Kinetic and spectroscopic properties of tetra-azamacrocyclic ligands with phosphorus-acid/carboxylate pendant arms

Mgr. Radek Ševčík, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Tetraazamakrocyklické ligandy s koordinujícími funkčními skupinami tvoří stabilní komplexy s velkým množstvím kovových iontů a jejich vlastnosti (např. vysoká termodynamická stabilita a kinetická inertnost) je předurčily k aplikaci v medicíně. Je nezbytné pro vyhodnocení potenciálního použití těchto komplexů v biomedicínských aplikacích získat základní znalosti nejen o jejich termodynamických, ale také kinetických vlastnostech, jelikož je nutné zamezit uvolňování použitých toxických kovů v lidském těle a rovněž kompetitivním reakcím s ligandy a kovovými ionty přirozeně se vyskytujícími v lidském těle (např. aminokyseliny, fosfáty, peptidy, Ca(II), Zn(II) ionty). V této práci je studována formační a disociační kinetika Cu(II) a některých Ln(III) komplexů s makrocyklickými ligandy cyklenového typu (cyklen = 1,4,7,10–tetraazacyklododekan) s karboxylovými nebo funkčními skupinami obsahujícími fosfor. Komplexy [Cu(do2a)], [Cu(dota)]2-, [Cu(do3ap)]3-, trans-[Cu(do2a2p)]4-, [Cu(doa3p)]5-, [Cu(dotp)]6-, [Cu(dotpOEt)]2-, [Cu(dotpH)]2-, [Cu(dotpPh)]2-, [Ln(doa3p)]4-, [Ln(dotp)]5-, [Ln(dotpOEt)]-, [Ln(dotpH)]-, [Ln(dotpPh)]-, [Ln(do3p)]3-, [Ln(do3p1ol)]3- a [Ln(do3p1pr)]4- (Ln = Ce(III), Eu(III)) byly studovány pomocí molekulové absorpční spektrometrie, luminiscenční spektrometrie v ustáleném stavu a časově rozlišeném režimu v UV/VIS oblasti. Výsledky budou využity pro návrh struktury makrocyklických ligandů používaných ve formě kovových komplexů pro medicinskou chemii.

Abstract:

Polyazamacrocyclic ligands with coordinating pendant arms form stable complexes with wide scale of metal ions. Properties of these complexes predict them to apply in medicine. For any biomedical applications, these metal complexes would exhibit a high thermodynamic stability under physiological conditions because of toxicity of used metal ions, competitive reactions with body–occurred ligands, e.g. amino acids, phosphates, peptides and metal ions like Ca(II), Zn(II) and others. However, the thermodynamic stability is not only one request; it is also very important that metal complexes must have a sufficient kinetic inertness to prevent their decomposition in the human body. Therefore, knowledge of their thermodynamic as well as kinetic properties (e.g. dissociation rate constants for an estimation of kinetic inertness) is important to evaluate their use in these applications. In this Thesis, the formation and the acid–assisted dissociation kinetics of Cu(II) and some Ln(III) complexes with macrocyclic ligands of cyclen–type (cyclen – 1,4,7,10–tetraazacyclododecane) having acetate and phosphorus–acid pendant arms were investigated. [Cu(do2a)], [Cu(dota)]2-, [Cu(do3ap)]3-, trans-[Cu(do2a2p)]4-, [Cu(doa3p)]5-, [Cu(dotp)]6-, [Cu(dotpOEt)]2-, [Cu(dotpH)]2-, [Cu(dotpPh)]2- complexes were studied by UV/VIS spectroscopy. [Ln(doa3p)]4-, [Ln(dotp)]5-, [Ln(dotpOEt)]-, [Ln(dotpH)]-, [Ln(dotpPh)]-, [Ln(do3p)]3-, [Ln(do3p1ol)]3- and [Ln(do3p1pr)]4- (Ln = Ce(III), Eu(III)) complexes were studied by molecular absorption spectroscopy and by steady state/time–resolved luminescence spectroscopy in UV/VIS region under different experimental conditions, e.g. pH, temperature. The results will be utilized for proposal of structural design of macrocyclic ligands used as metal complexes in medicinal chemistry.

Keywords

Makrocyklické ligandy, meďnatý ion, lanthanoidové ionty, cyklen, makrocyklické komplexy, formační kinetika, disociační kinetika

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 7. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 4. 9. 2013
• Supervisor: prof. RNDr. Přemysl Lubal, Ph.D.
• Reader: prof. Dr. Jiří Kozelka, PhD., prof. Josef Hamáček, PhD., prof. dr. hab. Stefan Lis

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry (4-years) / Analytical Chemistry