CC BY
14УДК 546.33:547.468
Е.Г. Афонин*, Г.Г. Александров**
ИЗУЧЕНИЕ 3-АМИНО-1-ГИДРОКСИПРОПАН-1,1-ДИФОСФОНОВОЙ КИСЛОТЫ
И ЕЕ МОНОНАТРИЕВОЙ СОЛИ
(*Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств, **Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН) E-mail: aeg_chem@mail.ru
Методом рентгенографии порошка изучены 3-амино-1-гидроксипропан-1,1-ди-фосфоновая кислота и моногидрат 3-амино-1-гидроксипропан-1,1-дифосфоната(1-) натрия. Дериватографически исследована термическая устойчивость веществ. По данным ИК спектроскопии, соль, как и кислота, имеет бетаиновое строение.
ю-Амино-1-гидроксиалкан-1,1-дифосфоно-вые кислоты К^К(СН2)пС(ОН)(РОзН2)2 являются важнейшими представителями класса метанди-фосфоновых кислот Я^С(РОзН2)2.. Они проявляют высокую терапевтическую активность при лечении заболеваний, связанных с нарушением обмена Са2+ в организме (остеопороз, мочекаменная болезнь и др.) [1-3]. Вещества этой группы применяются также для радиодиагностики заболеваний костей, ингибирования коррозии металлов, предотвращения образования накипи, входят в состав косметических препаратов [4-7].
Описано получение 3 -амино-1-гид-роксипропан -1,1 -дифосфоновой кислоты Н2КСН2СН2С(ОН)(РОзН2)2 (НфЬ) и ее двунатрие-вой соли, а также изучены некоторые их свойства [4-6, 8-11]. Методом рентгеноструктурного анализа (РСА) показано, что НЬ (а 6.626(1), Ь 9.971(1), с 6.924(1) А, в 110.56(1)° , z 2, пространственная группа Р21) имеет бетаиновое строение НзК+СН2СН2С(ОН)(РОзН")(РОзН2) [12]. Исследована диссоциация НЬ и её комплексообразование с ионами металлов в водных растворах [8, 13].
В настоящей работе в продолжение систематического исследования метандифосфоновых кислот и их солей [12, 14-28] методами рентгенографии порошка, дериватографии и ИК спектроскопии изучены 3-амино-1-гидроксипропан-1,1-дифосфоновая кислота Н^ и её соль NaH3L•H2O.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Рентгенограммы порошков получали на дифрактометре ДРОН-з (Си Ка-излучение, графитовый монохроматор, а-А1203 в качестве внешнего стандарта, 2© 2-60°). Дериватограммы снимали на приборе OD-103 (кварцевый тигель, навеска 100 мг) в атмосфере 1Ч2 при скорости нагревания образцов 2.5 град/мин в интервале температур 20-500°С. ИК спектры веществ в виде суспензий в вазелиновом масле и гексахлорбутадиене записывали на спектрометре иЯ-20 в области 4000-400 см-1.
НфЬ получали по методике [8], выделяли из раствора высаливанием этанолом, затем очищали двукратной перекристаллизацией из воды при комнатной температуре. Для получения КаН^Н20 смешивали водные растворы НфЬ и №ОН в мольном соотношении 1:1 и оставляли раствор на медленное испарение до образования обильного осадка, который отфильтровывали при пониженном давлении на воронке Шота, промывали этанолом и высушивали на воздухе при комнатной температуре до постоянной массы. Найдено, %: С 13.3; Н 4.4; N 5.1; Р 22.2. СзН^^аО^. Вычислено, %: С 13.10; Н 4.40; N 5.09; Р 22.52. ИК спектр, см-1: зз50, з190-з050, 2800-2670, 2500-2з00, 1750-1720, 1627, 1612, 1529, 1462, 1410, 1342, 1329, 1309, 1283, 1180 с, 1156 с, 1088 с, 1051 с, 1030, 1002, 989 с, 940 с, 920 с, 900, 860, 780, 68з, 615, 588, 552, 515, 490, 470, 428.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Из водного раствора при комнатной температуре выделяются Н^ и №Н^Н20 в виде крупных кристаллов и мелкокристаллического осадка соответственно. По данным рентгенографии порошка (таблица 1), поликристаллический препарат Н^ является однофазным. Об этом свидетельствует полное совпадение экспериментальной рентгенограммы порошка и рентгенограммы, рассчитанной по данным РСА монокристалла кислоты [12]. Соль NaH3L•H2O хорошо закристаллизована; на её рентгенограмме (таблица 2) отсутствуют отражения возможной примеси Н^.
з -Амино-1 -гидроксипропан-1, 1 -дифосфоно-вая кислота и моногидрат 3-амино-1-гидрокси-пропан-1,1-дифосфоната(1-) натрия растворимы в воде (для 0,02 М. водных растворов рН 2,05 и 4,30 соответственно), плохо растворимы в ДМСО, ДМФА, уксусной кислоте, этиловом и изопропило-вом спиртах, этиленгликоле, глицерине, этилацета-те, ацетоне, диоксане, хлороформе, тетрахлориде углерода, бензоле. Вещества негигроскопичны;
NaHзL•H2O не теряет кристаллизационную воду при хранении на воздухе при комнатной температуре.
Дегидратацию №Н^Н20 изучали дери-ватографически с привлечением методов изотермической гравиметрии и химического анализа для выявления характера процессов, протекающих при нагревании соли. Кристаллогидрат устойчив до 135°С; столь высокая температура начала дегидратации для солей щелочных металлов с ал-кандифосфоновыми кислотами встречается нечасто [16]. Потеря кристаллизационной воды (ДТАМИН 155и178°С) протекает с невысокой скоростью,
например, за 2 часа нагревания NaH3L•H2O при 155оС убыль массы составляет только 2,5%, а для получения кристаллической безводной соли (убыль массы: найдено - 6,1%, вычислено -6,55%), требуется не менее 12 часов нагревания. По данным дериватографии в инертной атмосфере азота разложение ЫаЬЬХ начинается при 205°С (при длительном нагревании на воздухе - при 195°С) и протекает сначала медленно, а выше 230°С (ДТАМИН 245°С) - быстро с обильным выделением газообразных продуктов пиролиза.
Таблица 1.
Результаты рентгенографического изучения порошка 3-амино-1-гидроксипропан-1,1-дифосфоновой кислоты а Table 1. Results of X-ray powder diffraction analysis of 3-amino-1-hydroxypropane-1,1-diphosphonic acid
d, À I,% d, À I,%
h k l Эксперимент Расчет Эксперимент Расчет h k l Эксперимент Расчет Эксперимент Расчет
0 0 1 6,48 6,483 27 60 0 4 1 7 12 2,329 2,327
1 0 0 6,20 6,204 2 1,7 1 4 0 1,5 2,313
-1 0 1 5,56 5,563 5 4 -1 4 1 1,2 2 2,274 2,275
0 1 1 5,43 5,435 12 18 -1 1 3 0,5 1,3 2,247 2,249
1 1 0 5,27 5,268 100 100 2 2 1 0,8 1,6 2,219 2,220
0 2 0 4,994 4,986 21 43 -3 0 1 1,0 1,4 2,208 2,207
-1 1 1 4,858 4,858 3 5 -2 0 3 1,3 2 2,161 2,165
0 2 1 3,951 3,952 20 49 -2 3 2 0,6 1,7 2,131 2,133
1 2 0 3,883 3,886 7 9 -2 1 3 Г 2 Р,116
1 0 1 3,857 3,857 14 22 0 1 3 \ 2 12,112
-1 2 1 3,714 3,713 10 19 -3 0 2 7 1 6 2,111 Ь,112
1 1 1 3,593 3,597 9 15 -1 2 3 2 2,094
-1 0 2 3,404 3,406 5 10 -3 1 2 8 11 2,066
-2 0 1 3,283 3,283 15 17 3 1 0 1,5 1,8 2,023 2,025
0 0 2 3,234 3,242 1,8 2 1 3 2 2 -Г 4 2,014 г2,014
-1 1 2 3,223 3,223 5 8 -1 4 2 L 1,3 12,012
-2 1 1 3,118 Г 3,118 7 / 7 2 3 1 2 1,987
2 0 0 \3,102 11,1 0 4 2 6 12 1,977 1,976
0 1 2 3,081 3,083 6 11 3 2 0 1,2 2 1,907 1,910
1 2 1 3,050 3,050 1,8 4 -1 3 3 Г 1,2 г1,896
2 1 0 2,957 Q,962 5 1 6 2 1 2 4 t 5 1,893 L1,893
0 3 1 12,958 1 9 -1 5 1 1,3 2 1,880 1,877
1 3 0 2,933 2,930 2 4 1 1 3 0,8 2 1,816 1,818
-1 3 1 2,853 2,853 7 13 3 0 1 2 2 1,796 1,796
-1 2 1 2,810 2,812 8 17 2 4 1 0,5 0,9 1,755 1,758
-2 0 2 2,778 2,781 6 12 -3 2 3 0,5 1,5 1,737 1,738
-2 2 1 2,740 2,742 2 4 -1 5 2 0,3 1,1 1,722 1,721
0 2 2 2,714 2,718 4 8 0 6 0 0,3 1,6 1,662 1,662
-2 1 2 2,678 2,679 3 4 -2 4 3 0,8 2 1,635 1,635
2 2 0 2,631 2,634 9 9 -4 1 1 2 2 1,623 1,623
1 3 1 2,522 2,518 1,2 2 -3 3 3 2,5 1,5 1,620 1,619
0 4 0 2,493 3 1 3 3 1,5 1,9 1,617 1,616
2 0 1 2,480 2,480 5 5 -1 6 1 0,5 2 1,593 1,592
1 1 2 2,453 1,0 -4 2 1 1,5 Г 1,2 1,559 П,562
-2 2 2 2,429 2,429 6 9 -4 2 2 1 1,5 1.1,559
2 1 1 2,407 2,406 4 5
-1 3 2 2,380 2,379 7 13
Примечание. а) Представлены межплоскостные расстояния (d), соответствующие отражениям с относительными интенсив-ностями />1%.
Note: interplanar spaces (d) are presented appropriating to reflections with relative intensities I>1%.
При нагревании в инертной атмосфере азота H4L не меняет массу до 198°С, после чего разлагается (ДТАМИН 210, 216, 245, 260°С) со значительным выделением газообразных продуктов пиролиза. Учитывая, что плавление H4L происходит уже после начала разложения, температура плавления 226-228 [8], 237-238 °С [9] не является хорошо воспроизводимой константой этого вещества. В то же время по рентгенограмме порошка (таблица 1) удается вполне надежно идентифицировать H4L и обнаруживать ее в смесях с другими веществами.
По данным ИК спектроскопии (1627, 1612 5as(+NH3); 1529 5К(+Шз); 1180, 1156 vas(P02); 1088, 1051 vs(P02); 940, 920 v(POH); 989 5(COH) [15,23]), анион в NaH3L-H2O имеет бетаиновое строение Нз^СН2СН2С(ОН)(РОзН-)2. То же строение методом РСА установлено для аниона в моногидрате 3-(диметиламино)-1-гидроксипро-пан-1,1-дифосфоната(1-) натрия [29].
Таблица 2.
Значения межплоскостных расстояний (d) и относительные интенсивности отражений (I) на рентгенограмме порошка моногидрата 3-амино-1-гидроксипропан-1,1-дифосфоната(1-) натрия" Table 2. The interplanar spaces (d) and relative reflex intensities (I) on powder X-ray of sodium 3-amino-1-
d, Á I, % d, Á I, %
9,12 iGG 2,719 G,8
6,61 7 2,664 1,3
6,34 5 2,632 1,5
5,75 i,G 2,588 3
5,44 8 2,565 2
4,96 6 2,5G8 1,5
4,81 2 2,483 2
4,57 9 2,426 1,2
4,16 ii 2,4G3 i,G
4,G2 4 2,377 i,G
3,773 G,9 2,263 1,5
3,636 1,3 2,241 4
3,613 1,3 2,2G4 2
3,4G6 G,8 2,159 1,5
3,248 12 2,iG3 5
3,191 4 2,G79 1,5
3,i6G 7 2,GG9 i,G
3,121 G,8 1,866 1,2
3,G48 1,5 1,826 1,6
2,973 8 i,8GG G,7
2,925 8 1,776 1,3
2,877 2 i,49G 1,3
2,836 3 i,46G 1,1
2,78G 4
Авторы признательны А.В. Камчаткину, З.С. Новиковой и Н.В. Чвилевой (химический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова) за оказанное содействие.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке ICDD Grant-In-Aid 99-07 (20052006 г.).
ЛИТЕРАТУРА
1.
3.
4.
5.
6. l.
9.
1G.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
1l.
18.
19.
2G.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
2l.
28.
Примечание, а) Представлены значения d, соответствую- 29. щие отражениям с I > 0,7 %
Архинова О.Г., Юрьева Э.А., Дятлова Б.М. // ЖВХО. 1984. Т. 29. № 3. С. 316-32G.
Дятлова И.М. и др. Комплексоны в биологии и медицине. Обзор. информация. Сер. «Реактивы и особо чистые вещества». М.: НИИТЭХИМ. 1986. 50с. Джеддес Э.Д., Бойс Р.В. Патент России № 2104699 (1991).
Blum H., Worms K.-H. Патент США № 4054598 (1977). Blum H., Worms K.-H. Патент ФРГ № 3016289 (1981). Giba-Geigy A.-G. Патент Японии № 61-43196 (1986). Матковская Т.А., Аллахвердов Г.Р. Патент России № 2147222 (1999).
Кабачник МИ. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1978. № 2. С.433-437.
Worms K.-H., Blum H., Hempel H.-U. // Z. anorg. allgem. Chem. 1979. Bd. 45l. S. 214-218.
Magnier E. et al. // J. Labelled Comp. Radiopharm. 1982. V.19. № 10. P. 1145-1149.
Harris R.K., Merwin L.H., Hagele G. // Z. Naturforsch. B. 1989. V.44. № 11. P. 1407-1413.
Школьникова Л.М., ^тман C.C., Афонин Е.Г. // Кристаллография. 1990. Т.35. № 6. С. 1442-1449. Пасечник М.П., Матвеева А.Г., Матвеев C.B. // Известия АН. Сер. хим. 2001. № 4. С.669-676. Афонин Е.Г., Печyрова И.И. // Журн. общей химии. 1987. Т. 57. Вып. 3. С. 538-544.
Афонин Е.Г., Матковская Т.А., Печyрова И.И. //
Журн. общей химии. 1988. Т. 58. Вып. 7. С. 1512-1516. Афонин Е.Г. и др. // Журн. общей химии. 1988. Т. 58. Вып. 12. С. 2646-2652.
Афонин Е.Г., Печyрова И.И. // Журн. общей химии. 1989. Т. 59. Вып. 2. С. 317-321.
Школьникова Л.М. и др. // Координац. химия. 1989. Т. 15. Вып. 4. С. 486-495.
Школьникова Л.М. и др. // Координац. химия. 1989. Т. 15. Вып. 6. С. 747-756.
Афонин Е.Г., Печyрова И.И. // Изв. вузов. Сер. хим. и хим. технол. 1989. Т. 32. № 1. С. 25-27. Афонин Е.Г., Печyрова H.H. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1989. Т. 32. Вып. 7. С. 16-19. Школьникова Л.М., Масюк А.А., Афонин Е.Г. // Координац. химия. 1990. Т. 16. Вып. 7. С. 902-9G7. Афонин Е.Г., Баyкова Е.Ю., Печyрова И.И. // Журн. общей химии. 1991. Т. 61. Вып. 2. С. 295-3GG. Александров Г.Г., Cергиенко B.C., Афонин Е.Г. // Координац. химия. 1999. Т. 25. Вып. 2. С. 113-118. Афонин Е.Г., Александров Г.Г. // Журн. общей химии. 2003. Т. 73. № 3. С. 367-369.
Афонин Е.Г. // Журн. общей химии. 2003. Т. 73. № 4. С. 562-565.
Афонин Е.Г., Александров Г.Г. // Журн. общей химии. 2003. Т. 73. № 9. С. 1460-1461.
Афонин Е.Г., Александров Г.Г. // Журн. неорган. химии. 2003. Т. 48. № 2. С. 301-3G4.
Vega D., Baggio R., Pipo O. // Acta Crystallogr. C. V. 54. N 3. P. 324-327.
