Фосфонаты получение: RU2551287C1 — СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФОНАТОВ ИЗ ДИАЛКИЛФОСФИТОВ И ПРОИЗВОДНЫХ НЕПРЕДЕЛЬНЫХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

Фосфонаты — Справочник химика 21

    В русской литературе названия фосфоновая кислота для Нг(РНОз) и фосфонат-ион для РНОз не используются. — Прим. ред. [c.45]

    Реакция фосфонатов с альдегидами или кетонами [c.427]

    В качестве моющих присадок широко используют соли сульфо-и алкилсалициловых кислот, а также алкилфеноляты и фосфонаты металлов. [c.444]

    На эффективность действия фосфонатов металлов в моторных маслах большое влияние оказывает также величина моле1 улярной массы полиизобутилена, использованного при синтезе присадок. Так, с увеличением молекулярной массы полиизобутилена с 400 до 1200 чистота поршня одноцилиндрового двигателя Са(егрП1аг возрастает с 55 до 95 баллов [9]. [c.151]

    В последние годы наметилась тенденция к применению нового класса ингибиторов — фосфорорганических соединений — фосфонатов. Основным их преимуществом следует считать меньшую способность к гидролизу, а вследствие этого — и большую стабильность. Кроме того, при применении фосфонатов требуются меньшие их концентрации. [c.50]

    Зависимость константы скорости перегруппировки фосфоната в фосфат (4.9) от температуры [c.72]

    В этой реакции, родственной реакции Виттига, вместо илидов фосфора используются фосфонатные карбанионы [489]. Эта реакция обладает следующими преимуществами во-первых, фосфонатный карбанион более нуклеофилен и реагирует в мягких условиях с самыми разнообразными альдегидами и кетона-ми во-вторых, растворимость фосфонатов в воде облегчает выделение продуктов реакции из реакционной смеси при обработке в-третьих, фосфонаты, которые получают по реакции Арбузова, дешевле и более доступны. Обычные фосфонаты, с успехом используемые в реакции Хорнера, включают заместитель К , резонансно стабилизирующий карбанион. Если Кз = Н или алкил, то олефины образуются с низким выходом. С точки зрения стереохимии образованию гранс-олефинов благоприятствуют небольшие заместители у а-углерода фосфоната. Стерические затруднения как в фосфонате, так и в карбонильном реактанте способствуют промежуточному образованию бетаина, что приводит к чис-олефинам [490, 491]. [c.257]

    Фосфонаты также были использованы в реакции с альдегидами или кетонами для получения /пранс-алкенов [15, 16] [c.167]

    Олефины (реакция Хорнера). Раствор 20 ммолей фосфоната и 20 ммолей альдегида в 5 мл бензола прибавляют при комнатной температуре к двухфазной системе 20 мл бензола/20 мл 50%-ного водного гидроксида натрия, содержащей 1 ммоль Ви4М1 в качестве катализатора. Смесь энергично перемешивают и кипятят в течение 30 мин и затем обрабатывают [494]. [c.263]

    Детергенты (detergents) являются поверхностно-активными веществами, обладающими моющими свойствами, защищающими поверхность деталей от прилипания и скопления на них продуктов окисления. Анионными детергентами обычно бывают маслорастворимые алкилбензолсульфонаты, фосфонаты и другие аналогичные соединения. Некоторые сульфонаты имеют щелочные свойства и являются эффективными нейтрализаторами кислых продуктов окисления. По щелочности, которая характеризует эффективность присадок, сульфонаты делятся на нейтральные (10-30 мг КОН/г), щелочные (30- 100 мг КОН/г), и очень щелочные (100 — 300 мг КОН/г). В состав очень щелочных присадок могут входить диспергированные окиси, гидроокиси и карбонаты металлов. Щелочные присадки необходимы в маслах для дизелей, с целью нейтрализации серной кислоты, которая образуется при сгорании сернистого дизельного топлива. [c.32]

    Моюще-диспергарующие свойства характеризуют способность масла обеспечивать необходимую чистоту деталей двигателя, поддерживать продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии. Чем выше моюще-диспергирующие свойства масла, тем больше нерастворимых веществ — продуктов старения может удерживаться в работающем масле без выпадения в осадок, тем меньше лакообразных отложений и нагаров образуется на горячих деталях, тем выше может быть допустимая температура деталей (степень форсирования двигателя). Типичная зависимость массы отложений на поршнях двигателя от концентрации моюще-диспергирующей присадки в масле и содержания серы в применяемом топливе показана на рис. 2.1. Кроме концентрации моюще-диспергирующих присадок на чистоту двигателя существенно влияет эффективность используемых присадок, их правильное сочетание с другими компонентами композиции, а также приемистость базового масла. В композициях моторных масел в качестве моющих присадок используют сульфонаты, алкилфеноляты, алкилсалицилаты и фосфонаты кальция или магния и реже (по экологическим соображениям) бария, а также рациональные сочетания этих зольных [c.126]

    Фосфонаты металлов представляют собой производные тио-фосфорной кислоты их получают в результате реакции полиоле-финов (например, полиизоб(утилена со сравнительно низкой молекулярной массой) с пентасульфидом фосфора и последующей обработки продуктов реакции оксидами или гидроксидами бария, кальция пли магния [7]. При соотношении барий фосфор 5 1 эти присадки обладают ярко выраженной способностью препятствовать образованию низкотемпературных осадков при соотношешш 10 1 металлсодержащие полимерные присадки (фосфонаты) более эффективны в условиях высоких температур [8]. [c.151]

    В последнее время наряду со среднещелочными фосфонатами и фенолятами металлов выпускают (по аналогии с сульфонатами) сверхщелочные моющие присадки данного вида. [c.151]

    Беззольные фосфонаты TLA 9781 и TLA 202 рекомендуется сочетать с сункцииимидами и металлсодержащими моющими присадками это позволяет при использовании масел эффективно снизить образование низкотемпературных осадков и высокотемпературных отложений в двигателях. [c.158]

    Беззольный фосфонат вводят в масла 1%. Содержит 4,1% масс. Р и 4,1% Ma . N. Пространственно затрудненный фенол применяют 0,5—1%. [c.163]

    Такой тип реакции присоединения по Михаэлю с последующим замыканием циклопропанового кольца наблюдается в реакциях между ненасыщенными нитрилами, кетонами, альдегидами, сложными эфирами, фосфонатами и фосфониевыми солями с а-хлорнитроалканами, галогенмалоновыми эфирами, а-хлор-нитрилами и а-хлорэфирами [1094, 1095, 1096, 1214, 1215, 1427]. Как правило, всегда необходимо использовать концентрированный гидроксид натрия и ониевую соль, однако по крайней мере в некоторых случаях медленная реакция возможна и в отсутствие катализатора. [c.225]

    Общая методика [383]. Раствор 35 ммоль фосфоната и 35 ммоль альдегида или кетона в 5 мл дихлорметана добавляют по каплям при перемешивании к смеси 20 мл 50%-ного ЫаОН, 35 мл дихлорметана и 0,7 г ТБАИ. В случае циано- и этоксикарбонилфосфонатов реакция протекает экзо- [c.134]

    Антиокислительную стабильность нефтяных масел повышают, добавляя к ним 1—5% сополимера диалкил-Н-фосфоната (I) и ариламинодиалканола (II) [пат. США 3654157]  [c.42]

    Изменение состава и свойств нагара может быть достигнуто за счет введения специальных присадок в топлива и масла.

Фосфонаты — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Общая формула фосфонатов,
R³ = Alk, Ar
R¹, R² = Alk, Ar, H

Фосфонаты — сложные эфиры фосфоновых кислот общей формулы RP(O)(OR¹)_n(OH)_2-n. В зависимости от числа гидроксильных групп фосфонаты делятся на первичные (n=1, кислые фосфонаты), и вторичные (п = 2, полные фосфонаты).

Фосфонаты с низшими алкильными, алкенильными и арильными заместителями — бесцветные жидкости, фосфонаты с высокими молекулярными массами — масла или кристаллы. Связи при атоме фосфора имеют тетраэдрическую конфигурацию, в ИК-спектрах присутствует характеристическая полоса связи P=O при 1200—1280 см⁻¹.

Химические свойства

Первичные фосфонаты являются умеренно сильными кислотами (например, для n-ClC₆H₄P(O)(OC₄H₉)OH рКа = 1,7) и образуют соли аминами, вторичные образуют аддукты с кислотами Льюиса (например, с галогенидами бора).

Первичные фосфонаты при нагревании диспропорционируют с образованием полифосфатов, вторичные диалкилфосфонаты при нагревании выше 150°С разлагаются с образованием первичных фосфонатов и алкенов:

RP(O)(CH₂CH₂R¹)₂→{\displaystyle \to } RP(O)(OH)CH₂CH₂R¹ + R¹CH=CH₂

При взаимодействии с пятихлористым фосфором и первичные, и вторичные фосфонаты образуют хлорангидриды фосфоновых кислот:

RP(O)R¹₂ + PCl₅→{\displaystyle \to } RP(O)R¹Cl + R¹Cl + POCl₃

Синтез

Фосфонаты получают взаимодействием дихлорангидридов фосфоновых RP(O)Cl₂ кислот с со спиртами, фенолами или их алкоголятами, алкилированием триалкилфосфитов алкилхлоридами (реакция Арбузова), алкилированием кислых фосфитов (реакция Михаэлиса-Беккера) и др. методами.

Фосфонаты — Википедия с видео // WIKI 2

Общая формула фосфонатов,
R³ = Alk, Ar
R¹, R² = Alk, Ar, H

Фосфонаты — сложные эфиры фосфоновых кислот общей формулы RP(O)(OR¹)_n(OH)_2-n. В зависимости от числа гидроксильных групп фосфонаты делятся на первичные (n=1, кислые фосфонаты), и вторичные (п = 2, полные фосфонаты).

Фосфонаты с низшими алкильными, алкенильными и арильными заместителями — бесцветные жидкости, фосфонаты с высокими молекулярными массами — масла или кристаллы. Связи при атоме фосфора имеют тетраэдрическую конфигурацию, в ИК-спектрах присутствует характеристическая полоса связи P=O при 1200—1280 см⁻¹.

Энциклопедичный YouTube

• 1/3

  Просмотров:

  1 990

  953

  6 179

• ✪ Осторожно! Опасная бытовая химия!

• ✪ Осторожно! Бытовая химия!

• ✪ Жертвы чистоты. Часть 4: Как снизить вред стирального порошка #стирка #уборка

Химические свойства

Первичные фосфонаты являются умеренно сильными кислотами (например, для n-ClC₆H₄P(O)(OC₄H₉)OH рКа = 1,7) и образуют соли аминами, вторичные образуют аддукты с кислотами Льюиса (например, с галогенидами бора).

Первичные фосфонаты при нагревании диспропорционируют с образованием полифосфатов, вторичные диалкилфосфонаты при нагревании выше 150°С разлагаются с образованием первичных фосфонатов и алкенов:

RP(O)(CH₂CH₂R¹)₂→{\displaystyle \to } RP(O)(OH)CH₂CH₂R¹ + R¹CH=CH₂

При взаимодействии с пятихлористым фосфором и первичные, и вторичные фосфонаты образуют хлорангидриды фосфоновых кислот:

RP(O)R¹₂ + PCl₅→{\displaystyle \to } RP(O)R¹Cl + R¹Cl + POCl₃

Синтез

Фосфонаты получают взаимодействием дихлорангидридов фосфоновых RP(O)Cl₂ кислот с со спиртами, фенолами или их алкоголятами, алкилированием триалкилфосфитов алкилхлоридами (реакция Арбузова), алкилированием кислых фосфитов (реакция Михаэлиса-Беккера) и др. методами.

Эта страница в последний раз была отредактирована 12 сентября 2018 в 11:19.

Фосфонаты — это… Что такое Фосфонаты?

Общая формула фосфонатов,
R³ = Alk, Ar
R¹, R² = Alk, Ar, H

Фосфонаты — сложные эфиры фосфоновых кислот общей формулы RP(O)(OR¹)_n(OH)_2-n. В зависимости от числа гидроксильных групп фосфонаты делятся на первичные (n=1, кислые фосфонаты), и вторичные (п = 2, полные фосфонаты).

Фосфонаты с низшими алкильными, алкенильными и арильными заместителями — бесцветные жидкости, фосфонаты с высокими молекулярными массами — масла или кристаллы. Связи при атоме фосфора имеют тетраэдрическую конфигурацию, в ИК-спектрах присутствует характеристическая полоса связи P=O при 1200—1280 см⁻¹.

Химические свойства

Первичные фосфонаты являются умеренно сильными кислотами (например, для n-ClC₆H₄P(O)(OC₄H₉)OH рКа = 1,7) и образуют соли аминами, вторичные образуют аддукты с кислотами Льюиса (например, с галогенидами бора).

Первичные фосфонаты при нагревании диспропорционируют с образованием полифосфатов, вторичные диалкилфосфонаты при нагревании выше 150°С разлагаются с образованием первичных фосфонатов и алкенов:

RP(O)(CH₂CH₂R¹)₂ RP(O)(OH)CH₂CH₂R¹ + R¹CH=CH₂

При взаимодействии с пятихлористым фосфором и первичные, и вторичные фосфонаты образуют хлорангидриды фосфоновых кислот:

RP(O)R¹₂ + PCl₅ RP(O)R¹Cl + R¹Cl + POCl₃

Синтез

Фосфонаты получают взаимодействием дихлорангидридов фосфоновых RP(O)Cl₂ кислот с со спиртами, фенолами или их алкоголятами, алкилированием триалкилфосфитов алкилхлоридами (реакция Арбузова), алкилированием кислых фосфитов (реакция Михаэлиса-Беккера) и др. методами.

Фосфонаты — Википедия. Что такое Фосфонаты

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Общая формула фосфонатов,
R³ = Alk, Ar
R¹, R² = Alk, Ar, H

Фосфонаты — сложные эфиры фосфоновых кислот общей формулы RP(O)(OR¹)_n(OH)_2-n. В зависимости от числа гидроксильных групп фосфонаты делятся на первичные (n=1, кислые фосфонаты), и вторичные (п = 2, полные фосфонаты).

Фосфонаты с низшими алкильными, алкенильными и арильными заместителями — бесцветные жидкости, фосфонаты с высокими молекулярными массами — масла или кристаллы. Связи при атоме фосфора имеют тетраэдрическую конфигурацию, в ИК-спектрах присутствует характеристическая полоса связи P=O при 1200—1280 см⁻¹.

Химические свойства

Первичные фосфонаты являются умеренно сильными кислотами (например, для n-ClC₆H₄P(O)(OC₄H₉)OH рКа = 1,7) и образуют соли аминами, вторичные образуют аддукты с кислотами Льюиса (например, с галогенидами бора).

Первичные фосфонаты при нагревании диспропорционируют с образованием полифосфатов, вторичные диалкилфосфонаты при нагревании выше 150°С разлагаются с образованием первичных фосфонатов и алкенов:

RP(O)(CH₂CH₂R¹)₂→{\displaystyle \to } RP(O)(OH)CH₂CH₂R¹ + R¹CH=CH₂

При взаимодействии с пятихлористым фосфором и первичные, и вторичные фосфонаты образуют хлорангидриды фосфоновых кислот:

RP(O)R¹₂ + PCl₅→{\displaystyle \to } RP(O)R¹Cl + R¹Cl + POCl₃

Синтез

Фосфонаты получают взаимодействием дихлорангидридов фосфоновых RP(O)Cl₂ кислот с со спиртами, фенолами или их алкоголятами, алкилированием триалкилфосфитов алкилхлоридами (реакция Арбузова), алкилированием кислых фосфитов (реакция Михаэлиса-Беккера) и др. методами.

Фосфонаты — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Общая формула фосфонатов,
R³ = Alk, Ar
R¹, R² = Alk, Ar, H

Фосфонаты — сложные эфиры фосфоновых кислот общей формулы RP(O)(OR¹)_n(OH)_2-n. В зависимости от числа гидроксильных групп фосфонаты делятся на первичные (n=1, кислые фосфонаты), и вторичные (п = 2, полные фосфонаты).

Фосфонаты с низшими алкильными, алкенильными и арильными заместителями — бесцветные жидкости, фосфонаты с высокими молекулярными массами — масла или кристаллы. Связи при атоме фосфора имеют тетраэдрическую конфигурацию, в ИК-спектрах присутствует характеристическая полоса связи P=O при 1200—1280 см⁻¹.

Химические свойства

Первичные фосфонаты являются умеренно сильными кислотами (например, для n-ClC₆H₄P(O)(OC₄H₉)OH рКа = 1,7) и образуют соли аминами, вторичные образуют аддукты с кислотами Льюиса (например, с галогенидами бора).

Первичные фосфонаты при нагревании диспропорционируют с образованием полифосфатов, вторичные диалкилфосфонаты при нагревании выше 150°С разлагаются с образованием первичных фосфонатов и алкенов:

RP(O)(CH₂CH₂R¹)₂→{\displaystyle \to } RP(O)(OH)CH₂CH₂R¹ + R¹CH=CH₂

При взаимодействии с пятихлористым фосфором и первичные, и вторичные фосфонаты образуют хлорангидриды фосфоновых кислот:

RP(O)R¹₂ + PCl₅→{\displaystyle \to } RP(O)R¹Cl + R¹Cl + POCl₃

Синтез

Фосфонаты получают взаимодействием дихлорангидридов фосфоновых RP(O)Cl₂ кислот с со спиртами, фенолами или их алкоголятами, алкилированием триалкилфосфитов алкилхлоридами (реакция Арбузова), алкилированием кислых фосфитов (реакция Михаэлиса-Беккера) и др. методами.

Получение и исследование основных пигментных свойств синтезированного фосфоната кальция Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 675.6

О. П. Кузнецова, А. А. Каюмов, С. А. Ситнов ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПИГМЕНТНЫХ СВОЙСТВ СИНТЕЗИРОВАННОГО ФОСФОНАТА КАЛЬЦИЯ

Ключевые слова: оксиэтилидендифосфоновая кислота, фосфонат кальция, процесс осаждения.

Целью работы явилась разработка технологии синтеза фосфоната с низкой водорастворимостью и его использование в качестве малотоксичного противокоррозионного компонента пигментной части лакокрасочных грунтовок.

Keywords: oksietilidendifosfonovoy acid, calcium phosphonate, the deposition process.

The aim of the work was to develop technology for synthesizing phosphonate low water solubility and its use as a low-toxic anticorrosive pigment component of paint primers.

Введение

Поиск нетоксичной альтернативы канцерогенным хроматам, являющимся традиционной основой противокоррозионного действия грунтовок ингибирующего типа, в последние годы относится к важным задачам исследователей, работающих в лакокрасочной подотрасли.

О дним из основных направлений ее решения до настоящего времени было

использование пигментных фосфатов и полифосфатов металлов. Установлено, что противокоррозионное действие пигментов этого типа обусловлено их способностью к комплексообразованию, результатом которого является формирование на поверхности металла пленок, обеспечивающих повышение адгезии лакокрасочных ПК и подавление электрохимической коррозии [1].

Известно, что фосфоновые кислоты и их производные обладают более высокой комплексообразующей способностью. С этим согласуются данные, свидетельствующие о том, что, в качестве ингибирующих добавок в водные среды, контактирующие с металлами, фосфорсодержащие комплексоны и комплексонаты по способности подавлять коррозию превосходят фосфаты и полифосфаты [2].

Однако водорастворимость используемых в настоящее время фосфоновых кислот и фосфонатов ограничивает возможность их применения в составе противокоррозионных грунтовок. В литературе имеются данные о применении фосфонатов в качестве комплексообразующих добавок к водным грунтовкам — преобразователям ржавчины [3, с. 90]. Более широкое их использование, в том числе в составе органоразбавляемых грунтовок, ограничивает потеря барьерных свойств ПК, наблюдаемая, как известно, при включении в их состав веществ с высоким содержанием водорастворимых компонентов.

Известно, что в определенных условиях возможно образование малорастворимых в воде фосфонатов, в частности, фосфоната кальция [4, с. 211]. Противокоррозионные свойства этих соединений до настоящего времени не исследованы. Поэтому синтез фосфонатов с низкой водорастворимостью и исследование возможности их использования в качестве малотоксичных противокоррозионных компонентов пигментной части лакокрасочных грунтовок является актуальной задачей.

Экспериментальная часть

В данной работе объектом исследования являлся осадочный фосфонат кальция (ОФК), синтезированный при использовании 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФ) (ТУ 6-09-5372-87) и нитрата кальция (ГОСТ 1142-77) в качестве исходного сырья и гидроксида натрия (ГОСТ 4328-77) в качестве нейтрализатора.

Диспергирование пигмента в пленкообразующих системах осуществляли с помощью лабораторного диспергатора. Пленкообразующей основой исследованных композиций служил алкидный лак ПФ-060 (ТУ 2311-024-45822449-2002).

Результаты и их обсуждение

На первом этапе исследовали процесс осаждения фосфоната кальция смешением в водной среде ОЭДФ с расчетным количеством водорастворимой соли металла с последующим повышением рН дозированием раствора гидроксида натрия (повышение рН необходимо, так как протонированные фосфоновые группы не способны вступать в реакцию комплексообразования).

В результате проведенных экспериментов было установлено, что во всех случаях в процессе синтеза фосфонатов наблюдается характерное изменение рН, указывающее на протекание реакции солеобразования. Как видно из характерных кривых

потенциометрического титрования, представленных на рисунке 1, в процессе дозирования гидроксида натрия наблюдаются три буферные зоны: а=0-2; а=2-4 и а >4.

Рис. 1 — Кривая потенциометрического титрования смеси ОЭДФ и нитрата кальция раствором гидроксида натрия

Данные, представленные на рисунке 2, показывают, что значение выхода продукта близкое к теоретическому достигается при рН =7. Это значение отвечает, соотношению ОЭДФ с гидроксидом натрия а = 4 (рис. 1) соотношению что соответствует уравнению реакций:

СНзС(0Н)[Р(0)(0Н)2]2 + 2Са(ЫОз)2 + 4Ыа0Н ^

^ СНзС(0Н)[Р(0)02]2Са2| + 4ЫаЫ0з +4Н2О.

ИК-спектроскопия подтвердила, что полученный продукт представляет собой фосфонат кальция. На это указывает исчезновение линии поглощения в области 1200 см-1, связанное, как известно, с протеканием реакции солеобразования ОЭДФ [5, с. 32], и появление полосы при 897 см-1, относящиеся соответственно к деформационным колебаниям кальция [6, с.132].

Рис. 2 — Выход пигмента (№) ОФК от рН среды

Результаты исследования процесса диспергирования полученного порошка в алкидном лаке ПФ — 060 и в водной среде, позволяют сделать вывод о приемлемой скорости дезагрегации частиц синтезированного фосфоната. Это в совокупности, с данными в табл. 1 позволяет сделать вывод о том, что полученный фосфонат может быть использован в качестве пигмента в лакокрасочных материалах.

Таблица 1 — Свойства осажденного пигментного фосфоната кальция

Выход пигмента, % Содержание водорастворимых веществ, % Плотность, г/см3 Маслоемкость первого рода, г/100г рН водной вытяжки

98,3 0,2 1,93 36,6 9,35

Литература

1. Ермилов, П.И. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы / П.И. Ермилов, Е.А. Индейкин, И.А. Толмачев. — Л.: Химия, 1987. — 200 с.

2. Кузнецов, Ю.И. Органические ингибиторы коррозии металлов в нейтральных водных растворах./ Ю.И. Кузнецов // Итоги науки и техники. Сер. Коррозия и защита от коррозии. — 1978. — Т. 7. — С. 159-254.

3. Дринберг, А.С. Антикоррозионные грунтовки / А.С. Дринберг, Э.Ф. Ицко, Т.В. Калинская. — СПб.: ООО «НИПРОИНС ЛКМ и П с ОП», 2006. — 168 с.

4. Дятлова, Н.М. Комплексоны и комплексонаты металлов / Н.М. Дятлова, В.Я. Темкина, К.И. Попов. — М.: Химия, 1988. — 543 с.

5. Атлас ИК-спектров фосфорорганических соединений / Р.Р. Шагидуллин [и др.]. — М.: Наука, 1984. — 335 с.

6. Накамото, К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений / К. Накамото; пер. с англ. — М.: Мир, 1966. — 411 с.

© О. П. Кузнецова — канд. техн. наук, ст. преп. кафедр дизайна и химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий КНИТУ, [email protected]; А.А. Каюмов — асп. каф. химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий КНИТУ; С. А. Ситнов — асп. той же кафедры.

Фосфонаты: их естественное происхождение и физиологическая роль

1. Введение

Фосфонаты — это фосфорорганические соединения, характеризующиеся стабильной связью углерод-фосфор (C-P), которая обычно сопротивляется биохимическому, термическому и фотохимическому разложению. Первый фосфонат (соединение 1 , рис. 1), являющийся аналогом β-аланина и таурина, был выделен в 1959 году из мерцательных простейших в рубце овец [1]. Это было причиной, по которой его первооткрыватели — М.Хоригути и М. Кандацу назвали его цилиатином. Затем эта аминокислота рассматривалась как возможный маркер содержания простейших в рубце овец, что в дальнейшем вводило в заблуждение. В течение многих лет природные соединения, содержащие связь C — P, считались диковинкой и почти не изучались. В настоящее время это не относится к науке из-за их участия в глобальном круговороте фосфора и в производстве метана в океане. Были рассмотрены некоторые аспекты их возникновения, экологическая роль, биохимия и биологические функции [2, 3, 4, 5].Эта глава будет сосредоточена на обсуждении химического разнообразия встречающихся в природе фосфонатов и указании на открытые проблемы, которые еще не решены.

Рисунок 1.

Цилиатин (2-аминоэтилфосфоновые кислоты) и его производные, обнаруженные в липидах, гликанах, гликопротеинах и желчных кислотах.

2. Возникновение связи углерод-фосфор

Открытие цилиатина стимулировало интенсивные исследования распределения фосфонатов в природе.Несмотря на то, что ранним исследованиям препятствовало отсутствие простых и чувствительных методов определения наличия связи углерод-фосфор в природных образцах, было обнаружено, что она существует у простейших, бактерий, кишечнополостных и моллюсков [6, 7, 8, 9, 10, 11]. Предположительно, непобедимый рекорд принадлежит улитке Helisoma sp. свежеотнесенные яйца, которые содержат более 95% общего фосфора в фосфонатной форме [12]. При эмбриональном развитии фосфонат превращается в фосфорную кислоту и впоследствии включается в состав клеток.Считается, что физиологическая роль включения фосфонатов в липидную фракцию может действовать как средство защиты яиц от хищников, поскольку они предположительно не способны разрушать и переваривать такие мембраны.

Появление ЯМР ³¹ P для анализа экстрактов тканей, биологических жидкостей, а затем и целых клеток обеспечило эффективный инструмент для отслеживания форм фосфора и его обменов во время развития и роста организма. Как это ни парадоксально, доступность ЯМР ³¹ P сопровождалась значительным уменьшением количества работ, посвященных распределению фосфонатов у различных видов.Применение этого простого метода позволило определить наличие связи C — P в бактериях и бактериальных сообществах [13, 14], цианобактериях [15], губках [16], высших грибах [17, 18] или даже в образцах человека [ 19]. Однако эти исследования не объяснили, синтезируются ли фосфонаты de novo или вводятся в эти организмы посредством сожительства или с пищей. С другой стороны, фосфонатные ксенобиотики довольно массово выбрасываются в окружающую среду [20], и различные организмы могут использовать их или продукты их разложения в качестве строительных блоков более сложных структур.

Затем были применены генные методы оценки численности и идентичности биологических продуцентов фосфонатов. Этот подход основан на знаниях о биосинтезе соединений С — Р. Таким образом, за единственным исключением [21], все известные фосфонаты являются производными фосфоенолпирувата путем изомеризации в фосфонопируват в реакции, катализируемой фосфоенолпируватмутазой, с последующей его быстрой утилизацией, поскольку реакция образования связи C-P термодинамически невыгодна. (см. рисунок 3).Чаще всего следующей необратимой стадией является декарбоксилирование фосфонопирувата фосфонопируватдекарбоксилазой с образованием фосфоноацетальдегида [3, 22, 23, 24]. Поиск генов, относящихся к этим двум ферментам, а также их гомологов в геномных базах данных позволил определить, что 10–15% видов бактерий способны продуцировать фосфонаты [23, 24, 25].

Открытие того факта, что фосфонаты образуют около 10% растворенного и твердого фосфора в океанах [15, 25, 26], привело к растущему признанию важности этих соединений в биогеохимическом круговороте фосфора и осознанию взаимозависимости между глобальным циклом фосфора и таковые других биологически значимых элементов [27, 28].Это важно, потому что было показано, что доступность фосфора является ключевым фактором, определяющим продуктивность морского фитопланктона [15]. Фосфонаты в основном сконцентрированы в растворенном органическом фосфоре (DOP), который является неотъемлемой и динамичной частью морского пула органических веществ. Состав пула ДОФ сложен и в значительной степени неизвестен, но фосфонаты составляют треть его высокомолекулярной фракции. Таким образом, они кажутся важным источником этого элемента для водных организмов; однако понимание их использования эукариотическим фитопланктоном сильно ограничено [29, 30].Скорее всего, они встречаются в форме полисахаридов, этерифицированных метилфосфонатом (соединение 2 , фиг. 1) и 2-гидроксиэтилфосфонатом (соединение 3 , фиг. 1). Эти соединения в основном были обнаружены в Nitrosopumilus maritimus , одном из самых массовых организмов на планете, обитающем в богатых кислородом регионах открытого океана [31, 32].

До 4% метана на Земле поступает из богатых кислородом вод в результате разрыва крайне инертной связи углерод-фосфор в метилфосфонате [32].Производство метилфосфоновой кислоты (MPn) цианобактериями или морскими археями, относящимися к N. maritimus , и ее последующее разложение из-за дефицита фосфатов бактериопланктоном может частично объяснить производство метана на поверхности океана и озер [33, 34, 35]. Концентрация метана в верхних слоях океана, превышающая равновесие с атмосферой, известна как океанический метановый парадокс [36, 38].

Некоторые исследователи считают, что фосфонаты — это форма эволюции.Так как формальная степень окисления несколько ниже, они могут преобладать в пребиотических восстановительных условиях [37]. Это предположение, хотя спорна, находит некоторую поддержку, найдя несколько фосфоновых кислот в Мерчисонском метеорите [39].

3. Цилиатин (AEP, 2-аминоэтилфосфоновая кислота)

Цилиатин (соединение 1 ) является наиболее распространенным фосфонатом, присутствующим в низших организмах и встречается в очень больших количествах. Он либо представлен в свободной, несвязанной форме, являясь обычным промежуточным продуктом в многочисленных путях биосинтеза фосфонатов, либо включен в липиды и гликаны.Это неудивительно, если учесть, что цилиатин является формальным аналогом общего компонента липидов — фосфоэтаноламина (соединение 4 ). Большинство исследований естественного происхождения цилиатина и его липидов были опубликованы в 1960–1990 гг. И содержат подробный обзор [2, 3, 4, 5]. После этого периода была опубликована только одна статья. Как показано на рисунке 1, его метилированные формы, а именно N, -метил, N , N -диметил- и N , N , N -триметилцилиатин (соединения 5 , 6 , и 7 ), также были обнаружены в липидных фракциях некоторых организмов, хотя и в значительно меньших количествах.Соединение 7 является аналогом наиболее распространенного компонента липидов — фосфохолина (соединение 8 ). Присутствие необычного аминофосфоната — (R) -2-амино-1-гидроксиэтилфосфоновой кислоты (соединение 9 ) и ее ацетильного производного было определено в липидных фракциях Bacteriovorax stolpii [40, 41]. Его конфигурация была элегантно определена сочетанием химического синтеза и биохимических исследований [42].

Липиды, содержащие аминофосфонаты, называются фосфонолипидами.Есть два класса этих соединений — глицерофосфонолипиды и сфингофосфонолипиды (типичные структуры показаны на рисунке 2). Они были выделены из множества организмов, включая людей, млекопитающих (овцы, козы и крысы), яичного желтка, рыб, насекомых, морских анемонов, губок, многочисленных видов пресноводных и морских моллюсков, семян растений, простейших и бактерий [3 , 43, 44, 45, 46]. Обычно они составляют небольшую часть от общего количества присутствующих липидов, и их выделение и точная идентификация / характеристика сложны и обременительны.

Рисунок 2.

Типичные структуры фосфонолипидов, фосфоногликанов и фосфоностероидов.

Физиологическая функция фосфонолипидов все еще неизвестна, и предполагаемая защитная роль против хищников, обусловленная их устойчивостью к гидролизу липазами и фосфатазами, пока не доказана. Более того, распределение и количество фосфонолипидов среди организмов варьируется в зависимости от вида, ткани или местоположения клетки. Например, у позвоночных есть сфингофосфонолипиды как компоненты сфингомиелина нервной ткани, тогда как беспозвоночные часто содержат высокие уровни этих липидов в качестве компонентов внешней мембраны.

В то время как фосфат является обычной модификацией полисахаридов, существует только несколько примеров полисахаридов, содержащих фосфонатные фрагменты. Их характеристика / идентификация стала возможной, а также существенно ускорилась благодаря развитию гликомики [47]. Было обнаружено, что цилиатин и соединение 9 связаны с сахарными фрагментами вариабельных гликанов (схематические структуры см. На Рисунке 2). Их присутствие было документально подтверждено во фракциях гликоцереброзидов (липидов) многих низших морских типов [2, 12, 48], бактериальных экзополисахаридов (секретируемые полисахариды в окружающую среду), а также компонентов внешней мембраны [49, 50, 51] и гликопротеинов, происходящих из морских улитки, медузы и саранча [51, 52, 53, 54].Сканирование генома привело к идентификации метилфосфоновой кислоты (соединение 2 ) в экзополисахариде морского архона N. maritimus . Его функция неизвестна, но в конечном итоге это основной источник производства метана океанами [32].

Так же, как и в случае фосфонолипидов, физиологическая роль фосфоногликанов неизвестна и, таким образом, ожидает определения. Это может быть важно в контексте того, что гликаны являются важными молекулами, о которых известно, что они обеспечивают адаптивный ответ на изменения окружающей среды [55].Предполагаемая роль фосфоногликанов включает передачу сигналов между клетками или их действие в качестве резервуаров фосфора в среде с низкой концентрацией фосфата. Второе предположение может быть подтверждено консервацией фосфонолипидов за счет фосфодиэфиров в голодных условиях устрицей Crassostrea virginica [56]. Другая возможность демонстрируется тем фактом, что Bacteroides fragilis , часть нормальной микробиоты толстой кишки человека, продуцирует капсульный полисахаридный комплекс, содержащий цилиатин, который непосредственно участвует в образовании абсцесса в моделях на животных, когда бактерии перемещаются в кровоток [ 57].

Также важно отметить, что фосфоновый аналог таурохолевой кислоты был обнаружен в желчном пузыре коров [58]; однако этот вывод может потребовать дополнительного подтверждения.

4. Низкомолекулярные фосфонаты, метаболически связанные с цилиатином

Биосинтез фосфонатов начинается с перегруппировки фосфоенолпирувата (соединение 10 ) в фосфонопируват (соединение 11 ), реакции, катализируемой фосфоноенолпирувазой. В этом равновесном процессе термодинамика отдает предпочтение фосфоноенолпирувату по крайней мере в 500 раз.Таким образом, фосфонопируват должен быстро превращаться в метаболически полезные соединения, что наиболее благоприятно для необратимых реакций. Следовательно, он является ключевым субстратом в синтезе цилиатина (соединение 1 ), фосфоноалалнина (соединение 12 ), 2-гидроксиэтилфосфоновой кислоты (соединение 3 ), фосфоноацетальдегида (соединение 13 ), фосфонометилмалевой кислоты (соединение 13 ). 14 ) и 2-кето-4-гидрокси-5-фосфонопентановую кислоту (соединение 15 ).Большинство ферментов, участвующих в производстве этих соединений, было выделено, охарактеризовано и всесторонне проанализировано [2, 59]. Метаболические отношения между этими соединениями и роль их предшественников в синтезе фосфонатных антибиотиков показаны на рисунке 3.

Рисунок 3.

Метаболические отношения между встречающимися в природе фосфонатами.

Низкомолекулярные антибиотики, такие как фосфомицин (соединение 17 ) [60], фосфонохлорин (соединение 18 , продуцируемое несколькими штаммами Fusarium и Talaromyces flavus ) [61], нитрилафос и гидроксинитрилафос (соединения 19 и 20 , обнаруженные в среде культивирования Streptomyces ) [62], и гербицидный фосфонотриксин (соединение 21 , продуцируемое Saccharothrix ) [63] также можно рассматривать как низкомолекулярные соединения, родственные цилиатину.

Только один из них — фосфомицин (также известный как Monuril , Monurol, или Monural ), продуцируемый Pseudomonas и Streptomyces, нашел ограниченное применение в качестве терапевтического средства для лечения инфекций мочевыводящих путей. и диабетическая стопа [60]. Это ковалентный инактиватор, направленный на активный сайт, мурамиллигазы А, первого фермента синтеза пептидогликана, который вызывает нарушение клеточной стенки бактерий. К сожалению, бактерии адаптировались, чтобы быть способными открывать функциональность эпоксидного кольца фосфомицина, что привело к дезактивации / разложению этого антибиотика и способности микроорганизмов легко развивать лекарственную устойчивость [64].Интересно, что пути биосинтеза фосфомицина у Streptomyces и Pseudomonas различны (см. Фиг. 3). Это показывает, что синтез природных фосфонатов не требует нормализации; многие метаболические пути еще предстоит открыть.

Отдельный класс — это аминофосфонатные антибактериальные антибиотики, обладающие аминогруппой в гамма-положении по отношению к фосфоновой функциональной группе, а именно фосмидомицин (соединение 22 ), и его производные, обозначенные как FR

8 (соединение 23 ), FR-33289 (соединение 24 ) и FR32863 (соединение 25 ), первоначально выделенные из культуральных бульонов Streptomyces , а также циклический SF2312 (соединение 26 ), выделенный из Micromonospora sp.[65, 66, 67]. Их структуры показаны на рисунке 4.

Рисунок 4.

Антибиотики, структурно связанные с фосмидомицином.

Фосмидомицин и его гомологи являются мощными ингибиторами 1-дезокси-d-ксилулозо-5-фосфатредуктоизомеразы, важного фермента немевалонатного пути биосинтеза изопреноидов, который активен против широкого спектра энтеробактерий, но не против грамположительных организмы или анаэробы. Что еще более важно, они блокируют развитие изопреноидов в апикопласте паразита, и, таким образом, структурно модифицированные производные фосмидомицина рассматриваются как многообещающие противомалярийные агенты (репрезентативная структура представлена ​​на рисунке 4) [68].

Aphanizomenon flos-aquae — цианобактерия, произрастающая в эвтрофном озере Балгавис в Шотландии. Из его водных цветков был выделен новый биосурфактант липидного характера — 2-ацилоксиэтилфосфонат (соединение 27 ); однако его экологическая функция еще предстоит оценить [69].

Два необычных эфира плакотилена A [69] цилиатина (фосфойодин A, соединение 28 ) и его родственного фосфата — фосфоэтаноламин (фосфойодин B) были выделены из корейской морской губки Placospongia sp.[70]. Было обнаружено, что фосфоиодин A проявляет мощную агонистическую активность в отношении дельта-рецептора, активируемого пролифератором пероксисом человека (hPPARδ), который, как полагают, функционирует как интегратор репрессии транскрипции и передачи сигналов ядерного рецептора [16, 71]. Это соединение, а также его аналоги демонстрируют значительную нейропротекторную активность на клеточной модели in vitro , что указывает на то, что такие фосфонаты могут быть новым эффективным каркасом для разработки терапевтических средств для лечения нейродегенеративных расстройств [71].

5. Фосфонопептидные антибиотики

Полвека после открытия цилиатина стали свидетелями медленного прогресса в выделении и идентификации природных соединений, содержащих связь C — P, большинство из которых являются антибактериальными средствами. Большинство этих соединений оказались пептидами, содержащими С-концевые фосфоновые кислоты, и в основном различались по своей структуре пептида на N -конце. Они привлекли внимание не только из-за своей биоактивности, но и из-за необычного и интересного химического состава, связанного с биосинтезом и биоразложением этих молекул.Структуры фосфонопептидов антибиотиков показаны на рисунке 5.

Рисунок 5.

Фосфонопептидные антибиотики.

Bialaphos (соединение 29 , [72]) был выделен как первый подобный антибиотик из фильтрата культур Streptomyces viridochromogenes и Streptomyces hygroscopicus [72, 73, 74]. Дальнейшие исследования показали, что его антибактериальная активность является результатом активного транспорта пептида через бактериальную мембрану с последующим гидролизом пептида и высвобождением концевого фосфоната — фосфинотрицина, который ингибирует глутаминсинтетазу.Этот фермент превращает глутаминовую кислоту и аммиак в глютамин; эта реакция является важным этапом метаболизма азота у бактерий и растений [75]. Эта активность фосфинотрицина привела к его введению в сельское хозяйство в качестве популярного гербицида, и он продается как соль аммония под названием глюфосинат. Его применение вызывает накопление аммиака в растениях и, как следствие, гибель растений [76]. Стоит отметить, что биалафос также обладает гербицидным действием и применялся в Японии [77].Его активность связана с гидролизом биалафоса в тканях растений и высвобождением гербицидного фосфинотрицина. Дальнейшие исследования биалафоса привели к выделению тетрапептида триалафоса (соединение 30 ) [78] и фосалацина (соединение 31 ) [79] с одинаковым механизмом действия. Наконец, исследования биосинтеза этого соединения привели к идентификации его десметилового аналога 32 , который является промежуточным звеном в метаболизме биалафоса.

Антибактериальная активность биалафоса характерна для всех фосфонопептидов.Пептидные части этих антибиотиков обычно действуют как целевые единицы. Таким образом, пептиды эффективно транспортируются через бактериальные (или грибковые) мембраны и после гидролиза высвобождают фосфоновую кислоту, которая проявляет свое токсическое действие, ингибируя жизненно важные ферменты паразитов — в данном случае глутаминсинтетазу. Этот механизм действия схематически показан на рисунке 6.

Рисунок 6.

Типичный механизм действия фосфонопептидов.

В последующие годы было открыто семейство антибиотиков, называемых ризоктицинами (соединения 33–36 ) [80, 81], плюмбемицинами (соединения 37 и 38 ) [81, 82, 83] и фосацетамицином. (соединение 39 ) [84], сначала выделено в качестве вторичных метаболитов Bacillus subtilis на основе их противогрибковой активности, а позже было обнаружено как продукты Streptomyces plumbeus .Они образуют библиотеку ди- и трипептидов, содержащих С-конец ( Z ) — L -2-амино-5-фосфоно-3-пентеновую кислоту, миметик фосфонотреонина, который является субстратом для треонинсинтетазы. Таким образом, после выхода из пептида аминофосфонат действует как мощный ингибитор этого фермента [85].

Дегидрофос (соединение 40 ) был впервые выделен из бульона Streptomyces luridus в качестве антибиотика широкого спектра действия, действующего на куриной модели инфекции Salmonella [86].История определения его структуры довольно долгая и привела к трем положениям, из которых последнее оказалось разумным и убедительным. Это дегидрофосфонопептид, который после разрыва пептидной связи дает аналог дегидроаланина, который затем превращается в метилацетилфосфонат (соединение 41 , аналог пировиноградной кислоты), который обладает сильными антибактериальными свойствами, действуя, скорее всего, как антиметаболит пирувата (рис. 6) [87]. Таким образом, он был признан ведущим соединением для создания новых антибактериальных средств [88].Нетипичным и новаторским является применение его ферментов биосинтеза для получения новых антибактериальных фосфонопептидов [89]. Недавно была подробно изучена роль нерибосомальной пептидилтрансферазы DhpH в образовании пептидной связи в дегидрофосе с использованием фосфонового аналога аланина и различных аминокислот-тРНК в качестве субстратов [90].

Фосфонопептиды имеют очень ограниченное применение в медицине человека, потому что они легко гидролизуются в жидкостях организма и высвобождают аминофосфоновые кислоты, которые не способны преодолевать барьеры бактериальных или грибковых клеток и оказывать антибиотическое действие.Кроме того, они легко выводятся с мочой.

Опубликованная в 2015 году работа Меткалфа и ван дер Донка привела к значительному прорыву в исследованиях природных фосфонатных антибиотиков. Путем хитроумной комбинации анализа генома 10 000 актиномицетов и селективной маркировки метаболитов фосфонатов они заново открыли большое количество старых фосфонатов и открыли 19 новых соединений [24]. Это открыло генетический подход в химии и биохимии природных фосфонатов, особенно позволяя идентифицировать метаболические пути, ведущие к этому классу соединений.Важным и поучительным примером здесь является активация кластера генов из Streptomyces sp. NRRL F-525 и его реинжиниринг в Streptomyces lividans , в результате которого был выделен серин O -фосфоноуксусной кислоты (соединение 42 ) [91].

Одним из примеров вновь открытых соединений являются фосфазиномицины A и B (соединения 43 и 44 ), идентифицированные через 30 лет после их первоначального выделения из Streptomyces lavendofoliae и Streptomyces unzenensis [92, 93].Они очень специфичны, поскольку содержат экзотическую структурную особенность, а именно гидразидную связь между карбоновой кислотой пептидиларгинина и фосфоновой кислотой. Фосфазиномицин также был обнаружен в одном из 210 веществ, присутствующих в 42 актиномицетах, связанных с балтийской губкой Halichondria panacea [94].

Генетический подход также позволил выделить и охарактеризовать новые пептидомиметики Streptomyces , такие как арголафос A и B (соединения 45 и 46 ) и валинофос (соединение 47 ) [24].Аналогичный подход был использован для выделения фосфоноцистоксимата и его гидроксилированного производного (соединения 48 и 49 ) [24]. Детальные ЯМР-исследования их биосинтеза, который начинается с цилиатина и его аналога — соединения 9 , позволили подтвердить присутствие промежуточных продуктов, таких как смеси (E) — и (Z) -изомеров соответствующих оксимов (соединения 50 и 51 ), субстраты для синтеза фосфоноцистоксимата и его гидроксилированного производного [95].Они образуются под действием специфических флавин-зависимых оксимообразующих N-оксидаз. Эти оксидазы также способны превращать оксимы 50 и 51 в соответствующие нитроэтилфосфонаты (соединения 52 и 53 ) [96]. Структуры этих промежуточных продуктов и побочных продуктов показаны на рисунке 7.

Рисунок 7.

Промежуточные продукты и побочные продукты в синтезе фосфоноцистоксимата.

Отдельную группу фосфоновых пептидомиметиков составляют соединения, обозначаемые как K-26, K4 и I5B2 (соединения 54 , 55, и 56, соответственно) [21, 97, 98, 99], небольшое семейство из бактериальных вторичных метаболитов — трипептиды, оканчивающиеся необычным фосфонатным аналогом тирозина (см. рисунок 6).Они продуцируются тремя различными актиномицетами и действуют как мощные ингибиторы человеческого ангиотензин-I-конвертирующего фермента, избирательно воздействуя на эукариотическое семейство этого фермента [100, 101]. Эти соединения являются производными L -тирозина, что свидетельствует о существовании новой и еще не обнаруженной реакции образования связи углерод-фосфор [21, 102].

6. Выводы

Природные фосфонаты можно рассматривать как простые аналоги сложных эфиров фосфорной кислоты и / или карбоновых кислот.Собственная стабильность связи C — P приводит к тому, что они часто проявляют многообещающую активность в качестве ингибиторов ферментов и, следовательно, могут рассматриваться как лекарственные препараты или агрохимикаты. Более того, широкое использование ксенобиотиков, содержащих связь углерод-фосфор, привело к распространению этих соединений в окружающей среде, что может привести к их включению в различные метаболические пути. Все это стимулирует интерес к этим, пока еще несколько экзотическим, соединениям. Развитие ЯМР ³¹ P и геномики, дополненное биохимическими исследованиями, привело к разработке новых технологий обнаружения, которые значительно ускоряют открытие новых природных фосфонатов, идентификацию их метаболических путей (как биосинтез, так и деградацию) и их использование. в качестве свинцовых соединений для создания новых перспективных лекарственных средств.Однако, за исключением идентификации антибактериальных и противогрибковых антибиотиков, эти исследования не сопровождаются определением физиологического значения этих соединений.

Благодарности

Работа поддержана скульптурными грантами Вроцлавского университета науки и технологий и Национального научного центра, Польша (грант 2016/21 / B / ST5 / 00115).

Конфликт интересов

Я заявляю, что нет конфликта интересов, который мог бы иметь какое-либо отношение к исследованиям, представленным в этой работе.

.

Простой и эффективный способ получения гетероциклических фосфонатов

1 Конденсация Бигинелли

Классическая конденсация Бигинелли включает реакцию альдегида 1 с мочевиной ( 2 ) и β-кетоэфиром 3 в кислых условиях в кипящем этаноле с образованием производных 3,4-дигидропиримидин-2-она 4 (Схема 1) [24].

Схема 1:

Конденсация Биджинелли.

Схема 1:
Конденсация Биджинелли.

Хотя было показано, что большое количество CH-кислых карбонильных соединений, таких как β-дикетоны, β-кетотиоэфиры, ацетоацетамиды и нитроацетон, участвуют в классической реакции Бигинелли [25], β-кетофосфонаты 6 оказались не реагирует в аналогичных условиях [26].Однако Юань и др. разработали модифицированную конденсацию Бигинелли с использованием трифлата иттербия в качестве катализатора (схема 2) [26], и производные 3,4-дигидропиримидин-2-она 4 были получены с выходами 15–58% в зависимости от структуры β- кетофосфонат 6 и альдегид 5 . Согласно их исследованиям, алифатические альдегиды, включая пропиональдегид и бутиральдегид, были устойчивы к этой реакции.

Схема 2:

Реакция Бигинелли β-кетофосфонатов, катализируемая трифлатом иттербия.

Схема 2:
Реакция Бигинелли β-кетофосфонатов, катализируемая трифлатом иттербия.

Опосредованная триметилхлорсиланом однореакторная реакция диэтил (3,3,3-трифторпропил-2-оксо) фосфоната ( 8 ) с арилальдегидами 9 и мочевиной в условиях Бигинелли была представлена ​​Тимошенко и др.(Схема 3) [27]. Полученные 4-гидрокситетрагидропиримидин-2-оны 10 были нестабильными и подверглись дефосфорилированию с образованием дигидропиримидин-2-онов 11 через одну неделю при комнатной температуре. Также нагревание либо реагентов, либо продукта 10 в присутствии уксусной кислоты привело к образованию дигидропиримидин-2-онов 11 (схема 3).

Схема 3:

Опосредованная триметилхлорсиланом реакция Бигинелли диэтил (3,3,3-трифторпропил-2-оксо) фосфоната.

Схема 3:
Опосредованная триметилхлорсиланом реакция Бигинелли диэтил (3,3,3-трифторпропил-2-оксо) фосфона …

Однако авторы успешно использовали триалкилортоформиаты 13 для получения диалкил (2-оксо-4- (трифторметил) -1,2-дигидропиримидин-5-ил) фосфонатов 14 , которые были превращены в диалкил (4-алкокси- 2-оксо-4- (трифторметил) -1,2,3,4-тетрагидропиримидин-5-ил) фосфонаты 15 путем нуклеофильного присоединения выделенного спирта к электрофильной двойной связи CF ₃ -C = Сегмент N (схема 4).

Схема 4:

Реакция Бигинелли диалкил (3,3,3-трифторпропил-2-оксо) фосфоната с триалкилортоформиатами и мочевиной.

Схема 4:
Реакция Бигинелли диалкил (3,3,3-трифторпропил-2-оксо) фосфоната с триалкилортоформиатами…

Идрис Эссид и Суфиан Туил показали, что конденсация Бигинелли β-кетофосфонатов очень чувствительна к природе растворителей, кислотных катализаторов и реагентов [28]. Они обнаружили, что использование неорганических кислот, включая HCl и H ₂ SO ₄ или кислот Льюиса, таких как SnCl ₂ , FeCl ₃ и VCl ₃ , а также гетерогенных катализаторов, включая серную кислоту на силикагеле. и гидросульфат натрия не влиял на эту реакцию.Кроме того, реакция в присутствии p -толуолсульфоновой кислоты (TsOH) в апротонных растворителях протекает с гораздо лучшими выходами, чем в протонных растворителях. Когда диэтил (2-оксопропил) фосфонат и 4-нитробензальдегид обрабатывали в присутствии 50 мол.% TsOH в ацетонитриле, 5-фосфонато-3,4-дигидропиримидин-2-он 18 был получен с отличным выходом (схема 5). .

Схема 5:

p. -Промотируемая толуолсульфоновой кислотой реакция Бигинелли β-кетофосфонатов, арилальдегидов и мочевины.

Схема 5:
p. -Промотируемая толуолсульфоновой кислотой реакция Бигинелли β-кетофосфонатов, арилальдегидов и мочевины.

2 Реакция Кабачника — Филдса и ее постконденсационные модификации

Трехкомпонентная реакция между альдегидами 19 (или кетонами), аминами 20 и диалкилфосфонатами 21 с образованием α-аминофосфонатов 22 традиционно известна как реакция Кабачника – Филдса.Впервые об этой реакции сообщили в 1952 г. Кабачник, Медведь и Филдс (схема 6) [29,30].

Схема 6:

Общая реакция Кабачника – Филдса синтеза α-аминофосфонатов.

Схема 6:
Общая реакция Кабачника – Филдса синтеза α-аминофосфонатов.

Благодаря широкому диапазону биологической активности α-аминофосфонаты были широко исследованы, и было опубликовано несколько обзоров об их синтезе с помощью реакции Кабачника – Филдса [31-33]. Однако важной особенностью этой реакции является то, что она обеспечивает эффективный путь для фосфонилированных гетероциклов.Различные применения реакции Кабачника – Филдса для получения фосфонилированных гетероциклов можно разделить на две основные категории: а) фосфонилирование гетероциклических кетонов посредством классической реакции Кабачника – Филдса и б) синтез гетероциклических фосфонатов путем модификации продуктов, полученных путем реакция Кабачника – Филдса.

2.1 Фосфорилирование родительских гетероциклов посредством традиционной реакции Кабачника – Филдса

Гетероциклоалканоны можно использовать в качестве карбонильных компонентов в реакции Кабачника – Филдса с образованием циклических α-аминофосфонатов. К сожалению, в литературе имеется лишь несколько примеров реакций Кабачника – Филдса гетероциклоалканонов. Комплекс тетра ( трет -бутил) фталоцианин-AlCl катализирует трехкомпонентную реакцию N -Boc-пиперидин-4-она ( 23 ) с (EtO) ₂ P (O) H ( 24 ) и бензиламин ( 25 ) давали циклический α-аминофосфонат 26 с выходом 99% (схема 7) [34].

Схема 7:

Фталоцианин – AlCl катализирует реакцию Кабачника – Филдса N -Boc-пиперидин-4-она с диэтилфосфитом и бензиламином.

Схема 7:
Фталоцианин – AlCl катализирует реакцию Кабачника – Филдса N -Boc-пиперидин-4-она с диэтилфосфатом…

Реакция изатина ( 27 ) с диэтилфосфитом и бензиламином в аналогичных условиях дала соответствующий α-аминофосфонат 28 с выходом 90% вместе с небольшими количествами α-гидроксифосфоната 29 в качестве побочного продукта (Схема 8) .

Схема 8:

Реакция Кабачника – Филдса изатина с диэтилфосфитом и бензиламином.

Схема 8:
Реакция Кабачника – Филдса изатина с диэтилфосфитом и бензиламином.

Реакция в одном реакторе замещенных изатинов 30 с анилином ( 32 ) и диметил- или диэтилфосфитом в условиях отсутствия растворителя в присутствии магнитного Fe. повторно используемый катализатор при 80 ° C давал α-аминофосфонаты 33 с выходами от 80% до 98% в зависимости от времени реакции и структуры диалкилфосфита и изатина (схема 9) [35].

Схема 9:

Магнитный Fe ₃ O ₄ Наночастицы на основе фосфорновольфрамовой кислоты, катализируемая реакцией Кабачника – Филдса изатина с диалкилфосфитами и анилином.

Схема 9:
Магнитный Fe ₃ O ₄ Наночастицы на фосфорновольфрамовой кислоте, катализируемая реакцией Кабачника – Филдса i…

Таким способом протекает трехкомпонентная реакция между 1-тозилпиперидин-4-оном ( 34 ), ароматическими аминами 35 и диэтилфосфонатом в присутствии перхлората магния в качестве катализатора в чистых условиях при 80 ° С. C дает α-аминофосфонаты 36 с хорошими выходами (схема 10).Некоторые из полученных α-аминофосфонатов показали инсектицидную активность против Plutella xylostella [36].

Схема 10:

Катализируемая Mg (ClO ₄ ) ₂ реакция Кабачника – Филдса 1-тозилпиперидин-4-она.

Схема 10:
Катализируемая Mg (ClO ₄ ) ₂ реакция Кабачника – Филдса 1-тозилпиперидин-4-она.

Асимметричный синтез гетероциклических α-аминофосфонатов был описан Fadel et al.[37]. Их исследования показали, что трехкомпонентная реакция N -Boc-3-пиперидинон ( 37 ), ( S ) -конфигурированные амины 39 и триэтилфосфит ( 38 ) в присутствии 2 экв. AcOH и 0,8 экв. MgSO ₄ при 50 ° C давали 60:40 диастереомерную смесь α-аминофосфонатов ( R , S ) — 40 и ( S , S ) — 41 с комбинированной доходностью 75%. Расщепление группы N -Boc с последующим удалением бензильных групп и кислотным гидролизом образующихся (α-амино-3-пиперидинил) фосфонатов ( R ) — 42 и ( S ) — 43 привела к энантиочистым α-амино-3-пиперидинилфосфоновым кислотам ( R ) — 44 и ( S ) — 45 с хорошими выходами (схема 11).

Схема 11:

Асимметричная версия реакции Кабачника – Филдса для синтеза α-амино-3-пиперидинилфосфоновых кислот.

Схема 11:
Асимметричный вариант реакции Кабачника – Филдса для синтеза α-амино-3-пиперидинилфосфата…

.

Фосфонат

Фосфонаты или Фосфоновые кислоты представляют собой органические соединения, содержащие одну или несколько C-PO (OH) ₂ или C-PO (OR) ₂ (с R = алкил, арил) группы. Бисфосфонаты были впервые синтезированы в 1897 году фон Байером и Хофманном. Примером такого бисфосфоната является HEDP . Со времени работы Шварценбаха в 1949 году фосфоновые кислоты известны как эффективные хелатирующие агенты. Введение аминогруппы в молекулу для получения -NH ₂ -C-PO (OH) ₂ увеличивает способность фосфоната связывать металл.Примерами таких соединений являются «iyot», EDTMP и DTPMP . Эти обычные фосфонаты являются структурными аналогами хорошо известных аминополикарбоксилатов NTA, EDTA и DTPA. Стабильность комплексов металлов увеличивается с увеличением числа групп фосфоновой кислоты. Фосфонаты хорошо растворимы в воде, в то время как фосфоновые кислоты плохо растворимы. Фосфонаты не летучие и плохо растворяются в органических растворителях.

Фосфонатные соединения

* AEPn : 2-аминоэтилфосфоновая кислота
* DMMP : диметилметилфосфонат
* HEDP : 1-гидроксиэтан (1,1-диилбисфосфоновая кислота NТМФ29 * 00030003 N-диилбисфосфоновая кислота) метиленфосфоновая кислота)
* EDTMP : 1,2-диаминоэтанетракис (метиленфосфоновая кислота)
* DTPMP : диэтилентриаминпентакис (метиленфосфоновая кислота)
* PBTC

3 -первый окклюзионный

3

3 кислота

3

3 окклюзия

3 фосфонарбутановая природный фосфонат, 2-аминоэтилфосфоновая кислота , был идентифицирован в 1959 году и встречается у растений и многих животных, в основном в мембранах.Фосфонаты довольно распространены среди различных организмов, от прокариот до эубактерий и грибов, моллюсков, насекомых и других. Биологическая роль природных фосфонатов еще плохо изучена. До сих пор не было обнаружено, что бис- или полифосфонаты встречаются в природе.

Свойства и применение

Фосфонаты обладают тремя основными свойствами: они являются эффективными хелатирующими агентами для ионов двух- и трехвалентных металлов, они ингибируют рост кристаллов и образование накипи, и они довольно стабильны в жестких химических условиях.Важное промышленное применение фосфонатов — это охлаждающая вода, системы опреснения и нефтяные месторождения для предотвращения образования накипи. В целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности они используются в качестве стабилизаторов пероксидного отбеливателя, действуя как хелатирующие агенты для металлов, которые могут инактивировать пероксид. В моющих средствах они используются в качестве комбинации хелатирующего агента, ингибитора образования отложений и стабилизатора отбеливания. Фосфонаты также все больше и больше используются в медицине для лечения различных заболеваний костей и метаболизма кальция, а также в качестве переносчиков радионуклидов при лечении рака костей (см. Самарий-153-этилендиаминтетраметиленфосфонат).В 1998 году потребление фосфонатов во всем мире составило 56 000 тонн: 40 000 тонн в США, 15 000 тонн в Европе и менее 800 тонн в Японии. Спрос на фосфонаты неуклонно растет на 3% ежегодно.

Токсикология

Токсичность фосфонатов для водных организмов низкая. Сообщенные значения для 48 ч. Значения ЛК50 для рыб составляют от 0,1 до 1,1 мМ. Также фактор биоконцентрации для рыб очень низкий.

Биодеградация

В природе бактерии играют основную роль в биоразложении фосфонатов.Из-за присутствия в окружающей среде природных фосфонатов бактерии развили способность метаболизировать фосфонаты в качестве источников питательных веществ. Эти бактерии, способные расщеплять связь C-P, могут использовать фосфонаты в качестве источника фосфора для роста. Аминофосфонаты также могут использоваться некоторыми бактериями как единственный источник азота. Полифосфонаты, используемые в промышленности, сильно отличаются от природных фосфонатов, таких как 2-аминоэтилфосфоновая кислота, поскольку они намного крупнее, несут высокий отрицательный заряд и образуют комплексы с металлами.Испытания на биоразложение осадка от городских очистных сооружений с HEDP и NTMP не показали никаких признаков разложения. Исследование HEDP, NTMP, EDTMP и DTPMP в стандартных тестах на биоразложение также не позволило выявить какое-либо биоразложение. Однако было отмечено, что в некоторых испытаниях из-за высокого соотношения ила к фосфонату наблюдалось удаление исследуемого вещества из раствора по мере потери DOC. Это было связано с адсорбцией, а не с биоразложением. Однако бактериальные штаммы, способные разлагать аминополифосфонаты и HEDP в условиях ограниченного фосфора, были выделены из почв, озер, сточных вод, активного ила и компоста.

Экологическое поведение

Фосфонаты обладают свойствами, которые отличают их от других хелатирующих агентов и которые сильно влияют на их поведение в окружающей среде. Фосфонаты очень сильно взаимодействуют с поверхностями, что приводит к значительному удалению в технических и природных системах. Из-за этой сильной адсорбции ожидается небольшая ремобилизация металлов или ее отсутствие. Биоразложение фосфонатов во время обработки воды не наблюдается, но фотодеградация комплексов Fe (III) происходит быстро.Аминополифосфонаты также быстро окисляются в присутствии Mn (II) и кислорода, и образуются стабильные продукты разложения, обнаруженные в сточных водах. Отсутствие информации о фосфонатах в окружающей среде связано с аналитическими проблемами их определения в следовых концентрациях в природных водах. Фосфонаты присутствуют в природных водах в основном в виде комплексов Ca и Mg и поэтому не влияют на состав или перенос металлов;

Органический синтез

Фосфонаты могут быть синтезированы с использованием реакции Михаэлиса-Арбузова.В одном исследовании α-аминофосфонат получают из реакции конденсации бензальдегида, анилина и триметилфосфита, катализируемой трифлатом меди в однореакторном синтезе [ «Новый Cu (OTf) 2 опосредует трехкомпонентный синтез α-аминофосфонатов с высоким выходом «Абхиманью С. Параскар и Арумугам Судалай Аркивок 06-1838EP), стр. 183-189 2006 [ http://www.arkat-usa.org/ark/journal/2006/I10_General/1838/06-1838EP%20as % 20published% 20mainmanuscript.pdf Статья ] ]

Органические реакции

В реакции Хорнера-Уодсворта-Эммонса используются фосфонаты.

Разное

Фосфонаты являются одним из трех источников поступления фосфатов в биологические клетки (два других — неорганический фосфат и органофосфат)

ee также

* Фосфорорганические соединения
* Фосфин — PR ₃
* Оксид фосфина — OPR ₃
* Фосфинит — P (OR) R ₂
* Фосфонит — P (OR) ₂ R
* Фосфит — P (OR) ₃
* Фосфинат — OP (OR ) R ₂
* Фосфат — OP (OR) ₃ метилфосфоновая кислота используется в качестве активного ингредиента в ингибиторе образования отложений.

Список литературы

Фонд Викимедиа.
2010.

.

фосфонатов Википедия

Общий эфир фосфоновой кислоты; Фактически, фосфор имеет формальный заряд +1, кислород над ним имеет формальный заряд -1, и связь между ними одинарная.

Фосфонаты и фосфоновые кислоты представляют собой фосфорорганические соединения, содержащие группы C − PO (OH) ₂ или C − PO (OR) ₂ (где R = алкил, арил). Фосфоновые кислоты, с которыми обычно обращаются в виде солей, обычно представляют собой нелетучие твердые вещества, которые плохо растворимы в органических растворителях, но растворимы в воде и обычных спиртах.Многие коммерчески важные соединения представляют собой фосфонаты, в том числе глифосат (активная молекула гербицида «Раундап») и этифон, широко используемый регулятор роста растений. Бисфосфонаты — популярные препараты для лечения остеопороза. ^[1]

В биологии и медицинской химии фосфонатные группы используются в качестве стабильных биоизотеров для фосфатов, например, в противовирусном аналоге нуклеотидов, тенофовире, одном из краеугольных камней терапии против ВИЧ.

Основные свойства []

Фосфонаты содержат тетраэдрические центры фосфора.Они структурно тесно связаны с фосфористой кислотой (и часто получают из нее). ^[2]

Фосфоновые кислоты и их производные химически и структурно родственны фосфористой кислоте.

Фосфонатные соли являются результатом депротонирования фосфоновых кислот, которые являются дипротонными кислотами:

RPO (OH) ₂ + NaOH → H ₂ O + RPO (OH) (ONa) (мононатрийфосфонат)

RPO (OH) (ONa) + NaOH → H ₂ O + RPO (ONa) ₂ (динатрийфосфонат)

Сложные эфиры фосфоновой кислоты являются результатом конденсации фосфоновых кислот со спиртами.

Синтез []

Существует несколько методов получения фосфоновых кислот и их солей.

Из фосфоновой кислоты []

Большинство процессов начинается с фосфористой кислоты (также известной как фосфоновая кислота, H ₃ PO ₃ ), использующей ее реактивную связь P-H. ^{[1] [2]}

Фосфоновая кислота может быть алкилирована в условиях Манниха с образованием аминометилированных фосфонатов, которые полезны в качестве комплексообразователей. Одним из примеров является промышленный препарат нитрилотриса (метиленфосфоновой кислоты):

NH ₃ + 3 H ₃ PO ₃ + 3 CH ₂ O → N (CH ₂ PO ₃ H ₂ ) ₃ + 3 H ₂ O

Фосфоновая кислота также может быть алкилирована производными акриловой кислоты с получением фосфоновых кислот, функционализированных карбоксильными группами.Эта реакция является вариантом добавления Майкла:

CH ₂ = CHCO ₂ R + 3 H ₃ PO ₃ → (HO) ₂ P (O) CH ₂ CH ₂ CO ₂ R

In диалкилфосфиты, связываемые по схеме Hirao (которые также можно рассматривать как диэфиры фосфоновой кислоты: (O = PH (OR) ₂ ), подвергаются катализируемой палладием реакции сочетания с арилгалогенидом с образованием фосфоната.

Реакция Михаэлиса-Арбузова []

Сложные эфиры фосфоновой кислоты получают с помощью реакции Михаэлиса – Арбузова.Например, метилиодид катализирует превращение триметилфосфита в диметилметилфосфонат сложного фосфонатного эфира:

P (OMe) ₃ → MePO (OMe) ₂

Эти сложные эфиры могут быть гидролизованы до кислоты (Me = метил):

MePO (OMe) ₂ + H ₂ O → MePO (OH) ₂ + 2 MeOH

В реакции Михаэлиса – Беккера диэфир гидрофосфоновой кислоты сначала депротонируется, а образующийся анион алкилируется.

Из треххлористого фосфора []

Винилфосфоновая кислота может быть получена реакцией PCl ₃ и ацетальдегида:

PCl ₃ + CH ₃ CHO → CH ₃ CH (O ^— ) PCl ⁺
₃

Этот аддукт реагирует с уксусной кислотой:

CH ₃ CH (O ^— ) PCl ⁺
₃ + 2 CH ₃ CO ₂ H → CH ₃ CH (Cl) PO (OH) ₂ + 2 CH ₃ COCl

Этот хлорид подвергается дегидрохлорированию с получением цели:

CH ₃ CH (Cl) PO (OH) ₂ → CH ₂ = CHPO (OH) ₂ + HCl

В реакции Киннера-Перрена алкилфосфонилдихлориды и сложные эфиры образуются путем алкилирования трихлорид фосфора в присутствии трихлорида алюминия.Соли алкилтрихлорфосфония являются промежуточными продуктами: ^[1]

PCl ₃ + RCl + AlCl ₃ → RPCl ⁺
₃ + AlCl ^—
₄

Продукт RPCl ⁺
₃ затем может быть разложен водой для получения дихлорида алкилфосфоновой кислоты RP (= O) Cl ₂ .

Реакция []

Гидролиз []

Сложные эфиры фосфоновой кислоты обычно подвержены гидролизу как в кислых, так и в основных условиях.Расщепление связи P-C сложнее, но может быть достигнуто в агрессивных условиях.

O = PC (OR) ₂ + 2 H ₂ O → O = PC (OH) ₂ + 2 ROH

Реакция Хорнера – Уодсворта – Эммонса []

В реакции Хорнера-Уодсворта-Эммонса диалкилфосфонаты депротонируются с образованием стабилизированных карбанионов, которые реагируют с альдегидами с образованием Е-алкенов с отщеплением диалкилфосфата. ^[3]

Подклассы конструкций []

Бисфосфонаты []

Общая структура бифосфонатов

Соединения, содержащие 2 геминальные фосфонатные группы, известны как бисфосфонаты.Впервые они были синтезированы в 1897 году фон Байером и Хофманном и теперь составляют основу важного класса лекарств, используемых для лечения остеопороза и подобных заболеваний. Примеры включают HEDP (этидроновая кислота или дидронел), который получают из фосфористой кислоты и уксусного ангидрида: ^[1]

2 H ₃ PO ₃ + (CH ₃ CO) ₂ O → CH ₃ C (OH) (PO ₃ H ₂ ) ₂ + CH ₃ CO ₂ H

Тиофосфонаты []

Тиофосфонатная группа представляет собой функциональную группу, связанную с фосфонатом путем замещения атома кислорода на серу.Они являются реактивным компонентом многих пестицидов и нервно-паралитических агентов. Замещенные тиофосфонаты могут иметь 2 основных структурных изомера, связывающихся через группы O или S, с образованием тионовой и тиоловой форм соответственно. Это свойство, которое они разделяют со связанными функциональными группами, такими как тиокарбоновые кислоты и органотиофосфаты.

Фосфонамидаты []

Фосфонамидаты относятся к фосфонатам путем замещения атома азота на атом кислорода. Они представляют собой редко встречающуюся функциональную группу, например, нервно-паралитическое вещество Табун.

Встречаемость в природе []

Глифосат, входящий в состав гербицида «Раундап», представляет собой фосфонат.
2-аминоэтилфосфоновая кислота: первый идентифицированный природный фосфонат

Фосфонаты — один из трех источников поступления фосфатов в биологические клетки. ^{[ необходима ссылка ]} Два других — неорганический фосфат и органофосфаты.

Встречающаяся в природе фосфонат 2-аминоэтилфосфоновая кислота была впервые обнаружена в 1959 году у растений и многих животных, где она локализуется в мембранах.Фосфонаты довольно распространены среди различных организмов, от прокариот до эубактерий и грибов, моллюсков, насекомых и других. Впервые о них сообщили в естественных почвах Ньюман и Тейт (1980). Биологическая роль природных фосфонатов еще плохо изучена. Бис- или полифосфонаты не встречаются в природе.

Идентифицирован ряд натуральных фосфонатных веществ с антибиотическими свойствами. ^[4] Фосфонатные антибиотики природного продукта включают фосфомицин, одобренный FDA для лечения неосложненной инфекции мочевыводящих путей, а также несколько доклинических исследованных веществ, таких как фосмидомицин (ингибитор изопренилсинтазы), SF-2312 (ингибитор гликолитический фермент энолаза, ^[5] и вещества с неизвестным механизмом действия, такие как алахопцин.Хотя фосфонаты в значительной степени непроницаемы для клеток, природные фосфонатные антибиотики эффективны против ряда организмов, поскольку многие виды бактерий экспрессируют импортеры глицерин-3-фосфата и глюкозо-6-фосфата, которые могут быть захвачены фосфонатными антибиотиками. Устойчивые к фосфомицину бактериальные штаммы часто имеют мутации, инактивирующие эти переносчики; однако такие мутации не поддерживаются в отсутствие антибиотика из-за дороговизны, которую они накладывают.

Использует []

В 1998 году потребление фосфонатов во всем мире составило 56 000 тонн — 40 000 тонн в США, 15 000 тонн в Европе и менее 800 тонн в Японии.Спрос на фосфонаты неуклонно растет на 3% ежегодно.

Хеланты металлов []

Со времени работы Герольда Шварценбаха в 1949 году фосфоновые кислоты известны как эффективные хелатирующие агенты. Введение аминогруппы в молекулу для получения -NH ₂ -C-PO (OH) ₂ увеличивает способность фосфоната связывать металл. Примерами таких соединений являются NTMP, EDTMP и DTPMP. Эти фосфонаты являются структурными аналогами хорошо известного аминополикарбоксилата, такого как ЭДТА.Стабильность комплексов металлов увеличивается с увеличением числа групп фосфоновой кислоты. Фосфонаты хорошо растворимы в воде, в то время как фосфоновые кислоты очень слабо растворимы.

Фосфонаты — эффективные хелатирующие агенты. То есть они прочно связываются с ионами двух- и трехвалентных металлов, что полезно для смягчения воды. Таким образом они предотвращают образование нерастворимых осадков (накипи). Связывание этих лигандов также подавляет каталитические свойства ионов металлов. Они устойчивы в суровых условиях.По этим причинам фосфонаты в промышленности широко используются в охлаждающих водах, системах опреснения и на нефтяных месторождениях для предотвращения образования накипи. Фосфонаты также регулярно используются в системах обратного осмоса в качестве антискалантов. Фосфонаты в системах охлаждающей воды также служат для контроля коррозии чугуна и стали. В целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности они служат «стабилизаторами пероксидного отбеливателя», хелатируя металлы, которые могут инактивировать пероксид. В моющих средствах они используются в качестве комбинации хелатирующего агента, ингибитора образования отложений и стабилизатора отбеливания.Фосфонаты также все чаще используются в медицине для лечения нарушений, связанных с образованием костей и метаболизмом кальция. Кроме того, они служат переносчиками радионуклидов при лечении рака костей (см. Самарий-153-этилендиаминтетраметиленфосфонат).

Добавки в бетон []

Фосфонаты также используются в качестве замедлителей схватывания бетона. ^{[6] [7]} Они задерживают время схватывания цемента, позволяя дольше укладывать бетон или распределять тепло гидратации цемента в течение более длительного периода времени, чтобы избежать слишком высокой температуры и возникающих трещин.Они также обладают хорошими диспергирующими свойствами и поэтому исследуются как возможный новый класс суперпластификаторов. Однако в настоящее время фосфонаты не являются коммерчески доступными в качестве суперпластификаторов. Суперпластификаторы — это добавки к бетону, предназначенные для увеличения текучести и удобоукладываемости бетона или для уменьшения водоцементного (в / ц) отношения. Уменьшая содержание воды в бетоне, он снижает его пористость, улучшая таким образом механические свойства (прочность на сжатие и растяжение) и долговечность бетона (снижая свойства переноса воды, газа и растворенных веществ). ^[8]

Медицина []

В медицине фосфонаты и бисфосфонаты обычно используются в качестве ингибиторов ферментов, которые используют фосфаты и дифосфаты в качестве субстратов. В частности, эти ферменты включают те, которые производят промежуточные продукты биосинтеза холестерина. ^[9]

Аналоги фосфонатных нуклеотидов, такие как тенофовир, цидофовир и адефовир, являются важнейшими противовирусными препаратами, которые в различных пролекарственных формах используются для лечения ВИЧ, гепатита В и других.

Ниша использует []

В сочетании с органосиликатами фосфонаты также используются для лечения «внезапной гибели дуба», вызванной грибковым эукариотом. Phytophthora ramorum .

Токсикология []

Токсичность фосфонатов для организмов, живущих в воде, низкая. Зарегистрированные значения для 48-часовой LC ₅₀ значения для рыбы составляют от 0,1 до 1,1 мМ. Также фактор биоконцентрации для рыб очень низкий.

Биоразложение []

В природе бактерии играют главную роль в разложении фосфонатов. ^[10] Благодаря наличию в окружающей среде природных фосфонатов, бактерии развили способность метаболизировать фосфонаты в качестве источников питательных веществ. Некоторые бактерии используют фосфонаты в качестве источника фосфора для роста. Аминофосфонаты также могут использоваться некоторыми бактериями как единственный источник азота. Полифосфонаты, используемые в промышленности, сильно отличаются от природных фосфонатов, таких как 2-аминоэтилфосфоновая кислота, поскольку они намного крупнее, несут высокий отрицательный заряд и образуют комплексы с металлами.Испытания на биоразложение осадка от городских очистных сооружений с HEDP и NTMP не показали никаких признаков разложения. Исследование HEDP, NTMP, EDTMP и DTPMP в стандартных тестах на биоразложение также не позволило выявить какое-либо биоразложение. Однако было отмечено, что в некоторых испытаниях из-за высокого соотношения ила к фосфонату наблюдалось удаление исследуемого вещества из раствора по мере потери DOC. Этот фактор был связан с адсорбцией, а не с биоразложением. Однако бактериальные штаммы, способные разлагать аминополифосфонаты и HEDP в условиях ограниченного фосфора, были выделены из почв, озер, сточных вод, активного ила и компоста.

«Никакого биоразложения фосфонатов во время обработки воды не наблюдается, но фотодеградация комплексов Fe (III) происходит быстро. Аминополифосфонаты также быстро окисляются в присутствии Mn (II) и кислорода, и образуются стабильные продукты распада, которые были обнаружены в сточных водах. Отсутствие информации о фосфонатах в окружающей среде связано с аналитическими проблемами их определения в следовых концентрациях в природных водах. Фосфонаты присутствуют в природных водах в основном в виде комплексов Ca и Mg и, следовательно, не влияют на состав или перенос металлов.» ^[11] Фосфонаты сильно взаимодействуют с некоторыми поверхностями, что приводит к значительному удалению в технических и природных системах.

Фосфонатные соединения []

• Тенофовир алафенамид: Пролекарство нуклеотидного аналога тенофовира, имеющее решающее значение для лечения ВИЧ.
• AMPA: аминометилфосфоновая кислота, продукт разложения глифосата
• Винилфосфоновая кислота: мономер
• Диметилметилфосфонат (DMMP), один из простейших диэфиров фосфоновой кислоты
• Этидроновая кислота (HEDP): 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфоновая кислота, используемая в моющих средствах, водоподготовке, косметике и фармацевтике
• ATMP: Аминотрис (метиленфосфоновая кислота), хелатирующий агент
• EDTMP: Этилендиаминтетра (метиленфосфоновая кислота), хелатирующий агент
• TDTMP: тетраметилендиаминтетра (метиленфосфоновая кислота), хелатирующий агент
• HDTMP: гексаметилендиаминтетра (метиленфосфоновая кислота), хелатирующий агент
• DTPMP: диэтилентриаминпента (метиленфосфоновая кислота), хелатирующий агент
• PBTC: Фосфонобутантрикарбоновая кислота
• PMIDA: N- (фосфонометил) иминодиуксусная кислота
• CEPA: 2-карбоксиэтилфосфоновая кислота
• HPAA: 2-гидроксифосфонокарбоновая кислота
• AMP: аминотрис (метиленфосфоновая кислота)
• BPMG: N , N -Бис (фосфонометил) глицин
• Глифосат: распространенный сельскохозяйственный гербицид
• Фоскарнет: для лечения герпеса
• Perzinfotel: для лечения инсульта
• SF2312: натуральный фосфонатный антибиотик, ингибитор энолазы
• Selfotel: брошенный экспериментальный препарат от инсульта

См. Также []

Список литературы []

1. ^ ^{a b c d} Svara, J. Новак Бернд (2003). «Экологическая химия фосфонатов». Исследование водных ресурсов . 37 (11): 2533–2546. DOI: 10.1016 / S0043-1354 (03) 00079-4. PMID 12753831.

Дополнительная литература []

.