ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1998. Ò. 39. ¹ 5 305 ÓÄÊ 546.68:547.468:539.163.3 ÎÑÎÁÅÍÍÎÑÒÈ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß ÊÎÌÏËÅÊÑÍÛÕ ÑÎÅÄÈÍÅÍÈÉ, ÑÎÄÅÐÆÀÙÈÕ ÐÀÄÈÎÍÓÊËÈÄ 111In, ÌÅÒÎÄÎÌ ÂÎÇÌÓÙÅÍÍÛÕ ÓÃËÎÂÛÕ ÊÎÐÐÅËßÖÈÉ Â.Í. Êóëàêîâ*, À.À. Ñîðîêèí, Ç.Ç. Àêñåëüðîä, À.Í. Øèðîêîâ*, Ë.Ã. Øïèíüêîâà (íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêèé èíñòèòóò ÿäåðíîé ôèçèêè èì. Ä.Â.Ñêîáåëüöûíà )  ðàáîòå ïðîäåìîíñòðèðîâàíà âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ìåòîäà âîçìóùåííûõ óãëîâûõ êîððåëÿöèé ãàììà-êâàíòîâ äëÿ îöåíêè ñòàáèëüíîñòè ìîëåêóëÿðíûõ êîìïëåêñîâ 111In ñ îðãàíè÷åñêèìè ëèãàíäàìè â âîäíûõ ðàñòâîðàõ è èõ óñòîé÷è111 111 âîñòè ê ïîñëåýôôåêòàì ýëåêòðîííîãî çàõâàòà ïðè ðàñïàäå In → Cd. Áîëüøèíñòâî ñîâðåìåííûõ äèàãíîñòè÷åñêèõ ðàäèîôàðìïðåïàðàòîâ (ÐÔÏ) ÿâëÿþòñÿ âîäíûìè ðàñòâîðàìè êîìïëåêñíûõ ñîåäèíåíèé ðàäèîíóêëèäîâ áåç íî111 99 ñèòåëÿ ( In, Tc è äð.) ñ îðãàíè÷åñêèìè ëèãàíäàìè [1,2]. Ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå ñòðóêòóðû è ñòàáèëüíîñòè òàêèõ ÐÔÏ ïðåäñòàâëÿåò îïðåäåëåííûå òðóäíîñòè âñëåäñòâèå ÷ðåçâû÷àéíî ìàëîé êîíöåíòðàöèè ðàäèîíóêëèäîâ.  ýòîì ñëó÷àå ìîæåò îêàçàòüñÿ ýôôåêòèâíûì ïðèìåíåíèå ÿäåðíî-ôèçè÷åñêèõ ìåòîäîâ èññëåäîâàíèÿ, â ÷àñòíîñòè ìåòîäà äèôôåðåíöèàëüíûõ (ïî âðåìåíè) âîçìóùåííûõ óãëîâûõ êîððåëÿöèé γ-êâàíòîâ (ÂÓÊ), êîòîðûé ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí ïðè êîíöåíòðàöèÿõ ðàäèîíóêëèäîâ â èññëåäóåìûõ îáðàçöàõ âïëîòü äî 1012 M. Ìåòîä ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü èññëåäîâàíèÿ ñ îáðàçöàìè â ëþáîì àãðåãàòíîì ñîñòîÿíèè è â øèðîêîì èíòåðâàëå òåìïåðàòóð [3, 4]. Ðàíåå ìû èñïîëüçîâàëè ìåòîä ÂÓÊ äëÿ îïðåäå111 ëåíèÿ ñòàáèëüíîñòè êîìïëåêñîâ In ñ ïðîèçâîäíûìè 4-àìèíî-2-ãèäðîêñèìàñëÿíîé êèñëîòû â âîäíûõ ðàñòâîðàõ ñ ðÍ îò 1,0 äî 7,5 [5, 6] è äëÿ èçó÷åíèÿ ðÿäà 111 êîìïëåêñîâ In ñ îðãàíè÷åñêèìè ëèãàíäàìè [79]. Ìåòîä ÂÓÊ ïîçâîëÿåò èçìåðÿòü äèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ìîëåêóë êîìïëåêñíûõ ñîåäèíåíèé: ðåëàêñàöèîííûå êîíñòàíòû λñ, ðîòàöèîííîå êîððåëÿöèîííîå âðåìÿ τñ è ýôôåêòèâíûå ìîëåêóëÿðíûå ðàäèóñû rýô. Ñðàâíåíèå ïîëó÷åííûõ âåëè÷èí ñ ðåçóëüòàòàìè òåîðåòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ, ïðîâîäèìûõ ìåòîäàìè êâàíòîâîé õèìèè è ìîëåêóëÿðíîé ìåõàíèêè [10], ìîæåò áûòü èñïîëüçî- *Ãîñóäàðñòâåííûé íàó÷íûé öåíòð «Èíñòèòóò Áèîôèçèêè» âàíî â êà÷åñòâå êðèòåðèÿ â ñòðóêòóðíûõ èññëåäîâàíèÿõ ìîëåêóëÿðíûõ êîìïëåêñîâ. 111 Ðàäèîíóêëèä In (Ò 1/2 = 2.7 äí.) îäèí èç íàèáîëåå øèðîêî èñïîëüçóåìûõ çîíäîâ â èññëåäîâàíèÿõ ìåòîäîì ÂÓÊ. Îñîáåííîñòè ïðèìåíåíèÿ ìåòîäà ÂÓÊ äëÿ èññëåäîâàíèÿ íèçêîìîëåêóëÿðíûõ êîìïëåêñíûõ ñîåäèíåíèé In îïðåäåëÿþòñÿ ñïåöèôèêîé ðàäèîàê111 111 òèâíîãî ðàñïàäà In→ Cd ïóòåì ýëåêòðîííîãî çàõâàòà (ÝÇ). Âîçáóæäåííîå ñîñòîÿíèå ñ ýíåðãèåé 420 êý (ñïèí è ÷åòíîñòü I π = 7/2 +) äî÷åðíåãî ÿäðà 111Ñd, çà111 ñåëÿåìîå ïðè ðàñïàäå ïîñðåäñòâîì ÝÇ ÿäðà In, ïåπ + ðåõîäèò â îñíîâíîå ñîñòîÿíèå (I = 1/2 ) ÷åðåç ïðîìåæóòî÷íîå ñîñòîÿíèå 247 êý (I π = 5/2 + ) ñ ïåðèîäîì ïîëóðàñïàäà Ò1/2 = 85 íñ. Èçìåðåíèÿ ÂÓÊ êàñêàäà γêâàíòîâ 173247 êý ïîçâîëÿþò îïðåäåëÿòü ñâåðõòîíêèå âçàèìîäåéñòâèÿ ÿäðà 111Ñd ñ åãî ýëåêòðîííûì îêðóæåíèåì çà âðåìÿ æèçíè ïðîìåæóòî÷íîãî ñîñòîÿíèÿ.  èññëåäîâàíèÿõ ìåòîäîì ÂÓÊ õèìè÷åñêèõ è áèîëîãè÷åñêèõ îáúåêòîâ ïîñëåýôôåêòû ðàñïàäà ðàäèîíóêëèäîâ ïóòåì ÝÇ ìîãóò îêàçàòüñÿ ìåøàþùèìè ôàêòîðàìè, òàê êàê ðåçêîå èçìåíåíèå çàðÿäîâîãî ñîñòîÿíèÿ èîíà-çîíäà ñïîñîáíî âûçûâàòü ðàçðóøåíèå èññëåäóåìûõ ìîëåêóë.  ýòîé ðàáîòå ìû âïåðâûå óêàçûâàåì íà âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ìåòîäà ÂÓÊ â èññëåäîâàíèÿõ ñòàáèëüíîñòè êîìïëåêñîâ ðàäèîíóê111 ëèäà In ñ îðãàíè÷åñêèìè ëèãàíäàìè â âîäíûõ ðàñòâîðàõ, âêëþ÷àÿ èõ õèìè÷åñêóþ ñòàáèëüíîñòü è óñòîé÷èâîñòü ê ïîñëåýôôåêòàì ÝÇ.  êà÷åñòâå ëèãàíäîâ 306 ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1998. Ò. 39. ¹ 5 Âîçìîæíûå õèìè÷åñêèå ïðåâðàùåíèÿ êîìïëåêñîâ 111In â âîäíîì ðàñòâîðå ñ ó÷åòîì ïîñëåäñòâèé Îæå-ïðîöåññà. À,  õèìè÷åñêèå ïðåâðàùåíèÿ êîìïëåêñà â âîäíîì ðàñòâîðå; Á ïðåâðàùåíèÿ êîìïëåêñîâ â ðåçóëüòàòå ðàñïàäà è Îæå-ïðîöåññà. Hnlig èñõîäíûé îðãàíè÷åñêèé ëèãàíä; HnX íîâûé îðãàíè÷åñêèé ëèãàíä, îáðàçîâàâøèéñÿ â ðåçóëüòàòå äåñòðóêöèè èñõîäíîãî ëèãàíäà áûëè èñïîëüçîâàíû äèýòèëåíòðèàìèíîïåíòàóêñóñíàÿ êèñëîòà (H5dtpa), íèòðèëòðèóêñóñíàÿ êèñëîòà (H3nta), ãëèöèëäèìåòèëåíôîñôîíîâàÿ êèñëîòà (H5gph), îêñàáèôîðíàÿ êèñëîòà (H4obph) è ïðîèçâîäíàÿ ãèäðîêñèàìèíîìàñëÿíîé êèñëîòû (H 3 amph) [5, 6], îáðàçóþùèå êîìïëåêñû ñ èíäèåì ðàçëè÷íîé óñòîé÷èâîñòè [7,9]. Åñëè èññëåäóåìûå ìîëåêóëû ðàñòâîðåíû â æèäêîñòè, òî âîçìóùåíèå óãëîâîé êîððåëÿöèè çàâèñèò íå òîëüêî îò ñèëû ýëåêòðè÷åñêîãî êâàäðóïîëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ðàäèîíóêëèäà â äàííîé ìîëåêóëå, êàê ýòî íàáëþäàåòñÿ â òâåðäîé ôàçå, íî òàêæå è îò ïîäâèæíîñòè ìîëåêóë â ðàñòâîðå, ÷òî â ñâîþ î÷åðåäü îïðåäåëÿåòñÿ èõ ðàçìåðîì, ôîðìîé è âÿçêîñòüþ ñðåäû [3,4]. Çàïîëíåíèå äûðîê â K- è L-îáîëî÷êàõ äî÷åðíå111 111 ãî èîíà Cd, îáðàçîâàâøèõñÿ ïîñëå ÝÇ In, îñóùåñòâëÿåòñÿ â îñíîâíîì çà ñ÷åò Îæå-ýôôåêòà, ÷òî âûçûâàåò ïîÿâëåíèå êàñêàäà âàêàíñèé, äâèæóùèõñÿ ê âíå111 øíèì îáîëî÷êàì.  ðåçóëüòàòå èîíû Cd çà î÷åíü 14 15 10 ñ) ìîãóò ïðèîáðåñòè êîðîòêîå âðåìÿ (10 î÷åíü âûñîêèé çàðÿä (äî +10 è âûøå) [11]. Òàêàÿ óäàðíàÿ èîíèçàöèÿ ìîæåò ïðèâåñòè ê ïîëíîìó ðàçðóøåíèþ ìîëåêóëû êîìïëåêñà. Âåðîÿòíîñòü ñîõðàíåíèÿ öåëîñòíîñòè êîìïëåêñà ïîñëå ðàñïàäà èîíà-çîíäà â ðåçóëüòàòå ÝÇ, ò.å. åãî óñòîé÷èâîñòü ê ïîñëåýôôåêòàì, çàâèñèò íå òîëüêî îò ñòåïåíè çàðÿäà, íî è îò õàðàêòåðà õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé ìåòàëëè÷åñêîãî èîíà ñ îðãàíè÷åñêèìè ëèãàíäàìè. Âîçìîæíûå õèìè÷åñêèå ïðåâðàùåíèÿ êîìïëåêñîâ ðàäèîíóêëèäîâ ìåòàëëîâ, ðàñïàäàþùèõñÿ ïóòåì ÝÇ, â âîäíûõ ðàñòâîðàõ ïðèâåäåíû íà ðèñóíêå.  âîäíûõ ðàñòâîðàõ ýëåêòðîëèòîâ âîññòàíîâëåíèå çàðÿäà èîíà äî÷åðíåãî 111Cd äî 2+ ïðîèñõîäèò òàê æå áûñòðî, êàê è åãî èîíèçàöèÿ â Îæå-ïðîöåññå. Âðåìÿ æèçíè íà÷àëüíîãî ñîñòîÿíèÿ 420 êý ÿäðà Cd ðàâ10 íî 1.2·10 c, ïîýòîìó èñïóñêàíèå ïåðâîãî êàñêàäíî- ãî γ-êâàíòà 173 êý ïðîèñõîäèò ïîñëå òîãî, êàê èîí Ñd ïðèîáðåë çàðÿä 2+.  êîíå÷íîì èòîãå îáðàçîâàâøèåñÿ èîíû Ñd ìîãóò îêàçàòüñÿ â ðàçëè÷íîì îêðóæåíèè â çàâèñèìîñòè îò âåðîÿòíî ñòè è ñòåïåíè ðàçðóøåíèÿ êîìïëåêñà âñëåäñòâèå Îæå-ïðîöåññà.  ýòîì ñëó÷àå âåëè÷èíà ðåëàêñàöèîííîé êîíñòàíòû λñ áóäåò çàâèñåòü îò òîãî, íàõîäèòñÿ ëè èîí Ñd â ñîñòàâå öåëîñòíîãî êîìïëåêñà, èëè åãî ôðàãìåíòà. Åñëè ìàññà ôðàãìåíòà ìíîãî ìåíüøå ìàññû öåëîñòíîãî êîìïëåêñà, òî è êîíñòàíòà ðåëàêñàöèè λ ñ áóäåò ìíîãî ìåíüøå, ÷åì â öåëîñòíîì êîìïëåêñå, à óãëîâàÿ êîððåëÿöèÿ äëÿ ÿäåð, âõîäÿùèõ â ñîñòàâ òàêèõ ôðàãìåíòîâ, áóäåò áëèçêà ê íåâîçìóùåííîé. Òàêèì îáðàçîì, åñëè â ðàñòâîðå ïðèñóòñòâóþò öåëîñòíûå êîìïëåêñû è èõ ëåãêèå ôðàãìåíòû, òî íàáëþäàåìûé ñïåêòð ÂÓÊ äîëæåí õàðàêòåðèçîâàòüñÿ ìèíèìóì äâóìÿ êîìïîíåíòàìè ñ ðàçëè÷íûìè çíà÷åíèÿìè ðåëàêñàöèîííûõ êîíñòàíò λñ. Îöåíêà ñòàáèëüíîñòè êîìïëåêñîâ ñ ðàçëè÷íûìè ëèãàíäàìè Ñòðîåíèå êîìïëåêñà 111 In Ïàðàìåòð ñòàáèëüíîñòè S = a1/(a1+a2) [InH2dtpa(OH)]0 0.64(6) [In2 (Hnta)3]0 0.35(8) [InH2gph(OH)H2O]0 0.35(8) [InH4obph]0 0.43(7) [Inampf H2O] 0 0.62(6) ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1998. Ò. 39. ¹ 5 Äåéñòâèòåëüíî, ïîäîáíóþ êàðòèíó ìû íàáëþäà111 111 åì äëÿ êîìïëåêñà In( Ñd) ñ H 5dtpa. Ñïåêòð ÂÓÊ áûë íàìè îïèñàí â ïðåäïîëîæåíèè, ÷òî ôàêòîð äèíàìè÷åñêîãî âîçìóùåíèÿ óãëîâîé êîððåëÿöèè ñîäåðæèò äâå ðåëàêñàöèîííûå êîíñòàíòû [9]: 2 G 2 ( t ) = ∑ a i exp i =1 ( -λ c 1 t ) , 6 1 ïðîâåñòè ðàñ÷åòû ìîëåêóëÿðíûõ êîìïëåêñîâ ñ Cd è In â êà÷åñòâå öåíòðàëüíîãî àòîìà, èìåþùèõ îäèíàêîâóþ ñòðóêòóðó è ýôôåêòèâíûé ðàäèóñ [6]. Ýòî ìîæíî âûïîëíèòü, èñïîëüçóÿ ñïåöèàëèçèðîâàííûå ðàñ÷åòíûå ïðîãðàììû íà îñíîâå ìåòîäîâ ìîëåêóëÿðíîé ìåõàíèêè. ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ äëÿ êîòîðûõ áûëè ïîëó÷åíû çíà÷åíèÿ: λ ñ1 = 16(1)⋅10 c 307 6 1 è λ ñ2 < 1⋅10 c . Ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ïåðâîå çíà÷åíèå êîíñòàíòû çàòóõàíèÿ îòíîñèòñÿ ê öåëîñòíûì êîìïëåêñàì, à âòîðîå ê ëåãêèì ôðàãìåíòàì. Òîãäà îòíîøåíèå a1/(a1+a2) ìîæíî ïðèíÿòü çà íåêîòîðûé îáîáùåííûé ïàðàìåòð S, õàðàêòåðèçóþùèé ñòàáèëüíîñòü êîìïëåêñà.  äàííîì ñëó÷àå áûëî ïîëó÷åíî S = a1/(a 1+a2) = 0.64(6).  òàáëèöå ïðèâåäåíû çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðà S äëÿ 111 äðóãèõ õèìè÷åñêè ñòàáèëüíûõ êîìïëåêñîâ In ñ ëèãàíäàìè. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ýòè ðåçóëüòàòû êîððåëèðóþò ñ äàííûìè î õèìè÷åñêîé óñòîé÷èâîñòè ýòèõ êîìïëåêñíûõ ñîåäèíåíèé [12]. Èíôîðìàòèâíîñòü ââîäèìîãî íàìè ïàðàìåòðà S äëÿ îöåíêè ñòàáèëüíîñòè êîìïëåêñíûõ ñîåäèíåíèé ðà111 äèîíóêëèäà In â âîäíûõ ðàñòâîðàõ ñ ðàçëè÷íîé õèìè÷åñêîé óñòîé÷èâîñòüþ íóæäàåòñÿ â äàëüíåéøåì ýêñïåðèìåíòàëüíîì óòî÷íåíèè.  ÷àñòíîñòè, áûëî áû æåëàòåëüíî ïðîâåñòè îïûòû ñ òåìè æå ëèãàíäàìè, íî â êà÷åñòâå ìåòàëëè÷åñêîãî èîíà èñïîëüçîâàòü ðàäèîíóêëèä 111mCd (Ò1/2 = 43 ìèí.). Äëÿ êîððåêòíîãî èñïîëüçîâàíèÿ ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé ÂÓÊ íåîáõîäèìî 1. Fawdry R. //Chem. Aust. 1985. 52. Ð. 97. 2. Òàðàñîâ Í.Ô., Êîäèíà Ã.Å., Êîðñóíñêèé Â.Í. Èòîãè íàóêè è òåõíèêè. Ñåð. Ðàäèàöèîííàÿ áèîëîãèÿ. 1991. 10. C. 5. 3. Âîçìóùåííûå óãëîâûå êîððåëÿöèè/Ïîä ðåä. Ý. Êàðëññîíà, Ý. Ìàòòèàñà, Ê. Çèãáàíà. Ì., 1966. Ñ. 25. 4. Marshall A.G. Biophysical Chemistry. N.Y., 1978. 5. Akselrod Z.Z, Kulakov V.N, Sorokin A.A et al. XIII Intern. Symposium on Medicinal Chemistry, Paris September 19-23, 1994. Book of abstr., Ð. 371. 6. Akselrod Z.Z, Kulakov V.N., Sorokin A.A et al. J. Radioanal. Nucl. Chemistry-Letters, 1995. 199(5). Ð. 357. 7. Àêñåëüðîä Ç.Ç., À.À.Ñîðîêèí À.À., Êóëàêîâ Â.Í. è äð. Òåç. äîêë. Ìåæäóíàð. ñîâåù. «ßäåðíàÿ ñïåêòðîñêîïèÿ è ñòðóêòóðà àòîìíîãî ÿäðà». Ñ.-Ïá., 1995. Ñ. 377. 8. Akselrod Z.Z., Kulakov V.N., Sorokin A.A et al. 10-th Int. Conf. on Hyperfine Interactions, Leuven, Belgium, 1995. Book of Abstracts. Absr. P257-TH. 9. Akselrod Z.Z, Kulakov V.N, Sorokin A.A et al. ibid. Absr. P258TH. 10. Singh U.C., Weiner P.K., Caldwell G.W., Kolman P.A. AMBER (UCSF) version 3.0. Dpt. of Farm. Chem., Univ. of Calif. San Calif., San Francisco, 1986. 11. Ñíåëë À. Âëèÿíèå ðàäèîàêòèâíîãî ðàñïàäà íà àòîìû è ìîëåêóëû. Àëüôà-, áåòà- è ãàììà-ñïåêòðîñêîïèÿ. Ì., 1969. Âûï. 4. Ñ. 222. 12. Äÿòëîâà Í.Ì., Òåìêèíà Â.À, Ïîïîâ Ë.È. Êîìïëåêñîíû è êîìïëåêñîíàòû ìåòàëëîâ. Ì., 1988. Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 05.11.96