cm2•mol-1)

Aparatele utilizate în determinările de conductibilități electrice se numesc conductomere. Acestea se bazează pe principiul punților conductomerice.

x = rezistența celulei conductometrice;

R = rezistența de compensație;

r1 și r2 = rezistențele de echilibru;

U = tensiunea alternativă de înaltă frecvență;

T = detector de zero.

Celulele conductometrice în care se introduce soluția de cercetat au diferite forme, dar fiecare se caracterizează printr-o mărime numită "constanta celulei", C, dată de raportul l/s.

Calculul conductibilității se face pe baza relațiilor: α0 = α • C

unde: α = conductibilitatea electrică specifică determinată (Ω-1),

C = constanta celulei (cm-1).

Conductibilitatea molară este dată de relația: Λм = α0 • V (Ω-1•cm2•mol-1);

V= volumul molar al substanței.

II. 3. 4. Spectroscopia de absorbție IR

Spectrele de absorbție IR a compușilor complecși studiați au fost obținute cu ajutorul spectrometrului IR Bruker Optik GmbH. Spectrele IR au fost prelucrate cu ajutorul programei OPUS.

II. 3. 5. Spectroscopia RMN

Investigațiile spectroscopice RMN au fost efectuate în Laboratorul de Rezonanță Nucleară și Spectroscopie RMN al Institutului de Chimie AȘM. Spectrele 1H și 13C au fost înregistrate la spectrometru de înalta rezoluție BRUKER AVANCE cu frecvența de 400 MHz. Substanțele au fost dizolvate în soluție de cloroform deuterizat (CDCl3) sau DMSO-d6.

II. 3. 6. Analiza roentgenostructurală

Analiza cu raze X a monocristalelor a fost efectuată în laboratorul „Metode fizice de cercetare a corpului solid T.I. Malinovschi” al Institutului de fizică aplicată al AȘM.

III. REZULTATE ȘI DISCUȚII

Tiosemicarbazonele aldehidelor și cetonelor conțin în compoziția lor un spectru larg de atomi donori și formează cu ionii biometalelor compuși coordinativi diverși după compoziție și structură. Mulți din ei posedă proprietăți specifice, datorită cărora au găsit implimentare în chimia analitică, medicină și veterinărie. Unii din acești compuși complecși, de asemenea, manifestă proprietăți antibacteriene, antifungice, antitumorale etc. Din această cauză sinteza și studierea compușilor noi în baza tiosemicarbazonelor prezintă interes atît teoretic, cît și practic.

Anterior au fost sintetizați și studiați compuși coordinativi ai biometalelor cu
4-alil-S-metilizotiosemicarbazonele aldehidelor salicilice substituite. A fost stabilit, că complecșii dați manifestă activitate anticancer, antimicrobiană, antifungică și proprietăți antioxidative.

Activitatea complecșilor, de obicei, depinde de natura substituenților din tiosemicarbazona implicată în sinteza compușilor complecși. În legătură cu aceasta, scopul lucrării date constă în găsirea condițiilor de sinteză, stabilirea compoziției, structurii și studierea proprietăților fizico-chimice și biologice ale compușilor coordinativi ai Fe, Co, Ni, și Cu cu

4-alil-S-etiltiosemicarbazonele aldehidei salicilice și 3-metoxisalicilice.

Pentru realizarea scopului propus mai întîi a fost sintetizată 4-aliltiosemicarbazida, care în continuare a fost alchilată cu iodură de etil (C2H5I), iar 4-alil-S-etilizotiosemicarbazida obținută a fost în continuare condensată cu aldehida salicilică sau aldehida 3-metoxisalicilică. În rezultatul reacției se obține 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonele aldehidei salicilice (L1) sau
3-metoxisalicilice (L2) iodhidrat, care în urma reacției cu carbonat de sodiu, a fost transformată în tiosemicarbazona liberă.

Puritatea compușilor finali și intermediari a fost confirmată, determinînd punctele de topire și folosind spectroscopia RMN 1H și 13C (anexele 1 și 2).

Folosind tiosemicarbazonele sintetizate în calitate de produși inițiali, în mediu etanolic a fost realizată reacția tiosemicarbazonelor cu clorurile, nitrații și acetații de Fe(III), Ni(II), Co(II) și Cu(II). Substanțele au fost luate în raport molar de 1:1 sau 1:2.

În urma reacției din amestecul reactant au fost separate substanțe de diferite culori pentru care în baza datelor analizei la metal a fost propusă compoziția: Cu(L1-H)X (X=Br-, NO3-); Cu(L1,2-H)Cl; Ni(L1,2-H)2; Co(L1,2-H)2X (X=I-, CH3COO-, NO3-); Co(L2-H)X (X=Br-, Cl-); Fe(L-H1,2)2NO3.

Analiza la metale a fost realizată descompunînd proba compusului cu amestec de HNO3conc și H2SO4conc cu neutralizarea ulterioară a excesului de acizi cu amoniac și titrarea părții alicote cu Trilon B în prezența indicatorului murexid în cazul cuprului, cobaltului și nichelului. Pentru determinarea zincului se folosește indicatorul eriocrom negru T, iar în cazul fierului se folosește acidul sulfosalicilic. Datele obținute sunt indicate în tabelul 1.

Cercetarea magnetochimică a compușilor coordinativi sintetizați a demonstrat, că complecșii de cupru au momentele magnetice efective (μ) apropiate de valorile pur spinice caracteristice pentru un electron necuplat. Aceste date experimentale vorbesc despre aceea că complecșii sintetizați au structură monomerică. Complecșii cobaltului sunt diamagnetici, respectiv posedă structură octaedrică. Atomul central în componența lor se află în stare de oxidare +3. Pe parcursul sintezei a avut loc oxidarea Co2+ cu oxigenul din aer. Complexul Ni(L1.2-H)2 este paramagnetic și după valoarea momentului magnetic efectiv atomul central se află în stare de oxidare +2 în înconjurare octaedrică a liganzilor. Complexul Fe(L1,2-H)2NO3, de asemenea este paramagnetic, conține atom central în stare de oxidare +3 și are spin înalt (5 electroni necuplați).

Cercetarea comparativă a spectrelor IR a liganzilor și a compușilor coordinativi sintetizați a arătat că tiosemicarbazonele studiate în compoziția complecșilor se comportă ca liganzi tridentați unindu-se cu ionul central prin intermediul atomilor de O fenolic, N azometinic și N tiocarbaminic formînd două metalocicluri din cinci și șase atomi. În favoarea acestui fapt vorbește dispariția în spectrele IR ale substanțelor sintetizate a benzilor de absorbție ν(OH), care în izotiosemicarbazonele inițiale se observă la ν=3306-3380 cm-1 , deplasarea chimică în domeniul de frecvențe mai jos a benzii ν(C=N) și ν(NH) cu 30-70 cm-1 , înafară de aceasta în domeniul 550-405 cm-1 în spectrul complecșilor se observă o serie de noi benzi de absorbție care conform datelor din literatură se detectează ca ν(Me-O) și ν(Me-N). Deplasările chimice ale liganzilor și complecșilor sintetizași sunt prezentate în tabelul 2.

Pentru compușii complecși sintetizați au fost obținute monocristale ce au fost studiate cu ajutorul analizei cu raze X.

În urma recristalizării compusului complex a nitratului de cupru cu 4-alil-S-etilizotiosemicarbazona aldehidei salicilice din mediu etanolic au fost obținute monocristale de culoare verde, structura cărora a fost determinată cu ajutorul analizei cu raze X (figura 6). Structura complexului reprezintă o piramidă tetragonală, baza căreia o alcătuiesc atomii donori de O fenolic deprotonat, N azoiminic, N carbaminic și atomul de oxigen din molecula de H2O. Vîrful piramidei îl ocupă atomul de O din compenența ionului nitrat, care în complexul dat se comportă ca un ligand monodentat. Tiosemicarbazona în complexul investigat se comportă ca un ligand O,N,N tridentat monodeprotonat, formînd metalocicluri din 5 și 6 atomi.

Tabelul 1. Proprietățile fizico-chimice ale compușilor sintetizați

Tabelul 2. Rezultatele investigației cu ajutorul spectroscopiei IR a liganzilor și a compușilor complecși sintetizați

Figura 6. Structura compusului complex Cu(L1-H)NO3

Structura compușilor complecși Fe(L1 -H)2]NO3 și Ni(L1-H)2 a fost determinată cu ajutorul analizei cu raze X și ambii compuși au structură octaedrică. Monocristalele au fost obținute în rezultatul recristalizării substanțelor din etanol, obținîndu-se monocristale de culoare neagră pentru compusul [Fe(L1 -H)2]NO3 și monocristale de culoare roșie în cazul compusului Ni(L1-H)2. Numărul de coordinare a fierului și nichelului în componența complecșilor este șase. Ligandul monodeprotonat coordinează la atomul central prin atomii donori de O fenolic, N azoiminic și N carbaminic. Tiosemicarbazona în complexul investigat se comportă ca un ligand tridentat monodeprotonat, formînd metalocicluri din 5 și 6 atomi.

Figura 8. Structura compusului complex Ni(L1-H)2

Pentru substanța [Co(L2-H)2]2[CoCl4] s-a stabilit cu ajutorul analizei cu raze X faptul că în compoziția sa intră complexul cation-anion. Cationul reprezintă Co3+ cu 2 liganzi monodeprotonați cu structură octaedrică. Anionul reprezintă o structură tetraedrică ce formează patru legături cu ionii de Cl-. În structura anionului cobaltul are grad de oxidare +2.

Figura 9. Structura compusului complex [Co(L2-H)2]2[CoCl4]

În baza datelor experimentale obținute și a datelor din literatură pentru compuși cu liganzi asemănători, se poate de presupus următoarele scheme de repartizare a legăturilor chimice:

În legătură cu aceea că compușii coordinativi ai biometalelor cu 4-alil-S-metilizotiosemicarbazonele diferitor aldehide și cetone manifestă spectru larg de activitate biologică a prezentat interes de cercetat proprietățile biologice și microbiene ale compușilor sintetizați. Proprietățile antimicrobiene ale compușilor sintetizați au fost studiate în mediu nutritiv lichid (bulion pieptonat de carne de 2 %, pH=7) prin metoda diluțiilor succesive la catedra de Microbiologie a Universității de Medicină și Farmacie N. Testemițeanu.

În calitate de cultură de referință în experimentul in vitro au fost folosite tulpinile standard de Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Klebsiella pneumonae și Candida albicans. Dizolvarea substanțelor studiate în dimetilformamidă, cultivarea microorganismelor, obținerea suspensiei și determinarea concentrației minime de inhibare (CMI) și a concentrație minimă bactericidă (CMB) au fost efectuate după metoda standard descrisă în literatură. Rezultatele studiului acțiunii antimicrobiene ale compușilor studiați sunt prezentate în tabelul 3, din care se vede că compușii sintetizați manifestă activitate antimicrobiană față de tot spectrul de tulpini în limitele concentrației 0,03-0,5 mg/ml. Trebuie de menționat că înlocuirea radicalului S-metil cu S-etil duce la mărirea activității biologice aproape de două ori față de microorganismele studiate. Cum se poate vedea din tabelul 3 asupra activității compușilor complecși influențează natura atomului central și pentru complecșii cu compoziția asemănătoare CMI și CMB se micșorează conform următorului șir Fe≈Ni<Cu<Co.

Introducerea în fragmentul salicilidenic a radicalului metoxi în poziția trei duce la creșterea activității antimicrobiene. Trebuie de menționat apropierea valorii CMI și CMB. Aceste date experimentale vorbesc despre caracterul bactericid al activității antimicrobiene și antifungice ale compușilor sintetizați.

Trebuie de specificat că după activitatea antifungică și antimicrobiană complexul

Fe(L2-H)2NO3 se apropie de activitatea compușilor nitrofuranici utilizați în medicină și veterinărie pentru tratarea diferitor infecții. Aceste date indică faptul că compușii sintetizați și investigați prezintă interes practic din punct de vedere al extinderii arsenalului de remedii antimicrobiene și antifungice și pot fi utilizate în cazul rezistenței microorganismelor și fungiilor față de medicamentele tradiționale.

Tabelul 3. Concentrația minimă de inhibare (DMI) și concentrația bactericidă minimală (CBM) a compușilor coordinativi sintetizați față de microorganismele gram-pozitive și gram-negative (mg/ml)

Concluzii

Au fost sintetizate 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonele aldehidei salicilice (L1) și 3-metoxisalicilice (L2). Structura liganzilor a fost confirmată de spectrele RMN 1H și RMN 13C;

Au fost găsite condiții optime de sinteză pentru 16 compuși complecși ai Co(III), Ni(II), Fe(III) și Cu(II), pentru care în baza analizei la metal au fost stabilite compozițiile: Cu(L1,2-H)X (X=Cl-, Br-, NO3-); Ni(L1,2-H)2; Ni(L2-H)CH3COO; Co(L1,2-H)2X (X=I-, NO3-); Fe(L1,2-H)2NO3,

unde: L1= 4-alil-S-etilizotiosemicarbazona aldehidei salicilice,

L2= 4-alil-S-etiltizotioosemicarbazona aldehidei 3-metoxisalicilice

Cercetarea magnetochimică a compușilor complecși sintetizați a arătat, că compușii complecși ai Cu(II) au structură monomerică, iar pentru compușii de cobalt, în procesul sintezei, are loc oxidarea ionului central pînă la Co(III);

Analiza cu raze X a stabilit că complexul Cu(L1-H)NO3 are structură tetraedrică, numărul de coordinare a cuprului fiind 5. Compușii complecși Fe(L1-H)2NO3 și

Ni(L1-H)2 au structură octaedrică cu numărul de coordinare egal cu 6 al atomului central. Tiosemicarbazonele în complexele investigate se comportă ca liganzi O,N,N tridentat monodeprotonați, formînd metalocicluri din 5 și 6 atomi.

Compușii sintetizați manifestă activitate antimicrobiană față de tot spectrul de tulpini (Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Klebsiella pneumonae și Candida albicans) în limitele concentrației 0,03-0,5 mg/ml. S-a stabilit că asupra activității compușilor complecși influențează natura atomului central și pentru complecșii cu compoziția asemănătoare CMI și CMB se micșorează conform următorului șir Fe≈Ni<Cu<Co.

Bibliografie

1. BARBĂ, N. A.; DRAGALINA, G. A. Condensarea compușilor carbonilici(material didactic). Chișinău: USM, 1984. p. 48-49.

2. NENIȚESCU, C. D. Chimie organică, Vol. I. București: Tehnică,1 960. 792 p.

3. AVRAM, M. Chimie organică, Vol. II. București: Academică, 1983. 278 p.

4. NENIȚESCU, C. D. Tratat elementar de chimie organică, Vol. II, Ediția a 4-a. București, 1958. p. 1027.

5. SECARĂ, Elena; CORJA, Ion. Sinteza unor tiosemicarbazide,tiosemicarbazone. In: Analele științifice ale USM, Lucrări studențești. Chișinău, 2010, p. 64.

6. KOKSHAROVA, T. V.; KURANDO, S. V.; STOYANOVA, I. V. Coordination Compounds of 3d-Metals Salicylates with Thiosemicarbazide. In: Russian Journal of Chemistry [online], Vol. 82, N. 9, 2012. p. 1481-1484. [citat pe 22 octombrie 2014]. Disponibil pe Internet: http://link.springer.com/article/10.1134/S1070363212090046#page-1

7. AXMEДЛИ, M. К., ЖИPOBA, Л. Ф. Изyчeниe кoмплeкcныx coeдинeний coлeй никeля c тиoceмикаpбазидoм. B: Жypнал нeopганичecкoй xимии, 1960, т. 5, № 12, c. 2742-2748.

8. ROMANENKO, G. V.; SAVALIEVA, Z. A. ;LARIONOV, S. V. Crystal Structure of the Zinc (II) Nitrate Complex with Thiosemicarbazide. In: Journal of Structural Chemistry [online], Vol. 40, N.3, 1999. p. 488-489. [citat pe 22 octombrie 2014]. Disponibil pe Internet:

http://link.springer.com/article/10.1007/BF02700650#page-1

9. MAZHAR-ul-Haque; HUSSAIN, M. Sakhawat. Cobalt(III) and Chromium(III) complexes of thiosemicarbazide:the crystal structure of A-cis-tris(thiosemicarbazide) cobalt (III) chloride trihydrate. In: Transition Metal Chemistry [online], Vol. 19, 1994, p. 95. [citat pe 28 octombrie 2014]. Disponibil pe Internet: http://link.springer.com/article/10.1007/BF00166278#page-1

10. AБЛOB, A. B.; ГЭPБЭЛЭУ, H. B. Meталичecкиe пpoизвoдныe тиoceмикаpбазoнoв. Жypнал нeopганичecкoй xимии, 1964, т. 9, № 9, c. 1357 – 1360.

11. CAMУCЬ, H. M.; AБЛOB, A. B. Кoмплeкcныe coeдинeния тpexвалeнтoгo кoбальта c тиoceмикаpбазидoм, Жypнал нeopганичecкoй xимии, 1960, т. 6. № 9, c. 2038 – 2042.

12. AБЛOB,A. B.; ГЭPБЭЛЭУ,H. B.; POMAHOB, A. M. Coeдинeния никeля c ceлeнoceмикаpбазидoм. Жypнал нeopганичecкoй xимии, 1969, т. 14, № 2, c. 981 – 984.

13. CALATAYUD, David Gonzales, Structural characterisation of coordination compunds with thiosemicarbazone-containing asymmetric ligands, Teză de doctor, Madrid, 2010, 216p.

14. CASAS, J. S., GARCIA-TASENDE, M. S., SORDO, J. Main group metal complexes of semicarbazones and thiosemicarbazones. A structural review. IN: Coordination Chemistry Reviews , 2000, p. 197-261.

15.ROȘU, T., NEGOIU, D., GULEA, A., Complexes of some 3d metal ions with tiosemicarbazones. In: Analele științifice ale USM, Seria”Științe chimico-biologice”, 2006, p. 439-443.

16. JENSEN, K.A., RANCKE-MADSEN, E.V. Einige complex-verbindungen der thiosemicarbazide. Z. Anorgan. Allgem. Chem, 1934, vol. 219, nr. 3, p.243-255.

17. AБЛOB,A. B.; ГЭPБЭЛЭУ,H. B.; POMAHOB, A. M., Кoмплeкcныe coeдинeния никeля и цинка c ceлeнoceмикаpбазoнами. // Ж. нeopган. xимии. 1971. т. 16. № 5. c. 1357-1400.

18. JORA, Elena, Noi combinații coordinative ale Pd(II) cu S-metiltiosemicarbazonele aldehidei salicilice substituite, În: Analele științifice ale USMF, N.2, Chișinău, 2012, p. 262-266.

19. KOVALA-DEMERTZI, D., YADAV, P. N ., et al, Pioneers on the use of thiosemicarbazones as ligands in the Pd-catalyzed coupling reactions in air, In: Tetrahedron lett., N.45, 2004, 2923 p.

20. AБЛOB,A. B.; ГЭPБЭЛЭУ,H. B. Пpoизвoдныe тиoceмикаpбазoна cалицилoвoгo альдeгида c никeлeм, мeдью и цинкoм. // Ж. нeopган, xимии. 1965. т.10. № 5. c.1155-1158.

21. PRISAKAR, V.I., TSAPKOV, V. I., BARACHEEVA, S. A., Synthesis and antimicrobial activity of coordination compounds of copper with substituted salicylaldehyde thiosemicarbazones. In: Pharmaceutical chemistry journal, Vol. 39, N. 6, 2005, p. 313-315.

22. GULEA, A., BEJENARI, N., POIRIER, D., CIUMAKOV, Y., Roy J., et al, Sinteza, structura și proprietățile anticancer ale complecșilor sulfatului de cupru cu tiosemicarbazonele și 4-feniltiosemicarbazonele aldehidelor salicilice substituite // XXIX-th Romanian Chemistry Conference. Călimănești-Căciulata, Vâlcea. Romania, 4-6 October 2006. Book of abstracts.

23. SORIANO-GARCIA, M., TOSCANO, R., VALDEZ-MARTINEZ J., Structure of ammine [salicylaldehyde 4-phenylthiosemicarbazonato(2-)]nickel(II), [Ni(C14H11N3OS) (NH3)]. In: Acta Crystallographica, C41(4), 498-500, 1985.

24. GYEPES, E., PAVELCIK, F., BENO, A., Crystal and molecular structure of the nickel(II) chelate of salicylidenethiosemicarbazone ammine-C8H7N3OSNi . NH3. In: Collection of Czechoslovak Chemical Communications 46(4), (1981), 975-81.

25. LEOVAC, V.M., GERBELEU, N.V., REVENCO, M. D., Neorganical Chemistry 28, 1978, 1272 p. ;

26. GERBELEU, N.V., LEOVAC, V.M., Koordinatsionaya Khimiya, N 6, 1980, 446 p.;

27. LEOVAC, V.M., PETROVIC, D.M., GERBELEU, N.V., Synthesis and Physicochemical Investigation of Nickel (II) Complexes with Salicylaldehyde S- Methylthiosemicarbazone. In: Z. anorg. allg. Chem. 512 (1984), p. 211-220;

28. PETROVIC, A.F., RIBAR, B., Synthesis, structure and spectra of ammonium (salicylaldehydes S-methyltiosemicarbazonato)dioxovanadate (V) monohydrate. In: Journal of Coordination Chemistry, Vol. 11, 1982, p. 239-245;

29. УЛAXOBИЧ, H. A.; Кoмплeкcы мeталлoв в жывыx opганизмаx. B: Copocoвcкий oбpазoватeльный жypнал, N. 8, 1994, cтp 28.

30. REVENCO, Mihai. Activizarea reactivilor organici prin coordinare. In: Akademos [online], N. 2(29), iunie, 2013, p. 107-109. [citat pe28 octombrie 2014]. Disponibil pe Internet: http://www.akademos.asm.md/files/Activizarea%20reactivilor%20organici%20prin%20coordinare.pdf

31. COCU, M.; GRĂDINARU, I.; REVENCO, M.et. all. Design and synthesis of coordination compounds with tetradentate ligands derived from alkylated thiosemicarbazide. In: Chemistry Journal of Moldova. General, Industrial and Ecological Chemistry [online]. N. 3(2), 2008. P. 38-49. [citat pe 29 septembrie 2014]. Disponibil pe Internet: http://www.cjm.asm.md/sites/default/files/article_files/Cocu.pdf

32. GULEA, A.; LOZAN-TIRSU, Carolina; ȚAPCOV, V. Antimicrobial effect of copper coordination compounds containing sulphanilamides and 4-phenylthiosemicarbazone pyridine-2-carboxyaldehyde. 1er Colloque Franco-Roumain de Chimie Medicinale. 07-08 octobre 2010, Univ. Alexandru Ioan Cuza, Iasi, Roumanie. p.48.

Anexa 1. Spectrul RMN 1H 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonei aldehidei salicilice

Anexa 2. Spectrul RMN 13C 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonei aldehidei salicilice

Anexa 3. Spectrul RMN 1H 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonei aldehidei 3-metoxisalicilice

Anexa 4. Spectrul RMN 13C 4-alil-S-etilizotiosemicarbazonei aldehidei 3-metoxisalicilice

Anexa 5. Spectrele IR a compușilor complecși sintetizați

Figura 10. Spectru IR pentru substanța L1•HI

Figura 11. Spectru IR pentru substanța L1

Figura 12. Spectru IR pentru substanța Co(L1-H)2NO3

Figura 13. Spectru IR pentru substanța Cu(L1-H)Cl

Figura 14. Spectru IR pentru substanța Cu(L1-H)Br

Figura 15. Spectru IR pentru substanța Cu(L1-H)NO3

Figura 16. Spectru IR pentru substanța Ni(L1-H)2

Figura 17. Spectru IR pentru substanța Fe(L1-H)2NO3

Figura 18. Spectru IR pentru substanța L2•HI

Figura 19. Spectru IR pentru substanța L2

Figura 20. Spectru IR pentru substanța Co(L2-H)2NO3

Figura 21. Spectru IR pentru substanța Ni(L2-H)2

Figura 22. Spectru IR pentru substanța Ni(L2-H)CH3COO

Figura 23. Spectru IR pentru substanța Fe(L2-H)2NO3

Figura 24. Spectru IR pentru substanța Co(L2-H)2I

Figura 25. Spectru IR pentru substanța Cu(L2-H)Cl

Figura 26. Spectru IR pentru substanța Co(L2-H)2CH3COO

Figura 27. Spectru IR pentru substanța Co(L2-H)2Cl

Figura 28. Spectru IR pentru substanța Co(L2-H)2Br