Диссертация (Связь структурных и фотофизических параметров координационных соединений лантаноидов и актиноидов), страница 5

2.26Рис. 2. Циклические лиганды DOTA и NOTA; ациклические DTPA и EDTAОсобенностью циклических хелаторов является неизменность их геометрии впроцессеобразованиякомплекса,таккакихструктурныечасти,взаимодействующие с катионом, выбраны таким образом, чтобы допускатьэффективныйзахваткатиона.Ациклическиелигандыобладаютбольшойподвижностью, и их геометрия меняется значительно в процессе образованиякомплекса.

Таким образом, комплексообразование с циклическими лигандамитребует меньших энергетических затрат по сравнению с ациклическими лигандами.Этот эффект называется макроциклическим [42]. Таким образом, для циклическихлигандов характерны более высокие значения констант комплексообразования.Другим важным свойством процесса образования комплекса является времясвязывания при комнатной температуре или температура, необходимое дляобразования комплекса за требуемое время, которое связано с энергиейпромежуточных состояний (величиной энергетического барьера) в процессеобразования комплекса. Для макроциклических лигандов эти значения существенновыше, чем для ациклических лигандов: 30-90 минут при температуре 60-90 градусов27Цельсия против минут при комнатной температуре.

Это приводит к тому, чтомакроциклические лиганды затруднительно использовать с короткоживущимиизотопами или термочувствительными антителами.Таким образом, при выборе нового лиганда для радиофармпрепарататребуется принимать во внимание следующие характеристики: количество металла,связывающееся с одной молекулой лиганда, скорость образования комплекса (привыбранной температуре), скорость его распада при попадании в организм, а такжеэффективность комплексообразования, определяемая характерным отношениемконцентраций металла и лиганда для эффективного образования комплекса врастворе (характеризуемая константой комплексообразования).Широкое распространение на практике получили препараты, основанные наазакраун-лигандах (что значит, что в лиганде содержится цикл из 11 и более атомов,изкоторыхнеменеечетырех-гетероатомыазота).Наличиесильноэлектроотрицательных гетероатомов (азота для азакраун-лиганда) и высокаяподвижность структуры, а также большое число сайтов связывания способствуетэффективномуобразованиюкомплексовданныхсоединенийсметаллами.Присоединение к атомам азота дополнительных групп может повлиять накоординационные свойства лиганда.

В частности, лиганд DOTA и его производныепризнаны «золотым стандартом» для связывания радионуклидов металлов [43].Данныйлиганддемонстрирует высокие значения логарифма константыкомплексообразования с металлами (выше 20) при временах связывания 15-60 минутпри температуре 25-100 градусов.К недостаткам данного лиганда можно отнести длительное время образованиякомплекса, что может быть неприемлемо при использовании короткоживущихрадионуклидов.

В этой связи одной из задач, рассмотренных в рамках данной28работы, являлось исследование комплексообразования одного из новых лигандов, содним из лантаноидов – европием.1.2.4 Определение параметров комплексообразования по собственнойлюминесценции лигандаПри образовании комплексов металлов со сложными органическимилигандами, помимо изменения люминесцентных свойств металла, также могутиметь место и изменения люминесцентных свойств самого лиганда.

Обычно такоеизменение состоит в уменьшении интенсивности люминесценции лиганда приувеличении концентрации металла в растворе. Данный эффект носит в литературеназвание «тушение люминесценции». Одной из моделей, описывающей процесстушения люминесценции является модель Штерна-Фольмера [45], позволяющаяопределять константу комплексообразования в системах, в которых протекаетхимическая реакция следующего типа:Для такой системы было показано, что интенсивность люминесценциираствора F в случае статического тушения (то есть, если комплекс нелюминесцирует) и образования комплекса с константой комплексообразования Kзависит от концентрации тушителя [Q] следующим образом:Широкоераспространениевлитературеполучиломодифицированноелогарифмическое выражение [46-50], описывающее реакции, в которых тушениепроисходит при присоединении нескольких ионов металла-тушителя:29Для таких систем авторы обычно используют аппроксимацию наблюдаемоготушения люминесценции лиганда от концентрации металла-тушителя следующимсоотношением:(1)Здесь n – число сайтов связывания, приходящихся на одну молекулу лиганда.Аппроксимация экспериментальных результатов данной зависимостью часто даетзначение n близкое к единице [46-50], сильно отличающееся от значений,получаемыми другими методами исследования.

Данная проблема отмечается вобзорных публикациях, рассматривающих возможные причины такого расхождения.В рамках настоящей диссертационной работы была детально изучена возможностьприменения данной модели к одной из систем, в которой наблюдаетсякомплексообразование органического лиганда – бычьего сывороточного альбуминас металлом-лантаноидом европием.1.2.5 Комплексообразование лантаноидов в процессе жидкостной экстракцииДругимпроцессом,связаннымскоординационнымисоединениямилантаноидов и имеющим большое прикладное значение, является жидкостнаяэкстракция [52-53].

Этот процесс основан на комплексообразовании металловлантаноидов,первоначальнорастворенныхвводнойфазе,слигандами,растворенными в органической фазе и слаборастворимыми в воде. Приперемешивании двух этих фаз образуется обширная поверхность контакта, накоторой идет образование комплексов. После дальнейшего разделения фаз металл вобразованномкомплексеоказываетсяворганическойфазе,тоестьэкстрагированным.Практическая важность данного процесса обусловлена следующим.

Металлыданной группы являются востребованными в различных отраслях человеческойдеятельности, среди которых научные исследования, медицинские и промышленные30применения[54-56]. При этом, в природе они, как правило, встречаются совместно.Несмотря на схожесть их химических свойств, имеют место и небольшие отличия, втом числе и в свойствах процесса комплексообразования, то есть в одинаковыхусловиях различные редкоземельные элементы экстрагируются по-разному. Этоотличие и позволяет проводить разделение металлов и выделение отдельныхметаллов.В общих чертах промышленный процесс выделения отдельного металлапроисходит по следующей схеме:1. Дробление и растворение кислотой породы, содержащий ряд РЗЭ.

Приэтом получается исходный водный раствор, содержащий смесь всехпредставленных РЗ.2. Первичная экстракция РЗ элемента в условиях, при которых выходпроцесса наибольший. При этом возможен переход и других РЗэлементов в экстракт.3. Реэкстракция металлов органической фазы. Этот этап необходим вслучае, если в экстракте велика доля примесных РЗ металлов. Данныйэтап может осуществляться, например, смешиванием экстракта скислотой, за счет чего все металлы переходят в водный раствор.4. Повторение этапов экстракции и реэкстракции для получения металла сзаданной долей примеси.Таким образом, экстракция – образование комплексов РЗЭ с лигандами наповерхности контакта водной и органической фазы – является практическизначимым процессом.

Для оптимизации данного процесса, требуется разработкалигандов, которые обладают большой специфичностью, то есть позволяют получитьраствор с наиболее чистым металлом за наименьшее возможное количествоитераций. В этой связи стоит задача синтеза и исследования новых органических31лигандов, обеспечивающих повышение эффективности экстракции. Вместе с этимпроцесс синтеза лигандов довольно трудоемок, поэтому важной является разработкаметода прогнозирования свойств комплексообразования новых лигандов до этапа ихсинтеза. Для этого необходимы исследования, связывающие реально наблюдаемыепараметры процесса комплексообразования, такие как дентантность лигандов иконстанта комплексообразования с параметрами лигандов, которые можно получитьпри построении математической модели. Построение и исследование такой связиявлялось другой целью данного исследования.1.2.6 Структурные изменения при высаливании в процессе органическойэкстракцииВысаливанием называется процесс, при котором одно из веществ растворапереходит в другую фазу при добавлении в раствор другого вещества.

Высаливаниев случае процесса экстракции проявляется в увеличении экстракции, то естьпереходе вещества в фазу растворителя экстракта. Этот эффект широкоиспользуется при экстракции редкоземельных элементов различными лигандами. Вкачестве высаливателей очень часто используются нитраты металлов [57-58]. Восновном они же используются при высаливании в процессе экстракции лантанидовтрибутилфосфатом.Известно, что трехвалентные ионы лантанидов Ln3+ в растворе нитратовобразуют следующие соединения с трибутилфосфатом (ТБФ) : Ln(NO3)3*3ТБФ [59].Уравнение реакции в данном случае выглядит следующим образом:где TBP - трибутилфосфат.Такжезапишемреакциюотсоединенияпотенциально может протекать в растворе:одногоаквалиганда,которая32Как уже было сказано выше, было определено, что эффективность экстракциименяется в зависимости от того, нитрат какого металла используется в качествевысаливателя.