Аннотация результатов, полученных в 2022 году
По результатам работ и согласно плану на 2022 год опубликованы две статьи в рецензируемых научных журналах, представлены два доклада (устный и стендовый) на двух профильных научных конференциях: 1) TERACHEM 2022: The Fourth International Symposium on Technetium and Other Radiometals in Chemistry and Medicine, September 14-17, 2022, Bressanone, Italy. Устный доклад (Poster Communications) "Comparison of two cyclen-based phosphonates for development of bone-seeking lutetium-177 radiopharmaceuticals". 2) X Российская конференция с международным участием «Радиохимия-2022», 26-30 сентября 2022 г., г. Санкт-Петербург. Стендовый доклад. С целью изучения влияния увеличения числа полиэфирных звеньев на физико-химические и биологические свойства полиэфирных фосфоновых кислот алкилированием диэтил(2-гидрокси-5-метоксифенил)фосфоната дитозилатами тетра-, пента- и гексаэтиленгликолей в диоксане при 80 °С - 100 °С в двухфазных системах NaOHтв./диоксан или Cs2CO3тв./диоксан были синтезированы лиганды нейтрального типа – 1,11-бис(2-диэтоксифосфорил-4-метоксифенокси)-3,6,9-триоксаундекан (1), 1,14-бис(2-диэтоксифосфорил-4-метоксифенокси)-3,6,9,12-тетраокса-тетрадекан (2) и 1,17-бис(2-диэтоксифосфорил-4-метоксифенокси)-3,6,9,12,15-пентаоксагептадекан (3). Производные двухосновных дифосфоновых кислот 1,11-бис(2-оксиэтоксифосфорил-4-метоксифенокси)-3,6,9-триоксаундекана (4), 1,14-бис(2-оксиэтоксифосфорил-4-метоксифенокси)-3,6,9,12-тетраокса-тетрадекан (5) и 1,17-бис(2-оксиэтоксифосфорил-4-метоксифенокси)-3,6,9,12,15-пентаоксагептадекан (6) синтезированы частичным щелочным гидролизом соединений 1-3 в водно-спиртовой среде при температуре 80-100 ºС. Аналитические образцы этих соединений были получены путем очистки на катионите Ку-2. Тетрафосфоновые кислоты 1,11-бис(2-диоксифосфорил-4-метоксифенокси)-3,6,9-триоксаундекан (7), 1,14-бис(2-диоксифосфорил-4-метоксифенокси)-3,6,9,12-тетра-оксатетрадекан (8) и 1,17-бис(2-оксиэтоксифосфорил-4-метоксифенокси)-3,6,9,12,15-пентаоксагептадекан (9) синтезированы путем гидролиза водой или водным спиртом соответствующих триметилсилиловых эфиров при комнатной температуре. Последние были получены «in situ» из фосфонатов 1-3 действием триметилбромсилана, который генерировался в растворе ацетонитрила из бромистого натрия и триметилхлорсилана. Структуры полученных соединений подтверждены данными элементного анализа и ЯМР 1Н и 31Р спектров. Представлены схема синтеза и описания методик получения соединений 1-9. Для изучения возможностей использования фосфоновых кислот в качестве лигандов для радиофармацевтических препаратов по ранее разработанным нами методикам были наработаны опытные образцы аминодифосфоновых кислот 12-14 (1,7-диамино-4-оксагептан-1,1,7,7-тетрафосфоновая кислота (12), 1,7-диамино-4-гидроксикарбонилгептан-1,1,7,7-тетрафосфоновая кислота (13), 2,5-диамино-5,5-дифосфоновалериановая кислота (14)) – аналогов этилендиаминтетраметиленфосфоновой кислоты (10) и оксабифора (11), входящих в состав известных препаратов «Quadramet» и «Самарий, 153Sm оксабифор» – и цикленсодержащих фосфоновых кислот 15 (1,4,7,10-тетраазациклододекан-1,4,7,10-тетракис(метиленфосфоновая кислота)) и 16 (1,4,7,10-тетраазациклододекан-1-(2-пиридилметилен)-4,7,10-трис(метиленфосфоновая кислота). Для кислоты 14 с комбинацией в одной молекуле аминокарбонового и дифосфонового фрагментов с помощью программы CHEMEQUI впервые определены константы протонирования. Обнаружено, что данная кислота склонна к самоассоциированию с образованием димерных форм, которые были зафиксированы как водных растворах при проведении потенциометрических титрований, так и в газовой фазе при проведении MALDI масс-спектрометрии. Согласно диаграмме распределения протонированных форм при физиологическом значении pH 7.4 кислота представлена в основном анионами H7L2-, H4L- и H3L2-. Методом потенциометрического титрования получены значения констант ионизации соединений 4-9 в воде с 5 % добавкой ДМФА (µ = 0.1, KCl), построены диаграммы распределения ионных форм этих соединений в зависимости от рН. В этих же условиях для соединений 4-9 были определены значения констант устойчивости комплексов с катионом Cu2+ состава 1 : 1 (M : L). Получить корректные значения констант устойчивости комплексов соединений 4-9 с катионами Ga3+, Sm3+ и Lu3+ не удалось ввиду мгновенного выпадения образующихся комплексов в виде гелеподобного осадка. При попытке синтезировать, выделить и очистить комплексные соединения меди, галлия, самария и лютеция с лигандами 6-9, удалось выделить в индивидуальном виде только комплекс меди(II) с лигандом 7, которому по результатам элементного анализа был приписан состав [Cu(Н2L7)(H2O)2], соответствующей брутто-формуле С22H34CuO15P2. В случае аналогичных экспериментов с солями галлия, самария и лютеция из растворов выпадали комплексы в виде гелей неустановленного и, по-видимому, переменного состава, в которых даже после тщательной осушки, согласно ИК-спектрам, присутствовали молекулы воды. Более того, результаты биологических исследований показали отсутствие накопление комплекса [Cu(Н2L7)(H2O)2] во внутриклеточном пространстве клеток HeLa, что указывает на малую проницательность этого соединения через клеточную мембрану. Поэтому объектом дальнейших исследований стала 2-оксифенилфосфоновая кислота H3L, хорошо растворимая в воде, что является важным критерием для отбора соединений для применения в качестве лекарственных препаратов. Пространственное расположение координирующих атомов кислорода в кислоте H3L и ее анионе H2L- было установлено на основании квантово-химических расчетов. Поскольку внутримолекулярные водородные связи могут вносить значительный вклад в стабилизацию различных ионных форм соединений и таким образом влиять на проявление биологической активности химических соединений, квантово-химические расчеты использовались для определения возможностей их образования. Комплекс [Cu(H2L)2(Н2О)2] получен в результате взаимодействия водных растворов Н3L с перхлоратом меди. Методом РСА установлена структура комплекса [Cu(H2L)2(Н2О)2], параметры которой депонированы в Кембриджском банке структурных данных (CCDC № 2176476); deposit@ccdc.cam.ac.uk или http://www.ccdc.cam.ac.uk/structures). Согласно данным DFT-расчетов и РСА, в комплексе [Cu(H2L)2(H2O)2] кислота H3L является бидентатным лигандом хелатного типа – в координации с катионом меди(ΙΙ) участвуют атомы кислорода фенольной и монодепротонированной фосфоновой группы. Проведено сравнительное описание ИК-спектров кислоты Н3L и ее комплекса [Cu(H2L)2(H2O)2]. Впервые получены результаты изучения цитотоксических свойств и накопления комплекса [Cu(H2L)2(H2O)2] в клетках HeLa аденокарциномы шейки матки человека, позволяющие сделать вывод о перспективности дальнейших биологических исследований этого класса соединений.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1. В 2023 году по результатам работ опубликовано 3 статьи в рецензируемых ведущих научных журналах. Исполнители проекта сделали 5 устных докладов на четырех профильных научных конференциях (запланировано было участие в одной конференции). 2. Салициловая кислота (H2Sal) является хорошо известным органическим лигандом; она и ее производные используются в различных областях химии, биологии и медицины. 2-Гидроксифенилфосфоновая кислота (H3L) является малоизученным фосфорильным аналогом салициловой кислоты (H2Sal), в котором карбоксильная группа заменена фосфоновым фрагментом. С целью поиска новых биологически активных соединений в ряду 2-гидроксифенилфосфоновых кислот в настоящей работе впервые синтезированы нитро-производные 2a-b и 3a-b (3а - (2-гидрокси-3-нитро-5-этилфенил)фосфоновая кислота, 3b - (2-гидрокси-3-нитро-5-метоксифенил)фосфоновая кислота). В качестве исходных соединений для получении целевых 3-нитрофенилфосфоновых кислот 3a-b использовались диэтил (2-гидрокси-5-этилфенил)фосфонаты (1а-b). Нитрование соединений 1а-b проводили в ацетонитриле с использованием в качестве нитрующего агента 60 %-ной HNO3 в течение 30 минут в температурном интервале 50-60°. Ранее нами было установлено, что «классический» способ получения фосфоновых кислот гидролизом фосфонатов путем кипячения в концентрированной HCl приводит к расщеплению связи Ar-C в 2-гидроксифенилфосфонатах. Поэтому для получения 2-гидрокси-3-нитрофенилфосфоновых кислот 3а и 3b использовался гидролиз ди(триметилсилиловых) эфиров 2-гидрокси-3-нитрофенилфосфоновых кислот водой при комнатной температуре. Ди(триметилсилиловые)эфиры 2-гидрокси-3-нитрофенилфосфоновых кислот получали взаимодействием соответствующих фосфонатов 2а и 2b c триметилбромсиланом и не выделяя подвергали гидролизу. 3. Константы протонирования (2-гидрокси-3-нитро-5-этилфенил)фосфоновой кислоты 3a=H3L определены по данным потенциометрического титрования. Кислота H3L является существенно более сильной по сравнению с (2-гидрокси-5-этилфенил)фосфоновой кислотой H3L1, не содержащей нитро группы: её ступенчатые константы logKi (i = 1,2,3) соответственно ниже на 0.86, 0.75 и 0.94 logK единиц. 4. Для (2-гидрокси-5-этилфенил)фосфоновой кислоты (H3L1) изучено взаимодействие с ионом Fe2+ в воде методом потенциометрии. Обнаружено, что ион Fe2+ с депротонированной кислотой L3- образует в воде простой комплекс FeL-, который в заметных количествах появляется при pH 6.5 и с ростом pH до 10.5 практически полностью превращается в гидроксокомплекс Fe(OH)L2-. При этом максимум связывания 23.8% иона Fe2+ в комплекс FeL- приходится на pH 8.3 при концентрациях реагентов Fe2+ и H3L1 около 0.54 и 0.96 мМ, соответственно. Кислота H3L1 значительно слабее связывает железо(II) в комплекс FeL- (logKFeL = 6.23), чем медь(II) в комплекс CuL- (logKCuL = 8.91), и устойчивость комплекса близка к устойчивости соответствующего комплекса цинка, logKZnL = 6.63. 5. Изучено влияние природы аниона в используемых солях меди на структуру образующихся комплексов H3L1. Установлено, что при смешивании растворов кислоты H3L1 и нейтральных растворов перхлората, нитрата и сульфата меди(II) в мольном соотношении 2:1 образуется комплекс бледно-голубого цвета состава [Cu(H2L1)2(Н2О)2] с выходом 78–85%. При смешении водных растворов кислоты H3L1 и ацетата меди(II), водный раствор которого имеет рН≥7, выпадает осадок желтого цвета с выходом 70–75%, при этом избыток ацетата меди практически не влиял на выход этого соединения. На основании анализа аналитических и спектральных характеристик комплексу, полученному из ацетата меди(II), был приписан состав [Cu(HL1)(Н2О)2]. Образование комплексов меди (II) различного состава c кислотой H3L1 можно объяснить с помощью диаграммы распределения ионных форм кислоты H3L1 в зависимости от рН, согласно которой кислота H3L1 при pH ˂6 существует преимущественно в форме аниона (H2L1)-, в то время как при pH≥7.5 преобладает анион (HL1)2-. Взаимодействие этих анионов с катионом меди(II) и приводит к образованию комплексов разного состава – [Cu(H2L1)2(Н2О)2] и [Cu(HL1)(Н2О)2] соответственно. Вырастить кристалл комплекса [Cu(HL1)(Н2О)2], пригодный для рентгено-структурного анализа, не удалось, поэтому нами было проведено моделирование его структуры квантово-химическим методом с использованием программы Gaussian 06, функционал B3LYP с базисом [6-311+G(d,p)]. Комплекс [Cu(НL1)(Н2О)2] представляет собой нейтральное соединение, в которое кислота Н3L1 входит в виде дианиона, координированного с катионом Cu2+ посредством депротонированных оксигрупп фосфонового фрагмента. В комплекс входят две молекулы воды, которые выступают в качестве лигандов, достраивающих координационную сферу катиона меди до координационного числа 4. Диапазон длин связей в комплексе составляют: 1.91 - 1.92Å Cu-О(Р), 2.06-2.07 Å Cu-О(H2O). 6. Радионуклиды меди и других биологически значимых переходных металлов (62Cu, 64Cu, 67Cu, 55Co, 60Co, 63Zn) представляют несомненный интерес для применения в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и радионуклидной терапии. В то же время многие радионуклиды РЗЭ, например, 153Sm и 177Lu обладают оптимальными ядерно-физическими характеристиками для терапии. С целью оценки возможностей использования синтезированных соединений в технологиях получения радиофармпрепаратов и выделения радионуклидов медицинского назначения важным является изучение особенностей комплексообразования РЗЭ с фосфорилсодержащими соединениями. На первом этапе изучено взаимодействие нитрата самария(III) с лигандом нейтрального типа 1,3-бис(дифенилфосфорил)-2-оксапропаном (L). Обнаружено, что лиганд L образует с нитратом самария(III) два вида комплексов в зависимости от условий синтеза: [SmL2(NO3)3]n·2nMeCN при использовании смеси растворителей ацетонитрил-толуол-этанол и [Sm2L3(NO3)6]·6H2O при использовании смеси толуол-этанол. Комплекс [SmL2(NO3)3]n·2nMeCN представляет собой координационный 2D-полимер, в котором лиганд L служит мостиком между двумя атомами Sm. Каждый атом Sm связан с четырьмя молекулами L через атомы кислорода фосфорильных групп и с атомами кислорода трех бидентатных нитрат-анионов. Комплекс [Sm2L3(NO3)6]·6H2O представляет собой координационный 3D-полимер, в котором лиганд L также служит мостиком между двумя атомами Sm, но каждый атом Sm связан с тремя молекулами L. Комплексы охарактеризованы данными элементного, рентгенофазового и термогравиметрического анализов, данными ИК-спектроскопии. 7. Получены данные по цитотоксичности кислоты Н3L1 и ее комплексов [Cu(H2L1)2(Н2О)2] и [Cu(HL1)(Н2О)2] на основании результатов МТТ-теста, согласно которым кислота Н3L1 является малотоксичными соединением – в концентрациях ˂ 300 мкмоль/л практически не оказывает существенного влияния на выживаемость клеток HeLa. Следует отметить, что комплексы меди [Cu(H2L1)2(H2O)2] и [Cu(HL1)(Н2О)2] также являются малотоксичными соединениями по отношению к клеткам HeLa, при этом их токсичность несколько выше, чем токсичность кислоты H3L1. Наибольшей токсичностью в отношении клеток HeLa обладает комплекс [Cu(HL1)(Н2О)2]. Результаты исследований цитотоксичности кислоты H3L1 и комплекса [Cu(H2L1)2(H2O)2] в целом согласуются с результатами исследований на лабораторных животных. На основании результатов исследования внутриклеточного проникновения комплексов [Cu(H2L1)2(H2O)2] и [Cu(HL1)(Н2О)2] на клеточной линии HeLa методом флуоресцентной микроскопии можно сделать вывод о том, что комплексы [Cu(H2L1)2(H2O)2] и [Cu(HL1)(Н2О)2] проникают через клеточную мембрану клеток HeLa. Факт проникновения и накопления комплекса в клетках HeLa позволяет сделать вывод о возможности применения комплексов (2-гидрокси-5-этилфенил)фосфоновой кислоты с изотопами меди (62Cu, 64Cu, 67Cu и др.) в качестве потенциальных радиофармацевтических средств терапевтического или диагностического назначения.