On Polymer Complexes of Gold(I) with Glutathione in Aqueous Solution

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Высокоустойчивые комплексы золота(I) с тиолсодержащими лигандами находят широкое применение. Так, они давно используются в медицине в терапии ревматоидного артрита [1–3]. Из них в наибольшей степени изучен тиомалатный комплекс (миокризин), который в водном растворе имеет циклическую тетрамерную структуру. Кроме того, полимерные тиолатные комплексы золота(I) широко применяются для функционализации наночастиц золота, получения слоистых структур и люминесцентных материалов [4–11]. Хотя в большинстве случаев их получают в растворе, данных об их строении и тем более устойчивости мало. В данной работе рассмотрены полимерные (полиядерные) комплексы золота(I) с глутатионом (GSH₃) в водном растворе и некоторые процессы с их участием. Выбор лиганда обусловлен как его биологическим значением, так и тем, что по сравнению с другими тиолами он гораздо чаще используется для получения люминесцентных материалов. Некоторые аспекты комплексообразования золота(I) с глутатионом изучены в работе [12]: протонирование, ступенчатое замещение лиганда в комплексе Au(GS)₂^5– на S₂O₃^2– и определение его стандартного потенциала. Без детализации отмечено образование полимерных форм в растворе и получение твердой фазы комплекса (–Au(GSH₂)–)_n. Цель настоящей работы – более детальное исследование системы полимерных комплексов в растворе, а именно: определение вида форм, степени полимеризации, других свойств этих малоизученных соединений, а также изучение возможности определения констант равновесий их образования с учетом того, что общие надежные подходы к изучению полимерных комплексов в растворе отсутствуют.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исходный раствор HAuCl₄ готовили согласно [13]. Кроме того, в работе использовали хлористый натрий (ос. ч.), соляную кислоту, безводный сульфит натрия (ч. д. а.), L-глутатион восстановленный (АО “Вектон”, Россия, >98%); раствор NaOH (без CO₂), стандарт-титр для pH-метрии (pH 6.86), бидистиллированную воду. Комплекс золота(III) с этилендиамином Au(en)₂Cl₃ получали по методике [14].

Все эксперименты проводили при 25°C (водный термостат U2) и I = 0.2 M (NaCl). Растворы Na₂SO₃ (0.2 M) и глутатиона (0.02 M) готовили непосредственно перед экспериментом из безводных реактивов. Для снижения влияния процесса окисления SO₃^2– и GSH₃ растворенным кислородом (C_{O2 max} ~ 2.5 × 10^–4 M при 25°C) использовали прокипяченную воду, ограничение времени эксперимента (<1 ч), отказ от очень низких концентраций компонентов, небольшой (до 10%) избыток сульфита. Пропускание через раствор Ar в этой системе нежелательно, поскольку это часто приводит к неконтролируемому диспропорционированию: 3AuCl₂^– = 2Au⁰ + AuCl₄^– + 2Cl^– с выделением Au(0).

Рабочие растворы для УФ-спектрофотометрических экспериментов готовили восстановлением AuCl₄^– до AuCl₂^– (C_Au = (1–5) × 10^–3 M) рассчитанным количеством сульфита натрия (AuCl₄^– + SO₃^2– + H₂O = AuCl₂^– + SO₄^2– + 2 H⁺ + + 2Cl^–) в присутствии NaCl (0.2 M) и добавки NaOH (n_NaOH/n_Au = 3.00) в течение 20–30 мин. Для ускорения процесса возможен небольшой подогрев раствора (<30°C). Полноту восстановления контролировали по УФ-спектру: пробу раствора подкисляли HCl и проверяли поглощение при 314 нм. Полученный раствор имеет pH 5–6 и является метастабильным к диспропорционированию, однако в присутствии NaCl появление Au(0) обычно не наблюдается в течение нескольких часов. После окончания восстановления к точному объему полученного раствора добавляли фосфатный буфер, раствор GSH₃ и затем записывали УФ-спектр. Равновесие в системе комплексов золота(I) устанавливается быстро: спектры растворов, снятые сразу после приготовления и затем через 10 и 20 мин, совпадают.

Основные исследования проводили при pH 7.20, 6.66, 6.36 и 6.06, создаваемых при помощи фосфатных буферов (C_буф = 0.1 M), которые готовили из стандарт-титра для pH-метрии (pH 6.86) добавлением щелочи или кислоты (HCl). Несколько измерений было выполнено при pH 2.00 и 10.5, создаваемых HCl или щелочью.

Измерения pH проводили при помощи стеклянного комбинированного электрода ЭСК 10301/7 на приборе Radelkis OP-208. Электрод калибровали по растворам сильной кислоты HCl в 0.2 M NaCl, и, следовательно, измеряемые величины имели смысл pH = –lg [H⁺].

УФ-спектры поглощения записывали на спектрофотометре СФ-2000 в диапазоне длин волн 250–400 нм, l = 0.05–1 см, раствор сравнения – вода.

Растворы для масс-спектрометрии готовили без буфера и NaCl. К раствору комплекса золота(III) (Au(en)₂Cl₃ или AuCl₄^–, C_Au = 1.0 × 10^–3 M) добавляли глутатион GSH₃ (до C_GS = 2.0 × 10^–3 или 5.0 × 10^–3 M), частично нейтрализованный щелочью (C_NaOH/C_GSH3 = 2). Масс-спектры снимали через ~1 ч после приготовления растворов на приборе Agilent 6130 в ЦКП ИНХ СО РАН.

Для определения числа поглощающих форм находили число линейно независимых УФ-спектров, необходимых для описания всего массива (обычно 20 спектров при каждом значении pH для всего интервала соотношений C_GS/C_Au ~ 0.5–3); λ = 270–400 нм, Δλ = 1 нм. По сравнению с обычным методом Уоллеса и Каца [15], мы предпочли способ, использующий линейную регрессию: поиск минимального набора спектров {A_i(λ)} из всего массива спектров, пригодного для описания остальных спектров в виде A_j(λ) = Σa_i A_i(λ) со стандартным отклонением аппроксимации (s_A), близким к погрешности определения A. Приемлемым описанием считалось, если s_A < 0.01.

Расчет констант проводили при помощи нелинейного метода наименьших квадратов. Детали описаны в работе [13]. Разложение УФ-спектров на отдельные гауссианы проводили согласно [16]: вначале при помощи синтезатора спектров, добавляя гауссианы и изменяя их характеристики, визуально передается форма выбранного спектра, а затем проводится уточнение параметров полос (A_0i, ν_0i, δ_1/2i) с помощью нелинейного МНК.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Для золота(I) (а также серебра(I) и меди(I)) в растворе и в твердом виде наиболее характерны два вида комплексов с тиолсодержащими лигандами (RS^–): полимерные (–AuS(R)–)_n, в которых мостиковыми атомами выступают атомы серы, и обычные мономерные бис-тиолаты RS–Au–SR. Координационный узел S–Au–S является почти линейным, кроме нечастых случаев, когда к атому золота(I) координированы три лиганда, например два тиолата и фосфин [17].

В растворах полимерные комплексы обычно доминируют при невысоких соотношениях C_RSH/C_Au, а также в области низких pH. Следует отметить, что значение полимерного строения тиолатных комплексов для медицинского применения сильно преувеличено. При попадании в физиологические условия, где в большом избытке по отношению к золоту присутствуют другие тиолаты (цистеинсодержащие пептиды и белки), из-за быстрого обмена лигандов полимерные комплексы золота(I) быстро переходят в мономерные бис-тиолатные формы с лигандами, взятыми из окружающего раствора [18]. В работах по функционализации наночастиц тиолатами золота(I) и получению люминесцирующих материалов, наоборот, важны именно полимерные комплексы, поскольку с ними связана способность к люминесценции [7, 8, 10, 11, 19]. В части этих работ сделаны попытки охарактеризовать образующиеся комплексы в растворе, в первую очередь их размер. Однако используемые процессы получения конечного материала трудно описать точным набором реакций и продуктов, поскольку процедура включает не только восстановление HAuCl₄ до золота(I) тиолом (что уже приводит ко многим продуктам [20]), но и дальнейшую обработку полученной смеси большим избытком NaBH₄ для получения нанокластеров.

Строение полимерных тиолатов золота(I) в твердом виде разнообразно. Так, в [17] представлены данные DFT-расчетов в сравнении с литературными данными для циклических структур цикло-(–M–S(R) –)_n. При этом в структурах с n = 4 [21, 22], например [(t-BuO)₃SiSAu]₄, наличие объемных лигандов не мешает образованию почти правильного квадрата: углы AuSAu близки к 90°, SAuS – к 180°; расстояния Au–S равны 2.28–2.29 Å. Есть примеры с n = 5 и 6 (SR = ButPhS^– и 2,4,6(i-Prop)PhS^–) и смешанных 5 + 6 (SR – тетраацетилтиоглюкоза) [23–25]. Помимо циклических возможны другие варианты. В работах [11, 26] показано, что комплекс [Au(SPh)]_n в твердом виде образует бесконечные полимерные двойные спирали с тетрагональным сечением. В работе [19] сообщают о структуре [Au(p-SPhCO₂H)]_n в виде полимерных зигзагообразных цепей с необычными углами SAuS и расстояниями Au–S (2.27–2.37 Å).

Для биологически активных тиолатов известны данные только для комплекса с тиомалатом (Na₂CsH)_0.5n[AuTM]_n, где TM = ^–O₂C–CH₂–CH(S^–)–CO₂^– [27]. Как и в случае [Au(SPh)]_n, структура состоит из полимерных –S(R)–Au–S(R)–Au– спиралей, имеющих близкое к тетрагональному сечение. Для тиомалата есть данные о структуре и мономерного комплекса [(NH₄)₅Au(TM)₂] [28]. Несмотря на совершенно разный характер связи Au–S в полимере и мономере (мостиковый атом S или обычная монодентатная координация), различие длин связей очень невелико и не превышает 0.02–0.03 Å, а возможно и меньше.

При растворении структура комплекса может меняться. Так, отмеченное выше соединение тетраацетилтиоглюкозы с n = 5 + 6, по данным ЯМР и МС, переходит в (AuRS)₄ (растворители C₆H₆, CH₂Cl₂ и CH₃CN). В целом о строении полимерных комплексов в растворе известно мало, и имеющиеся данные противоречивы. Показательным примером являются многочисленные исследования структуры тиомалатного комплекса. Комплекс Na_2n(AuTM)_n хорошо растворяется в воде и не проявляет себя в реакциях замещения лигандов. Уже из этого факта следует, что, скорее всего, в растворе он образует полимерный циклический анион (–AuTM–)_n^–2n. Долгое время существовало устойчивое представление, что комплекс в растворе является гексагональным, (–AuTM–)₆^12–, причем данные различных спектроскопий не противоречили этой гипотезе. Другие авторы [27, 29, 30], указывая на близость кривых радиального распределения для полимерного тиомалатного комплекса в твердом виде и в растворе, предполагали одинаковое (спиральное) строение комплексов в этих состояниях. И лишь в работах [31, 32], большей частью с помощью масс-спектрометрии, было показано, что основной формой этого комплекса в растворе является тетрамерная. Учитывая также примеры в работах [21, 24], можно предположить, что для многих тиолатных комплексов в растворе, имеющих состав RS/Au = 1/1, в том числе с объемными лигандами, тетрамерное строение является наиболее устойчивым. С другой стороны, при изменении соотношения C_RS/C_Au присутствие в растворе лишь одной (даже устойчивой) формы маловероятно. Так, переход от (–AuRS–)_n к мономеру Au(RS)₂ с ростом C_RS/C_Au должен проходить через раскрытие цикла и появление в растворе промежуточных форм (Au_i(RS)_i+1, n ≥ i >1), которые могут быть только линейными полимерами (олигомерами). При добавлении недостатка тиола к раствору AuCl₂^– [12] возможно образование линейных форм Au_i(RS)_i–1Cl₂ с концевым расположением хлоридных лигандов Cl^–.

Изученность циклического комплекса с тиомалатом (–AuTM–)₄^–8 [3, 13, 31–34] вызвана его реальным длительным медицинским применением. Однако более перспективными для медицинских исследований являются комплексы с глутатионом – одним из основных компонентов цитоплазмы.

В данной работе для нейтральной молекулы глутатиона мы используем обозначение GSH₃ вместо общепринятого GSH. Депротонированный остаток глутатиона (GS^3–)

 

 

содержит 4 группы, способные присоединять ионы H⁺: две –CO₂^–, –NH₂ и –S^–:

${\mathrm{GSH}}_{i–1}^{i–4}+ {\mathrm{H}}^{+}={\mathrm{GSH}}_i^{i–3}, {\mathrm{K}}_{\mathrm{H}i}$. (1)

В водном растворе при 25°C и I = 0.2 M (NaCl) lgK_Hi = 9.58 (i = 1), 8.76 (i = 2), 3.58 (i = 3), 2.58 (i = 4) [12]. Величины K_H1 и K_H2 относятся к протонированию –S^–- и –NH₂-групп, K_H3 и K_H4 – карбоксильных групп. В координации к золоту(I) участвует только –S^–-группа, остальные (–NH₂ и две –CO₂^–) остаются свободными и могут присоединять ионы H⁺. Из величин констант следует, что карбоксильные группы –CO₂^– протонируются только в кислой области. В нейтральной области у свободного глутатиона протонированы амино- и тиольная (–NH₃⁺, –SH) группы, у комплексов – только аминогруппа, поскольку тиольная занята в координации. Константа протонирования группы –NH₂ в комплексах на 0.7 лог. ед. выше, чем у свободного глутатиона, что связано с высокими отрицательными зарядами комплексов. В дальнейшем для глутатиона и комплексов обозначения GS* и Au_n(GS)_n* (без указания заряда) будут относиться к сумме форм разной степени протонирования, например [GS*] = [GS^3–] + [GSH^2–] + [GSH₂^–]+ … .

В кислой среде (pH 2–5) при C_GS/C_Au > 0.9 взаимодействие AuCl₂^– c GSH₃ приводит к образованию белого осадка (–Au(GSH₂)–)_n [12], который растворяется при добавлении щелочи. При C_GS /C_Au = 1 и pH > 5.5 в растворе присутствует основная форма Au_n(GSH)_n^–n с протонированными –NH₂- и депротонированными –CO₂^–-группами.

Масс-спектрометрические измерения. Как отмечено выше, основную роль в установлении строения (–AuTM–)_n^–2n (миокризина) в растворе сыграли масс-спектрометрические исследования. Однако если тиомалатный комплекс с TM/Au = 1/1 хорошо растворим в воде и может быть исследован практически в чистом виде без каких-либо добавок, для аналогичного комплекса с GS* есть ограничения. Во-первых, он малорастворим в кислой области. Во-вторых, при его получении из AuCl₂^– раствор должен содержать NaCl во избежание быстрого диспропорционирования AuCl₂^– до Au(0) и Au(III). Однако присутствие NaCl в относительно высокой концентрации резко усложняет применение масс-спектрометрии из-за влияния заряженных кластеров (NaCl)_n ∙ Cl^– и (NaCl)_n ∙ Na⁺. Поэтому комплексы золота(I) с GS* получали в растворе восстановлением AuCl₄^– или Au(en)₂³⁺ самим глутатионом при X = C_GS*/C_Au = 2 и 5 c добавкой щелочи, чтобы сохранить pH ~ 7. Такие растворы содержат целый набор форм [20, 35]: комплексные полимеры Au_n(GS)_n*, мономер Au(GS)₂*, комплекс золота(III) Au(GS)₄*, окисленные формы тиола GSSG*, GSO₂*, GSO₃*. Это усложняло масс-спектры, тем более что каждой форме соответствовало несколько пиков, обусловленных распределением различных количеств ионов H⁺ и Na⁺ по карбоксильным и аминогруппам GS*. Серьезным осложнением была также значительная и не всегда понятная фрагментация глутатиона [36]. Например, во всех спектрах, как с GS*, так и с TM*, присутствовала линия с m/z = 301, которую мы приписали аддукту Au(HS)₂^– ∙ Au(SCH₃)^– ∙ 2(Na⁺, H⁺). Масс-спектры содержали большое число пиков, особенно в частях отрицательных ионов, относящихся к растворам с исходным соотношением X = 2, вследствие чего для них в расчет принимались только пики с интенсивностью выше 30%. Наиболее интенсивные наборы линий относятся к дисульфиду GSSG, другие продукты окисления глутатиона (GSO₃^– и GSO₂^–) тоже присутствуют. Для стартового комплекса Au(en)₂³⁺ при X = 5 как для положительных, так и для отрицательных ионов присутствуют наборы линий небольшой интенсивности, относящиеся к полимерным формам Na_iH_jAu_n(GS)_n+1^{(i+j–2n–3)} (n = 2–4), Na_iH_jAu₄(GS)₄^(i+j–8) и комплексу золота(III) Na_iH_jAu(GS)₄^(i+j–9). При X = 2 (AuCl₄^–, Au(en)₂³⁺) в области отрицательных ионов присутствуют пики этих же комплексов несколько большей интенсивности. В то же время среди положительных присутствуют только пики окисленных форм тиола. Идентифицированные пики масс-спектров приведены в табл. S1 (см. Приложение).

Таким образом, несмотря на отмеченные выше трудности, в области C_GS > C_Au масс-спектры подтверждают возможность наличия в растворе практически всех предполагаемых полимерных форм: Au₄(GS)₄* и Au_n(GS)_n+1*, где n = 2–4.

УФ-спектры. На рис. 1а показаны спектры растворов с переменным соотношением X = C_GS/C_Au для pH 7.20. Уже из их общего вида следует, что форма спектров заметно различается для X > 1 и X < 1. Это же подтверждает зависимость ε* = A/lC_Au от X (рис. 1б), которая резко (практически с изломом) меняет направление изменения при X ~ 1.0–1.1. Похожие изломы наблюдаются и для других длин волн. При других значениях pH (6.66, 6.36, 6.06) зависимости имеют аналогичный вид: излом находится в том же месте, максимальные значения ε* = 1750 ± 20 M^–1 см^–1 практически совпадают. Также совпадают зависимости ε* от X при X < 1 для всех pH. В области 2 > X > 1 зависимости практически линейны, но с ростом кислотности становятся более пологими.

 

Рис. 1. а) УФ-спектры растворов для pH 7.20. C_Au = (7.0–5.4) × 10^–4, C_GS = (3.5–13.9) × 10^–4 M. X = 0.5 (1), 0.75 (2), 0.84 (3), 0.93 (4), 1.19 (5), 1.36 (6), 1.53 (7), 1.84 (8), 2.13 (9), 2.56 (10). б) зависимости ε* (= A/lC_Au) от X (= C_GS/C_Au) для pH: 7.20 (1), 6.66 (2), 6.36 (3), 6.06 (4).

 

Все эти особенности имеют объяснение. Наличие излома A при спектрофотометрическом титровании обычно означает количественное образование формы с определенным соотношением компонентов (например, 1/1). При значительном вкладе других форм или небольших константах образования излом отсутствует и наблюдается плавный переход. Различие формы спектров при X < 1 и X > 1 вызвано очень разным составом комплексов: при недостатке GS^3– преобладают формы Cl–Au–GS–…–Au–Cl*, при избытке – GS–Au–GS…–Au–GS* и некоторое количество Au(GS)₂*. В переходной области существует форма состава 1/1 Au_n(GS)_n*, для которой, по данным МС, n = 4. Одинаковая зависимость ε* от X при X < 1 для растворов с разным pH (7.20–6.06) свидетельствует об очень высокой устойчивости соответствующих полимерных форм. При λ = 330 нм (рис. 1) поглощают только полимерные формы, а Au(GS)₂* и GS* не поглощают. Снижение величины ε* с ростом X при X > 1 обусловлено постепенным переходом полимерных комплексов в форму Au(GS)₂*. Однако касательные к зависимостям A/C_Au от X даже при pH 7.20 пересекают ось X при значениях X > 2.0, что указывает на присутствие в системе свободного GS*. В рассматриваемой области pH карбоксильные группы лиганда депротонированы, и основными формами комплексов являются Au_n(GSH)_m^n–2m (m = n + 1 или n) и Au(GSH)₂^3– с протонированными аминогруппами, а свободного лиганда – GSH₂^– с протонированными амино- и тиольной группами. Уменьшение наклона зависимости A/C_Au от X при снижении pH свидетельствует о снижении доли Au(GSH)₂^3– при C_GS = const вследствие сдвига равновесий, например

$(1/n){\mathrm{Au}}_{\mathit{n}}{\left(\mathrm{GSH}\right)}_n^{–2n}+{\mathrm{GSH}}_2^{–}=\mathrm{Au}{\left(\mathrm{GSH}\right)}_2^{3–}+{\mathrm{H}}^{+}$, (2)

влево. В более кислой области эти сдвиги еще больше, и бис-тиолатная форма Au(RS)₂* там практически не проявляется. В то же время устойчивость полимерных форм настолько высока, что на их образование снижение pH практически не влияет.

В области недостатка GS* (X < 1) касательная к зависимости ε* от X пересекает ось X вблизи X = 0, т.е. из-за очень высокой устойчивости форм в этой области, свободного GS* здесь практически нет.

Как следует из данных на рис. 1, при X > 1 форма спектров изменяется мало. Не изменяется она и при снижении pH: на рис. 2 показаны УФ-спектры растворов с разными значениями pH, но одинаковым поглощением при λ = 330 нм. Наблюдается их полное совпадение, кроме области низких длин волн, где заметно поглощает Au(GS)₂*. Это совпадение могло бы указывать на то, что при изменении pH относительное содержание различных полимерных форм не изменяется. Однако в общем случае это невозможно, поскольку их концентрации связаны равновесиями, например 0.25 Au₄(GS)₄* + Au(GS)₂* = Au₂(GS)₃*. Как показано выше, концентрация Au(GS)₂* с уменьшением pH значительно снижается, что должно приводить к изменению концентраций и полимерных форм. Таким образом, либо в рассматриваемой области доминирует одна полимерная форма, а остальные присутствуют в малых количествах, либо все полимерные формы имеют близкие спектры (на один атом Au(I)) и мало различимы в спектрофотометрическом исследовании.

 

Рис. 2. Спектры растворов, имеющих разный pH (6.66, 6.36, 6.06), но одинаковое поглощение A₃₃₀ при λ = 330 нм. A₃₃₀ = 0.800 (1), 0.600 (2), 0.400 (3), 0.200 (4). 5 – спектр Au(GS)₂* (C_Au = 5.0 × 10^–4 M); l = 1 см. При λ < 310 нм различие нарастает из-за разного количества Au(GS)₂*.

 

Такой же результат следует из разложения спектров на гауссовы полосы [16]. Хотя при наличии многих форм такое разложение имеет чисто формальный характер, в данном случае оказалось, что спектры всех растворов с X > 0.85 состоят из практически одинаковых полос (ν₁₀ = (30.2 ± 0.2) × 10³, ν₂₀ = (26.8 ± 0.2) × 10³, ν₃₀ = (40.5 ± 0.5) × 10³ см^–1), интенсивности которых изменяются пропорционально. Только в области X < 0.85 характеристики полос резко изменяются (ν₁₀ = (29.5 ± 0.5) × 10³, ν₂₀ = (32.3 ± 0.5) × 10³ см^–1), что связано с резким изменением состава комплексов (см. выше).

Тем не менее, несмотря на сходство спектров, более точное рассмотрение показало, что при используемых в эксперименте соотношениях X = C_GS/C_Au > 0.5 и pH 7.20–6.06 для представления в пределах ошибок (s_A < 0.01) всех спектров в диапазоне λ = 270–400 нм требуется линейная комбинация не 3-х, а 4-х независимых (базисных) спектров, включая спектр A(λ)₁ раствора с минимальным X (~0.5) и спектр A(λ)₂ мономерного Au(GS)₂*. При этом спектр A(λ)₁ требуется только в области X < 0.9. Примеры описаний спектров показаны на рис. 3.

 

Рис. 3. Примеры разложений спектров, pH 7.20. Базисные спектры (C_Au (10^–4 M), X): 7.0, 0.50 (1); 6.7, 0.84 (2); 6.4, 1.19 (3); 4 – спектр Au(GS)₂* (5.0 × 10^–4 M). Разлагаемые спектры (значки – расчет): 6.75, 0.75 (5); 6.11, 1.53 (6); 5.79, 2.0 (7). X = C_GS/C_Au. l = 1 см.

 

Обычный вывод из подобной обработки заключается в том, что найденное число линейно независимых спектров равно числу поглощающих свет форм. При этом подразумевается уникальность их спектров. Однако в данном случае, принимая во внимание результаты МС (см. выше) о наличии многих форм, мы вынуждены заключить, что УФ-спектры различных форм (по нашему мнению, линейных полимеров Au_n(GS)_n+1*) близки в расчете на один атом Au, и их вклад в поглощение A при разложениях эффективно передается одним из четырех спектров.

Для полного количественного описания системы требуется набор констант устойчивости для каждого комплекса. Формально для их определения требуется присутствие в материальном балансе системы как самих комплексных форм, так и GS*, что выполняется при X > 1. Однако вследствие большого количества форм и малой различимости спектров для некоторых из них определение такого полного набора констант невозможно. Тем не менее некоторые расчеты были выполнены. Рассматриваемые равновесия имели вид:

$(0.25m){\mathrm{Au}}_4{\left(\mathrm{GSH}\right)}_4^{4–}+{\mathrm{GSH}}_2^{–}={\mathrm{Au}}_{\mathit{m}}{\left(\mathrm{GSH}\right)}_{m+1}+{\mathrm{H}}^{+}, {\mathrm{K}}_{m, m+1}$. (3)

Равновесие с m = 1 было основным и присутствовало во всех вариантах. К нему добавляли равновесия образования других форм с m_доб = 2, 3, 4. Обработку проводили для известных C_Au, C_GS, A₃₃₀ при помощи нелинейного МНК [13] (S ² = Σ(A_эксп – A_расч)² → min), приняв на основании данных рис. 1, что для полимеров ε₃₃₀ = 1450 M^–1 см^–1 на один атом Au. Спектр Au(GSH)₂^3– был получен отдельно при большом избытке GS*. Результаты приведены в табл. 1.

 

Таблица 1. Результаты расчетов констант равновесий (3)

pH	mдоб	–lg(K12)	–lg(Km,m+1)	S2min
7.20	–	5.7	–	7 × 10–2
	2	4.3	3.3	1.6 × 10–2
	3	4.5	1.8	8 × 10–3
	2 + 3	4.5	4.2 + 1.9	7.5 × 10–3
	4	4.3	–1.3	5.9 × 10–3
6.66	2	4.3	3.3	9 × 10–3
	3	4.5	2.2	1.6 × 10–2
6.36	2	4.3	3.1	1.1 × 10–2
	3	4.5	1.9	1.1 × 10–2
6.06	2	4.3	2.8	1.7 × 10–2
	3	4.5	1.6	1.1 × 10–2

 

В последней колонке приведены величины остаточных сумм квадратов S²_min. Статистически значимым (по критерию Фишера для P_дов = 0.95) в данном случае является различие S²_min приблизительно в два раза. Следовательно, первая модель, содержащая только формы Au₄(GS)₄* и Au(GS)₂*, дает значительно худшее описание эксперимента по сравнению с моделями, включающими дополнительные формы, и должна быть отброшена. Однако вид добавляемого равновесия (3) (введение формы Au₂(GS)₃*, Au₃(GS)₄* или Au₄(GS)₅*) практически не имел значения – добавление любого из них резко улучшало описание, но не давало значимого различия S²_min между ними. Этот результат согласуется с выводом, сделанным выше о неразличимости форм. Тем не менее, величины lgK₁₂ устойчивы во всех вариантах (кроме первого), среднее равно lgK₁₂ = –4.4 ± 0.1. Переходя к равновесию депротонированных форм, 0.25 (Au₄GS₄)^8– + GS^3– = Au(GS)₂^5–, K_GS, и учитывая, что для комплексов и свободного глутатиона lgK_H = 9.5 и lgK_1HK_2H = 18.34 [12], получим lgK_GS = 4.4, что вполне сравнимо с аналогичной величиной lgK_TM = 4.9 для тиомалатных комплексов, определенной потенциометрически [13].

Практически важным является вопрос о том, какая часть золота(I) находится в форме полимеров (α_p = C_{Au p}/C_Au), а какая в мономерной форме ([Au(GS)₂*]/C_Au) при данных C_Au, C_GS и pH. Результат получается близким для расчетов с любым набором констант из табл. 1, включая первый. Так, для одного из экспериментов (C_Au = 6.1 × 10^–4, C_GS = 9.8 × 10^–4 M и pH 7.4) получается α_p = 0.60 ± 0.04. В то же время расчет C_{Au p} из спектра (например, A₃₃₀/ε_p, где ε_p = 1450 M^–1 см^–1) дает близкую величину α_p = 0.57.

Из величины lgK₁₂ = –4.4 следует, что при pH 7.4 в условиях биологических экспериментов, когда в цитоплазме C_GS ~ 10^–3 M и C_Au ~ 2 × 10^–5 M, основная форма золота(I) – это Au(GS)₂*, а концентрация Au₄(GS)₄* лежит на уровне 10^–18 M.

В области C_GS/C_Au < 1 из-за высокой устойчивости комплексов концентрация свободного GS* крайне низкая. Судя по тому, что в большей части этой области все спектры являются линейной комбинацией всего двух линейно независимых спектров, там в основном присутствуют две поглощающие формы. Вероятно, что это Au₂GSCl₂* и Au₄(GS)₄*.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В водном растворе вид полимерных комплексов золота(I) с GS* определяется концентрациями C_Au и C_GS. Кислотность в основном влияет на количество мономерного бис-тиолата Au(GS)₂*. При C_GS < C_Au возможно образование линейных полимеров типа Au_n(GS)_n–1Cl₂* с концевым расположением хлорид-ионов, а при C_GS > C_Au – линейных полимеров с избыточным числом тиолатных лигандов Au_n(GS)_n+1*. По данным масс-спектрометрии, максимальная величина n = 4. В переходной области существует основной полимер состава Au₄(GS)₄*. На основании результатов использованных методов мы не можем точно утверждать, является ли этот комплекс линейным или циклическим. В случае линейного строения он должен иметь концевой ион Cl^–, т.е. иметь вид Au₄(GS)₄Cl*, хотя в условиях значительного постоянного избытка NaCl присутствие хлоридного лиганда в составе комплекса не выявляется. Тем не менее циклическое тетрамерное строение более вероятно, на что указывают те же аргументы, что использовались для доказательства циклического строения тиомалатного комплекса. Близки и константы образования Au₄TM₄^8– и Au₄(GS)₄^8–. Однако есть и отличия. Так, УФ-спектр Au₄TM₄* заметно изменяется при снижении pH [13], в то время как для Au₄(GS)₄* изменения не отмечены. Вероятно, это связано с более близким к атому S и координационному узлу расположением протонируемых групп –CO₂^–в TM*. Другое очевидное отличие связано с отсутствием –NH₂-группы в TM* по сравнению с GS*, что приводит к различию в протонировании комплексов и в общих зарядах. В области C_RS < C_Au для RS = TM форма и положение УФ-спектра не изменяются, а его интенсивность снижается пропорционально C_TM, что указывает на присутствие в системе только Au₄TM₄* и AuCl₂^–. Для RS = GS* анализ формы спектров (рис. 1) и отсутствие осадка в кислой области при X < 0.9 свидетельствуют об образовании дополнительной к Au₄(GS)₄* формы, которая в самом простом случае может иметь состав Cl–Au–GS–Au–Cl*.

При X >1 близость УФ-спектров полимерных форм на один атом золота(I) позволяет в первом приближении определять его общую концентрацию в составе полимерных форм, используя обобщенный коэффициент экстинкции ε_p, C_{Au p} = A/lε_p. Это может быть полезно при количественном анализе результатов исследований, особенно когда полимерные тиолаты получают восстановлением комплексов золота(III). Кроме того, результаты данной работы могут быть полезны для оптимизации и объяснения процессов получения функциональных люминесцентных материалов.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации, проект № 121031700315-2.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Онлайн-версия содержит дополнительные материалы, доступные по адресу https://doi.org/10.31857/S0044457X24100117

About the authors

I. V. Mironov

Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: imir@niic.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk, 630090

V. Yu. Kharlamova

Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: imir@niic.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk, 630090

References

Supplementary files