قسم الكيمياء يناقش رسالة ماجستير تبحث في تحضير و تشخيص معقدات فلزية جديدة مشتقة من ليكاندات مانخ مع تقييم الفعالية البيولوجية لها

ناقش قسم الكيمياء في كلية التربية للعلوم الصرفة (ابن الهيثم) رسالة الماجستير الموسومة ( معقدات فلزية جديدة مشتقة من ليكاندات مانخ;  تحضير و تشخيص طيفي مع التقييم البيولوجي ) للطالب ( عمار حسن عبد الهادي ) التي انجها تحت اشراف التدريسي في القسم ( أ.د. محمد جابر ابراهيم الجبوري) ، ونوقشت من قبل اعضاء لجنة المناقشة المدرجة اسمائهم فيما ياتي:

• أ.د. حسن أحمد حسن           (رئيسا)

• أ.م.د. عيد صالح محمد           (عضوا)

• أ.م.د. ورود علي جعفر           (عضوا)

• أ.د. محمد جابر ابراهيم الجبوري (عضوا ومشرفا)

ويهدف البحث الى تحضير :

1. ليكاند ثنائي السن من قواعد مانخ وتم تسميته :

(2R)-2-((R)-(4(dimethylamino)phenyl)(phenylamino)methyl) 4methylcyclohexan-1-one (HL¹)

من مزج ثلاث مركبات عضوية (بارا-مثيل سايكلوهكسانون , الأنلين , بارا ثنائي مثيل امينو بنزلديهايد )

2. تحضير قاعدة شيف لليكاند ثلاثي السن جديد ثايوسيمي كاربازون وتم تسميته :

 (E)-2-((2S)-2-((S)-(4(dimethylamino)phenyl) (phenylamino)methyl))-4-methylcyclohexylidene)hydrazine-1-carbothioamide (H₂L²)

من مزج الليكاند الاول مع الثايوسيمي كاربازايد

3. تحضير سلسلة معقدات لكلا الليكاندين مع ايوانات Mn^(II), Co^(II), Ni^(II),  Cu^(II),  Zn^(II)   Cd^(II),

4. دراسة التراكيب المقترحة والاشكال الفراغية لليكاندات ومعقداتها المحضرة

5. استكشاف النشاط الميكروبيولوجي لكلا الليكاندين ومعقداتها ضد سلالات G + و G- من البكتيريا ونوعين من الفطريات.

تشمل هذه الدراسة تحضير والتشخيص الهيكلي والنشاط البيولوجي لنوعين من الليكاندات مع معقداتها الفلزية. الليكاند الاول يسمى :

(2R)-2-((R)-(4(dimethylamino)phenyl)(phenylamino)methyl)-4-methyl cyclohexan-1-one (HL¹)

و قد تم تحضيره من خلال التفاعل الاحادي مشتق من تفاعل مانخ باستخدام كلوريد الكالسيوم كمحفز. اجراء التفاعل تم باستخدام الكحول الاثيلي كوسط للتفاعل ومن خلال مزج ثلاث مكونات هي : بارا-ثنائي-مثيل-امينو بنزلديهايد , الانلين و بارا-مثيل سايكلوهكسانون بنسبة مولية مقدارها 1:1:1, على التوالي , تم تحريك المزيج لمدة 12 ساعة عند درجة حرارة الغرفة. تم الحصول على الناتج المطلوب كمادة صلبة ثم ترشيحها وغسلها بالماء المقطرواعادة بلورتها وتجفيفها .راجع المخطط( أ ).

والليكاند الثاني : (E)-2-((2S)-2-((S)-(4(dimethylamino)phenyl) (phenylamino)methyl)-4-methyl cyclohexylidene)hydrazine-1carbothioamide (H₂L²).

تم تاكيد تكوين الليكاند (H₂L²) من تفاعل التكثيف لمجموعة الكيتون مع مركب الثايوسيمي كاربازايد وبالتالي تم استخدام HL¹ كمادة اولية توفر مجموعة الكاربونيل والتي تتفاعل مع امين الجزء الهيدرازيني من الثايوسيمي كاربازايد. تم تحضير(H₂L²) من اضافة ما يعادل مكافى واحد من محلول الايثانولي من الثايوسيمي كاربازايد الى نسبة مكافى لليكاند HL¹ لأعطاء (H₂L²) بكمية معتدلة. تم التفاعل لمدة 5 ساعات بواسطة التصعيد العكسي  وتم ترشيح الناتج الصلب وغسله باستخدام الايثانول والايثر, انظر المخطط (ب).

المخطط  (أ) : الطريقة العامة لتحضيرالليكاند الاول HL¹.

المخطط (ب) : الطريقة العامة لتحضير الليكاند الثاني H₂L².

تم استخدام كلا الليكاندين المحضرين  لتحضير مجموعة من المعقدات الفلزية مع ايونات :

 Mn^(II), Co^(II), Ni^(II), Cu^(II), Zn^(II)  and Cd^(II)

في نسبة 2:1 (فلز:ليكاند) باستخدام الايثانول او DMF  كمذيب. تم تحريك المزيج لمدة 24 ساعة بدرجة حرارة الغرفة. تم السماح للمحلول بالتبخر ببطء عند درجة حرارة الغرفة , وتم تكوين مسحوق صلب والذي تم ترشيحه وغسله باستخدام الكلوروفورم والايثر, انظر للمخطط ج. اعطى الليكاند الاول  HL¹ معقدات فلزية مونمرية للصيغة العامة :

[Mn(HL¹)₂(Cl)₂],  [M(HL¹)₂(Cl)₂](H₂O) (where M= Co^(II), Ni^(II), Cu^(II) ,  [Zn(HL¹)](H₂O) Cl₂ and [Cd(HL¹)] Cl₂

أعطى (H₂L²)  المعقدات البوليمرية عند تفاعله مع الايونات الفلزية المذكورة آنفاَ ذات صيغة عامة:

{[M(HL²)]Cl₂}n (where M= Mn^(II), Co^(II), Ni^(II), Cu^(II), Zn^(II), Cd^(II))

انظر للمخطط ( د). تم تأكيد التركيب الكيميائي للليكاندات المحضرة ومعقداتها الفلزية  باستخدام :مطيافية الاشعة تحت الحمراء, والأطياف الألكترونية , والرنين النووي المغناطيسي (¹H,¹³C) ومطيافية الكتلة والتحليل الدقيق للعناصر و فحص الحساسية المغناطيسية , التوصيلية المولارية و ودرجة الانصهار.

المخطط (ج) : الطريقة العامة لتحضير معقدات اللكند الاول HL¹.

المخطط (د) : الطريقة العامة لتحضير معقدات الليكاند الثاني  H₂L².

وبناءً على البيانات التحليلية والطيفية اقترحت التراكيب الاتية:

1- كانت معقدات HL¹ مع ايونات   Mn^(ӀӀ), Co^(ӀӀ), Ni^(ӀӀ) and Cu^(ӀӀ)  ذات تركيب اوكتاهيدرا المشوه.

2- ترتيب رباعية السطوح مع معقدات Zn^(II) Cd^(II).

3- اشكال ثمانية السطوح مشوهه حول الايون الفلزي لـ H₂L² مع ايونات Mn^(ӀӀ), Co^(ӀӀ), Ni^(ӀӀ), Cu^(ӀӀ), Zn^(II) , Cd^(II).

تم تقييم المركبات المحضرة (الليكاندين ومعقداتها الفلزية) لنشاطها المايكروبايولوجي تجاه مجموعة من البكتريا  والفطريات. وتشمل الأنواع البكتيرية نوعين من السلالات : بكتريا ايجابية  لصبغة غرام : (Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis)

وسالبة لصبغة غرام: (Escherichia coli , Proteus spp)

تصيب البكتريا المستخدمة في هذا العمل الجهاز البولي والتنفسي للبشر وتحسب بعضها كنوع من البكتريا المميتة والتي ممكن ان تنشط في غرفة العمليات الجراحية.

بشكل عام ، تشير الاستنتاجات المتعلقة بالنشاط المضاد للبكتيريا إلى أن بيانات الاستنبات أظهرت معقدات HL¹  نشاطًا مضادًا للميكروبات ضد معظم أنواع البكتيريا ، مقارنةً الليكاند  الحر. أظهرت معقدات H₂L² نشاطًا أكبر ضد بعض أنواع السلالات البكتيرية ، مقارنةً باليكاند الحر. أظهر HL¹ و H₂L² تثبيط تجاه نوع واحد من البكتيريا Proteus spp و Staphylococcus aureus على التوالي. يبدو ان معقدات HL¹  لديها نشاط مضاد للبكتريا اعلى بالمقارنة مع معقدات H₂L². اضافة الى ذلك غطت الدراسة النشاط المضاد للفطريات لنوعين منها: النوع الاول هو Candida albicans ويصيب الجهاز الهضمي والفم في 40-60% من البالغين الاصحاء. النوع الثاني هو Trichophyton rubrum ويسبب التهاب جريبات الشعر في الذقن و فروة الرأس والمسؤول عن اصابة القدم الرياضي. اشارت البيانات الى مقاومة فطريات Trichophyton rubrum في كلا الليكاندين . يظهر H₂L² نشاطا مضاد ضد نوع Candida albicansمقارنة بـ  HL¹. أشارت معقدات  HL¹ الفلزية  إلى نشاط أعلى تجاه الفطريات التي تم فحصها ، مقارنةً بالليكاندات الحرة المشتقة منها. أظهرت البيانات التي تم جمعها أن H₂L² يعتبر أكثر نشاطًا ضد Candida albicans ، مقارنة مع معقداته الفلزية.     

وخلص الطالب الى التوصيات الاتية :

1. تحضير ليكاندات مانخ وليكاندات الثايوسيميكاربازون جديدة من مجموعة متنوعة من المواد الاولية وبدائل مختلفة

2. تحضير معقدات فلزية جديدة من الليكاندات المذكورة اعلاه باستخدام ايونات فلزية من السلسلة الانتقالية الثانية والثالثة

3. العمل على اعادة بلورة وتكوين بلورة مناسبة لليكاندات المذكورة ومعقداتها من اجل تحديد اشكالها من خلال X-ray single crystal

4. فحص المركبات المحضرة ضد كائنات دقيقة اخرى

5. التحقيق في انشطار الحمض النووي والنشاط المضاد للسرطان للمركبات المحضرة

New metal complexes derived from Mannich ligands ; synthesis, spectral  investigation and biological evaluation  

Ammar  Hassan  Abdulhadi  Mahdi  Al-Qazzaz

Prof. Dr. Mohamad J. Al-Jeboori \ Department of Chemistry

Aim of the work

• Synthesis of new bidentate Mannich-base ligand namely; (2R)-2-((R)-(4(dimethylamino)phenyl)(phenylamino)methyl)-4methylcyclohexan-1-one (HL¹) from mixing of a three organic component (p-methylecyclohexanone, phenylamine, p-dimethylaminobenzaldehyde).

• Synthesis of new tridentate thiosemicarbazone Schiff-base ligand namely; (E)-2-((2S)-2-((S)-(4(dimethylamino)phenyl) (phenylamino)methyl))-4-methylcyclohexylidene)hydrazine-1-carbothioamide (H₂L²) by mixing HL¹ with thiosemicarbazide.

• Synthesis of a range of metal complexes from the reaction of both ligands with Mn^(II), Co^(II), Ni^(II),  Cu^(II),  Zn^(II) and  Cd^(II), ions.

• Studying the possible structures and the stereochemistry of ligands and complexes.

• Exploring the microbiological activity of ligands and their complexes against G⁺ and G^– strains of bacteria and two types of fungi.

Abstract :

This study includes the formation, structural characterisation and biological activity of  two ligands and their metal complexes. The preparation of ligand (2R)-2-((R)-(4(dimethylamino)phenyl) (phenylamino)methyl)-4-methyl cyclohexan-1-one (HL¹) was accomplished through a one-pot reaction derived from Mannich approach in which CaCl₂ was used as a catalyst. The reaction was achieved in EtOH by mixing three components; p-dimethylaminobenzaldehyde, aniline and p-methylcyclohexanone with a 1:1:1 mole ratio. The resulting mixture was stirred for 12 h at  room temperature. The title  product was obtained as a solid material that filtered off, washed with distilled water, recrystallized from EtOH  and then dried under vacuum, see Scheme(I). The synthesis of second ligand H₂L² was performed by the condensation reaction of the ketone group of HL¹ with the amine group of the thiosemicarbazide moiety. In the formation of H₂L² ((E)-2-((2S)-2-((S)-(4(dimethylamino)phenyl)(phenylamino)methyl)-4-methyl cyclohexylidene) hydrazine-1carbothioamide) (H₂L²). The fabrication of H₂L² was derived from the addition of a 1 equivalent of an ethanolic solution of thiosemicarbazide to an equivalent mole ratio of HL¹ at reflux for 5 h that resulted in the isolation of H₂L² in a moderate yield. The solid product was filtered off then washed with ethanol and ether, Scheme (I).

     Scheme (I): General synthetic steps of HL¹ and H₂L².

           

The prepared ligands were used to synthesize a range of complexes with Mn^(II), Co^(II), Ni^(II), Cu^(II), Zn^(II) and Cd^(II) ions in a 1:2 (M:L) mole ratio using ethanol or DMF as a solvent. The resulting mixture was stirred for 24 h at room temperature. The solution was allowed to evaporate  slowly at RT and a coloured solid powder was formed, which  filtered off, washed with chloroform  and diethylether. The HL¹ gave monomeric complexes with the title metal ion of the general formula [Mn(HL¹)₂(Cl)₂], [M(HL¹)₂(Cl)₂].(H₂O) (where M= Co^(II), Ni^(II), Cu^(II) , [Zn(HL¹)]Cl₂.(H₂O) and [Cd(HL¹)]Cl₂, see Scheme (II). The H₂L² gave polymeric complexes upon reaction with the title metal ion of the general formula {[M(HL²)₂]Cl₂}_n, see Scheme (III). The chemical structure of the entity ligands and their metal complexes were confirmed using; FT-IR, electronic spectra, ¹H- and ¹³C-NMR spectra, electrospray mass spectroscopy, elemental analysis, magnetic susceptibility, molar conductivity and melting point.

Scheme (II): General synthetic route of HL¹ complexes.

Scheme (III): General synthetic route of H₂L² complexes.

Based on the analytical and spectroscopic data, the following structures are suggested:

1. HL¹ complexes with Mn^(ӀӀ), Co^(ӀӀ), Ni^(ӀӀ) and Cu^(ӀӀ) ions indicated the formation of six coordinate complexes with distorted octahedral geometry around metal centre.

2. A tetrahedral arrangement was suggested with Zn^(II) and Cd^(II)

3. H₂L² complexes with Mn^(ӀӀ), Co^(ӀӀ), Ni^(ӀӀ), Cu^(ӀӀ), Zn^(II) and Cd^(II) ions revealed the isolation of distorted octahedral geometry about metal core.

          The prepared compounds (ligands and their metal complexes) have evaluated for their microbiological activity toward a range of bacteria and fungi microorganism. The bacterial species include two type of strains : G-positive (Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis) and G-negative (Escherichia coli , Proteus spp). The examined bacteria in this work have the ability to infect the urinary and respiratory tract of humans and account as the nasty and deadly type of bacteria that found in the surgery operation room. Generally, anti-bacterial activity data show that the complexes of HL¹ exhibited antimicrobial activity against most bacterial species, compared with the free ligand. The complexes of H₂L² exhibited enhanced activity against some types of the bacterial strains, compared with the free ligand. HL¹ and H₂L² showed inhibition activity towards one kind of bacteria; Proteus spp and Staphylococcus aureus, respectively. The HL¹ complexes appeared to have the highest anti-bacterial activity, compared with the H₂L² complexes. More, the activity against fungal species covered two types of fungi. The first species Candida albicans is detected in the gastrointestinal tract and mouth in 40–60% of healthy adults. The second species Trichophyton rubrum  has the ability to infect the feet scalp and it is responsible for athlete’s foot infection. The obtained data indicated the resistance of Trichophyton rubrum against both ligands. More, H₂L² shows activity against Candida albicans compared with HL¹. The HL¹ metal complexes indicated higher activity towards the examined fungi, compared with the free ligand.   Based on data, H₂L² indicated to be more active against Candida albicans, compared with its complexes.

Prospective studies

1. Formation of new Mannich-base and thiosemicarbazone ligands with a variety of starting materials and different substituents.

2. Formation of new metal complexes with the above ligands using transition metal ions including that from the second and/or third series of transition ions.

3. Working on the recrystallization of the ligands and their metal complexes in order to isolated crystals that suitable for X-ray single crystal structure.

4. Screening the prepared compounds against other microorganism.

5. Investigating the DNA cleavage and anti-cancer activity of the prepared compounds.