CC BY
38
ХИМИЯ
УДК 541.64
Г. А. Кутырев, А. Ф. Максимов, А. А. Бусыгина, И. И. Идиятов, Л. Р. Валиуллин, С. Р. Галлямова, В. В. Бирюля, А. Р. Гатаулина, М. П. Кутырева
СИНТЕЗ, КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИЕ И ФУНГИЦИДНЫЕ СВОЙСТВА
ГИПЕРРАЗВЕТВЛЕННЫХ ПОЛИЭФИРОПОЛИФОСФАТОВ
Ключевые слова: гиперразветвленный полиэфир, металлокомплексы, фунгициды.
Синтезированы гиперразветвленные полиэфиры второй генерации, содержащие концевые фосфатные, тиофосфатные и тиазольные группы. Методами ИК и ЯМР спектроскопии доказано их строение и определена степень функционализации. Получены Cu(II) и №(11)-комплексы полиэфирополифосфатов. Оценена фунгицидная активность синтезированных соединений в отношении штаммов некоторых грибов.
Keywords: hyperbranchedpolyesters, metallocomplexes, fungicides.
Hyperbranched polyesters (2 generation), containing terminal posphoryl, thiophosphoryl and thiazol groups, were synthesized. Structure of obtaining compounds were proved by IR and NMR spectroscopy. The complexes of polyesterpolyphosphates with ions of Cu(II) and Ni(II) were synthesized. Fungicidal activity of compoundes was observed.
Введение
Разнообразие структур и свойств гиперразветвленных полиэфиров (ГРП) определяет все возрастающий интерес к этим дендритоподобным системам [1-3]. Известно, что на структуру и свойства полиэфиров значительное влияние оказывает природа концевых групп [2-5]. Функционализация целевыми, в том числе фармакофорными и координационно-активными группировками, приобретает особое значение, поскольку такие соединения обладают комплексом новых химических, биологических и комплексообразующих свойств, а также повышенной мобильностью макромолекул [6-9]. Показано, что фосфорорганические производные гиперразветвленных полиэфирополиолов
перспективны в качестве антиоксидантов, стабилизаторов, пластификаторов, биологически активных веществ и реологических добавок в полимеры [10-12].
Вместе с тем, методы фосфорилирования гиперразветвленных полиэфирополиолов мало разработаны. Реакции с хлорангидридами кислот фосфора протекают лишь в жестких условиях под действием ультразвука, что приводит к частичной деструкции ГРП. Можно полагать, что использование бифункциональных связующих реагентов позволит расширить круг фосфорсодержащих полиэфиров. В качестве такой связующей системы в данной работе был использован 2,4-толуилендиизоцианат,
изоцианатные группы которого обладают высокой активностью по отношению к гидроксильным группам гиперразветвленного полиэфирополиола [13], а так же к органическим соединениям, имеющим подвижный атом водорода.
Экспериментальная часть
Материалы, аппаратура и методы исследования
В работе использовали гиперразветвленный полиэфирополиол серии Boltom (ВН20, 16 гидроксильных групп, Mr=1750 г/моль) фирмы «Perstorp Speciality AB» Швеция, толуилендиизоцианат ГОСТ 32535-2013, 2-аминотиазол фирмы Acros Organics (Бельгия); О,О-диизобутилфосфористую кислоту, 2,2-
диметилолпропановую кислоту (ДМПК) (99%) фирмы Acros Organics (Бельгия); О,О-диэтилхлорфосфат, О,О-диметилхлортиофосфат фирмы Acros Organics (Бельгия); соль Cu(NO3)2^3H2O квалификации «ч.д.а.», соль Ni(NO3)2^6H2O квалификации «ч.д.а.»;
дибутилдилаурат олова, этилендиамин,
триэтиламин. ИК-спектры поглощения
регистрировали на Фурье-спектрометре «Spectrum 400» (Perkin Elmer) с приставкой НПВО «Алмаз KRS-5»: разрешение 1 см-1, накопление 32 скана, диапазон съёмки 4000-400 см-1. Спектры ЯМР 1Н регистрировали на многофункциональном спектрометре с Фурье-преобразованием «Avance 400» (Bruker) с рабочей частотой 400 МГц в растворе ДМСО (d6) при использовании сигнала остаточных протонов дейтерированного растворителя в качестве внутреннего эталона. В качестве тест-объектов для оценки фунгицидной активность использовали штаммы
микроскопических грибов рода Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Fusarium sporotrichioides, Fusarium oxysporum, Penicillium griseofulvum, полученные из коллекции отдела токсикологии ФГБНУ «ФЦТРБ-ВНИВИ». Фунгицидное действие соединений оценивали по зоне подавления роста мицелия тест-культур).
Методы синтеза
Синтез гиперразветвленного полиэфира, содержащего концевые О, О-
диизобутоксифосфориламидные группы (2)
Навеску 0.69 г (0.394 ммоль) ВН20 выдерживали при 1400С в течение 40 минут для обезвоживания и разрушения самоассоциатов. После охлаждения до 500С ВН20 растворили в 3 мл ДМФА. В полученный раствор добавили 0,01% катализатора дибутилдилаурат олова и раствор 1.16 г (3.152 ммоль) аддукта О,О-диизобутилфосфористой кислоты с ТДИ (соединение 1) в 5 мл ДМФА. Реакцию вели при перемешивании, температуре 500С в течение 12 ч. Продукт реакции высадили эфиром, растворитель удалили на вакууме. В остатке получили оранжевую смолу - соединение (2). Выход 40%. Найдено %: С 53.40, Н 6.73, N 3.48, P4.01. Вычислено %: С 53.47, Н 6.70, N 3.54, P 3.92. ИК-спектр, см-1: 3350 v(N-H, ОНсвяз); 2995 v(C-Hph); 2935-2875 vas,s(CH3, CH2); 1725,1711 v(C=O); 17101653 v(C=O); ' 1598-1438 5 (C=Cph); 1094 (vC-N (амид III)); 1386 5s(CH3); 1256 v(P=0), 1217 v(C-O); 817 v(P-C); 1007 v(P-O); 1217 v(C-O); 755, 659 5oop(C=Cph). Спектр 1Н ЯМР 5, м.д. : 1.03-1.09 (CH3-С); 0.93-0.94 (СН3-СН); 1.90-2.14 (ffl3-Ph); 3.36-3.49 (СН2-О); 3.92-4.12 (СН2-0С(0)); 7.07-7.25 (ОД,); 7.96 (NH).
Общая методика синтеза комплексов с ионами Cu(II) и Ni(II)
К раствору модифицированного
гиперразветвленного полиэфира в ацетоне добавили раствор соли Cu(NO3)23H2O или Ni(NO3)26 H2O в ацетоне. Реакцию вели при перемешивании в течение 4-5 часов при 40-50 0С. Комплексное соединение выпадало в осадок, после удаления растворителя комплекс промывали ацетоном, сушили на вакууме.
Комплекс соединения (2) с ионами Cu (H)(3) Соединение (3) - смола темно-зеленого цвета, выход 74%. ИК-спектр, см-1: 3350 v(N-H, ОНсвяз); 2995 v(C-Hph); 2952-2848 vas,s(CH3, CH2); 1725,1700 v(C=O); 1700-1643 v(C=O); ' 1593-1424 5 (C=Cph); 1119 (vC-N (амид III)); 1369 5s(CH3); 1284 v(P=0), 809 v(P-С); 1007 v(P-O); 1217 v (С-О); 751, 664
5oop(C=Cph).
Синтез аддукта соединения (1) с этиловым эфиром 2,2-диметилолпропионовой кислоты (4)
Навеску 0.37 г (2.284 ммоль) 2,2-диметилолпропионовой кислоты растворили в 3 мл ДМФА, добавили 0,01% катализатора дибутилдилаурат олова. К раствору прикапывали 1.70 г (4.619 ммоль) соединения (1), растворенного в 6 мл ДМФА. Перемешивали реакционную смесь при температуре 500С в течение 12 ч. Растворитель удалили на вакууме. В остатке получили оранжево-коричневую смолу - соединение (4). Выход 96%. ИК-спектр, см-1: 3350, 3210 v(N-H, ОНсвяз); 2959 v(C-Hph); 2950-2874 vas,s(CH3, CH2); 1707 v(C=O); 1653 v(C=O); 1598-1471 5ф (C=Cph); 1529 (5n-h+Vc-n (амид
II)); 1386 5s(CH3); 1314 v(Cph-N); 1091 (vC-N (амид
III)); 1253 v( Р=О), 816 v(P-С); 1005 v(P-O); 1215 v (C-O); 965 5(ОН); 757, 658 5oop(C=Cph). Спектр 1Н
ЯМР 5, м.д. : 0.84-0.98 (СН3-СН); 1.09 (CH3-C); 1.08-1.12 (СН3-СН2); 1.84-1.87 (СН-СН2); 2.08-2.15 (CH3-Ph); 3.32-3.43 (СН2-О-Р); 3.86-3.97 (СН2-ОС(О)); 7.07-7.67 (ОД,); 7.96 (NH). Спектр 31P ЯМР 5, м.д.: -1.23 с.
Комплексы соединения (4) с ионами Cu (II) и Ni(II) (5,6)
Медный комплекс (5), ИК-спектр, см-1: 3350, 3210 v(N-H, ОНсвяз); 2963 v(C-Hph); 2950-2874 vas,s(CH3, CH2); 1707 v(C=O); 1642 v(C=O); 1598-1432 sip'(C=Cph); 1496 (sn-h+vq-n (амид II)); 1368 5S(CH3); 1118 (vq-n (амид III)); 1278 v( Р=О), 809 v(P-C); 1006 v(p-o); 1215 v (C-O); 750, 702 soop(C=Cph).
Никелевый комплекс (6), ИК-спектр, см-1: 3350, 3217 v(N-H, ОНсвяз); 2960 v(C-Hph); 2875-2848 vas,s(CH3, CH2); 1707 v(C=O); 1644 v(C=O,C=N); 1598-1420 sip (C=Cph); 1376 ss(CH3); 1113 (vq-n (амид III)); 1300 v( Р=О), 809 v(p-c); 1004 v(p-o); 756, 689
Soop(C"
Синтез 0,0-диэтил^-2-
аминоэтиламидофосфата (7)
Навески 3 г (17.44 ммоль) О,О-диэтилхлорфосфата (Cl-P(O)(OC2H5)2) и 5.2 г (86,66 ммоль) этилендиамина растворили в 6 мл и 10 мл хлороформа соответственно. Раствор (Cl-P(O)(OC2H5)2) прикапывали к раствору
этилендиамина. Реакцию проводили при перемешивании при комнатной температуре в течение 1 ч. Образовавшуюся соль
этилендиамингидрохлорида отделили от раствора, растворитель удалили на вакууме. Продукт (7) -светло-желтая смола, выход 77%. Найдено %: С 36.77, Н 8.62,N 14.37, P 15.69. Вычислено %: С 36.73, Н 8.67, N 14.28, P 15.81. ИК-спектр, см-1: 3362 v(N-H); 2980 v(C-Hph); 2865-2765 vas,s(CH3, CH2); 1600, 1442 (sn-h + vc-n (амид II)); 1098 (vc-n (амид III)); 1367 ss(CH3); 1218 v(p=0), 791 v(p-n); 1019 v(P-O); v 1163 v(C-O). Спектр 1Н ЯМР 5, м.д. : 1.021.06 (CH3); 2.35-2.38 (СН2-NH2); 2.52-2.57 м (СН2-NH-Р); 3.68-3.75 (СН2-0-Р); 4.72 (P-NH).
Синтез аддукта толуилендиизоцианата с 0,0-диэтил-^2-аминоэтиламидофосфатом (8)
К раствору, содержащему 2.4 г (13.79 ммоль) ТДИ в 5 мл ДМФА добавили раствор 2.7 г (13.79 ммоль) соединения (7) в 5 мл ДМФА при температуре 250С. Реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 1 ч. Растворитель удалили на вакууме. В остатке получили оранжевую смолу. Выход продукта (8) 80%. Найдено %: С 48.58, Н 6.17, N 15.20, P 8.43.Вычислено %: С 48.64, Н 6.22, N 15.13, P 8.38. ИК-спектр, см-1: 3362 v(N-H); 2980 v(C-Hph); 2920-2868 vas,s(CH3, CH2); 1653 v(C=O); 2270 v(N=C=O); 1653 v(C=O); 1599-1438 s (C=Cph); 1537 (sn-h + vc-n (амид II)); 1094 (vc-n (амид III)); 1386 ss(CH3); 1212 v(p=0); 1025 v(p-o); 1165 V^-O); ), 798 v(P-N); 658 soop(C=Cph). Спектр 1Н ЯМР 5, м.д. : 1.19-1.23 (СН3-СН2); 2.04-2.19 (ffl3-Ph); 3.12-3.15 (CH2-NK-P); 3.88-3.93 (СН2-NH-C(O), 0-СН2-СН3); 6.97-7.03 (С6Н3); 7.95 (NH). Спектр 31P ЯМР 5, м.д.: 9.71 с.
Синтез гиперразветвленного полиэфира с терминальными амидофосфатными группами (9)
Навеску 2.4 г (1.371 ммоль) Вокот Н20 растворили в 5 мл ДМФА. В полученный раствор добавили 0,01% дибутилдилаурата олова. Навеску 4.08 г (11.027 ммоль) соединения (8) растворили в 8 мл ДМФА и добавили к раствору ВН20. Реакцию вели при перемешивании в течение 12 ч при температуре 40-500С. Продукт реакции высадили хлороформом, растворитель удалили на вакууме. В остатке получили оранжево-коричневую смолу -соединение (9), выход 77%. Найдено %: С 50.06, Н 6.28, N 8.63, Р 4.67. Вычислено %: С 50.02, Н 6.34, N 8.59, Р 4.76. ИК-спектр, см-1: 3362 v(N-H, ОНсвяз); 2980 v(C-Hph); 2955-2867 vas,s(CH3, СН2); 1732 V (С=Оэф); 1656 v(C=Oaмид); 1602-1450 5 (C=Cph); 1536 (5жн + Vc-N (амид II)); 1386 58(СН3); 1096 (vc-N (амид III)); 1215 v(Р=О), 968 v(Р-О); 1133 v(С-О); ), 748 v(Р-N); 662 5oop(C=Cph). Спектр 1Н ЯМР 5, м.д. : 1.02-1.08 (СН3-СН2); 1.19-1.21 (СН3-С); 2.09-2.19 (СН3-РИ); 3.12-3.17 (СН2-ЫН-Р); 3.32-3.50 (СН2-ОН, СН2-ЫН-С(0)); 3.89-3.93 (0-СН2-СН3); 4.14 (СН2-ОС(О)); 6.92-7.15 (С6Н3); 7.95 (Ж). Спектр 31Р ЯМР 5, м.д.: 9.79 с.
Комплексы соединения (9) с ионами Си (II) и ЩЩ (10,11)
Медный комплекс (10), ИК-спектр, см-1: 3362 v(N-H, ОНсвяз); 2980 v(C-Hph); 2890-2822 vas,s(CH3, СН2); 1732 V (С=Оэф); 1646 v(C=Oaмид); 1602-1436 5 (С^); 1534 (5N-н + Vc-N (амид II)); 1386 58(СН3); 1097 ^ (амид III)); 1215 v(Р=О), 1055 v(Р-О); 752, 659 5оор(С=Срь).
Никелевый комплекс (11), ИК-спектр, см-1: 3362 v(N-H, ОНСВяз); 2962 v(C-Hph); 2955-2874 vas,s(CHз, СН2); 1732 V (С=Оэф); 1652-1637 v(C=Oамид); 16021450 5 (С=Ср10; 1536 (5ы-н + Vc-N (амид II)); 1374 5,(СН3); 1096 (vC-N (амид III)); 1215, 1249 v(Р=ОсВоб, Р=ОСи ), 1022 v(Р-О); 686 5oop(C=Cph).
Синтез гиперразветвленного полиэфира с концевыми амидотиофосфатными группами (12)
Раствор, содержащий 2.03 г (11.03 ммоль) 0,0-диметил-Ы-2-аминоэтиламидотиофосфата в 5 мл ДМФА, прикапали при температуре 250С к раствору 1.92 г (11.03 ммоль) ТДИ в 5 мл ДМФА. Реакцию проводили при комнатной температуре в течение 1 ч. Навеску 2.4 г (1.371 ммоль) Вокот Н20 растворили в 4 мл ДМФА. В полученный раствор добавили 0,01% катализатора дибутилдилаурат олова. Раствор аддукта ТДИ с амидотиофосфатом добавили к раствору ВН20. Реакционную смесь перемешивали в течение 12 ч при температуре 40-500С. Продукт реакции высадили хлороформом, растворитель удалили на вакууме. В остатке получили светло-желтую смолу - соединение (12), выход 46%. Найдено %: С 41.66, Н 6.88, N 6.11, Р 6.57. Вычислено %: С 41.57, Н 6.93, N 6.00, Р 6.64. ИК-спектр, см-1: 3360 v(N-H, ОНсвяз); 2950 v(C-Hph); 2890-2842 vas,s(CH3, СН2); 1730 v(C=Oэф); 1654 v(C=OaMид); 1534 (5^н + Vc-N (амид II)); 1600-1444 5ф (C=Cph); 1098 ^ (амид III)); 1386 5,(СН3); 805 v(Р=S), 1026 v(Р-О); 1214 v(С-О); 751 v(Р-N); 661 5оор(С=Ср11). Спектр 1Н ЯМР 5, м.д.: 0.81-1.2 (СН3-
С); 2.09 (CH3-Ph); 3.11-3.13 (CH2-NH-P(S)); 3.49-3.59 (СН2-ОН, CH2-NH-C(O), CH3-O-P(S)); 4.14 (СН2-ОС(О)); 6.92-7.13 (С6Н3); 7.95 (NH). Спектр 31P ЯМР 5, м.д.: 76.43 с.
Комплексы соединения (12) с ионами Cu(II) и Ni (II) (соед. 13,14)
Медный комплекс (13), ИК-спектр, см-1: 3360 v(N-H, ОНсвяз); 2950 v(C-Hph); 2890-2865 vas,s(CH3, CH2); 1730 v(c^); 1645 v(C=OaMид); 1495 (5n-h + Vc-n (амид II)); 1604-1448 5ф (C=Cph); 1091 (vc-n (амид III)); 1385 5s(CH3); 695 v(P=S), 1060 v(P-O); 1217 vэф (С-О); 730 v(P-N); 658 5oop(C=Cph). Спектр 31P ЯМР 5, м.д.: 76.22 с.
Никелевый комплекс (14), ИК-спектр, см-1: 3360 V(N-H, ОНсвяз); 2950 v(C-Hph); 2890-2856 vas,s(CH3, CH2); 1730 V(C^); 1646 v(C=Oaмид); 1537 (Sn-h + Vc-n (амид II)); 1603-1448 5ф (C=Cph); 1109 (Vc-n (амид III)); 1374 5s(CH3); 680 v(P=S), 1022 v(P-O); 1215 Vэф (С-О); 734 V(P-N); 680 5oop(C=Cph).
Синтез аддукта толуилендиизоцианата с 2-аминотиазолом (15)
К раствору, содержащему 1.3 г (7.47 ммоль) ТДИ в 4 мл ДМФА, при комнатной температуре добавили раствор 0.5 г (5 ммоль) 2-аминотиазола в
2 мл ДМФА. Реакцию вели при перемешивании и температуре 250С в течение 1 ч. Большую часть растворителя удалили на вакууме при температуре 40-500С, продукт реакции высадили толуолом, отфильтровали и высушили в вакуумном шкафу. Выход продукта (15) составил 43%. Найдено %: С 52.49, Н 3.67, N 20.05. Вычислено %: С 52.55, Н 3.65, N 20.44. ИК-спектр, см-1: 3320 v(N-H); 3020 v(C-Hph); 2271 v(N=C=O); 1600-1448 (5c=cph); 1710 v(C=0); 1653 v(C=N); 1551 (5n-h + vc-n (амид II)); 1301 v(Cph-N); 1195 (vc-n (амид III)); 695 v(C-S); 764 5oop(C=Cph). Спектр 1Н ЯМР 5, м.д.: 2.082 (CH3-Ph); 7.08 -7.37 (С6Н3, СН=СН); 8.96-9.03 (NH).
Синтез гиперразветвленного полиэфира, содержащего концевые тиазольные группы (16)
Навеску 0.63 г (0.360 ммоль) BH20 растворили в
3 мл ДМФА. В раствор добавили 0,01% дибутилдилаурат олова от массы исходного ГРП. К раствору прилили 0.79 г (2.883 ммоль) соединения (15), растворенного в 6 мл ДМФА. Реакционную смесь перемешивали в течение 12 ч при температуре 500С. Растворитель удалили под вакуумом, образовавшийся осадок промывали эфиром и высушили в вакуумном шкафу. В остатке получили оранжево-коричневую смолу - соединение (16), выход 56%. Найдено %: С 52.15, Н 5.41, N 8.14. Вычислено %: С 52.08, Н 5.45, N 8.03. ИК-спектр, см-1: 3320 v(N-H, ОНсвяз); 3020 v(C-Hph); 2928-2858 vas,s(CH3, CH2); 1725, 1710 v(C=O); 1605-1436 (5c=cph); 1710 V(C=0); 1653 v(C=N); 1534 (5n-h + vc-n (амид II)); 1316 v(Cph-N); 1094 (vc-n (амид III)); 1386 5s(CH3); 1214 v(c-o); 1056, 1002 v(c-o), 5(ОН); 659 v(C-S); 748 5oop(C=Cph). Спектр 1Н ЯМР 5, м.д. : 1.03-1.23 (CH3-C); 2.08-2.21 (СН^к); 3.37-3.50 (СН2-ОН); 4.10-4.14 (СН2-0С(0)); 7.11-7.47 (С6Н3, СН=СН); 7.96 (NH).
Комплекс соединения (16) с ионами Си (II) (17) ИК-спектр, см"1: 3320 v(N-H, ОНсвяз); 3020 v(C-Нр11); 2923-2853 vas,s(CH3, СН2); 1725, 1711 v(C=O); 1659,1642 V (С=О,' C=N); 1590-1416 (8^^+ VC=N); 1540 (5жн + VC"N (амид II)); 1119 (VC"N (амид III)); 1369 5,(СН3); 1282vэф(C"O); 1041, 1008 v(C-O), 8(ОН); 697 v(C"S).
Обсуждение результатов
Использование в качестве связующего агента ТДИ дает возможность широко варьировать природу фосфорорганических реагентов для введения в структуру гиперразветвленных полиэфиров. Синтез кетофосфорилированного производного полиэфира проводили в 2 стадии. На первой получили аддукт ТДИ с О,О-диизобутилфосфористой кислотой, который далее ввели в реакцию с гиперразветвленным полиэфиром (1) (рис.1).
Рис. 1 - Схема синтеза соединения (2)
Структура полученного аддукта доказана методами ИК- и ЯМР спектроскопии. В ИК-спектре соединения (2) наблюдаются полосы валентных колебаний ^Н и О-Н связей (3350см-1). Фиксируются валентные колебания С-Н связи фенильной группы (2995 см-1). Полосы валентных колебаний С=О и С-О связей, входящих в сложноэфирный фрагмент, наблюдаются при 17231711 см-1 и 1217 см-1, соответственно. Полоса колебаний связи С=О карбаматной группы фиксируется при 1653 см-1. Полосы валентных колебаний Р=О связи проявляется при 1256 см-1.
В спектре :Н ЯМР протоны ОТ3-С группы ядра гиперразветвленного полиэфира резонируют в области 1.03-1.09 м.д., протоны СН3-СН изобутильного радикала при атоме фосфора проявляются при 0.93-0.94 м.д. Метильная группа ТДИ резонирует при 1.90-2.14 м.д. Протоны метиленовых групп эфирного и сложноэфирного фрагментов фиксируются при 3.36-3.49 м.д. и 3.924.12 м.д., соответственно. Протоны ароматического ядра резонируют в области 7.07-7.25 м.д. Степень функционализации гиперразветвленного полиэфира оценивали по соотношению интегральных интенсивностей метильных групп фосфорного фрагмента и метильных групп полиэфира. Установлено, что модификации подвергается 4 ОН-групп полиола. Невысокая степень функционализации, по-видимому, связана со стерическими препятствиями, создаваемыми объемной фосфорсодержащей группировкой вхождению в структуру гиперразветвленного полимера.
На основе аддукта (2) получен его медный комплекс (3), в ИК-спектре которого наблюдается смещение полос валентных колебаний Р=О связи на 28 см-1 и С=О связи карбаматного фрагмента на 10 см-1 по сравнению с исходным соединением . Все это свидетельствует об участии атомов кислорода фосфорильной и карбонильной групп в образовании координационных связей с ионами меди.
Для подтверждения структуры синтезированного полиэфирополифосфата (2) проведен синтез соответствующего производного 2,2-
диметилолпропионовой кислоты (рис.2).
Рис. 2 - Схема синтеза соединения (4)
В ИК-спектре соединения (4) отсутствуют колебания NCO группы в области 2273 см-1. Полоса валентных колебаний С=О связи, входящей в сложноэфирный фрагмент, проявляется при 1707 см-\ полоса связи С=О карбаматной группы наблюдается при 1653 см-1. Полоса валентных колебаний Р=О связи проявляется при 1253см-1. В спектре :Н ЯМР протоны СН3 группы изобутильного радикала при атоме фосфора резонирует при 0.84-0.98 м.д., метильные протоны сложноэфирного фрагмента проявляются при 1.081.12 м.д. Метиленовая группа при атоме фосфора фиксируется при 3.32-3.43 м.д., протоны СН2 группы сложноэфирного фрагмента наблюдаются при 3.86-3.9 м.д. Исходя из соотношения интегральных интенсивностей метильных групп изобутильного радикала при атоме фосфора и интенсивности сигнала метильных протонов эфира диметилолпропионовой кислоты установлено, что в реакции образуется аддукт состава 1:2.
На основе соединения (4) были синтезированы медный и никелевый комплексы (5,6). В ИК-спектре медного комплекса (5) наблюдается смещение полос валентных колебаний Р=О связи на 25 см-1 и С=О связи карбаматного фрагмента на 11 см-1 по сравнению с исходным соединением, что свидетельствует об образовании координационной связи между атомами кислорода фосфорильной и карбонильной групп с ионами Ои (II). Аналогичная картина наблюдается в ИК-спектре комплекса с ионами № (II).
Возможность использования ТДИ в качестве связующего между гиперразветвленным
полиэфирополиолом и фосфорсодержащей группой была продемонстрирована нами на примере реакции 2-аминоэтиламидофосфата с ВН20 (рис.3).
Рис. 3 - Схема синтеза соединений (9, 12)
В ИК-спектре соединения (9) отсутствует колебание NCO группы в области 2270 см-1 Полосы валентных колебаний С=О и С-О связей, входящих в остов полиэфира, проявляются при 1732см-1 и 1133 см-1, соответственно. Полосы колебаний С=О связей карбаматной и мочевинной групп фиксируются при 1656 и 1660 см-1 .Полосы валентных колебаний Р=О связи проявляется при 1215 см-1. Полоса валентных колебаний Р-О связи наблюдается при 968 см-1. В спектре :Н ЯМР метильные протоны этильного радикала проявляются при 1.02-1.08 м.д. СН3-С полиэфирного остова резонируют при 1.19-1.21 м.д. Протоны аминометиленовых групп фиксируются при 3.12-3.17 м.д. и 3.32-3.50 м.д. Имеются так же полосы 3.89-3.93м.д. (0-СН2-СН3) и 4.14м.д. (СН2-ОС(О) групп. Исходя из соотношений интегральных интенсивностей полос резонанса протонов метильных групп полиэфира и метильных групп этильного радикала при атоме фосфора установлено, что в реакции приняло участие 6 ОН групп полиола.
Комплексообразующие свойства полученного аддукта (9) были показаны на примере реакции с ионами меди и никеля. В ИК-спектре комплекса с ионами меди (10) наблюдается смещение полос валентных колебаний Р=О связи на 87 см-1 и С=О связи на 10 см-1 по сравнению с соединением (9), что свидетельствует об их участии в координации с ионом металла , причем в данной системе наиболее сильная координация происходит с фосфорильной группой амидофосфатного фрагмента. В ИК-спектре комплекса с ионами N1 (II) (11) также наблюдается значительное смещение полосы валентных колебаний Р=О связи на 34 см-1.
Для подтверждения синтетической
эффективности предлагаемого нами нового способа функционализации гиперразветвленных
полиэфирополиолов проведена реакция с участием тиофосфатного реагента (рис.3). В ИК-спектре тиофосфамидного производного (12) наблюдаются полосы валентных колебаний N-Н и О-Н связей (3360 см-1), фиксируются валентные колебания С-Н связи фениленовой группы (2950 см-1), полосы поглощения амид II (5М-Н + Vc-N) (1534 см-1) и амид III (1098 см-1). Деформационные колебания
ароматического кольца представлены полосами плоскостных колебаний при 1600-1444 см-1 и внеплоскостных при 661 см-1. Полосы валентных колебаний С=О и С-О связей, входящих в сложноэфирный фрагмент, проявляются при 1730 см-1 и 1214 см-1, соответственно. Полоса С=О связи карбаматной группы наблюдается в области 1654 см-1. Полоса валентных колебаний Р=S связи проявляется при 805 см-1, колебания Р-О связи наблюдается при 1026 см-1. В спектре 1Н ЯМР соединения (12) метильные протоны при атоме фосфора проявляются при 3.11-3.13 м.д. Метильная группа ароматического кольца ТДИ резонирует при 2.09 м.д., СН3-С полиэфирного скелета фиксируется при 0.81-1.2 м.д. Протоны амидометиленовых групп при атоме фосфора фиксируются при 3.113.13 м.д. и амидометиленовых групп мочевинного фрагмента при 3.49-3.59 м.д. Используя соотношение интегральных интенсивностей полос
резонанса протонов метильных групп полиэфира и метильных групп фенильного радикала было установлено, что модификации подвергается 6 ОН-групп полиола.
Для оценки комплексообразующих свойств соединения (12) были синтезированы его медный и никелевый комплексы.
В ИК-спектре медного комплекса (13) наблюдается смещение полос валентных колебаний Р=S связи в область меньших частот на 110 см-1 по сравнению с соединением (12). Смещение полос
валентных колебаний связи С=Оя,
существенно
меньше (9 см-1). Это свидетельствует о том, что основной вклад в координацию с ионами меди вносит амидотиофосфатная группа.
В ИК-спектре никелевого комплекса (14) наблюдается аналогичная картина: полоса валентных колебаний связи P=S смещается в область меньших частот на 125 см-1. Смещение полосы валентных колебаний связи С=Оамид составляет всего 8 см-1.
Возможности использования ТДИ для модификации гиперразветвленного полиэфира были показаны нами на примере реакции с участием 2-аминотиазола. Тиазольный цикл представляет интерес в качестве потенциального комплексообразователя, а также эффективного формакофора [14] (рис.4).
Рис. 4 - Схема синтеза соединения (15)
В ИК-спектре соединения (15) имеется полосы валентных колебаний №Н и ОН связей при 3320 см-1. Отсутствует полоса NCO связи при 2271 см-1 ' Наблюдаются полосы колебаний С=О, С=N связей при 1710 см-1 ,1653 см-1, соответственно. Полосы валентных колебаний С=0 и и С-О связей, входящих в сложноэфирный фрагмент, фиксируются при 1725 см-1 и 1214 см-1. Полоса колебаний С^ связи проявляется при 659 см-1. В спектре 1Н ЯМР метильные протоны сложноэфирного фрагмента проявляются в области 1.03-1.23 м.д., метильные протоны при фенильном радикале резонируют при 2.082 м.д. Протоны метиленовых групп эфирного и сложноэфирного фрагментов фиксируются при 3.373.50 м.д. и 4.10-4.14 м.д., соответственно. Метиновые протоны при двойной связи цикла наблюдаются при 7.11-7.47 м.д. Исходя из соотношения интегральных интенсивностей полос резонанса протонов метильных групп полиэфира и метильных групп фенильного радикала установлено, что в реакции приняло участие 7 ОН - групп полиола.
Для оценки комплексообразующих свойств была проведена реакция продукта (15) с солью Си(Ш3)23Н20 .
В ИК-спектре медного комплекса (16) наблюдается смещение полос валентных колебаний С^ и С-О связей тиазольного цикла в область
больших частот на 38 см-1 и 68 см-1 по сравнению с соединением (15), а также смещение полос валентных колебаний С=Оамид и C=N связей в область меньших частот на 51 см-1 и 11 см-1.
Известно, что фосфорорганические соединения обладают выраженной антимикотической активностью [12]. В этой связи важно было оценить фунгицидные свойства синтезированных в данной работе гиперразветвленных
полиэфирополифосфатов и их металлокомплексов в отношении штаммов грибов, которые наносят наиболее существенный вред сельскохозяйственным культурам. В качестве таких микрогрибов были использованы штаммы Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Fusarium sporotrichioides, Fusarium oxysporum и Penicillium griseofulvum (табл. 1).
Как следует из полученных экспериментальных данных (табл.1), производные гиперразветвленного полиэфира с концевыми тиазольными (16), амидотиофосфатными (12) фрагментами и О,О-диизобутоксифосфориламидной группой (5) проявляют слабую активностю в отношении грибов Aspergillus flavus и Aspergillus niger. Все остальные соединения и их металлокомплексы обладают высокими фунгицидными свойствами.
Таблица 1 - Фунгицидная активность
Тест-культура
№ соединения Aspergillus flavus Aspergillus niger Fusarium sporotrichioides Fusarium oxysporum Penicillium griseofulvum
3 18 20 26 - 17
5 - - 19 20 18
6 24 26 29 25 24
9 26 26 28 29 26
11 26 28 30 28 26
12 - - 18 20 -
13 24 26 28 26 24
14 26 26 27 26 25
16 - - - 46 -
Антимикотическое действие на штаммы грибов Fusarium sporotrichioides наиболее выражено для соединений (3,6, 9, 11, 13,14). Это производные гиперразветвленных полиэфиров, содержащих концевые фосфатные и тиофосфатные группы, а так же их металлокомплексы. Наименьшей активностью обладает соединение (16), в состав которого входит тиазольная группа. Остальные исследованные вещества проявляют умеренные фунгицидные свойства.
По отношению к грибам Fusarium oxysporum самой большой активностью обладает
тиозолилмочевинное производное полиэфира второй генерации (16). Остальные соединения (кроме 3) проявляют умеренные антимикотические
свойства. Подавляющее большинство исследуемых соединений обладают достаточно высоким фунгицидным действием на штаммы грибов Penicillium griseofulvum. Наименьшая активность отмечена для соединений (12) и (16). Соединения, содержащие в составе амидофосфатные (9, 11) и амидотиофосфатные группы (12, 13, 14), действуют достаточно эффективно на все штаммы исследуемых грибов. Медный и никелевый комплексы (13) и (14), полученные на основе гиперразветвленного полиэфира с концевыми амиидотиофосфатными группами (12), обладают наиболее выраженными фунгицидными свойствами. В случае амидофосфатного производного полиэфира второй генерации (9) его действие на все штаммы грибов сопоставимы со свойствами его никелевого комплекса (11). Установлено, что никелевый комплекс, содержащий
диизобутоксифосфориламидный фрагмент (6) , является более активным по сравнению с медным комплексом (5).
Литература
1. Бочкарев М.Н. Дендритные полимеры, получаемые одностадийным синтезом / М.Н. Бочкарев, М.А. Каткова // Успехи химии. - 1995. - Т. 64. №11, - С. 1106-1120.
2. Кутырева М.П. Новые материалы: биологически активные гиперразветвленные полимеры и их металлокомплексы / М.П. Кутырева, С.С. Бабкина, Т.К. Атанасян, Н.А.Улахович, Г.А.Кутырев. - М.: МГПУ, 2014. - 136 с.
3. Королев В.Г. Гиперразветвленные полимеры - новый мощный стимул дальнейшего развития области трехмерной полимеризации и революция в полимерном материаловедение / В.Г. Королев, М.Л. Бубнова. -Черноголовка: Изд-во ИПХФ РАН. - 2006. -100 с.
4. Zagar E. Structure- to-properties relationship of aliphatic hyperbranched polyesters / E. Zagar, M. Huskic, M. Zigon // Macromol. Chem. Phys. -2007. - V. 208, № 13. - P. 13791387.
5. Tomalia D.A. A new class of polymers: starburst-dendritic macromolecules / D.A. Tomalia, H. Baker, J.R. Dewald, M. Hall, G. Kallos, S. Martin, J. Roeck, J. Ryder, P. Smith // Polym. J. - 1985. - V. 17. - P. 117-132.
6. Seiler, M. Dendritic polymers - interdisciplinary research and emerging applications from unique structural properties.// Chem. Eng. Technol. -2002, -V.25(3), -P. 237-253.
7. Khannanov A.A., Kutyreva M.P., Ulakhovich N.A., Gataulina A.R., Kutyrev G.A., Boldar O.V. /Hyperbranched Polyester Polyacids and Their Binary Systems with Sufractants for Doxorubicin Encapsulation.// Fluid Phase Equilibria. -2016. -V.411. -P.93-100.
8. Kutyreva M.P., Ulakhovich N.A., Gataulina A.R., Bondar O.V., Kutyrev G.A., Newman T., Khasanova E.M., Yurtaeva S.V., Ziganchina S.A., Khaldeeva E.V./ Hyperbranched polyester poly(3-dietylaminopropionate)s and their copper(II) complexes: synthesis, characterization and biological investigation. // Inorganica Chimica Acta. -2016. -V.450. -P.101-111.
9. Zagar E. Characterization of a commercial hyperbranched aliphatic polyester based on 2,2-bis(methylol) propionic acid / E. Zagar, M. Zigon // Macromolecules. - 2002. - V. 35, № 27. - P. 9913-9925.
10. Низамов И.С., Шамилов Р.Р., Мартьянов Е.М., Сергеенко Г.Г., Кутырев Г.А., Черкасов
Silicon and Related elements. -2011, -V. 186, № 4, -P. 1001-1002.
13. ГатаулинаА.Р.Синтез и спектральные характеристики гиперразветвленного полиэфирополи^-фенилкарбамата) / А.Р. Гатаулина, М.П. Кутырева, Н.А. Ухалович, М.Я. Шигапов, Э.М. Хасанова, Г.А. Кутырев // Журнал органической химии. - 2015. - Т. 51, № 10. - С. 1529-1531.
14. Салькеева Л.К., Минаева Е.В., Мантель А.И., Нурмаганбетова М.Т., Султанова Л.М. Синтез новых тиазолилсодержащих фосфорорганических комплексонов // Вестник КарГУ. Серия химия. -2008. -№4(52). - С.43-48.
Р.А.Фосфорсодержащие гиперразветвленные
структуры!! Фосфорилирование гиперразветвленных полиолов 2-(Ы"^-диэтиламидо)-1,3Д-
диоксафосфоринаном//Журнал общей химии. -2008.—Т.78, вып.7.-С. 1101-1103.
11. Nizamov I.S., Shamilov R.R., Martyanov E.M., Cherkasov R.A., Sergeenko G.G., Kutyrev G.A. Phosphorus-containing hyperbranched structures. Phosphoryltion of hyperbranched polyols with 2-(diethylamino)-1,3,2-dioxaphosphinane// Russ. J.Gen.Chemistry. -2008. -T78. № 7. -Р.1338-1340.
12. 23. Cherkasov R.A., Gataulina A.R., Shamilov R.R., Nizamov I.S., Kutyrev G.A. Phosphorylation and thiophosphorilaion of oligomeric polyesterpolyols of Boltorn H20, H30 and H40. // Phosphorus , Sulfer and
© Г. А. Кутырев - д-р хим. наук, проф. каф. технологии переработки полимеров и композиционных материалов КНИТУ, genkutyre@mail.ru; А. Ф. Максимов - студ. КНИТУ; А. А. Бусыгина - магистр КНИТУ; И. И. Идиятов - канд. биол. наук, ст. науч. сотр. ФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности», idiyatov_ilgiz@mail.ru; Л. Р. Валиуллин - канд. биол. наук, зав. сектором тканевых технологий и производства биопрепаратов ФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности»; С. Р. Галлямова - магистр КФУ, galliamova95@mail.ru; В. В. Бирюля - канд. биол. наук, вед. науч. сотр. ФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности», Birvad72@mail.ru; А. Р. Гатаулина - канд. хим. наук, ст. преподователь каф. неорганической химии КФУ; М. П. Кутырева - канд. хим. наук, доц. каф. неорганической химии КФУ, mkutyreva@mail.ru.
© G. A. Kutyrev - Prof., KNRTU, genkutyre@mail.ru; A.F. Maximov - Stud., KNRTU; A. A. Busygina - Master KNRTU; I I. Idiyatov - PhD in Biological sciences; senior researcher of Federal center for Toxicological, radiation and biological security, idiyatov_ilgiz@mail.ru; L. R. Valiullin - PhD in Biological sciences; head of the sector of tissue engineering and manufacturing of biological products of Federal center for Toxicological, radiation and biological security, valiullin27@mail.ru; S. R. Gallyamova -Master of Biological sciences of Institute of fundamental medicine and biology, Kazan (Volga region) federal university, galliamova95@mail.ru; V. V. Birulya - PhD in Biological sciences, leading researcher of Federal center for Toxicological, radiation and biological security, Birvad72@mail.ru; A. R. Gataulina - associate professor, KFU; M. P. Kutyreva - associate professor, KFU, mkutyreva@mail.ru.
