1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал физической химии
  4. T. 93, № 11, 2019

Журнал физической химии, 2019, T. 93, № 11, стр. 1687-1692

Синтез фосфониевых енаминов. физико-химические свойства диметилсульфоксидных растворов

С. А. Бородкин a, Е. А. Казоян b, Л. Д. Попов a, Г. А. Шагинян b, А. Р. Саркисян b, И. Н. Щербаков a, Ш. А. Маркарян b, *

a Южный федеральный университет
344090 Ростов-на-Дону, Россия

b Ереванский государственный университет
0025 Ереван, Республика Армения

* E-mail: shmarkar@ysu.am

Поступила в редакцию 30.11.2018
После доработки 25.03.2019
Принята к публикации 09.04.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

Методами денситометрии, ИК-, ЯМР 1H, УФ-vis-спектроскопии и элементного анализа исследованы диметилсульфоксидные растворы продуктов конденсации хлорида формилметил(трифенил)фосфония с аминами различной природы. Для соединений, содержащих в своем составе карбоксильную группу, обнаружена возможность образования мицелл. Сделан вывод, что значительное уменьшение мольного объема с ростом температуры для соединения, содержащего в своем составе бутильный радикал, свидетельствует о присутствии в растворе при повышенной температуре только одного изомера.

Ключевые слова: енамин, мольный объем, мицеллообразование

В последние годы исследованию фосфониевых солей уделяется значительное внимание. Это обусловлено, в основном, и тем, что введение фосфониевого фрагмента в природные или синтетические функционально замещенные структуры приводит к появлению новых видов биоактивности. Соединения, содержащие в своем составе трифенилфосфониевый фрагмент в качестве липофильного катиона, могут быть использованы в качестве антиоксидантов, противораковых препаратов и функциональных зондов в митохондриях [1–7]. С другой стороны, исследования сульфоксидных растворов енаминов обусловлено также биомедицинской значимостью диметилсульфоксида (ДМСО) [8–11]. ДМСО действует как криопротектор клетки и способен проникать в живую ткань, не вызывая повреждений, и применяется как эффективный транспортировочный агент для лекарств [8, 9]. Следовательно, можно предполагать, что ДМСО повысит способность фосфониевых солей проникать через клеточные мембраны. Поэтому исследование физико-химических свойств диметилсульфоксидных растворов этих соединений имеет первостепенное значение.

В данной работе исследованы диметилсульфоксидные растворы продуктов конденсации хлорида формилметил(трифенил)фосфония с аминами различной природы при различных температурах. Одна из важнейших физико-химических характеристик – мольный объем, т.е. объем, приходящийся на один моль индивидуального вещества или компонента смеси. Ранее было показано, что в диметилсульфоксидных растворах изменение объемных свойств обусловлено межмолекулярными взаимодействиями с участием молекул ДМСО [12, 13].

Кроме того, структур исследуемых солей, содержащих заряженный фрагмент и большие углеводородные группы, позволяет предположить возможность проявления поверхностной активности и получения на их основе мицеллярных систем. Способность формировать мицеллы представляет большой интерес, так как мицеллярные системы могут использоваться в качестве микрореакторов для реакций между липофильными и гидрофильными реагентами [14], как микросреды для синтеза наночастиц [15], а также в биомедицинских исследованиях, поскольку они служат моделями биологических мембран [16]. Образование мицелл можно выявить с помощью измерения электропроводности – одним из самых чувствительных методов к структурным изменениям внутри раствора. В данной работе с помощью измерения электропроводности показано, что некоторые из исследуемых енаминов способны формировать мицеллы в ДМСО. Следует отметить, что ДМСО имеет значительное влияние на объемные и транспортные свойства мицеллярных систем [17].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Синтез

Соединения 1 и 2 были нами получены ранее [18]. Хлорид (2-((4-(карбоксиметил)фенил)амино)винил)трифенилфосфония (3) получали из хлорида формилметил(трифенил)фосфония и п‑аминофенилуксусной кислоты в i-PrOH; хлорид, бромид трифенил(2-((4-трифенилфосфонио)бензил)амино) винил)фосфония (4) получали из хлорида формилметил(трифенил)фосфония и 4-аминобензил(трифенил)фосфония в i-PrOH; хлорид 2-((3-меркапто-5-метил-4Н-1,2,4-триазол-4-ил)амино)винил) трифенилфосфония (5) получали из хлорида формилметил(трифенил)фосфония и N-аминомеркаптотриазола в i-PrOH; хлорид 2-(бутиламино)винил)трифенилфосфония (6) получали из хлорида формилметил(трифенил)фосфония и н-бутиламина в i-PrOH, с последующей обработкой выпавшего масла HPF6.

Идентификация

Элементный анализ выполняли на приборе Perkin-Elmer 240C. Спектры ЯМР 1Н получали на спектрометре Avance (Bruker, 600 МГц) при 25°С. ИК-спектры записывали на спектрометре Nicolet/FTIR NEXUS в интервале 400–4000 см–1 (таблетки на основе KBr). Электронные спектры поглощения регистрировали на приборе SPECORD 50PC в области поглощения 190–1100 нм. Все измерения проводили при постоянной температуре 25.0 ± 0.3°С с использованием термостата LAUDA A100.

Измерения плотности и электропроводности

Измерения электропроводности проводили с помощью прибора Jenway 4330 с точностью ±0.5% при 25°С. Плотности растворов измеряли с помощью колебательно-резонансного денсиметра Anton Paar DMA 4500 в температурном интервале 298.15–318.15 K. Точность измерения плотности и температуры составляла соответственно ±5 × 10–5 г/см3 и ±0.01 K. Все растворы готовили гравиметрическим методом с точностью ±1 × 10–3г с помощью аналитических весов Sartorius CPA6235.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Синтез и идентификация

Синтез соединений 1–6 был осуществлен по схеме:

Полученные соединения 1–6 представляют собой бесцветные или слабоокрашенные мелкокристаллические вещества. Строение соединений 1–6 было установлено на основании ИК- и ЯМР 1Н-спектроскопии. В ИК-спектрах соединений присутствуют полосы поглощения, соответствующие енаминной форме, а именно: полосы поглощения NH-групп в области 3400–3500 см–1, >С=С< в области 1615–1630 см–1, P–Ph в области 1435–1442 см–1, Р–С в области 1105–1110 см–1. В соединениях, содержащих в своем составе карбоксильную группу (1–3), колебания группы С=О проявляются в виде интенсивного пика в области 1700–1705 см–1. В ИК-спектре соединения 5 наблюдается также очень интенсивная полоса поглощения в области 2600–2850 см‒1, характерная для валентных колебаний SH-группы. Присутствие аниона PF$_{6}^{ - }$ в соединении 6 подтверждается наличием широкой несимметричной полосы поглощения в области 810–880 см–1.

Известно, что продукты конденсации хлорида формилметил(трифенил)фосфония с ароматическими аминами существуют в енаминной форме [19]:

Согласно результатам ЯМР 1Н-исследований полученных нами соединений, все они также существуют в растворе ДМСО в енаминной форме.

В спектрах ЯМР 1Н всех соединений отсутствуют сигналы от CH2-группы, связанной с атомом фосфора, а наблюдаются сигналы от протонов NH-группы, что подтверждает приведенное выше предположение об их существовании в енаминной форме. При этом в соединениях 1–5 наблюдается только один комплект сигналов, что свидетельствует о существовании в растворе ДМСО этих соединений в одной таутомерной форме. В спектре ЯМР 1Н соединения 6 в ДМСО-d6 наблюдаются два комплекта сигналов с соотношением интенсивностей 1:3, причем, судя по значениям JCHCH = 7.5 Гц, преобладает цис(Z)-изомер.

В электронных спектрах поглощения соединений 1–4 в ДМСО наблюдается по одной длинноволновой полосе поглощения в области 260–360 нм (табл. 1). Единственный высокоинтенсивный переход, вероятно, обусловлен π→π*-переходом в ароматических фрагментах. В ряду 2, 3, 4, 1 в зависимости от характера R происходит батохромный сдвиг максимума поглощения от 288 до 327 нм. Максимумы поглощения и значения коэффициентов экстинкции соединений 1–4 в ДМСО приведены в табл. 1. Отсутствие УФ-данных для соединений 5 и 6 обусловлено перекрыванием поглощения растворителем (ДМСО).

Таблица 1.  

Максимумы длинноволновой полосы поглощения и коэффициенты экстинции для соединений 1–4 в растворе ДМСО

Соединение λmax, нм ε, л моль–1см–1
1 327 30 175
2 288 23 870
3 317 133 00
4 321 28 350

Физико-химические свойства диметилсульфоксидных растворов

Экспериментальные значения плотностей (ρ) диметилсульфоксидных растворов соединений 1–6 при температурах 298.15, 308.15 и 318.15 K представлены в табл. 2. На основании полученных значений плотностей рассчитаны кажущиеся мольные объемы ($V_{\phi }^{0}$) согласно методике [12, 20, 21] по уравнению:

${{V}_{\phi }} = \frac{{{{{10}}^{3}}({{\rho }_{{\text{о}}}} - \rho )}}{{m\rho {{\rho }_{{\text{о}}}}}} + \frac{M}{\rho },$
где M – молярная масса растворенного вещества, ${{\rho }_{{\text{о}}}}$ – плотность растворителя (ДМСО), m – моляльность растворов.

Таблица 2.  

Плотности (ρ, г см–3) и кажущиеся мольные объемы (Vϕ, см3 моль–1) диметилсульфоксидных растворов соединений 1–6 при температурах 298.15, 308.15 и 318.15 K

m, моль кг–1 298.15 K 308.15 K 318.15 K
ρ Vϕ ρ Vϕ ρ Vϕ
1 – ДМСО
0.0000 1.09536 – 1.08531 – 1.07528 –
0.0125 1.09620 363.210 1.08623 360.591 1.07623 361.280
0.0250 1.09677 372.011 1.08685 370.559 1.07687 371.774
0.0330 1.09718 372.910 1.08722 373.587 1.07727 374.483
0.0500 1.09807 373.399 1.08818 373.662 1.07825 374.921
0.0670 1.09895 373.614 1.08911 373.922 1.07921 375.228
0.1000 1.10060 374.034 1.09080 374.877 1.08094 376.397
2 – ДМСО
0.0000 1.09536 – 1.08531 – 1.07528 –
0.0100 1.09627 367.083 1.08620 371.475 1.07620 371.623
0.0200 1.09692 377.685 1.08690 379.289 1.07692 380.010
0.0300 1.09752 382.470 1.08755 383.157 1.07758 384.381
0.0400 1.09812 384.755 1.08824 384.114 1.07830 385.130
0.0600 1.09944 385.123 1.08959 385.258 1.07969 386.357
             
3 – ДМСО
0.0000 1.09536 – 1.08531 – 1.07528 –
0.0125 1.09623 373.972 1.08622 374.162 1.07622 374.983
0.0250 1.09696 378.384 1.08698 378.987 1.07700 380.238
0.0330 1.09738 380.558 1.08741 381.517 1.07744 382.971
0.0500 1.09816 384.621 1.08827 384.972 1.07833 386.496
0.0670 1.09902 385.461 1.08907 387.295 1.07916 388.862
0.1000 1.10060 386.754 1.09067 388.856 1.08080 390.604
4 – ДМСО
0.0000 1.09536 – 1.08531 – 1.07528 –
0.0063 1.09652 548.151 1.08642 558.587 1.07648 549.887
0.0125 1.09740 566.346 1.08740 566.896 1.07741 568.056
0.0230 1.09909 566.327 1.08909 568.429 1.07913 569.744
0.0460 1.10244 571.447 1.09259 571.742 1.08269 573.286
5 – ДМСО
0.0000 1.09536 – 1.08531 – 1.07528 –
0.0110 1.09638 335.509 1.08644 329.376 1.07644 329.260
0.0220 1.09735 337.103 1.08736 337.186 1.07738 337.604
0.0290 1.09790 339.320 1.08796 338.527 1.07800 338.844
0.0440 1.09911 340.905 1.08912 342.217 1.07918 342.917
6 – ДМСО
0.0000 1.09536 – 1.08531 – 1.07528 –
0.0084 1.09597 304.530 1.08595 251.969 1.07594 243.984
0.0169 1.09650 303.716 1.08640 258.922 1.07639 258.294
0.0338 1.09766 313.439 1.08736 268.533 1.07737 268.336
0.0675 1.09913 313.202 1.08922 271.031 1.07926 270.999
0.1350 1.10277 300.376 1.09289 316.507 1.08298 318.146

Методом экстраполяции по уравнению Мессона получены парциальные мольные объемы при бесконечном разбавлении ($V_{\phi }^{0}$):

${{V}_{\phi }} = V_{\phi }^{0} + {{S}_{{v}}}{{m}^{{1/2}}},$
где Sv – экспериментально определяемый параметр. Парциальные мольные объемы диметилсульфоксидных растворов соединений 1–6 при температурах 298.15, 308.15 и 318.15 K представлены в табл. 3. Парциальные мольные объемы растворенных веществ в растворах равны мольным объемам чистых веществ и включают в себя следующие составляющие:
$V_{\phi }^{0} = ({{V}_{{VW}}} + {{V}_{V}}) + ({{V}_{S}} + {{V}_{h}}),$
где ${{V}_{{VW}}}$ – собственный ван-дер-ваальсовый объем молекулы, ${{V}_{V}}$ – исключенный объем, ${{V}_{S}}$ – вклад взаимодействий растворенное вещество–растворитель, а ${{V}_{h}}$ – вклад лиофобной сольватации.

Таблица 3.  

Зависимость парциальных мольных объемов ($V_{\phi }^{0}$, см3 моль–1) для диметилсульфоксидных растворов соединений 1–6 от температуры

Т, K 1 2 3 4 5 6
298.15 371.91 376.12 374.95 553.29 333.73 301.87
308.15 370.98 377.93 374.91 560.46 327.00 248.34
318.15 371.88 378.71 375.89 555.36 326.71 244.37

Как видно из данных табл. 3, с ростом температуры для соединений 1–5 зависимости парциальных мольных объемов ($V_{\phi }^{0}$) от температуры в растворе ДМСО не наблюдается, так как значения $V_{\phi }^{0}$ во всех случаях почти не меняются, что мы объясняем присутствием в структуре соединений больших циклических частей (пространственный фактор). Следует отметить, что у соединения 4 мольный объем почти в 2 раза больше, чем у всех остальных, что вполне логично, так как в структуре соединения присутствуют два объемных трифенилфосфониевых фрагмента. Для соединения 6 с ростом температуры наблюдается значительное уменьшение $V_{\phi }^{0}$. Возможно, это связано с тем, что в растворе при повышении температуры остается только один изомер.

С другой стороны, ЯМР-спектральное исследование установило существование всех этих соединений в растворах ДМСО в транс(Е)-форме, что означает возможность наличия водородных связей. Помимо этого, в соединениях 1–3 имеются одинаковые функциональные (карбоксильные) группы, которые также могут взаимодействовать с ДМСО сильными водородными связями (вклад ${{V}_{S}}$), чем, возможно, и обусловлены почти одинаковые парциальные мольные объемы этих соединений. У остальных веществ (4–6) нет четко выраженных проявлений водородных связей, и значения парциальных мольных обьемов в основном выражены вкладом $({{V}_{{VW}}} + {{V}_{V}})$.

Поскольку полученные нами соединения имеют солевую структуру, логично предположить, что они могут обладать электропроводностью в растворах. Так как эти соединения содержат в своей структуре большие углеводородные радикалы, можно ожидать образование из молекул этих соединений мицелл, при этом на зависимости электропроводности от концентрации должен наблюдаться излом. Для полученных соединений была измерена зависимость электропроводности от концентрации. Согласно данным по измерению электропроводности, только для соединений, содержащих в своем составе карбоксильную группу (1–3), наблюдается изменение угла наклона прямой линии при концентрации 0.026–0.046 моль/кг (рис. 1). Это свидетельствует о том, что при данной концентрации (критическая концентрация мицеллообразования, ККМ) происходит образование мицелл в растворе. Получены следующие значения ККМ: 4.6 × 10–2, 2.58 × 10–2 и 3.72 × 10–2 моль/кг для соединений 1, 2 и 3 соответственно. Для остальных соединений зависимость электропроводности от концентрации линейна, мицеллы в растворе они не образуют. Следовательно, соединения 1–3 можно использовать в качестве солюбилизирующих агентов, так как в их структуре присутствует, кроме положительно заряженной фосфониевой группировки, отрицательно заряженный карбоксильный фрагмент, что увеличивает число ГЛБ (гидрофильно-липофильный баланс) для этих соединений. Также соединения 1–3, благодаря своей структуре, позволяющей проникать внутрь клеток, можно будет использовать в качестве доставщиков лекарственных препаратов в мицеллах.

Рис. 1.

Определение ККМ для соединения 1.

Таким образом, синтезированы енамины, содержащие фосфониевый фрагмент, а также исследованы объемные свойства их диметилсульфоксидных растворов и установлено существование енаминной формы этих соединений в растворах ДМСО. Для соединений, содержащих в своем составе карбоксильную группу, обнаружена возможность формирования мицелл в растворе ДМСО.

Работа выполнена при финансовой поддержке Южного федерального университета с использованием оборудования Центра коллективного пользования “Молекулярная спектроскопия” Южного федерального университета и совместного научного проекта ВнГр-07/2017-35 международного конкурса ГКН МОН-РА-ЕГУ ЮФУ РФ.

Список литературы

  1. Modica-Napolitano J.S., Aprille J.R. // Adv. Drug Delivery Rev. 2001. V. 49. № 1−2. P. 63.

  2. Murphy M.P. // Biochim. Biophys. Acta. 2008. V. 1777. № 7–8. P. 1028.

  3. Porteous C.M., Logan A., Evans C. et al. // Biochim. Biophys. Acta. 2010. V. 1800. № 9. P. 1009.

  4. Le Trionnaire S., Perry A., Szczesny B. et al. // Med. Chem. Commun. 2014. V. 5. № 6. P. 728.

  5. Millard M., Gallagher J.D., Olenyuk B.Z., Neamat N. // J. Med. Chem. 2013. V. 56. № 22. P. 9170.

  6. Chalmers S., Caldwell S.T., Quin C. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2012. V. 134. № 2. P. 758.

  7. Stoyanovsky D.A., Jiang J., Murphy M.P. et al. // ACS Med. Chem. Lett. 2014. V. 5. № 12. P. 1304.

  8. Yu Z.W., Quinn P.J. // Biosci. Rep. 1994. V. 14. P. 259.

  9. Jacob S.W., Herschler R. // Cryobiology. 1986. V. 23 P. 14.

  10. Markarian S.A., Bonora S., Bagramyan K.A., Arakelyan V.B. // Cryobiology. 2004. V. 49. P. 1.

  11. Markarian S.A., Asatryan A.M., Grigoryan K.R., Sargsyan H.R. // Biopolymers. 2006. V. 82. P. 1.

  12. Ghazoyan H.H., Markarian S.A. // J. Mol. Liq. 2013. V. 183. P. 85.

  13. Казоян Е.А., Терзян А.М., Маркарян Ш.А. // Журн. физ. химии. 2011. Т. 85. С. 689.

  14. Orlich B., Schomäcker R. // Adv. Biochem. Eng. Biot. 2002. V. 75. P. 185.

  15. Hoefelmeyer J.D., Liu H., Somorjai G.A., Tilley T.D. // J. Colloid Interf. Sci. 2007. V. 309. P. 86.

  16. Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахов Е.Е. Физическая и коллоидная химия. М.: Высшая школа, 1990. 488 с.

  17. Маркарян Ш.А., Саркисян А.Р., Шагинян Г.А. // Журн. физ. химии. 2015. Т. 89. № 10. С. 1606.

  18. Borodkin S.A., Popov L.D., Milenković M.R. et al. // Phosphorus, Sulfur Silicon Relat. Elem. 2017. V. 192. № 10. P. 1079.

  19. Швец А.А., Бородкин С.А., Сафарян Г.П., Коган В.А. // Журн. общ. химии. 2002. Т. 72. № 9. С. 1433.

  20. Sousa S.M.C., Barbosa E.F.G., Lampreia I.M.S. // J. Chem. Thermodyn. 2013. V. 56. P. 60.

  21. Kumar H., Kaur K., Kumar S. // J. Mol. Liq. 2011. V. 162. P. 89.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Журнал физической химии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал