A mechanistic study of sulphur, nitrogen and oxygen donor bidentate ligand interactions on the rhenium (I) tricarbonyl core
Loading...
Files
Date
2015-12
Authors
Nkoe, Pheello Isaac
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of the Free State
Abstract
English: The nuclear properties of rhenium (186/188Re) and technetium (99mTc) are used for their
application as diagnostic and therapeutic radiopharmaceuticals. Researchers have
shown a significant interest in rhenium and technetium tricarbonyl complexes of the
form fac-[M(CO)3X(L,L’-Bid)]n where M = Tc(I) or Re(I), X = entering monodentate
ligand and L-L’-Bid = different donor atom bidentate ligands, as potential diagnostic
and therapeutic radiopharmaceuticals. These fac-[M(CO)3X(L,L’-Bid)]n type complexes
are prepared from the starting synthons fac-[M(CO)3(Br3)]2- and fac-[M(CO)3(H2O)3]+
that was initially prepared by Alberto et al. in 1999. This starting synthon is a favourite
all around for the synthesis of potential radiopharmaceuticals due to the easy
preparation and the stability of fac-[M(CO)3(H2O)3]+ in aqueous solution in the pH
range of 2 - 12 for several hours. The carbonyl ligands are tightly coordinated to the
metal and form the stable fac-[M(CO)3]+ core. The three bromido or water ligands can
be easily substituted by different functional groups such as thioethers, thiols,
phosphines and amines.
The aim of this study was to investigate the ability of the chosen donor atom N,O; S,S’;
S,O bidentate and S,S’S” tridentate ligands to coordinate to the fac-[Re(CO)3]+ core.
The results were compared to previous studies reported on N,O and O,O’ bidentate
ligand systems to observe the variation in coordination behaviours. The chosen ligands
include: 5-phenylazo-8-hydroxyquinoline, 5-(m-Tol)azo-8-hydroxyquinoline, 5-(2,3-
diMephenyl)azo-8-hydroxyquinoline, 5-(2,6-diMe phenyl)azo-8-hydroxyquinoline, 5-
(3,4-diMe phenyl)azo-8-hydroxyquinoline, methyl benzo[b]thiophene-2-carboxylate,
benzothiophene-2-methanol, 2-mercaptophenol, 2-methoxythiophenol, 5-bromo-2,2`-
bithiophene, 2,2′-bithiophene-5-carboxylic acid, benzene-1,2-dithiol, toluene-3,4-
dithiol, and 2,2`-thiodiethanethiol.
The synthesis of the complexes are described in Chapter 4 and characterized by IR,
UV/Vis, NMR (1H and 13C) and elemental analysis. The following crystal structures
were obtained fac-[Re2(CO)6(TS)(Py)] (1), fac-[Re2(CO)6PPh3(BSOPhC)2(Py)] (2), fac-
[NEt4][Re2(CO)6(BSOPhC)3] (3) and fac-[Re2(CO)6(m-TolBSPh)2] (4). All four of the
structures has four molecules per unit cell (Z = 4). (1) and (4) crystallized in the P1̅
space group while (2) and (3) crystallized in a monoclinic space group. In all four these
structures the ligands form sulphur bridges between two rhenium (I) centres. The Re-CO bond distances of all the crystal structures range from 1.88(3) Å to 1.95(10) Å and
the Re-S bond distances vary from 2.44(2) Å to 2.56(7) Å. (2) has a Re-P bond distance
of 2.51(12) Å and a Re-N bond distance of 2.24(4) Å. The S-Re-S bond angles range
from 76.26(3) ° to 94.99(8) ° and the Re-S-Re bond angles from 87.28(9) ° to 100.60(4)
° with the non-bonding rhenium to rhenium distances of 3.796(8) Å for (1), 3.845(10)
Å for (2), 3.488(10) Å for (3) and 3.654(16) Å for (4). The non-bonding Re…Re
distances are directly proportional to the Re-S-Re angles and follow the following trend:
(3) < (4) < (1) < (2).
A fairly good comparison could be made between previously reported structures with
S,S’; S,O; N,O and O,O’-bidentate ligands coordinated to the fac-[Re(CO)3]+ core. The
structure of (4) has been reported before and a very good correlation is found between
this structure and the reported structure.
After an in depth study it was confirmed that the structures of all the compounds with
S,O; S,S’ and S,S’,S’’ ligands have to be analysed by single crystal XRD or at least a
quantitative NMR study. For one ligand system (BSOPhC), two different structures
were obtained with only a slight change in the synthetic procedure. It is not that easy
to determine and speculate the bonding modes of these type of ligands. Therefore a
complete crystallographic study will form part of the future work for this project.
Excellent results were obtained for anti-mitochondrial activity screening for five
compounds. The next step will be to improve the solubility of these complexes,
especially in water as solvent; this illustrates the possible use of these compounds as
potential radiopharmaceuticals.
Afrikaans: Die kern eienskappe van renium (186/188Re) en tegnesium (99mTc) word gebruik vir hulle toepassing in diagnostiese en terapeutiese radiofarmasie. Navorsers het reeds beduidende belangstelling getoon in renium en tegnesium trikarboniel komplekse van die vorm fas-[M(CO)3X(L,L’-Bid)]n, waar M = Tc(I) of Re(I), X = inkomende monodentate ligand en L-L’-Bid = verskillende skenkeratoom bidentate ligande, vir toepassing as potensiële diagnostiese en terapeutiese radiofarmaseutiese middels. Hierdie fas-[M(CO)3X(L,L’-Bid)]n tipe komplekse is voorberei vanaf fas-[M(CO)3(Br3)]2- en fas-[M(CO)3(H2O)3]+ wat aanvanklik deur Alberto et al. in 1999 berei is. Hierdie begin sinton is ʼn algemene gunsteling vir die sintese van potensiële radiofarmaseutiese middels danksy die maklike bereiding en stabiliteit van fas- [M(CO)3(H2O)3]+ in wateroplossing in ʼn pH reeks van 2 tot 12 vir verskeie ure. Die karboniel ligande is stewig aan die metaal gekoördineer en vorm die stabiele fas- [M(CO)3]+ kern. Die drie bromido of water ligande kan maklik deur verskillende funksionele groepe soos tioësters, tiole, fosfiene en amiene gesubstitueer word. Die doel van hierdie studie was om die vermoë van die gekose skenkeratoom N,O; S,S’; S,O bidentate en S,S’S” tridentate ligande aan die fas-[Re(CO)3]+ kern te koördineer te ondersoek. Die resultate is met vorige studies rakende N,O en O,O’ bidentate ligandstelsels vergelyk ten einde die variasie in koördinasiegedrag waar te neem. Die gekose ligande sluit in: 5-fenielaso-8-hidroksiekinolien, 5-(m-Tol)aso-8- hidroksiekinolien, 5-(2,3-diMe-feniel)aso-8-hidroksiekinolien, 5-(2,6-diMe-feniel)aso-8- hidroksiekinolien, 5-(3,4-diMe-feniel)aso-8-hidroksiekinolien, metiel benso[b]tiofeen-2- karboksilaat, bensotiofeen-2-metanol, 2-merkaptofenol, 2-metoksietiofenol (BSOFCH), 5-bromo-2,2`-bitiofeen, 2,2′-bitiofeen-5-karboksielsuur, benseen-1,2-ditiol, tolueen-3,4-ditiol (m-TolBSFH2) en 2,2`-tiodietaantiol (TSH2). Die sintese van die komplekse word in Hoofstuk 4 beskryf en is gekarakteriseer deur IR, UV/Vis, KMR (1H en 13C) en elementanalise. Die volgende kristalstrukture is verkry: fas-[Re2(CO)6(TS)(Py)] (1), fas-[Re2(CO)6PF3(BSOFC)2(Py)] (2), fas- [NEt4][Re2(CO)6(BSOFC)3] (3) en fas-[Re2(CO)6(m-TolBSF)2] (4). Al vier van die strukture het vier molekule per eenheidsel (Z = 4). (1) en (4) kristalliseer in die P1̅ ruimtegroep terwyl (2) en (3) in ʼn monokliniese kristalstelsel kristalliseer. In al vier van hierdie strukture vorm die ligande swael brûe tussen twee renium (I) kerne. Die Re-CO bindingsafstande van al die kristalstrukture wissel van 1.88(3) Å tot 1.95(10) Å en die Re-S bindingsafstande wissel van 2.44(2) Å tot 2.56(7) Å. (2) het ʼn Re-P bindingsafstand van 2.51(12) Å en ʼn Re-N bindingsafstand van 2.24(4) Å. Die S-Re-S bindingshoeke wissel vanaf 76.26(3) ° na 94.99(8) ° en die Re-S-Re bindingshoeke tussen 87.28(9) ° en 100.60(4) ° met die ongebonde renium na renium afstande van 3.796(8) Å vir (1), 3.845(10) Å vir (2), 3.488(10) Å vir (3) en 3.654(16) Å vir (4). Die ongebonde Re…Re afstande is direk eweredig aan die Re-S-Re hoeke en volg die volgende tendens: (3) < (4) < (1) < (2). ʼn Betreklik goeie vergelyking kon getref word tussen voorheen gemelde strukture met S,S’; S,O; N,O en O,O’ bidentate ligande wat aan die fas-[Re(CO)3]+ kern gekoördineer is. Die struktuur van (4) is voorheen gerapporteer en ʼn baie goeie ooreenkoms tussen hierdie struktuur en die gerapporteerde struktuur is gevind. Na ʼn deeglike studie is dit bevestig dat die strukture van alle verbindings met S,O; S,S’ en S,S’,S’’ ligande deur middel van enkelkristal X-straal diffraksie of ten minste ʼn kwantitatiewe KMR studie geanaliseer moet word. Vir een ligandstelsel (BSOFC) is twee verskillende strukture verkry met slegs ʼn geringe verandering in die sintetiese prosedure. Dit is nie maklik om die bindingsmodusse van hierdie tipe ligande vas te stel en daaroor te spekuleer nie, daarom vorm ʼn volledige kristallografiese studie deel van die toekomstige doelwitte vir hierdie projek. Uitstekende resultate is vir die anti-mitokondriese aktiwiteitsifting vir vyf verbindings verkry. Die volgende stap is die verbetering van die oplosbaarheid van hierdie komplekse, veral in water as oplosmiddel; dit illustreer die moontlike gebruik van hierdie verbindings as radiofarmaseutiese middels.
Afrikaans: Die kern eienskappe van renium (186/188Re) en tegnesium (99mTc) word gebruik vir hulle toepassing in diagnostiese en terapeutiese radiofarmasie. Navorsers het reeds beduidende belangstelling getoon in renium en tegnesium trikarboniel komplekse van die vorm fas-[M(CO)3X(L,L’-Bid)]n, waar M = Tc(I) of Re(I), X = inkomende monodentate ligand en L-L’-Bid = verskillende skenkeratoom bidentate ligande, vir toepassing as potensiële diagnostiese en terapeutiese radiofarmaseutiese middels. Hierdie fas-[M(CO)3X(L,L’-Bid)]n tipe komplekse is voorberei vanaf fas-[M(CO)3(Br3)]2- en fas-[M(CO)3(H2O)3]+ wat aanvanklik deur Alberto et al. in 1999 berei is. Hierdie begin sinton is ʼn algemene gunsteling vir die sintese van potensiële radiofarmaseutiese middels danksy die maklike bereiding en stabiliteit van fas- [M(CO)3(H2O)3]+ in wateroplossing in ʼn pH reeks van 2 tot 12 vir verskeie ure. Die karboniel ligande is stewig aan die metaal gekoördineer en vorm die stabiele fas- [M(CO)3]+ kern. Die drie bromido of water ligande kan maklik deur verskillende funksionele groepe soos tioësters, tiole, fosfiene en amiene gesubstitueer word. Die doel van hierdie studie was om die vermoë van die gekose skenkeratoom N,O; S,S’; S,O bidentate en S,S’S” tridentate ligande aan die fas-[Re(CO)3]+ kern te koördineer te ondersoek. Die resultate is met vorige studies rakende N,O en O,O’ bidentate ligandstelsels vergelyk ten einde die variasie in koördinasiegedrag waar te neem. Die gekose ligande sluit in: 5-fenielaso-8-hidroksiekinolien, 5-(m-Tol)aso-8- hidroksiekinolien, 5-(2,3-diMe-feniel)aso-8-hidroksiekinolien, 5-(2,6-diMe-feniel)aso-8- hidroksiekinolien, 5-(3,4-diMe-feniel)aso-8-hidroksiekinolien, metiel benso[b]tiofeen-2- karboksilaat, bensotiofeen-2-metanol, 2-merkaptofenol, 2-metoksietiofenol (BSOFCH), 5-bromo-2,2`-bitiofeen, 2,2′-bitiofeen-5-karboksielsuur, benseen-1,2-ditiol, tolueen-3,4-ditiol (m-TolBSFH2) en 2,2`-tiodietaantiol (TSH2). Die sintese van die komplekse word in Hoofstuk 4 beskryf en is gekarakteriseer deur IR, UV/Vis, KMR (1H en 13C) en elementanalise. Die volgende kristalstrukture is verkry: fas-[Re2(CO)6(TS)(Py)] (1), fas-[Re2(CO)6PF3(BSOFC)2(Py)] (2), fas- [NEt4][Re2(CO)6(BSOFC)3] (3) en fas-[Re2(CO)6(m-TolBSF)2] (4). Al vier van die strukture het vier molekule per eenheidsel (Z = 4). (1) en (4) kristalliseer in die P1̅ ruimtegroep terwyl (2) en (3) in ʼn monokliniese kristalstelsel kristalliseer. In al vier van hierdie strukture vorm die ligande swael brûe tussen twee renium (I) kerne. Die Re-CO bindingsafstande van al die kristalstrukture wissel van 1.88(3) Å tot 1.95(10) Å en die Re-S bindingsafstande wissel van 2.44(2) Å tot 2.56(7) Å. (2) het ʼn Re-P bindingsafstand van 2.51(12) Å en ʼn Re-N bindingsafstand van 2.24(4) Å. Die S-Re-S bindingshoeke wissel vanaf 76.26(3) ° na 94.99(8) ° en die Re-S-Re bindingshoeke tussen 87.28(9) ° en 100.60(4) ° met die ongebonde renium na renium afstande van 3.796(8) Å vir (1), 3.845(10) Å vir (2), 3.488(10) Å vir (3) en 3.654(16) Å vir (4). Die ongebonde Re…Re afstande is direk eweredig aan die Re-S-Re hoeke en volg die volgende tendens: (3) < (4) < (1) < (2). ʼn Betreklik goeie vergelyking kon getref word tussen voorheen gemelde strukture met S,S’; S,O; N,O en O,O’ bidentate ligande wat aan die fas-[Re(CO)3]+ kern gekoördineer is. Die struktuur van (4) is voorheen gerapporteer en ʼn baie goeie ooreenkoms tussen hierdie struktuur en die gerapporteerde struktuur is gevind. Na ʼn deeglike studie is dit bevestig dat die strukture van alle verbindings met S,O; S,S’ en S,S’,S’’ ligande deur middel van enkelkristal X-straal diffraksie of ten minste ʼn kwantitatiewe KMR studie geanaliseer moet word. Vir een ligandstelsel (BSOFC) is twee verskillende strukture verkry met slegs ʼn geringe verandering in die sintetiese prosedure. Dit is nie maklik om die bindingsmodusse van hierdie tipe ligande vas te stel en daaroor te spekuleer nie, daarom vorm ʼn volledige kristallografiese studie deel van die toekomstige doelwitte vir hierdie projek. Uitstekende resultate is vir die anti-mitokondriese aktiwiteitsifting vir vyf verbindings verkry. Die volgende stap is die verbetering van die oplosbaarheid van hierdie komplekse, veral in water as oplosmiddel; dit illustreer die moontlike gebruik van hierdie verbindings as radiofarmaseutiese middels.
Description
Keywords
Dissertation (M.Sc. (Chemistry))--University of the Free State, 2015, Radiopharmaceuticals