CC BY
7
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ
2023, Т. 165, кн. 1 ISSN 2542-064X (Print)
С. 158-169 ISSN 2500-218X (Online)
ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ
УДК 547.481:546.183.548.737 doi: 10.26907/2542-064X.2023.1.158-169
а-КАРБОКСИЛАТНЫЕ ФОСФАБЕТАИНЫ В РЕАКЦИЯХ АЛКИЛИРОВАНИЯ И КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ
С.Р. Романов1, К.О. Шибаева1, Р.Р. Миннуллин, М.П. Шулаева2, О.К. Поздеев2, А.С. Тапалова33, И.В. Галкина1, Ю.В. Бахтиярова1
1 Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия 2Казанская государственная медицинская академия, г. Казань, 420012, Россия ъКызылординский университет имени Коркыт ата, г. Кызылорда, 120014, Казахстан
Аннотация
С целью увеличения биологической активности синтезированных ранее карбокси-латных фосфабетаинов проведены и изучены реакции алкилирования а-карбоксилат-ных фосфабетаинов. В результате данных реакций проходила деструкция исходной структуры с образованием четвертичных солей трииодид фосфония. Строение и состав доказаны комплексом физических методов исследования, включая ЯМР-, ИК-спектро-скопию, а также элементный анализ. Изучена бактерицидная и антимикотическая активность синтезированных солей. Соединения показали соизмеримую с коммерческими препаратами активность. Изучены также реакции комплексообразования данных структур. В реакциях с хлоридом никеля и меди выделены и охарактеризованы комплексы. Строение комплекса никеля однозначно подтверждено данными, полученными с помощью монокристаллического рентгеноструктурного анализа.
Ключевые слова: глиоксиловая кислота, третичный фосфин, фосфабетаин, алкили-рование, иодистый метил, противомикробная активность
Введение
Цвиттерионные соединения фосфора привлекают внимание исследователей ввиду широкого спектра практически полезных свойств [1-3]. На их основе создаются полимеры для модификации гемодиализных мембран [4], они выступают в качестве катализаторов, например, в реакциях раскрытия оксетано-вого цикла [5] или при синтезе циклических карбонатов [6]. Карбоксилатные фосфабетаины, содержащие связанные системой ковалентных связей катионный и анионный центры, являются структурными аналогами аминокислот. Такие соединения могут образовывать с солями металлов комплексы, являющиеся фосфорными аналогами ферментов [7]. Данные соединения также можно функцио-нализировать с целью повышения их биологической активности, например, вовлекая их в реакции алкилирования [8]. Карбоксилатные фосфабетаины могут быть получены из соответствующих четвертичных фосфониевых солей [9, 10] либо в результате реакции нуклеофильного присоединения к непредельным кар-боновым кислотам [11, 12].
1. Экспериментальная часть
1.1. Реактивы и оборудование. Очистку и абсолютирование используемых в работе растворителей проводили по стандартным методикам [13, 14]. Метил-дифенилфосфин, 3-(дифенилфосфино)пропионовая кислота и бис(дифенилфос-фино)алканы являются коммерческими препаратами, дополнительную очистку не проводили. Трифенилфосфин очищали по известной методике [15], перекрис-таллизовывали из смеси изопропанол - вода. В работе использовали глиоксило-вую кислоту, иодистый метил, изопропанол, которые являются коммерческими препаратами.
Спектры ЯМР 1Н, 13С, 31Р регистрировали на спектрометре Bruker AVANCE 400 (Bruker Corporation, США) на рабочих частотах: 400 Мгц (для 1Н), 100.6 Мгц (для C) и 161.97 МГц (для Р). Химические сдвиги определяли относительно сигналов остаточных протонов или ядер дейтерия растворителя ( Н и С) или внешнего стандарта - 85% Н3РО4 (31Р). В качестве растворителей использовали D2O, CDCl3. Анализируемые растворы имели концентрацию 3-5% (по массе).
Для регистрации ИК-спектров использовались два прибора: 1) ИК-фурье-спектрометр Spectrum Two (PerkinElmer Inc., США) (диапазон от 500 до 3900 см-1); 2) ИК-фурье-спектрометр Thermo Nicolet Avatar 360 FT-IR (Nicolet, США) (диапазон от 500 до 3700 см-1). В зависимости от образца использовали разные подходы для регистрации ИК-спектров: перемешивали с бромидом калия и прессовали в таблетки, перемешивали с вазелиновым маслом до образования суспензии или же регистрировали ИК-спектр в жидкой пленке между пластинами бромида калия.
Определение температуры плавления (разложения) проводили на приборе Stuart SMP10 (Barloworld Scientific, Великобритания) с точностью ±1 °С.
1.2. Синтез фосфониевых солей 6-10. К навеске карбоксилатного бетаина приливали 0.5 мл иодметана и 5 мл абсолютированного изопропилового спирта. Реакционную смесь нагревали на водяной бане в течение 20 ч. Продукт высушивали и промывали диэтиловым эфиром на воронке Шотта. После этого перекри-сталлизовывали из горячего этанола.
Метилтрифенилфосфониий трииодид (6). Четвертичная фосфониевая соль 6 синтезирована на основе 2-гидрокси-2-(трифенилфосфоний)ацетата. Выход 84%. Бурые кристаллы с Тпл 213 °С. Растворимы в этаноле, хлороформе. ИК-спектр (v, см1): 1113, 1344, 1436, 2873, 2954. Спектр ЯМР 1H (CDCI3, 5н, м.д., J/Гц): 7.91-7.07 (м, РЬзР, 15H), 1.9 (с, P-СНз, 3H). Спектр ЯМР 13C (CDCI3, Sc, м.д., J/Гц): 135.29 (д, Спара, JPC 3.1), 133.34 (д, Смета, JPC 10.5), 130.57 (д, Сорто, JPC 12.9), 118.91 (д, Сипсо, Jpc 88.8), 10.85 (д, P-CH3, Jpc 51.8). Спектр ЯМР 31Р (CDCI3, SР, м.д.): 21.1. Элементный анализ. Вычислено (%) C, 34.68; H, 2.76; I, 57.86; Р, 4.71; Найдено (%) C, 34.45; H, 2.79; I, 58.28; Р, 4.59.
Диметилтдифенилфосфониий трииодид (7). Выход 79%. Бурые кристаллы с Тпл 186 °С. Растворимы в этаноле, хлороформе. ИК-спектр (v, см1): 1110, 1349, 1434, 2873, 2954. Спектр ЯМР 1H (CDCl3, S№ м.д., J/Гц): 7.85-7.27 (м, РЬ^Р, 10H), 1.89 (с, Р-СН3, 6H). Спектр ЯМР 13C (CDCl3, SC, м.д., J/Гц): 135.78 (д, Спара, Jx 3.4), 132.64 (д, Смета, Jpc 10.8), 130.12 (д, Сорто, Jpc 13.1), 117.91 (д, Сипсо, Jpc 87.2),
18.2 (д, Р-СНз, Зрс 51.8). Спектр ЯМР 31Р (СБС1з, 5Р, м.д.): 21.7. Элементный анализ. Вычислено (%) С, 28.21; Н, 2.71; I, 63.88; Р, 5.20; Найдено (%) С, 28.45; Н, 2.79; I, 63.28; Р, 5.59.
Этан-1,2-диилбис(метилдифенилфосфоний) трииодид (8). Бурые кристаллы с Гпл 138-140 °С. Растворимы в воде, хлороформе. Выход 71%. ИК-спектр (V, см1): 1114, 1316, 1437, 2927, 3403. Спектр ЯМР 1Н (СБС13, 5Н, м.д., J/Гц): 7.78-7.57 (м, РЬР, 20Н), 2.75 (с, Р-СН, 4Н), 1.79 (с, Р-СН3, 6Н). Спектр ЯМР 13С (СБС13, 5с, м.д., J/Гц): 135.03 (с, Спара), 133.78 (д, Смета, 3с 5.1), 130.64 (д, Сорто, 3с 12.4), 116.56 (д, Сипсо, 3с 87.0), 22.65 (д, Р-СН2, Зрс 51.4), 9.43 (д, Р-СН3, Зрс 54.2). Спектр ЯМР 31Р (СБС13, 5Р, м.д.): 23.7. Элементный анализ. Вычислено (%) С,
28.26; Н, 2.54; I, 63.99; Р, 5.21; Найдено (%) С, 28.32; Н, 2.81; I, 63.64; Р, 5.11.
Пропан-1,3-диилбис(метилдифенилфосфоний) трииодид (9). Бурые кристаллы с Тпл 163-177 °С. Растворимы в воде, хлороформе. Выход 76%. ИК-спектр (V, см-1): 1114, 1316, 1437, 2927, 3403. Спектр ЯМР :Н (СБСЬ, 5н, м.д., J/Гц): 7.91-7.07 (м, РЬ2Р, 20Н), 3.75 (т, Р-СН2, 3 7.2, 4Н), 2.79 (с, Р-СН3, 6Н), 2.10 (м, Р-СН2-СН2, 2Н). Спектр ЯМР 13С (СБС13, 5С, м.д., J/Гц): 135.03 (с, Спара), 132.69 (д, Смета, Зрс 5.1), 130.58 (д, Сорто, Зрс 12.4), 118.56 (д, Сипсо, 3рс 87.0), 23.72 (д, Р-СН2, Зрс 51.2), 16.9 (с, Р-СН2-СН2), 8.56 (д, Р-СН3,3рс 56.0). Спектр ЯМР 31Р (СБСЬ, 5Р, м.д.): 23.04. Элементный анализ. Вычислено (%) С, 28.93; Н, 2.68; I, 63.24; Р, 5.15; Найдено (%) С, 28.45; Н, 2.79; I, 63.78; Р, 5.09.
Гексан-1,6-диилбис(метилдифенилфосфоний) трииодид (10). Бурые кристаллы с Тпл 125-129 °С. Растворимы в хлороформе. Выход 71%. ИК-спектр (V, см4): 997, 1114, 1316, 1437, 2927, 3403. Спектр ЯМР :Н (СБСЬ, 5н, м.д., J/Гц): 8.057.40 (м, РЬ2Р, 20Н), 3.23 (м, Р-СН2, 4Н), 2.75 (с, Р-СН3, 6Н), 1.68 (т, Р-СН2-(СН2-СЩ9, 3 8.0, 8Н). Спектр ЯМР 13С (СБС^, 5с, м.д., J/Гц): 134.75 (д, Спара, Зрс 3.0), 132.64 (д, Смета, 3рс 10.2), 130.37 (д, Сорто, 3рс 12.5), 119.26 (д, Сипсо, 3с 85.3), 28.37 (д, Р-СН2-СН2, Зрс 16.9), 22.89 (д, Р-СН2, Зрс 51.2), 21.4 (1, Р-СН2-СН2-СН2, Зрс 3.6), 8.69 (д, Р-СН3, 3рс 55.1). Спектр ЯМР 31Р (СБС^, 5Р, м.д.): 24.35.
Элементный анализ. Вычислено (%) С, 30.85; Н, 3.07; I, 61.11; Р, 4.97; Найдено С, 30.64; Н, 3.09; I, 61.78; Р, 4.79.
(1-гидрокси-2-метокси-2-оксоэтид)трифенилфосфония трииодид (11). Реакция проводилась без нагревания при комнатной температуре в течение 3 дней в избытке иодистого метила. Выход 81%. Желтое масло. Растворимо в хлороформе. ИК-спектр (V, см1): 1113, 1344, 1436, 1680, 2873, 2954. Спектр ЯМР 1Н (СБС13, 5Н, м.д., J/Гц): 7.83-7.54 (м, РЬ3Р, 15Н), 3.11 (с, О-СН3, 3Н), 1.94 (с, Р-СН(ОН), 1Н). Спектр ЯМР 13С (СБС13, 5с, м.д., J/Гц): 168.20 (д, С=0, 3рс 19.0), 135.29 (д, Спара, Зрс 3.1), 133.34 (д, Смета, 3рс 10.5), 130.57 (д, Сорто, 3рс 12.9), 118.91 (д, Сипсо, 3рс 88.8), 15.27 (с, О-СН3), 11.50 (д, Р-СН, 3рс 51.8). Спектр ЯМР 31Р (СБСЬ, 5Р, м.д.): 21.68. Элементный анализ. Вычислено (%) С, 52.74; Н, 4.22; I, 26.53; Р, 6.48; Найдено (%) С, 52.45; Н, 4.32; I, 26.43; Р, 6.59.
1.3. Реакции комплексообразования.
1,2-бис(дифенилфосфони)этан-дихлороникель(П) (12). Реакцию проводили в водно-спиртовой среде при эквимолярном соотношении исходных реагентов. Выход 76%. Кристаллический продукт коричневого цвета с Тпл 274 °С.
Растворим в хлороформе. ИК-спектр (v, см 1400, 1434, 1029, 817. Спектр ЯМР 31P (CDCl3, 5Р, м.д.): 57.1. Элементный анализ. Вычислено (%) C, 59.14; H, 4.58; Cl, 13.43; Ni, 11.12; P, 11.73; Найдено (%) C, 59.45; H, 4.78; Cl, 13.65; Ni, 11.32; P, 11.63.
1,2-бис(дифенилфосфони)этан-дихлоромедь(П) (13). Реакцию проводили в водно-спиртовой среде при эквимолярном соотношении исходных реагентов. Выход 78%. Светло-зеленые кристаллы с Тпл 270 °С с разложением. Растворим в метаноле. ИК-спектр (v, см-1): 1431, 1171, 1124, 1109, 745. Спектр ЯМР 31P (CDCl3, 5Р, м.д.): 55.2. Элементный анализ. Вычислено (%) C, 58.60; H, 4.54; Cl, 13.31; Cu, 11.93; P, 11.63; Найдено (%) C, 58.34; H, 4.65; Cl, 13.62; Cu, 11.65; P, 11.78.
1.4. Микробиологические исследования. В работе использовали музейные штаммы культур: Escherichia coli 055; Staphylococcus aureus АТСС 6538Р; Pseudomonas aeruginosa АТСС 9027; Candida albicans АТСС 10231; Bacillus cereus АТСС 19637. Использовали также следующие питательные среды: для грибов Candida albicans - Сабуро, для остальных микроорганизмов - среду Мюллера - Хинтона. Ход выполнения исследования состоял в следующем: суточные культуры микроорганизмов отстандартизовывали по стандарту мутности до 0.5 по МакФарланду (1.5 10 КОЕ/мл). Затем инокулировали поверхности питательных сред с применением тампонов. На поверхности сред просекали лунки и в каждую лунку вносили каплю исследуемого препарата в концентрации 1%. Кроме того, на чашке просекали лунки для препаратов и контрольных соединений. Чашки инкубировали при 35 °C в течение 24-48 ч.
2. Обсуждение результатов
2.1. Алкилирование карбоксилатных фосфабетаинов иодистым метилом в спиртовой среде. В более ранних работах нашей группой изучался синтез кар-боксилатных фосфабетаинов на основе реакций глиоксиловой кислоты с третичными фосфинами различной структуры [16]. Данные соединения интересны тем, что они содержат в своей структуре карбоксилатный анион в а-положении относительно катионного центра. Как отмечено в [17], такие соединения при комнатной температуре разлагаются, а стабилизировать их возможно только путем введения в а-положение акцепторных групп, например дифторидной [18]. Синтез исходных бетаинов осуществляли в среде диэтилового эфира при комнатной температуре (схема 1).
Реакция алкилирования позволяет функционализировывать карбоксилатные фосфабетаины и повышать их биологическую активноность. Так, введение длин-ноцепочечных углеводородных радикалов может увеличить бактерицидную и ан-тимикотическую активность в несколько раз [8]. С этой точки зрения представлялось интересным изучить подобные реакции для описанных выше структур. Изучалась реакция алкилирования как монокарбоксилатных фосфабетаинов, так и синтезированных на основе бис(дифенилфосфино)алканов дикарбоксилатных.
Алкилирование монокарбоксилатных фосфабетаинов, синтезированных на основе трифенилфосфина и метилдифенилфосфина, проводили иодистым метилом в спиртовой среде (схема 2). В результате данной реакции происходила
Ph2PR +
Н
О
R = СН3 (1), Ph (2).
Ph2P-(CH2)n-PPh2 + н
п = 2(3), 3(4), 6(5).
ОН
ОН
RPh2P
НО
I
J
1-2
Ph Ph Ph Ph \/ \/
3-5
Схема 1. Синтез карбоксилатных фосфабетаинов на основе глиоксиловой кислоты
RPh2P
СНЛ
-со2
-СН20
RPh2P—СН3] 13 6-7
НО О
R = Ph (6), СНЗ (7).
Схема 2. Алкилирование монокарбоксилатных фосфабетаинов
+ + Ph2P-(CH2)n-PPh2
НО-
-ОН + СН31
iPrOH
-2С02 -2СН20
+ + Ph2P-(СН2)П-PPh2
сн.
21,
СН,
соо оос
п = 2 (8), 3(9), 6 (10). 8-10
Схема 3. Алкилирование дикарбоксилатных фосфабетаинов
деструкция исходных бетаинов с образованием фосфониевых солей 6, 7. В качестве аниона образовывался трииодид-анион.
Аналогично протекала реакция алкилирования бетаинов, синтезированных на основе бис(дифенилфосфин)алканов и глиоксиловой кислоты (схема 3). В ходе реакции во всех случаях наблюдалось декарбоксилирование исходных фосфабетаинов и образование в конечном итоге четвертичных фосфониевых солей 8-10, которые были ярко окрашены в красный цвет, что свидетельствовало об образовании трииодид-аниона.
Как правило, алкилирование карбоксилатных фосфабетаинов галоидными ал-килами происходит по карбоксилатной группе. Такое течение реакции алкилирования, сопровождающееся деструкцией исходной структуры, описано нами впервые.
Для дальнейших исследований мы выбрали более мягкие условия для проведения реакции алкилирования бетаинов на основе глиоксиловой кислоты. Реакционную смесь, состоящую из карбоксилатного фосфабетаина 1 и избытка
Схема 4. Алкилирование карбоксилатного бетаина 1 в мягких условиях
Табл. 1
Антимикотическая и бактерицидная активность соединений 6, 9, 10 (С = 10 мг/1 мл)
№ Величина зоны задержки роста d, мм
E. coli B. cereus Ps. aeruginosa S. aureus С. albicans
6 12 15 - 25 10
9 7 10 - 11 11
10 9 11 - 12 9
Хлоргек-сидин 11 8 9 17 15
иодистого метила, выдерживали в отсутствие растворителя в течение недели без нагревания при комнатной температуре. В результате получили продукт 11 (схема 4).
Попытки провести аналогичные реакции для других бетаинов не увенчались успехом, происходило декарбоксилирование.
Представляет определенный интерес то, что в результате алкилирования описанных выше бетаинов образуются стабильные четвертичные фосфониевые соли с трииодид-анионом. Такие соединения могут найти применение в качестве про-тивомикробных препаратов, поскольку молекулярный иод обладает ярко выраженной антимикробной активностью, высокой эффективностью и отсутствием резистентности. Однако ввиду его быстрой сублимации наблюдается лишь кратковременный терапевтический эффект.
На сегодняшний день известно не так много структур, способных высвобождать молекулярный иод продолжительное количество времени. Наиболее известный - повидон-иод, лекарственное средство, антисептик местного применения, представляющий собой комплекс иода с поливинилпирролидоном.
Таким образом, синтезированные фосфониевые соли могут представлять интерес в контексте противомикробных средств. В связи с этим для некоторых структур были проведены микробиологические исследования на бактерицидную и антимикотическую активность. Результаты представлены в табл. 1.
На основе данных таблицы можно сделать вывод, что соль метилтрифенил-фосфония трииодида 6 проявила высокою бактерицидную и антимикотическую активность в сравнении с популярным антисептиком хлоргексидином. Фосфоние-вые соли, синтезированные на основе дикарбоксилатных фосфабетаинов, показали меньшую активность. Таким образом, можно заключить, что увеличение фосфо-ниевых центров не приводит к повышению биологической активности.
2.2. Изучение реакции комплексообразования. На заключительном этапе настоящей работы с целью попытаться избежать деструкции бетаинов и стабилизировать их за счет комплексов были изучены реакции комплексообразования.
+ +
РИ2Р-(СН2)2-РРИ2
НО-( )-ОН + №С12 -»» РЬ2РХ РРЬ2
_ _ / -2С02
СОО ООС -2СН20
з сГ С1
12
+ +
РЬ2Р-(СН2)2-РРЬ2
.гл.
НО-( )-ОН + СиС12 -► РЬ2РХ РРЬ2
\ - - / -2С02 ^^
СОО ООС -2СН20 /\
3 2 сГ V
13
Схема 5. Реакции комплексообразования фосфабетаина 3
Рис. 1. Молекулярная структура соединения 12
В более ранних работах было показано, что фосфабетаины могут выступать в качестве лигандов в реакциях комплексообразования [7]. С целью оценки комплек-сообразующих свойств данных структур были изучены реакции комплексообразования фосфабетаина 3 с солями никеля и меди (схема 5).
По данным ИК-спектроскопии полосы поглощения карбоксилатной группы при 1600 и 1340 см- отсутствовали. Химический сдвиг сигнала фосфора на спектрах Р{ Н}, равный 57 м.д., также подтверждал отсутствие координации по карбоксилатным группам. Окончательную структуру соединения 12 удалось установить с помощью рентгеноструктурного анализа (рис. 1).
Структура 12 ранее уже была описана в работе [19]. Авторы статьи изучали возможность 1,2-(бисдифенилфосфонио)этена выступать в качестве лиганда. Вовлекая данный фосфин в реакцию с солью никеля, авторы получили неожиданный результат: в ходе реакции комплексообразования происходило восстановление (гидрирование) исходного фосфина с образованием комплекса 12.
Благодарности. Работа выполнена за счет средств Программы стратегического академического лидерства Казанского (Приволжского) федерального университета (ПРИОРИТЕТ-2030).
Литература
1. HuangX., WeissR.G. Silica structures templated on fibers of tetraalkylphosphonium salt gelators in organogels // Langmuir. - 2006. - V. 22, No 20. - P. 8542-8552. - doi: la0610250.s001.
2. Pomecko R., Asfari Z., Hubscher-Bruder V., Bochenska M., Arnaud Neu F. Anion recognition by phosphonium calix[4]arenes: Synthesis and physico-chemical studies // Supra-mol. Chem. - 2010. - V. 22, No 5. - P. 275-288. - doi: 10.1080/10610270903437051.
3. Kanazava A., Ikeda T., Endo T. Synthesis and antimicrobial activity of dimethyl- and trime-thyl-substituted phosphonium salts with alkyl chains of various lengths // Antimicrob. Agents Chemother. - 1994. - V. 38, No 5. - P. 945-952. - doi: 10.1128/AAC.38.5.945.
4. Mollahosseini A., Abdelrasoul A., Shoker A. Latest advances in zwitterionic structures modified dialysis membranes // Mater. Today Chem. - 2020. - V. 15. - Art. 100227. -doi: 10.1016/j.mtchem.2019.100227.
5. Xu D, We H, Zhen Y, Gao Y.-Q., Li R., LiX., He Y, Zhang Zh, Xie W. Carboxylate phos-phabetaine as a bifunctional organocatalyst for the intramolecular ring opening of oxetane // Org. Chem. Front. - 2019. - V. 6. - P. 1681-1685. - doi: 10.1039/C9Q000304E.
6. Zhou H., Wang G.-H., Zhang W.-Zh., Lu X.-B. CO2 adducts of phosphorus ylides: Highly active organocatalysts for carbon dioxide transformation // ACS Catal. - 2015. - V. 5, No 11. - P. 6773-6779. - doi: 10.1021/acscatal.5b01409.
7. Galkina I., Tufatullin A., Krivolapov D., Bakhtiyarova Yu., Chubukaeva D., Stakheev V., Galkin V., Cherkasov R., Büchner B., Kataeva O. Crystal structure of phosphonium carboxylate complexes. The role of the metal coordination geometry, ligand conformation and hydrogen bonding // CrystEngComm. - 2014. - V. 16, No 38. - P. 9010-9024. - doi: 10.1039/c4ce01361a.
8. Bakhtiyarova Yu.V., Morozov M.V., Romanov S.R., Minnullin R.R., Shulaeva M.P., Pozdeev O.K., Galkin V.I. New biologically active phosphonium salts based on 3-(diphe-nylphosphino)propionic acid and unsaturated amides // Russ. Chem. Bull. - 2020. -V. 69, No 8. - P. 1569-1572. - doi: 10.1007/s11172-020-2936-y.
9. Romanov S.R., Dolgova Y. V., Morozov M. V., Ivshin KA., Semenov DA., Bakhtiyarova Yu. V., Galkina I.V., Galkin V.I. New phosphonium salts based on 3-(diphenylphosphino)propanoic and ю-haloalkanoic acids // Mendeleev Commun. - 2021. - V. 31, No 31. - P. 242-243. -doi: 10.1016/j.mencom.2021.03.032.
10. Romanov S.R., Aksunova A.F., Islamov D.R., Dobrynin A.B., Krivolapov D.B., Kataeva O.N., Bakhtiyarova Yu.V., Galkina I.V., Galkin V.I. Triphenylphosphine in reactions with ю-haloalkylcarboxylic acid // Phosphorus, Sulfur, Silicon Relat. Elem. - 2016. - V. 191, No 11-12. - P. 1637-1639. - doi: 10.1080/10426507.2016.1223661v.
11. Galkin V.I., Bakhtiyarova Yu.V., Polezhaeva N.A., Cherkasov R.A., Krivolapov D.B., Gubaidullin A.T., Litvinov I.A. Synthesis, structure and reactivity of carboxylate phos-phabetaines // Phosphorus, Sulfur, Silicon Relat. Elem. - 1999. - V. 147, No 1. - P. 91. -doi: 10.1080/10426509908053526.
12. Bakhtiyarova Yu.V., Aksunova A.F., Romanov S.R., Bakhtiyarov D.I., Ivshin K.A., Kataeva O.N., Egorova S.N., Galkina I.V., Galkin V.I. The reaction of phosphorylation of trans-aconitic acid by tertiary phosphines // Phosphorus, Sulfur, Silicon Relat. Elem. -2019. - V. 194, No 4-6. - P. 319-320. - doi: 10.1080/10426507.2018.1539999.
13. Riddick J.A., Bunger W.B., Sakano T.K. Organic Solvents: Physical Properties and Methods of Purification. - N. Y.: Wiley-Interscience, 1986. - 1344 р.
14. Armarego W.L.F., Chai C.L.L. Purification of Laboratory Chemicals. - Burlington: Butterworth-Heinemann, 2009. - 743 p.
15. Кормачев В.В., ФедосеевМ.С. Препаративная химия фосфора. - Пермь: УрО РАН, 1992. - 458 с.
16. Galkina I.V., Romanov S.R., Gerasimov A.V., Bakhtiyarova Yu.V., Galkin V.I. Synthesis of stable carboxylate phosphabetaines - Potential ligands of the metal complexes // J. Orga-nomet. Chem. - 2020. - V. 910. - Art. 121131. - doi: 10.1016/j.jorganchem.2020.121131.
17. Mazurkiewicz R., Pazdzierniok-Holewa A., Grymel M. Ж-acyl-a-triphenylphosphonio-a-amino acids: Synthesis and decarboxylation to a-(^-acylamino)alkyltriphenylphosphonium salts // Phosphorus, Sulfur, Silicon Relat. Elem. - 2009. - V. 184, No 4. - P. 1017-1027. -doi: 10.1016/j.tetlet.2008.01.051.
18. Basvani K., Fomina O., Yakhfarov D., Heinicke J. Synthesis and properties of zwitter-ionic phosphonioglycolates // Polyhedron. - 2014. - V. 67 - P. 306-313. - doi: 10.1016/j.poly.2013.09.016.
19. Davison J.C., Foreman M.R., Howie R.A., Plater M.J., Skakle J.M. A new polymorph, form C, of [1,2-bis(diphenylphosphino)ethane]-dichloronickel(II) // Acta Crystallogr., Sect. C: Struct. Chem. - 2001. - V. 57, Pt. 6. - P. 690-693. - doi: 10.1107/s0108270101003961.
Поступила в редакцию 04.12.2022 Принята к публикации 18.01.2023
Романов Семен Романович, кандидат химических наук, ассистент кафедры высокомолекулярных и элементоорганических соединений
Казанский (Приволжский) федеральный университет ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия E-mail: semyonromanov @yandex.ru
Шибаева Карина Олеговна, техник 1 категории Химического института им. А.М. Бутлерова
Казанский (Приволжский) федеральный университет ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия E-mail: shikaol@yandex.ru
Миннуллин Раиль Радикович, кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории физико-химических исследований
Казанский (Приволжский) федеральный университет ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия E-mail: alkhimik-royal@mail.ru
Шулаева Марина Петровна, кандидат биологических наук, доцент кафедры микробиологии
Казанская государственная медицинская академия
ул. Муштари, д. 11, г. Казань, 420012, Россия E-mail: shulaeva.m@mail.ru
Поздеев Оскар Кимович, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой микробиологии
Казанская государственная медицинская академия
ул. Муштари, д. 11, г. Казань, 420012, Россия E-mail: pozdeevoscar@rambler.ru
Тапалова Анипа Сейдалиевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Биология, география и химия»
Кызылординский университет имени Коркыт ата
ул. Айтеке Би, 29а, г. Кызылорда, 120014, Казахстан E-mail: anipa52@mail.ru
Галкина Ирина Васильевна, доктор химических наук, профессор кафедры высокомолекулярных и элементоорганических соединений
Казанский (Приволжский) федеральный университет ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия E-mail: vig54@mail.ru
Бахтиярова Юлия Валерьевна, кандидат химических наук, заведующий кафедрой высокомолекулярных и элементоорганических соединений
Казанский (Приволжский) федеральный университет ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия E-mail: Julbakh@mail.ru
ISSN 2542-064X (Print) ISSN 2500-218X (Online)
UCHENYE ZAPISKI KAZANSKOGO UNIVERSITETA. SERIYA ESTESTVENNYE NAUKI (Proceedings of Kazan University. Natural Sciences Series)
2023, vol. 165, no. 1, pp. 158-169
ORIGINAL ARTICLE
doi: 10.26907/2542-064X.2023.1.158-169
a-Carboxylate Phosphabetains in Alkylation and Complexation Reactions
S.R. Romanova , K.O. Shibaevaa , R.R. Minnullin a , M.P. Shulaevab , O.K. Pozdeev b , A.S. Tapalova c , I. V. Galkina a , Yu.V. Bakhtiyarova a
aKazan Federal University, Kazan, 420008 Russia hKazan State Medical Academy, Kazan, 420012 Russia cKorkyt Ata Kyzylorda University, Kyzylorda, 120014 Kazakhstan E-mail: semyonromanov @yandex.ru, shikaol@yandex.ru, alkhimik-royal@mail.ru, shulaeva.m@mail.ru, pozdeevoscar@rambler.ru, anipa52@mail.ru, vig54@mail.ru, Julbakh@mail.ru
Received December 4, 2022; Accepted January 18, 2023
Abstract
Alkylation reactions of a-carboxylate phosphabetaines were carried out and studied to enhance the biological activity of previously synthesized carboxylate phosphabetaines. As a result of these reactions, the original structure was destroyed with the formation of quaternary salts of phosphonium triiodide. The structure and composition were confirmed by a complex of physical research methods, including NMR, IR spectroscopy, and elemental analysis. The bactericidal and antimycotic activity of the synthesized salts was assessed. The compounds showed activity similar to that of commercial drugs. The reactions of complexation of these structures were also investigated. In the reactions with nickel and copper chloride, complexes were isolated and characterized. The structure of the nickel complex was unambiguously confirmed by the data obtained with the help of single-crystal X-ray diffraction analysis.
Keywords: glyoxylic acid, tertiary phosphine, phosphabetaine, alkylation, methyl iodide, antimicrobial activity
Acknowledgments. This study was supported by the Kazan Federal University Strategic Academic Leadership Program (PRI0RITY-2030).
Figure Captions
Fig. 1. Molecular structure of compound 12.
Scheme 1. Synthesis of carboxylate phosphabetaines based on glyoxylic acid. Scheme 2. Alkylation of monocarboxylate phosphabetaines.
168
C.P. POMAHOB h gp.
Scheme 3. Alkylation of dicarboxylate phosphabetaines.
Scheme 4. Alkylation of carboxylate betaine 1 under mild conditions.
Scheme 5. Reactions of phosphabetaine complexation 3.
References
1. Huang X., Weiss R.G. Silica structures templated on fibers of tetraalkylphosphonium salt gelators in organogels. Langmuir, 2006, vol. 22, no. 20, pp. 8542-8552. doi: 10.1021/la0610250.s001.
2. Pomecko R., Asfari Z., Hubscher-Bruder V., Bochenska M., Arnaud Neu F. Anion recognition by phos-phonium calix[4]arenes: Synthesis and physico-chemical studies. Supramol. Chem., 2010, vol. 22, no. 5, pp. 275-288. doi: 10.1080/10610270903437051.
3. Kanazava A., Ikeda T., Endo T. Synthesis and antimicrobial activity of dimethyl- and trimethyl-substituted phosphonium salts with alkyl chains of various lengths. Antimicrob. Agents Chemother., 1994, vol. 38, no. 5, pp. 945-952. doi: 10.1128/AAC.38.5.945.
4. Mollahosseini A., Abdelrasoul A., Shoker A. Latest advances in zwitterionic structures modified dialysis membranes. Mater. Today Chem, 2020, vol. 15, art. 100227. doi: 10.1016/j.mtchem.2019.100227.
5. Xu D., We H., Zhen Y., Gao Y.-Q., Li R., Li X., He Y., Zhang Zh., Xie W. Carboxylate phospha-betaine as a bifunctional organocatalyst for the intramolecular ring opening of oxetane. Org. Chem. Front., 2019, vol. 6, pp. 1681-1685. doi: 10.1039/C9Q000304E.
6. Zhou H., Wang G.-H., Zhang W.-Zh., Lu X.-B. C02 adducts of phosphorus ylides: Highly active organocatalysts for carbon dioxide transformation. ACS Catal., 2015, vol. 5, no. 11, pp. 6773-6779. doi: 10.1021/acscatal.5b01409.
7. Galkina I., Tufatullin A., Krivolapov D., Bakhtiyarova Yu., Chubukaeva D., Stakheev V., Galkin V., Cherkasov R., Büchner B., Kataeva O. Crystal structure of phosphonium carboxylate complexes. The role of the metal coordination geometry, ligand conformation and hydrogen bonding. CrystEngComm, 2014, vol. 16, no. 38, pp. 9010-9024. doi: 10.1039/c4ce01361a.
8. Bakhtiyarova Yu.V., Morozov M.V., Romanov S.R., Minnullin R.R., Shulaeva M.P., Pozdeev 0.K., Galkin V.I. New biologically active phosphonium salts based on 3-(diphenylphosphino)propionic acid and unsaturated amides. Russ. Chem. Bull., 2020, vol. 69, no. 8, pp. 1569-1572. doi: 10.1007/s11172-020-2936-y.
9. Romanov S.R., Dolgova Y.V., Morozov M.V., Ivshin K.A., Semenov D.A., Bakhtiyarova Yu.V., Galkina I.V., Galkin V.I. New phosphonium salts based on 3-(diphenylphosphino)propanoic and ro-haloalkanoic acids. Mendeleev Commun., 2021, vol. 31, no. 31, pp. 242-243. doi: 10.1016/j.mencom.2021.03.032.
10. Romanov S.R., Aksunova A.F., Islamov D.R., Dobrynin A.B., Krivolapov D.B., Kataeva O.N., Bakhtiyarova Yu.V., Galkina I.V., Galkin V.I. Triphenylphosphine in reactions with ro-haloalkyl-carboxylic acid. Phosphorus, Sulfur, Silicon Relat. Elem., 2016, vol. 191, nos. 11-12, pp. 16371639. doi: 10.1080/10426507.2016.1223661v.
11. Galkin V.I., Bakhtiyarova Yu.V., Polezhaeva N.A., Cherkasov R.A., Krivolapov D.B., Gubaidullin A.T., Litvinov I.A. Synthesis, structure and reactivity of carboxylate phosphabetaines. Phosphorus, Sulfur Silicon Relat. Elem, 1999, vol. 147, no. 1, p. 91. doi: 10.1080/10426509908053526.
12. Bakhtiyarova Yu.V., Aksunova A.F., Romanov S.R., Bakhtiyarov D.I., Ivshin K.A., Kataeva O.N., Egorova S.N., Galkina I.V., Galkin V.I. The reaction of phosphorylation of trans-aconitic acid by tertiary phosphines. Phosphorus, Sulfur, Silicon Relat. Elem., 2019, vol. 194, nos. 4-6, pp. 319-320. doi: 10.1080/10426507.2018.1539999.
13. Riddick J.A., Bunger W.B., Sakano T.K. Organic Solvents: Physical Properties and Methods of Purification. New York, Wiley-Interscience, 1986. 1344 p.
14. Armarego W.L.F., Chai C.L.L. Purification of Laboratory Chemicals. Burlington, ButterworthHeinemann, 2009. 743 p.
15. Kormachev V.V., Fedoseev M.S. Preparativnaya khimiya fosfora [Preparative Chemistry of Phosphorus]. Perm, Ural. Otd. Ross. Akad. Nauk, 1992. 458 p. (In Russian)
16. Galkina I.V., Romanov S.R., Gerasimov A.V., Bakhtiyarova Yu.V., Galkin V.I. Synthesis of stable carboxylate phosphabetaines - Potential ligands of the metal complexes. J. Organomet. Chem., 2020, vol. 910, art. 121131. doi: 10.1016/j.jorganchem.2020.121131.
17. Mazurkiewicz R., Pazdzierniok-Holewa A., Grymel M. jV-acyl-a-triphenylphosphonio-a-amino acids: Synthesis and decarboxylation to a-(Ai-acylamino)alkyltriphenylphosphonium salts. Phosphorus, Sulfur, Silicon Relat. Elem, 2009, vol. 184, no. 4, pp. 1017-1027. doi: 10.1016/j .tetlet.2008.01.051.
18. Basvani K., Fomina O., Yakhfarov D., Heinicke J. Synthesis and properties of zwitterionic phos-phonioglycolates. Polyhedron, 2014, vol. 67, pp. 306-313. doi: 10.1016/j.poly.2013.09.016.
19. Davison J.C., Foreman M.R., Howie R.A., Plater M.J., Skakle J.M. A new polymorph, form C, of [1,2-bis(diphenylphosphino)ethane]-dichloronickel(II). Acta Crystallogr., Sect. C: Struct. Chem., 2001, vol. 57, pt. 6, pp. 690-693. doi: 10.1107/s0108270101003961.
<Для цитирования: Романов С.Р., Шибаева К.О., Миннуллин Р.Р., Шулаева М.П., Поз-деев О.К., Тапалова А.С., Галкина И.В., Бахтиярова Ю.В. а-Карбоксилатные фосфабетаины в реакциях алкилирования и комплексообразования // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. - 2023. - Т. 165, кн. 1. - С. 158-169. - doi: 10.26907/2542-064X.2023.1.158-169.
<For citation: Romanov S.R., Shibaeva K.O., Minnullin R.R., Shulaeva M.P., Pozdeev O.K., Tapalova A.S., Galkina I.V., Bakhtiyarova Yu.V. а-Carboxylate phosphabetains in alkylation and complexation reactions. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2023, vol. 165, no. 1, pp. 158-169. doi: 10.26907/2542-064X.2023.1.158-169. (In Russian)
