Цинковый комплекс ассиметричной этилендиамин-n, n-дипропионовой кислоты дихлорид и способ его получения

Цинковый комплекс ассиметричной этилендиамин-n, n-дипропионовой кислоты дихлорид и способ его получения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к химии комплексов металлов с алкилендиаминополикарбоновыми кислотами, так называемых комплексонатов и, непосредственно, касается получения цинкового комплекса асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты дихлорида, который может быть использован в медицине, химии и других областях, а также в качестве исходного соединения для синтеза полидентатных лигандов.

Известен ряд цинковых комплексонатов карбоксилсодержащих и фосфорсодержащих комплексонов, применяемых в качестве источников цинка в хелатной форме, в частности цинковые комплексы этилендиамин-N,N,N',N'-тетрауксусной и диэтилентриамин-N,N,N',N",N"-пентауксусной кислот, а также оксиэтилидендифосфоновой кислоты (Сергиенко B.C., Александров Г.Г., Афонин Е.Г.// Корд. хим., 1997, Т.25, №2, С.133; Сергиенко B.C., Афонин Е.Г., Александров Г.Г.// ЖНХ, 1998, Т.43, С.1002; RU 2391348, C07C 227/04, 09.12.2008).

При изучении достигнутого уровня техники выявлено описание биядерного никелевого комплекса асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты формулы C₁₆H₃₆N₄Ni₂O₁₂ (M. Badea, R. Olar, D. Marinescu//Inorganic Chemistry Communications, 2009, vol. 12, P. 555-557).

Согласно приведенному информационному источнику указанное соединение получают в две стадии. На первом этапе взаимодействием водного раствора основного углекислого никеля (NiСО₃·2Ni(ОН)₂) с акриловой кислотой получают акрилат никеля, затем к образовавшемуся акрилату никеля добавляют этилендиамин в количестве, соответствующем мольному соотношению этилендиамина к акриловой кислоте, равному 1:4. Реакционную массу выдерживают на воздухе при комнатной температуре в течение двух недель, затем добавляют диметилсульфоксид и дополнительно выдерживают еще в течение двух недель, выпавший кристалл вышеуказанного биядерного никелевого комплекса асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты охарактеризован данными рентгеноструктурного и элементного анализа, ИК-спектроскопии, спектров диффузного отражения.

Описан скрининг ^99mТе комплексных соединений с целью выявления радиофармпрепарата, пригодного для визуализации злокачественных поражений тканей и органов. В числе прочих исследованных комплексонатов имеется упоминание о ^99mТе комплексе асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты - указывается на отсутствие у данного комплексоната свойств радиофармпрепарата (Y. Karube, Т. Maeda, Т. Imoto, М. Ohya// Chemical & Pharmaceutical Bulletin, 1982, vol. 30, №7, P. 2529-2533).

Другие комплексы асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты не известны. Сведения, касающиеся описания цинкового комплекса асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты дихлорида, в литературе отсутствуют.

Для расширения источников цинка в хелатной форме, применяемых в различных областях науки, медицины, фармацевтики, сельского хозяйства и других, предлагается новое соединение - цинковый комплекс асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты дихлорид, имеющий формулу:

и способ его получения.

Предлагаемый способ получения нового соединения - цинкового комплекса асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты дихлорида осуществляют добавлением при перемешивании к водному раствору хлористого цинка эквимолярного по отношению к хлористому цинку количества этилендиамина, после чего реакционную массу охлаждают до температуры 40-45°С, разбавляют водой в объеме, равном объему добавляемой акриловой кислоты, затем добавляют акриловую кислоту в 6-10%-ном избытке от стехиометрического количества по отношению к этилендиамину, нагревают реакционную массу до температуры 55-60°С и выдерживают при перемешивании при этой температуре до выделения целевого продукта. Реакционную массу после охлаждения до температуры 40-45°С разбавляют водой в объеме, равном объему добавляемой акриловой кислоты. Целевой продукт выделяют фильтрацией и промывают на фильтре дистиллированной водой, затем метанолом и сушат.

Основными признаками способа получения рассматриваемого соединения являются: определенная последовательность стадий процесса, мольные соотношения исходных веществ, температурные условия проведения синтеза на разных стадиях процесса.

Предлагаемый способ содержит несколько этапов. Сначала к водному раствору хлористого цинка добавляют при перемешивании эквимолярное количество этилендиамина (при мольном соотношении 1:1). При этом температура реакционной смеси самопроизвольно поднимается до 85-90°С в результате экзотермической реакции комплексообразования хлорида цинка (ZnCl₂) с этилендиамином. На первой стадии процесса получают цинковый комплекс этилендиамина, в котором Zn(II) координирован двумя атомами азота двух аминогрупп этилендиамина и имеет состав C₂H₈N₂Cl₂Zn:

По окончании подъема температуры реакционную массу охлаждают до температуры 40-45°С во избежание полимеризации при более высокой температуре вводимой в реакцию акриловой кислоты.

До введения акриловой кислоты в полученный концентрированный раствор Zn(II) комплекса этилендиамина реакционную массу разбавляют водой. В случае выделения целевого продукта фильтрацией разбавляют, предпочтительно, объемом воды, равным объему добавляемой акриловой кислоты. В противном случае (без разбавления водой) реакционная масса загустевает, что значительно затрудняет выделение образующегося в ходе синтеза целевого продукта.

Акриловую кислоту добавляют в 6-10%-ом избытке от стехиометрического количества по отношению к этилендиамину, что компенсирует возможную ее полимеризацию, при этом выход целевого продукта составляет 58%. Выход целевого продукта уменьшается и составляет 52% при выполнении всех остальных условий осуществления процесса, но при использовании стехиометрических количеств этилендиамина и акриловой кислоты.

Взаимодействие цинкового комплекса этилендиамина с акриловой кислотой осуществляют в экспериментально установленных температурных режимах, обеспечивающих максимальный выход конечного продукта, а именно при температуре 55-60°С. Целевой продукт может быть выделен известными методами, но предпочтительно наиболее технологичными для данного способа - методом фильтрации. Для повышения степени чистоты выделенный продукт промывают на фильтре дистиллированной водой, метанолом и сушат.

Образование нового вещества - цинкового комплекса асимметричной этилендиамин-НЧМ-дипропионовой кислоты дихлорида подтверждено результатами рентгеноструктурного и элементного анализа, данными масс-спектрометрии, ИК- и ¹Н-, ¹³С ЯМР-спектроскопии. В масс-спектре (рис.1) наблюдается пик, принадлежащий молекулярному иону 204,961, что соответствует молекулярной массе этилендиаминдипропионовой кислоты. Результаты рентгеноструктурного анализа и данные ¹³С-ЯМР спектроскопии достоверно подтверждают получение предлагаемым способом цинкового комплекса асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты. Присутствие в ¹³С-ЯМР спектре исследуемого соединения (рис.2) пяти сигналов от пяти неэквивалентных атомов углерода указывает на асимметричный характер структуры молекулы, что соответствует структуре этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты (ас. ЭДДП). Следует отметить, что если бы молекула имела симметричную структуру, характерную для этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты (сим. ЭДДП), то количество неэквивалентных атомов углерода равнялось четырем и в ¹³С-ЯМР спектре сим. ЭДДП наблюдалось бы четыре сигнала. Неоспоримым доказательством получения цинкового комплекса асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты дихлорида стали результаты рентгеноструктурного анализа выращенного монокристалла полученного описываемым способом соединения.

Данные Н-ЯМР спектра (рис.3), а именно наличие сигнала протонов метиленовой группы этилендиаминного фрагмента в виде синглета, демонстрируют присутствие плоскости симметрии в структуре лиганда, входящего в состав комплекса. В ИК-спектре комплекса (рис. 4) присутствуют полосы поглощения, соответствующие ионизированной карбоксильной группе (1607 см^-1) и аминогруппе (3151 см^-1).

Полученное соединение имеет т.пл. 218°С (с разложением). На основании данных элементного анализа и комплексонометрического титрования найдено, %: С 28.30, 27,63; Н 4.53, 4,76; N 8.21, 8,08; Zn 18.95, 19.08; Cl 20.96, 21.10. C₈H₁₆N₂O₄Cl₂Zn. Вычислено, %: С 28.22; Н 4.74; N 8.23; 0 18.79; Zn 19.20; C1 20.82. Изобретение иллюстрируется приведенными ниже примерами и рисунками.

Пример 1

45,0 г (0,33 моль) хлористого цинка растворяют при перемешивании при комнатной температуре в 22 см³ воды и к полученному раствору прибавляют 19,8 г (22,2 см³) (0,33 моль) этилендиамина. При этом температура реакционной массы поднимается до 85-90°С за счет экзотермической реакции. По окончании подъема температуры полученную суспензию при перемешивании охлаждают до температуры 40°С, разбавляют водой в объеме 48 см³, добавляют 50,4 г (48,0 см³) (0,70 моль) акриловой кислоты, что соответствует 6%-ому избытку по отношению к этилендиамину. Полученную реакционную массу в виде раствора нагревают до температуры 60°С и выдерживают при этой температуре в течение 2,0 ч. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают на фильтре дистиллированной водой и метанолом, сушат. Получают 65,0 г цинкового комплекса асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты дихлорида с выходом 57%, т.пл. 218°С (с разложением). Найдено, %: С 28.30, 27,63; Н 4.53, 4,76; N 8.21, 8,08; Zn 18.95, 19.08; C120.96, 21.10. C₈H₁₆N₂O₄Cl₂Zn. Вычислено, %: С 28.22; Н 4.74; N 8.23; 0 18.79; Zn 19.20; Cl 20.82.

Пример 2

45,0 г (0,33 моль) хлористого цинка растворяют при перемешивании при комнатной температуре в 22 см³ воды и к полученному раствору прибавляют 19,8 г (22,2 см³) (0,33 моль) этилендиамина. При этом температура реакционной массы за счет экзотермической реакции поднимается до 85-90°С. По окончании подъема температуры полученную суспензию при перемешивании охлаждают до температуры 45°С, разбавляют водой в объеме 50 см³ и добавляют 52,3 г (49,8 см³) (0,73 моль) акриловой кислоты, что соответствует 10%-ому избытку по отношению к этилендиамину.

Полученную реакционную массу в виде раствора нагревают до температуры 60°С и выдерживают при этой температуре в течение 2,0 ч. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают на фильтре дистиллированной водой и метанолом, сушат. Получают 65,0 г цинкового комплекса асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты дихлорида с выходом 58%, т.пл. 218°С (с разложением).

Пример 3

45,0 г (0,33 моль) хлористого цинка растворяют при перемешивании при комнатной температуре в 22 см³ воды и к полученному раствору прибавляют 19,8 г (22,2 см³) (0,33 моль) этилендиамина и при этом реакционная масса разогревается до температуры 85-90°С.

По окончании подъема температуры полученную суспензию при перемешивании охлаждают до температуры 45°С, разбавляют водой в объеме 45 см³, добавляют 47,5 г (45,2 см³) (0,66 моль) акриловой кислоты, что соответствует эквимолярному количеству по отношению к этилендиамину. Полученный реакционный раствор нагревают до температуры 55°С и выдерживают при этой температуре в течение 2,5 ч. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают на фильтре дистиллированной водой и метанолом, сушат. Получают 59,4 г цинкового комплекса асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты дихлорида с выходом 52%, т.пл. 218°С (с разложением).

Цинковый комплекс асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты дихлорид, получаемый предлагаемым способом, может быть применен для решения проблем, связанных с необходимостью введения цинка в хелатной форме взамен его минеральных солей, а также служить исходным продуктом для синтеза других химических соединений, в частности полидентатных лигандов.

Цинковый комплекс асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты дихлорид, получаемый предлагаемым способом, может быть применен для решения проблем, связанных с необходимостью введения Zn²⁺ в хелатной форме взамен его минеральных солей, а также служить исходным продуктом для синтеза других химических соединений ряда полидентатных лигандов, в частности асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты.

Результаты предварительного изучения биологической активности цинкового комплекса асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты дихлорида в оральном глюкозотолерантном тесте (ОГТТ) на крысах Wister в Научно-образовательном центре прикладных химических и биологических исследований при Пермском национальном политехническом университете показали проявление комплексом гипогликемического действия.

1. Цинковый комплекс асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты дихлорид формулы .

2. Способ получения цинкового комплекса асимметричной этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты дихлорида, заключающийся в том, что к водному раствору хлористого цинка при перемешивании добавляют эквимолярное по отношению к хлористому цинку количество этилендиамина, после чего реакционную массу охлаждают до температуры 40-45°С, разбавляют водой, а затем добавляют акриловую кислоту в 6-10%-ом избытке от стехиометрического по отношению к этилендиамину, нагревают реакционную массу до температуры 55-60°С и выдерживают при перемешивании при этой температуре до выпадения осадка целевого продукта.

3. Способ по п.2, заключающийся в том, что реакционную массу после охлаждения до температуры 40-45°С разбавляют водой в объеме, равном объему добавляемой акриловой кислоты.

4. Способ по п.2, заключающийся в том, что целевой продукт выделяют фильтрацией, осадок на фильтре промывают дистиллированной водой, затем метанолом.