CC BY
69
_____________УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Том 154, кн. 4 Естественные науки
2012
УДК 541.49:546.562:547.853.7:547.874.14:547.1'185
ПРЕПАРАТЫ ПИРАФЕН, МЕЛАФЕН И ВХОДЯЩИЕ В ИХ СОСТАВ КОМПОНЕНТЫ В РЕАКЦИИ
С ХЛОРИДОМ МЕДИ(ІІ) В СОЛЯНОКИСЛОЙ СРЕДЕ
В.В. Неклюдов, Ю.К. Воронина, Г.А. Боос, М.М. Шулаева,
С.Г. Фаттахов, Ю.И. Сальников
Аннотация
Исследовано взаимодействие хлорида меди(П) с препаратами мелафен, пирафен и входящими в состав препаратов азотистыми основаниями, а также с бис(оксиметил)-фосфиновой кислотой в солянокислой среде. Установлена структура тетрахлорокупра-та(П) дипротонированного 2,4,6-триаминопиримидина методом рентгеноструктурного анализа. Показано что меламин, 2,4,6-триаминопиримидин и бис(оксиметил)фосфиновая кислота не склонны выступать в роли внутрисферных лигандов.
Ключевые слова: пирафен, мелафен, бис(оксиметил)фосфиновая кислота, 2,4,6-триаминопиримидин, меламин, хлороводородная кислота, протонированные формы, медь(П), комплексообразование, рентгеноструктурный анализ.
Известно, что бис(оксиметил)фосфиновая кислота образует обладающие определенной биологической активностью так называемые соли с рядом азотистых оснований, в частности с меламином (мелафен) [1] и 2,4,6-триамино-1,3-диазином-2,4,6-триаминопиримидином (пирафен) [2]. Оба азотистых основания представляют собой гетероароматические структуры. Одно из важных практических применений мелафена связано с его ролью в качестве регулятора роста растений. Пирафен, синтезированный как аналог мелафена, во многих случаях оказывает воздействие, подобное мелафену [3, 4].
Исследованы в водном растворе протолитические свойства самой кислоты, меламина, мелафена, 2,4,6-триаминопиримидина и пирафена. Установлено, что бис(оксиметил)фосфиновая кислота, оба азотистых основания, мелафен и пи-рафен не образуют внутрисферных комплексов с типичными комплексообразо-вателями - двухвалентными катионами З^элементов и лантаном(Ш) [5, 6]. 2,4,6-Триаминопиримидин и пирафен, согласно данным [6], образуют внешне-сферные комплексы с медью(11). В кислой среде 2,4,6-триаминопиримидин протонируется и может явиться эффективным противоионом (внешнесферным катионом) для анионных комплексов. Ранее [6] из раствора, полученного смешением горячих солянокислых растворов (6 моль/л HCl), содержащих эквимо-лярные количества дигидрата хлорида меди(11) и 2,4,6-триаминопиримидина (Y), выделены желто-коричневатые кристаллы. Их состав, по данным элементного анализа, отвечает брутто-формуле C4H9CuCl4N5, или (YH2)[CuCl4]. В этом
комплексе дипротонированная форма 2,4,6-триаминопиримидина, по всей видимости, является внешнесферным катионом комплексного тетрахлорокупра-та(11). Хлорид-ионы формируют внутреннюю координационную сферу, поскольку для меди(11) характерно образование моноядерных хлоридных комплексов состава от 1 : 1 до 1 : 4 [7].
Данные рентгеноструктурного анализа (РСА) однозначно подтверждают факт нахождения катиона (УИ2)2+ во внешней координационной сфере хлорид-ного комплекса меди(11) (рис. 1).
Рис. 1. Молекулярная структура тетрахлорокупрата(П) дипротонированного 2,4,6-три-аминопиримидина по данным РСА
В кристалле дипротонированная форма гетероцикла находится во внешней сфере комплексного аниона тетрахлорокупрата(П). При этом катионы и анионы в кристалле расположены таким образом, что образуются слои, состоящие только из катионов или только из анионов. Внутри анионного слоя образуются димеры состава (Си2С18)4-, в которых два атома хлора являются мостиковыми. Внутри слоя, образованного катионами, нековалентных взаимодействий непосредственно между катионами 2,4,6-триаминопиримидиния не обнаружено. Таким образом, кристаллическая упаковка в кристалле тетрахлорокупрата(П) дипротонированного 2,4,6-триаминопиримидина образуется за счет нековалентных взаимодействий между катионами и анионами.
Меламин (0), как и 2,4,6-триаминопиримидин, - азотистое основание гете-роароматической структуры. В отличие от 2,4,6-триаминопиримидина, мела-мин плохо растворим в воде, но при нагревании его растворимость возрастает. Были слиты горячие солянокислые растворы меламина (1.0-10-4 моль, 0.0126 г) и дигидрата хлорида меди(11) (5.0-10- моль, 0.0085 г). По мере охлаждения раствора из него начали выделяться белые кристаллы в виде игл, раствор над ними окрашен в голубой цвет. После испарения всей жидкости сухой остаток представлял собой порошкообразное белое вещество с отчетливыми вкраплениями темно-красных игл. Темно-красные игольчатые кристаллы, согласно Ре-ми [8], могут быть соединением меди состава СиС12-2НС1-5Н20. Далее, следует принять во внимание, что при нагревании водных растворов меламина в присутствии кислот (или щелочей) имеет место его ступенчатый гидролиз по аминогруппам. Первоначально образуется аммелин (С3К3)(КН2)20Н, кристаллизующийся в виде белых мелких иголочек, малорастворимых в воде. На второй стадии получается аммелид (С3К3)(КН2)(0Н)2. Он представляет собой белый
порошок, умеренно растворимый в горячей воде. Продуктом гидролиза по третьей ступени является циануровая кислота (С3К3)(0Н)3. Аммелид, как ме-ламин и аммелин, способен давать солеобразные продукты присоединения с кислотами [9]. Можно полагать, судя по внешнему виду полученного твердого остатка, что гидролиз меламина не остановился на первой стадии. Во всяком случае примечательно, что в нашем эксперименте медь(11) отдает предпочтение хлорид-ионам (образуя свою твердую фазу), а не меламину или продуктам его гидролиза.
Исследовано взаимодействие солянокислого раствора дигидрата хлорида меди(11) (1.92-10-3 моль, 0.3276 г) с бис(оксиметил)фосфиновой кислотой (3.92-10-3 моль, 3.50 мл 1.1214 М раствора кислоты). Полученная (примерно через двое суток) стекловидная вязкая масса ярко-зеленого цвета по данным элементного анализа [и(Н) : и(С) : и(С1) : и(Н) : и(Си) : и(Р) = 10 : 4 : 4 : 1 : 2.7, где и = тЭ/АЭ, тЭ - масса элемента, АЭ - его атомная масса] не является индивидуальным соединением. Она согласно вычислениям состоит из хлоридного комплекса меди(11) Н2[СиС14] (38.0%) и бис(оксиметил)фосфиновой кислоты (62.0%). В образовавшейся стекловидной массе бис(оксиметил)фосфиновая кислота, сама имеющая консистенцию густого сиропа, может играть роль подложки (матрицы), в которую включен хлоридный комплекс меди(11).
Для солянокислого раствора мелафена (ОНЛ)
в результате подобной процедуры с хлоридом меди(11) получена смесь бесцветных и красно-коричневых кристаллов. При рассмотрении смеси под микроскопом видно, что она содержит, помимо кристаллов, бесцветное некристаллическое образование, являющееся, вероятнее всего, бис(оксиметил)фосфиновой кислотой (НА).
К сожалению, качество бесцветных кристаллов не позволило провести для них рентгеноструктурный эксперимент. Красно-коричневые кристаллы представляют собой один из полиморфов (Н2те1а)2[СиС15]С1 (те1а - меламин), подробно описанных в работе [10]. Это соединение в двух полиморфных модификациях (желтой и оранжевой) получено авторами [10] при комнатной температуре методом медленной диффузии солянокислых растворов, один из которых содержал хлорид меди(11), а второй - меламин. Соединения при нагревании разлагаются с образованием комплекса (Н2те1а)[СиС14], теряя при этом одну молекулу меламина и две молекулы хлороводорода. Примечательно, что дипро-тонированная форма меламина в приведенных соединениях является внешне-сферным катионом, как и дипротонированная форма 2,4,6-триаминопиримидина.
Препарат пирафен - пиримидиновый аналог мелафена, как известно, включает в качестве составных частей 2,4,6-триаминопиримидин и бис(оксиметил)-фосфиновую кислоту:
гмн,
Согласно [6], раствор, полученный при сливании горячих солянокислых растворов пирафена и хлорида меди(11), в отличие от аналогичного, но содержащего вместо пирафена 2,4,6-триаминопиримидин раствора, спустя неделю все еще оставался прозрачным, сохраняя присущий крепким солянокислым растворам хлорида меди(11) ярко-зеленый цвет.
Однако по прошествии примерно двух месяцев после испарения всей жидкости образовался желтовато-коричневатый кристаллический осадок. В осадке не нашлось пригодного для РСА кристалла. Данные элементного анализа позволяют предположить, что осадок состоит из двух соединений. Одним из них, вероятнее всего, является не содержащий кристаллизационной воды комплекс (УН2)[СиС14]. Отметим при этом, что, согласно [8], безводные хлорокупраты М[СиС13] и М2[СиС14], где М - однозарядный катион, как правило, обладают окраской от желтой до коричневой. Второе соединение - бис(оксиметил)фосфиновая кислота. Уравнение реакции можно представить как
В таком случае все найденное содержание фосфора входит в состав бис(окси-метил)фосфиновой кислоты.
Содержание комплекса в смеси, согласно выполненным на основе данных элементного анализа расчетам, в предположении, что весь хлор находится только в составе комплекса, составляет 54.3%. Содержание кислоты - 45.7%.
Близкий к этому результат получается, если в расчете использовать данные элементного анализа по меди: содержание комплекса - 54.9%, содержание кислоты - 45.1%.
Как видно, хлоридный комплекс меди(11) разрушает пирафен, избирательно извлекая из него 2,4,6-триаминопиримидин. Появление в смеси свободной бис-(оксиметил)фосфиновой кислоты, вероятно, является причиной затруднения процесса кристаллизации солянокислого раствора пирафена и хлорида меди(11), в отличие от аналогичного раствора, содержащего вместо пирафена 2,4,6-три-аминопиримидин.
Таким образом, результаты, полученные в настоящей работе и в [6], в определенной мере подтверждают сделанное авторами [5, 6] заключение о том, что бис(оксиметил)фосфиновая кислота, как и 2,4,6-триаминопиримидин, и меламин не склонны выступать в роли внутрисферных лигандов. В солянокислой среде в присутствии хлоридного комплекса меди(11) препараты мелафен и пирафен
СиС12-2Н20 + 2НС1 + УНА^ (УН2)[СиС14] + НА + 2Н20.
разрушаются. Азотистые основания, входящие в состав этих препаратов, про-тонируются и формируют внешнюю сферу хлоридных комплексов.
Экспериментальная часть
Мелафен синтезировали согласно методике [1], пирафен - по методике [2]. Меламин имел квалификацию «х.ч.». Растворы меламина, 2,4,6-триамино-пиримидина (реактив фирмы Lancaster), мелафена и пирафена приготовлены по точной навеске. Концентрацию исходного раствора бис(оксиметил)фосфиновой кислоты устанавливали методами рН-метрического и объемного титрования.
Данные РСА. Кристалл тетрахлорокупрата(П) дипротонированного 2,4,6-триаминопиримидина (C4H9Cl4CuN5, М 332.5), бесцветные, призматические, моноклинные, пространственная группа Р21/с, при Т = 296 К a = 8.519(2), b = 18.453(4), с = 6.848(2) À, ß = 98.007(2)°, V = 1066.0(4) À3, Z = 4. Эксперимент проведен на автоматическм четырехкружном дифрактометре Smart Apex II CCD (Т = 296 К, XMo-Ka-излучение, графитовый монохроматор, ф- и ш-скани-рование, 0max = 28.80°). Структура расшифрована прямым методом по программе SIR [11] и уточнена сначала в изотропном, а затем в анизотропном приближении по программе SHELXL-97 [12]. Положения атомов водорода рассчитаны геометрически и уточнены в изотропном приближении. Окончательные R-факторы равны R = 0.0399, wR2 = 0.1122.
Все расчеты проводили с помощью программ WinGX [13] и APEX2 [14]. Рисунки молекул и анализ межмолекулярных взаимодействий выполнены с помощью программ ORTEP3 и PLATON [15]. Кристаллографические данные депонированы в Кембриджской базе структурных данных CCDC, номер структуры - 887520.
Данные элементного анализа.
Образец 1. Стекловидная масса, образующаяся при взаимодействии горячих солянокислых растворов дигидрата хлорида меди(11) и бис(оксиметил)фосфи-новой кислоты.
Найдено, %: Н 2.49; C 10.32; Cl 31.03; Cu 13.72; Р 18.12.
Образец 2. Осадок, образующийся при взаимодействии горячих солянокислых растворов дигидрата хлорида меди(11) и пирафена.
Найдено, %: Н 6.67; C 14.18; N 10.77; Р 14.01; Cl 28.86; Cu 13.26.
Электронные спектры поглощения растворов зарегистрированы относительно воды на спектрофотометре SHIMADZU UV mini-1240 в кварцевых кюветах (l см).
Содержание меди в образце 1 (m, г) после растворения его навески в десятикратном избытке раствора комплексона III в присутствии аммиачно-хлорид-ного буфера (pH 9.60) определено спектрофотометрически с использованием построенного по стандартным растворам градуировочного графика. Градуировочная функция для X 725 нм имеет вид: A - (3.43 ± 2.22)-10~3 = (73.86 ± 1.89) m, r = 0.99935.
Содержание меди в образце 2 (m, г) после растворения его навески в концентрированном растворе аммиака определено спектрофотометричеси с использованием построенного по стандартным растворам градуировочного графика.
Градуировочная функция для X 630 нм имеет вид A - (0.037 ± 0.005) = (39.06 ± ± 0.62) m, r = 0.99975.
Условия приготовления стандартных растворов в обоих случаях такие же, как при выполнении анализа образцов.
Summary
V.V. Neklyudov, Yu.K. Voronina, G.A. Boos, M.M. Shulaeva, S.G. Fattakhov, Yu.I. Salnikov. Pirafene and Melafene Drugs and Their Components in the Reaction with Copper(II) Chloride in a Chloride Medium.
The interaction of copper(II) chloride with melafene and pirafene drugs, nitrogen bases included in their composition, and also bis(oxymethyl)phosphinic acid in a chloride medium is investigated. The structure of diprotonated 2,4,6-triaminopyrimidine tetrachlorocuprate(II) is established by X-ray crystallography. It is shown that melamine, 2,4,6-triaminopyrimidine and bix(oxymethyl)phosphinic acid do not tend to form inner-sphere complexes.
Key words: pirafene, melafene, bis(oxymethyl)phosphinic acid, 2,4,6-triaminopyrimi-dine, melamine, hydrochloric acid, protonated forms, copper(II), complex formation, X-ray crystallography.
Литература
1. Пат. 2158735 Российская Федерация. Меламиновая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты (Мелафен) в качестве регулятора роста и развития растений и способ ее получения / С.Г. Фаттахов, Н.Л. Лосева, В.С. Резник, А.И. Коновалов, А.Ю. Алябьев, Л.Х. Гордон, Л.П. Зарипова. - № 99115552/04, заявл. 13.07.99, опубл. 10.11.2000.
2. Фаттахов С.Г., Резник В. С., Коновалов А.И. Соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты с азотистыми основаниями как путь к созданию биологически активных веществ // Тез. докл. науч.-практ. семинара «Биологически активные вещества в сверхмалых дозах. Препараты двойного назначения». - М.: ВВЦ, 2007. - С. 18-30.
3. Карпова Г.А. Влияние мелафена, пирофена и пектина на систему физиолого-биохи-мических процессов в семенах яровой мягкой пшеницы при их прорастании // Вестн. Сарат. госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. - 2008. - № 3. - С. 23-25.
4. Алексеева О.М., Ким Ю.А., Ягольник Е.А., Голощапов А.Н., Бурлакова Е.Б., Фатта-хов С. Г. Сравнение воздействия мелафена и его аналога пирафена на модельные биомембраны // Химия и медицина: Тез. докл. VIII Всерос. конф. с междунар. участием. - Уфа: АН РБ Гилем, 2010. - С. 98.
5. Сальников Ю.И., Боос Г.А., Рыжкина И.С., Фаттахов С.Г., Чмутова Г.А., Зари-
пова Г. Р. Мелафен, меламин и бис(гидроксиметил)фосфиновая кислота. Кислотноосновные свойства и поведение в присутствии ионов некоторых металлов // Журн. общ. химии. - 2009. - Т. 79, Вып. 6. - С. 902-907.
6. Боос Г.А., Сальников Ю.И., Фаттахов С.Г., Неклюдов В.В., Шулаева М.М. Состояние в растворе, протолитические и комплексообразующие свойства препарата пи-рафен // Тез. докл. XI Междунар. конф. «Проблемы сольватации и комплексообра-зования в растворах». - Иваново, 2011. - С. 237-238.
7. Bjerrum J., Skibsted L.H. A Contribution to our knowledge of weak chloro complex formation by copper(II) in aqueous chloride solutions // Acta Chem. Scand. A. - 1977. -V. 31, No 8. - P. 673-677.
8. Реми Г. Курс неорганической химии. - М.: Мир, 1974. - Т. 2. - 775 с.
9. Сейфер Г.Б. Циануровая кислота и цианураты // Координац. химия. - 2002. - Т. 28, № 5. - С. 323-347.
10. Weng Dan-Feng, Wang Bing-Wu, Wang Zhe-Ming, Song Gao. Polymorphism of (H2mela)2[CuCl5]Cl (mela = melamine): structures, transformation and magnetic properties // CryslF.ngComm. - 2011. - V. 13. - P. 4683-4688.
11. Altomare A., Cascarano G., Giacovazzo C., Virerbo D. F-map improvement in direct procedures // Acta Crystallogr. A. - 1991. - V. 47, No 6. - P. 744-748.
12. Sheldrick G.M. SHFLXL-97, Program for the Refinement of Crystal Structures. Determination. - Gottingen, Germany: University of Gottingen, 1997.
13. Farrugia L.J. WinGX 1.64.05. An Integrated System of Windows Programs for the Solution, Refinement and Analysis of Single Crystal X-Ray Diffraction Data // J. Appl. Crystallogr. - 1999. - V. 32. - P. 837-838.
14. APFX2 (Version 2.1), SAINTPlus. Data Reduction and Correction Program (Version 7.31 A), Bruker Advansed X-ray Solutions. - Madison, Wisconsin, USA: BrukerAXS Inc., 2006.
15. SpekA.L. PLATON, an Integrated Tool for the Analysis of the Results of a Single Crystal Structure Determination // Acta Crystallogr. A. - 1990. - V. 46, Suppl. - P. C-34.
Поступила в редакцию 27.06.12
Неклюдов Вадим Вячеславович - аспирант кафедры неорганической химии Казанского (Приволжского) федерального университета.
Воронина Юлия Константиновна - кандидат химических наук, младший научный сотрудник лаборатории дифракционных методов исследования Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН.
E-mail: [email protected]
Боос Галина Арведовна - кандидат химических наук, доцент кафедры неорганической химии Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: [email protected]
Шулаева Марина Михайловна - кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории химико-биологических исследования Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН.
E-mail: [email protected]
Фаттахов Саитарей Галяувич - кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории химико-биологических исследования Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН.
E-mail: [email protected]
Сальников Юрий Иванович - доктор химических наук, профессор кафедры неорганической химии Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: [email protected]
