光 に安 定 な貴金 属カル ボ ン酸塩 錯体 の構 造 多様性 と生理活性

ScieLnce61∂zlzη θ10fKanagawa乙Tniversi'ty1785・88(2006)

■報告書 ■2005年 度神 奈川大学総合理 学研 究所助成共 同研究

光 に安 定 な貴金 属カル ボ ン酸塩 錯体 の構 造 多様性 と生理活性

野 宮 健 司1・4力 石 紀 子1野 口 龍 介2木 村 卓 央3

AVarietyofAg‑OBondingModesandAntimicrobialActivities ofLight‑StableCoinageMetalComplexeswithCarboxylateLigands

KenjiNomiyal°4,NorikoChikaraisiKasugal,RyusukeNoguchi2 andTakaoKimura3 1DepartmentofChemistry

,FacultyofScience,KanagawaUniversity,且iratsuka,1(anagawa 259‑1293

2TechnicalDepartment

,NipponRareMetal,Inc.,Nakayama1200,Midori‑ku,Yokohama,Kanagawa 226‑8591

3TechnicalDevelopmentDivision

,TokurikiChemicalResearchCorporation,SagamiFactory,Yamato, Kanagawa242‑0012

4Towhomcorrespondenceshouldbeaddressed .E・mail:nomiya@kanagawa‑u.ac.jp

Abstract=Usinglightstabledimericsilver(1)carboxylateprecursors{[Ag(Hpyrrld)]2}n formedwithchiralandracemicformsof2‑pyrrolidone‑5‑carboxylicacid(H2pyrrld)ligand, sixnovellightstable,triphenylphosphinesilver(1)complexesconsistingofbothahardLewis base(Oatom)andasoftLewisbase(Patom)wereprepared,i.e.[Ag2(丑Hpyrrld)2

(H20)(PPh3)2]・H201,[Ag(RHpyrrld)(PPhs)2]22,[Ag2(SHpyrrld)2(H20)(PPhs)2]・H203, [Ag(S‑Hpyrrld)(PPh3)2]24,{[Ag(R,SHpyrrld)(PPh3)]z} 5and[Ag(R,S‑Hpyrrld)(PPhs)2]6.

Theirsolid‑stateandsolutionstructureswereunequivocallycharacterizedwithelemental analysis,TG/DTA,FTIR,X‑raystructureanalysis,molecularweightmeasurementsin EtOHwiththevaporimetricmethod,solution(1H13C,31P)NMRandsolid‑state31PCPMAS NMRspectroscopy.Twosetsofenantiomericcomplexeswereisolatedas(1and3)and(2 and4).X‑raycrystallographyrevealedthatthesecomplexespossesseddifferentAg‑O bondingmodes,dependingonthenumberofPPh31igandsandthechiralityoftheHpyrrld‑

ligand.Complexes1‑6behavedasamonomericspeciesinEtOHandCD2C12.

Antimicrobialactivitesbysilver(1)complexesinthewatersuspensionsystemagainst selectedbacteria,yeastandmoldsweresignificantlycorrelatedwiththenumberof coordinatingPPhsligandspersilver(1)atominthecomplexes.

Keywordssilver(1)complexes,2‑pyrrolidone‑5‑carboxylicacid,triphenylphosphine,Ag‑O bondingmodes,crystalandmolecularstructures,antimicrobialactivities

序 論

カ ル ボ キ シ 基 酸 素 に よ るAgつ 結 合 錯 体 は ソ フ ト性 ル イ ス 酸(Ag原 子)と ハ ー ド性 ル イ ス 塩 基(0原 子)か ら な る 置 換 活 性 錯 体 で あ り、 反 応 性 や 抗 菌 活 性 が 期 待 され て い る 。 し か し 、 多 く の カ ル ボ ン 酸 銀(1)錯 体 は 難 溶 性 で 光 に 不 安 定 で あ り、 構 造 解 析 が 難 し い と され て き た1)。 我 々 は こ れ ま で に 複 素 環 カ ル ボ ン 酸 の1つ で あ る2一 ピ ロ リ ドン ・5・カ ル ボ ン 酸(H2pyrrld) を 配 位 子 に 選 び 、 光 に 安 定 で 水 溶 性 の 銀(1)錯 体 [Ag(Hpyrrld)]2を 合 成 し、 そ れ ら の 結 晶 構 造 を 明 ら

か に し た2,3)。 本 研 究 で は 、 そ の 銀(1)錯 体 [Ag(Hpyrrld)]2を 前 駆 体 に 用 い て 、PPh3配 位 子 と

の モ ル 比 を変 え た反 応 か らハ0ド 性 ル イ ス塩 基(0原 子)と ソ フ ト性 ル イ ス 塩 基(P原 子)の 両 方 を 含 む 新 し い 0・Ag・P結 合 を 有 す る 錯 体 を い く っ か 合 成 し

34

N H

重、横、恵COOH H

R‑H2pyrrld

OResearchInstituteforIntegratedScience,KanagawaUniversity

86ScienceJournalofKanagawaUniversityVol,17,2006

た4)。 固体 状 態 で銀(1)原子 とカル ボ キ シ基 との 問 に 多 様 なAgつ 結 合 モ ー ドが 存在 す る こ とを見 出 し、

それ らを タ イ プ分 類 した。 そ のPPh3誘 導 体 の 溶 液 中 にお け る挙 動 を分 子 量 測 定 お よびPPh3誘 導 体 同 士 の配 位 子 交換 反 応 か ら調 べ 、 固 体 構 造 との比 較 を 行 っ た 。 さ ら に複 素 環 カ ル ボ ン酸 銀(1)錯 体 お よび PPh3誘 導 体 の抗 菌 活 性 を調 べ 、構 造 活 性 相 関 な どを 検 討 した。

結 果 と 討 論

二 核 カ ル ボ ン 酸 銀(1)錯 体 の 合 成 と構 造2β) 2一ピ ロ リ ド ン ・5・カ ル ボ ン 酸(丑 体 、S体 、R,S体)を 配 位 子 とす る 水 溶 性 カ ル ボ ン 酸 銀(1)錯 体 の 合 成 を 行 っ た2・3)。水 溶 液 中 、Ag20:H2pyrrld=1:2の モ ル 比 か ら得 られ る 無 色 透 明 溶 液 を 内 部 溶 媒 、 ア セ ト ン を 外 部 溶 媒 とす るvapordiffusionに よ り水 に 可 溶 、 有 機 溶 媒 に 難 溶 な 無 色 透 明 針 状 結 晶 と し て [Ag(R‑Hpyrrld)]2を57.4%,[Ag(S‑Hpyrrld)]2を

76.0%,[Ag(R,S‑Hpyrrld)]2を86.2%収 率 で 単 離 し た 。 キ ャ ラ ク タ リゼ0シ ョ ン は 、FT‑IR、TGIDTA、

CHN元 素 分 析 、solution(1H,13C)NMR、solid‑state NMR(13C,15N)、positive‑ionESI‑MS、 単 結 晶X線 構 造 解 析 で 行 っ た 。 単 結 晶X線 構 造 解 析 の 結 果 、丑 体 お よ びS体 錯 体[Ag(R‑orS‑Hpyrrld)】2は.:.:

相 互 作 用 とAg‑0結 合 を 有 す る 二 核 錯 体 か ら な る ポ リ マ ー で あ り、 窒 素 原 子 は 配 位 に 関 与 して い な か っ た 。 こ の ポ リ マ ー は[Ag(Hpyrrld)]2中 の1つ のAg 原 子 と 隣 接 す る 錯 体 の カ ル ボ ニ ル 基 酸 素 原 子 と の 問 の 結 合 に 基 づ い た 自 己 集 合 に よ る らせ ん ポ リマ ー で あ っ た(R・ 体 が 右 巻 き らせ ん 構 造 、S一体 が 左 巻 き ら せ ん 構 造)。R,S体 錯 体[Ag(R,S‑Hpyrrld)]2は 二 核 錯 体 中 の2つ の 銀 原 子 が 隣 接 す る そ れ ぞ れ 別 の カ ル ボ ニ ル 基 酸 素 と結 合 し た 網 目 状 の ポ リマ ー 構 造 で あ っ た 。一 方 、水 溶 液 中 の キ ャ ラ ク タ リゼ ー シ ョ ン か ら、

溶 液 中 で は 丑 体,S体,R,S体 の 各 錯 体 は 、い ず れ も 二 核 錯 体 と し て 存 在 し て い た 。

二 核 カ ル ボ ン 酸 銀(1)錯 体 のPPh3誘 導 体 のAg‑0結 合 モ0ド の 多 様 性4)

光 に 安 定 な 水 溶 性 複 素 環 カ ル ボ ン 酸 銀(1)錯 体 [Ag(Hpyrrld)]2(R,S体,R一 体,S体)を 前 駆 体 と し て 、 エ タ ノ0ル/ジ ク ロ ロ メ タ ン 混 合 溶 媒 中 に お い て [Ag(Hpyrrld)】2:PPh3=1:2お よ び1:4の モ ル 比 で 反 応 させ 、Ag原 子 に 対 し てPPh3が1つ 配 位 した 錯 体(R体,S体,R,s体 のPPh3誘 導 体)お よ びAg 原 子 に 対 し てPPh3が2つ 配 位 し た 錯 体(R体,S体, R,S体 のPPh3誘 導 体)を 良 好 な 収 率 で 得 た 。 そ れ

ら は 水 に 不 溶 で あ り、 多 く の 有 機 溶 媒 に 可 溶 な 単 結

晶 と し て 単 離 した 。単 結 晶X線 構 造 解 析 の 結 果 、Ag 原 子 に 対 し てPPh3が1つ 配 位 し た 化 合 物

[Ag2(R‑Hpyrrld)2(H20)(PPh3)2]・H201は 、固 体 状 態 でAg+:R‑Hpyrrld':H20:PPh3=2:2:1:2の 組 成 で 、1つ の 水 分 子 の 酸 素 及 び カ ル ボ キ シ 基 の1つ

の 酸 素 が2つ のAg原 子 に 非 対 称 に 架 橋 し た 二 核 錯 体 で あ り、Ag原 子 は1つ のPPh3、2つ の 架 橋 カ ル ボ キ シ 基 酸 素 、1つ の 水 分 子 酸 素 に よ る4配 位 構 造 を と っ て お り 、Ag…Ag相 互 作 用 を 持 っ て い た 。 ま た 、 架 橋 して い る 水 分 子 の 酸 素 と 隣 接 す る錯 体 の カ ル ボ ニ ル 基 酸 素 と の 問 に 水 素 結 合 が 存 在 し て い た 。 S体 錯 体 の 化 合 物[Ag2(S‑Hpyrrld)2(且20) (PPh3)2]・H203は 丑 体 錯 体 の 化 合 物1の ミ ラ ー イ メ ー ジ と な っ て い た 。 化 合 物[Ag(R,S‑Hpyrrld) (PPh3)】25は 固 体 状 態 でAg+:R,S‑Hpyrrld‑:PPh3

=1:1:1の 組 成 でAg原 子 は1つ のPPh3、1つ の カ ル ボ キ シ 基 酸 素 及 び1つ の カ ル ボ ニ ル 基 酸 素 と結 合 し た 二 核 錯 体 で あ り、隣 接 す る 錯 体 のAg…0問 の フ ァ ン デ ル ワ ー ル ス コ ン タ ク トに 基 づ く超 分 子 構 造 を と っ て い た 。 ま た 、 こ の 化 合 物5は 二 核 錯 体 中 に 丑 体 とS体 配 位 子 を含 む メ ソ 体 で あ っ た 。

Ag原 子 に 対 し てPPh3が2つ 配 位 し た 化 合 物 [Ag(R‑Hpyrrld)(PPh3)2]22は 固 体 状 態 でAg+:

R‑Hpyrrld':PPh3=1:1:2の 組 成 で 、Ag原 子 に 対 して2つ のPPh3、1つ の カ ル ボ キ シ 基 酸 素 及 び1 つ の カ ル ボ ニ ル 基 酸 素 に よ る4配 位 銀(1)の 二 核 錯 体 で あ っ た 。S体 錯 体 の 化 合 物[Ag(S‑Hpyrrld) (PPh3)2]24は 丑 体 錯 体 の 化 合 物2の ミ ラ ー イ メ ー ジ

と な っ て い た 。 化 合 物[Ag(R,S‑Hpyrrld)(PPh3)2]6 はAg+:R,SHpyrrld‑:PPh3=1:1:2の 組 成 で Ag原 子 は2つ のPPh3、2つ の カ ル ボ キ シ 基 酸 素 の

Oi O,＼Ag 。

一 くi/‑

0＼Ag'0

[Ag(R‑(orS‑)Hpyrrld)]2

P}な9文/0＼智 一P Typ。lll

ノ ・ ・!＼

complexlor3

＼

}

TypeIV

↓

OI

。‑Ag＼ 。

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0＼ バ9!0

0 [Ag(R,S‑Hpyrrld)]y

P I O‑A9‑P

一 く

。 ムTyp・I complex20r4

O fl‑A9‑P 一 『く

。 ムTypel /c・mplex5

＼

一 ◇ 〈TypelI

P complex6

図1.Ag‑0結 合 モ ー ドの タ イ プ 分 類.

野 宮,力 石 他:光 に安 定 な 貴 金 属 カル ボ ン酸 塩 錯 体 の構 造 多様 性87

キ レ0ト 配 位 に よ る 単 核 の4配 位 四 面 体 錯 体 で あ っ た 。 こ の 錯 体 はunitce11内 に 丑 体 とS体 錯 体 を 含 む ラ セ ミ化 合 物 で あ っ た 。

Ag原 子 と カ ル ボ キ シ 基 と の 間 で 形 成 さ れ る Ag‑0結 合 モ ー ドに お い て 、Ag原 子 と 一 つ の カ ル ボ

キ シ 基 酸 素 の 単 座 配 位 に よ っ て 形 成 さ れ るTypeI (化 合 物2,4,5)、 カ ル ボ キ シ 基 酸 素 の2つ がAg原 子 に キ レー ト配 位 し たTypeH(化 合 物6)、 カ ル ボ キ シ 基 酸 素 の1つ が2つ のAg原 子 の 問 を 非 対 称 に 架 橋 配 位 したType皿(化 合 物1,3)が 新 た に 見 出 さ れ, PPh3を 含 ま な い 前 駆 体[Ag(Hpyrrld)]2のAg204

コ ア のTypeIVを 含 め4つ の タ イ プ が 存 在 す る こ と を 見 出 した(図1)。 こ れ ら のAg‑0結 合 モ ー ドの 違 い は 、Hpyrrld"配 位 子 の キ ラ リテ ィ 及 び 配 位 し て い るPPh3配 位 子 の 数 に 強 く依 存 し て い る 。

PPh3誘 導 体 の 溶 液 中 の 挙 動 と 固 体 構 造 と の 比 較4) OrAg‑P結 合 を 持 つPPh3誘 導 体 の 化 合 物1‑6の 固 体 状 態 と 溶 液 中 の 構 造 を 比 較 す る た め に 分 子 量 測 定 (Vaporpressureosmomethermethod)を 行 っ た 。化 合 物1の 固 体 状 態 に お け る 式 量FW=1032.56に 対

し て 、 エ タ ノ ー ル 中 で の 分 子 量 測 定 結 果 はMW=

546で あ っ た 。 そ れ は 二 核 錯 体 の 式 量 の ほ ぼ1/2で あ り 、 溶 液 中 で は 完 全 な 解 離 平 衡 に 基 づ く monomericspeciesと し て 存 在 し て い る と考 え られ

る 。一 方 、化 合 物2の 式 量FW=1521.12に 対 し て 、 エ タ ノ ー ル 中 で の 分 子 量 測 定 結 果 はMW=647で あ り 、二 核 錯 体 の 式 量 の1/2に 近 い 値 を 示 し た こ と か ら 、 溶 液 中 で は 完 全 な 解 離 平 衡 に 基 づ くmonomer と し て 存 在 し て い る と 考 え られ る 。 こ れ ら の 錯 体 が 溶 液 中 でmonomericspeciesと して 存 在 し て い る こ と は 、solution(1H,13C,31P)NMRか ら も示 唆 され て い る 。

6つ のPPh3誘 導 体 の 溶 液 中 の 配 位 子 交 換 性 を 調 べ た 。 化 合 物1と 化 合 物3か ら化 合 物5の 形 成(メ ソ体 を 形 成 す る 反 応)、化 合 物2と 化 合 物4か ら化 合 物6の 形 成(ラ セ ミ化 合 物 を 形 成 す る 反 応)、 化 合 物 5か ら化 合 物6の 形 成(再 編 成 を 伴 う反 応)が 確 認 さ れ た 。 化 合 物6は そ れ 以 上 変 化 し な い こ と が 分 か っ た 。 以 上 の こ と よ り、 化 合 物1‑6のPPh3誘 導 体 は 、 キ ラ ル 錯 体 よ り も ラ セ ミ錯 体 が 、 ま たAgに 対 し て 配 位PPh3が1個 の 錯 体 よ り も2個 の 錯 体 の 方 が 、 溶 液 中 の 錯 体 の 安 定 性 が 高 い 。

二核 カ ル ボ ン酸 銀(1)錯体 お よびPPh3誘 導 体 の 抗 菌 活 性4)

銀(1)錯 体 の 抗 菌 性 は錯 体 の 分 子 構 造 や 配 位 子 交 換 性 が密 接 に 関係 して い る と考 え られ る。 合 成 化 学 の

経 験 則 か ら 銀(1)原 子 と 配 位 供 与 原 子 の 結 合 力 の 関 係 はAg・P>Ag・S>>Ag・Cl>Ag・N>>Ag‑0と い う 順 序 で あ り、 配 位 子 交 換1生 は 右 の 方 ほ ど よ り起 こ り や す い 。Ag・S結 合 錯 体 はAg‑N結 合 錯 体 よ り も配 位 子 交 換 性 が 制 限 され て い る 。Agつ 結 合 錯 体 は 他 の 配 位 子 と の 配 位 子 交 換 性 が 最 も 高 い 。 こ れ はAgつ 結 合 錯 体 が 極 め て 良 好 な 広 い 抗 菌 ス ペ ク トル を 示 し 、 逆 にAg‑P結 合 錯 体 が ほ と ん ど示 さ な い と い う こ れ ま で の 結 果 と対 応 し て い る。

本 研 究 で 得 た 二 核 カ ル ボ ン 酸 銀(1)錯 体 [Ag(Hpyrrld)]2(R,S体,R一 体,s体)は02Agや

03Agの コ ア を 持 ち 、 い ず れ も バ ク テ リア 、 酵 母 、 カ ビ類 に 極 め て 良 好 な 広 い ス ペ ク トル の 抗 菌 性 を 示 し た 。 配 位 子 のH2pyrrldは 単 独 で は 抗 菌 活 性 を 示 さ な い こ と か ら 、 こ の 抗 菌 活 性 は 錯 形 成 に よ っ て 初 め て 発 現 し た も の で あ る。 ま た 、 こ れ ら銀(D錯 体 の 抗 菌 活 性 に 配 位 子 の キ ラ リテ ィ は 影 響 を 与 え て お ら ず 、 活 性 は 主 と し てAg原 子 の 周 囲 の 配 位 環 境 で 決 ま る も の と思 わ れ る 。OrAg‑P結 合 のPPh3誘 導 体 の 化 合 物1お よ び5は03AgPコ ア を 持 ち 、 前 駆 体 の Agつ 結 合 錯 体 よ り は 弱 い も の の バ ク テ リア 、酵 母 、 カ ビ 類 に 広 い ス ペ ク トル の 抗 菌 活 性 を 示 した 。 しか し、02AgP2コ ア を 持 つPPh3誘 導 体 の 化 合 物2お よ び6は 、 全 く抗 菌 活 性 を 示 さ な か っ た 。Ag原 子 に 対 して 親 和 性 の 高 いP原 子 を 配 位 させ た 錯 体 で は 、 こ れ ま で 活 性 は な い と され て き た が 、 本 研 究 で 合 成 した 化 合 物1お よ び5の よ うにPPh3が 配 位 し て い る に も か か わ らず 、 広 い ス ペ ク トル の 抗 菌 活 性 を 示 す も の は 極 め て め ず ら し い 。 従 っ て こ れ ら の 錯 体 の 抗 菌 性 はAg‑0結 合 モ ー ドやPPh3の 数 及 び 配 位 子 交 換 性 に 強 く依 存 して い る と考 え られ る 。

文 献

1)GimenoMCandLagunaA(2004)Silverandgold.

ComprehensiveCoordinationChemistry∬6:911・1145。

2)NomiyaK,TakahashiS,NoguchiR,NemotoS, TakayamaTandOdaM(2000)Synthesisandchar acterizationofwater‑solublesilver(1)complexes withL‑histidine(H2his)and{S)一{一)‑2‑pyrralidane‑

5‑carboxyhcacid(H2pyrrld)showingawidespectrum ofeffectiveantibacterialandantifungalactivities.

Crystalstructuresofchiralhelicalpolymers[A.g(Hhis)]n

and{Lへ9(且pyrrld)]2}ninthesolid・state.、 血o㎎

Chen〜.39:3301・3311.

3)NomiyaK,TakahashiSandNoguchiR(20QO)

Water‑solublesilver(1)complexesof(R)一(+)‑and (S)一(一)‑2‑pyrrolidone‑5‑carboxylicacidandtheir antimicrobialactivities.Chiralhelicalpolymer andpolymersheetstructuresinthesolidstate fbrmedbyself・assemblyofdimeric[Ag(且pyrrld)]2 cores.J.Chem.Soc.,Daltonpans.4369‑4373.

4)NoguchiR,SugieA,OkamotoY,且araAand

88ScienceJournalofKanagawaUniversityVol.17,2006

NomiyaK(2005)Syntheses,structuresandantimicro bialactivitiesoflightstable,di‑andmononuclear silver(1)carboxylatecomplexescomposedoftriphenyl‑

phosphine,andchiralandracemicformsof2‑pyrrolidone‑

‑5‑carboxylicacid(H2pyrrld) .AvarietyofAg‑O

bondingmodesinthesilver(1)complexescon‑

struttedwithhardoxygenandsoftphosphorusat‑

oms.Bull.Chem.Soc.Jpn.78=1953‑1962.