Metallakrooncomplexen van lanthanides en uranyl.

In deze studie werden metallakroonethers gesynthetiseerd en gekarakteriseerd in oplossing en in vaste toestand.&n bsp; Met behulp van relaxometrische metingen werd nagegaan of sommige metallakroonethers potentieel hadden om als contrastreagentia voor MRI gebruikt te worden. Vijf metallakrooncomplexen met aminohydroxamzuren afgeleid van glycine, l-val ine, l-leucine, l-fenylalanine en l-tyrosine als liganden, met koper(II) als ringmetaal en gadolinium(III) als het centraal metaalion w erden gesynthetiseerd en hun relaxometrische eigenschappen werden nagegaan. De uitwisselingstijd τM van de gecoördineerde watermolecule n beperkte de proton-relaxatiesnelheid van deze 15-metallakroon-5 complexe n niet. De coördinatie van watermoleculen in de eerste coördinatiesfeer van het gadolinium(III) ion en de relatief trage rotatiesnelheid van de complexen resulteerde in een verhoogde proton-relaxatiesnelheid. Deze was bijna twee keer zo hoog als de waarde voor Gd-DOTA en Gd-DTPA in het hel e frequentiegebied. De uitwisseling van gadolinium(III) ionen voor z ink(II) ionen gebeurt trager in oplossing bij de 15-metallakroon-5 complexen met l-valine en glycine hydroxamzuur als liganden dan bij de 15-metallakroon-5 complexen met l-fenylalanine, l-tyrosine en l-leucine hydroxamzuren als liganden. Niettegestaande, hebben preliminaire MRI tests uitgewezen dat de twee 15-metallakroon-5 complexen met l-valine en glycine hydroxamzuur te toxisch waren om intraveneus toegediend te worden, zelfs bij de kenmerkende dosis gebruikt bij MRI. De axiale posities van de kope r(II) en gadolinium(III) ionen zijn nog vrij voor coördinatie en de toxiciteit zou een gevolg kunnen zijn van de interactie van biologisch relevante moleculen met deze metaalionen. Verder onderzoek is nodig indien men de toxiciteit van de metallakroonverbindingen wil verlagen. Kristallen van 15-metallakroon-5 complexen met lanthanide(III) ionen en α-aminohydroxamzuren bruikbaar voor analyse m.b.v.. X-stralendiffractie werden bekomen. De kristalstructuren bevestigen de planaire comformatie van de 15-metallakr oon-5 ring gevormd door vijf koper(II) ionen en vijf glycine hydroxamzuren liganden. De lanthanide(III) ionen La(III), Ce(III), Nd(III) en Gd(III) in de centrale holte van de 15-metallakroon-5 ring met glycinehydroxamzuur zijn negenvoudig gecoördineerd, en de ionen Eu(III) en Tb(III) zijn achtvoudig gecoördineerd. Water moleculen, hydroxide of nitraat anionen vervolledigen de coördinatiesfee r van het lanthanide(III) ion en de koper(II) ionen in de ring. Kristallen van 15-metallakroon-5 complexen met chirale aminohydroxamzuren als liganden vormen ook planaire metallakroonringen. Door de chiraliteit van de liganden hebben de ringen een amfifiel karakter.&n bsp; De kristalstructuur van het 15-metallakroon-5 complex met l-tyrosinehydroxamzuur als ligand en Er(III) als the centraal metaalion vertoont een dimeer structuur. De hydrofobe zijden van twee metallakroonmoleculen zijn naar elkaar gericht en worden verbonden door twee fenolgroepen en twee nitraat-anionen. Kristallen van andere structurele types metallakroonverbindingen die geschikt waren voor X-stralendiffractie werden jammer genoeg niet bekomen. Daarom is h et volgend deel van onze studie gefocusseerd op de eigenschappen van metallakroonverbindingen in oplossi ng. Zuurconstanten voor het ligand glycinehydroxamzuur en de stabiliteitsconstanten voor het koper(II)-glyc inehydroxamzuur paar en het lanthaan(III)-glycinehydroxamzuur paar werden berekend m.b.v. de potentiometrische data. Het distributiemodel met het pentanucleair metallakrooncomplex, Cu[12-MCCu(I I)N(glyha)-4], gaf de beste resultaten. Dit complex is stabiel in het pH gebied van 4.0 tot 5.0. De stabiliteitsconstante van het 12-metallakroon-4 complex met glycinehydroxamzuur als ligand (log ß = 38) was in goede overe enstemming met de waarde voor hetzelfde complex maar dan met α-alaninehydroxamzuur (log ß = 40). Het 12-metallakroon-4 complex ontbindt tot koper(II) di-glycinehydroxamzuur complexen in oplossingen met een overmaat aan het ligand. Onderzoek van het ternair koper(II)-lanthaan(III)-glycinehydroxamzuur systeem is onder vooruitgang en er zijn sterke aanwijzingen voor de aanwezigheid van een 15-metallakroon-5 complex. Dit systeem zal verder onderzocht worden en ternaire systemen met andere lanthanide( III) ionen en andere α-aminohydroxamzuren als liganden moeten nog o nderzocht worden in de toekomst. Vertrekkende van de 12-metallakroon-4 complexen werden volgende studies in oplossing uitgevoerd: De addi tie van uranyl en van lanthanide(III) ionen aan 12-metallakroon-4 complexen, gevormd met de liganden α-leucinehydroxamzuur en α-tyrosinehydroxamzuur, resultee rde in de herordening van deze metallakroon tot een 15-metallakroon-5. De lanthanide(III) en u ranyl ionen zorgden voor een templerend effect bij deze omzetting. De aa nwezigheid van meer dan twee metallakrooncomplexen werd uitgesloten door bewijzen van UV-Vis en CD spectrofotometrie. Geen overgangscomplexen werden gevonden voor het omzettingsproces. De v olledige verdwijning van Cu(II)[12-MC-4] en de vorming van Ln(III)[15-MC-5] werd aangetoond m.b.v. ESI-MS en NMR. De 15-metallakroon-5 complexen hebben een grote affiniteit voor het uranyl ion. Competitie experimenten toonden aan dat het 15-metallakroon-5 complex stabiel bleef, zelfs in de aanwezigheid van een hoge overmaat aan calcium(II). De extractie van uranyl van het 15-metallakroon-5 complex werd evenmin geobserveerd in aanwezigheid van een hoge overmaat 18-kroonether-6. Daar entegen worden lanthanide(III) ionen wel gesekwestreerd door deze metallak rooncomplexen maar in aanwezigheid van uranyl worden ze ervoor uitgewisseld. Uitwisseling tussen verschillende α-aminohydroxamzuur liganden kan plaatsgrijpen in oplossing wegens het labiele karakter van de koper(II)- ligand bindingen. Dit leidt tot een mengsel van verschillende metallakrooncomplexen. Uiteindelijk werden nieuwe metallakroonverbindingen gesynthetiseerd gebruik makend van mandelohydroxamzuur als ligand voor h et bekomen van de 15-metallakroon-5 structuur. Pentanucleaire koper(II)-metallakrooncomplexen werden gevormd in methanol- en ethanol oplossingen van een koper(II) zout, (r-, s- of dl-) mandelohydroxamzuur en een centraal templerend ion. De bekomen resultaten toonden aan dat metallakroonverbingen zelfassembleren in aanwezigheid van een centra al templerend ion. We besluiten dat die ionen als templaat ionen dienen voor de vorming van metallakrooncomplexen met s- mandelohydroxamzuur, r- mandelohydroxamzuur en dl- mandelohydroxamzuur. Verscheidene metallakroonverbindingen werden gesynthetiseerd gebruik makend van verschillende liganden en centrale metaalionen. Koper(II) ionen we rden gebruikt als ringmetaal, maar de combinatie van andere liganden en andere metalen kan leiden tot nieuwe metallakroonverbindingen. Op dit moment onderzoeken we nieuwe 12-metallakroon-4 verbindingen gevormd met palladium(II) ionen en ß-aminohydroxa mzuur als coördinerend ligand.status: publishe