Механосинтез полимерных a-аминофосфонатов

α-Аминофосфонаты представляют собой структурные аналоги (антагонисты) аминокислот. Основная их роль связана с ингибированием ферментов, участвующих в обмене аминокислот, что влияет на физиологическую активность клеток, в связи с чем α-аминофосфонаты могут проявлять широкий спектр биологической активности [1], в том числе антибактериальную [2–4] и противогрибковую активность [5]. Имеются данные о применении α-аминофосфонатов в качестве регуляторов роста растений [6] и в качестве нейромодулирующих средств [7, 8]. Наконец, α-аминофосфонаты могут быть использованы в качестве лигандов для катионов металлов [9], а их металлокомплексы могут быть использованы в медицинских целях [10].

Наиболее распространенным методом синтеза α-аминофосфонатов является реакция Кабач-ника – Филдса между аминами, альдегидами или кетонами и P(O)H-компонентами в растворителях или в их отсутствие [11, 12]. Также α-аминофосфонаты могут быть получены в условиях реактора непрерывного действия [13], а также в условиях механосинтеза [14]. Следует также отметить примеры получения полимерных α-аминофосфонатов [15].

В данной работе нами продолжено изучение возможностей механосинтеза полимерных α-аминофосфонатов путем мультикомпонентной реакции между диаминобифенилами, терефталевым альдегидом и диэтилфосфонатом в условиях шарового измельчения, а также путем постмодификации коммерчески доступного полимера – поливинилхлорида

Экспериментальная часть

• 3,3’-Диаминобифенил получен по ранее описанной процедуре [16]. Все остальные реагенты коммерчески доступны.

Спектры ЯМР ¹H записаны на спектрометре Bruker Avance-400 (400 МГц, внутренний стандарт – SiMe 4 ).

Спектры ЯМР ³¹P записаны на спектрометре Bruker Avance-600 (243 МГц, внутренний стандарт – H 3 PO 4 ).

Механосинтез был осуществлен на планитарной мельнице Retsch PM-100 с использованием стального помольного стакана на 25 мл и 4 стальных мелющих шаров (диаметр 10 мм).

Механосинтез полимеров α-аминофосфонатов (4а–б). Смесь изомерных диаминодифенилов 1а или 1б (130 мг, 0,70 ммоль, 1 экв.), терефталевого альдегида 2 (95 мг, 0,70 ммоль, 1 экв.) в присутствии 200 мкл сухого 1,4-доксана перемешивали при 500 об/мин в течение 2 ч. Добавляли диалкилфосфонат 3 (6 экв.) в 100 мкл сухого ДМСО и смесь снова перемешивали в течение 2 ч. Полученные осадки суспендировали в ТГФ, осадок отфильтровывали, промывали диэтиловым эфиром. Процедуру повторили 3 раза. После этого осадок сушили в течение 24 ч.

Полимер 4а . Желтый осадок. Выход 70 %. Т пл > 250 °C. ИК (КВr), ν, cm^–1: 1171 (P=O), 1011 (P-C-O), 3411, 3362 (NH), 2978, 2873 (OCH3).

Полимер 4б . Желтый осадок. Выход 62 %. Т пл > 250 °C. ЯМР ¹H (400 MHz, CDCl 3 + ДМСО-d 6 , δ): 8,60 (уш. c., 2H); 8,06 (уш. с., 4H); 7,51 (м., 6H); 4,17(c., 2H); 3,75 (c., 3H); 1,38 (c., 3H). ЯМР ¹³P (400 MHz, ДМСО-d 6 , δ): 22,99. ИК (КВr), ν, cm^–1: 1161 (P=O), 1051 (P-C-O), 3445, (NH), 3024– 2874 (OCH 3 ).

Синтез полимеров (8–9). Смесь о -аминотиофенола 6 (88 мг, 0,70 ммоль, 1 экв.), бензойного альдегида 7 (для полимера 8 ) (72 мг, 0,70 ммоль, 1 экв.) или терефталевого альдегида 2 (для полимера 9 ) (95 мг, 0,70 ммоль, 1 экв.) в присутствии 200 мкл сухого 1,4-доксана перемешивали при 500 об/мин в течение 2 ч. Добавляли диалкилфосфонат 3 (6 экв.) в 100 мкл сухого ДМСО и смесь снова перемешивали при 500 об/мин в течение 2 ч. Добавляли поливинилхлорид (1 г), К 2 СО 3 (0,966 мг, 7 ммоль), 200 мкл сухого 1,4-доксана и смесь перемешивали при 500 об/мин в течение 2 ч. Полученные осадки суспендировали в воде, осадок отфильтровывали и промывали метанолом. Процедуру повторили 3 раза. После этого осадок сушили в течение 24 ч.

Обсуждение результатов

В качестве исходных соединений в данной работе были использованы коммерчески доступные бензидин ( 1a ), 4,4’-диаминобифенил, а также 3,3’-диаминобифенил ( 1б ). Взаимодействие осуществлялось путем трехкомпонентной реакции между диаминобифенилами ( 1 ), терефталевым альдегидом ( 2 ) и диэтилфосфонатом ( 3 ) в присутствии небольших количеств со-растворителя (1,4-диоксан или ДМСО) в условиях шарового измельчения при 500 об/мин в течение 4 ч (схема 1).

Схема 1. Трехкомпонентный синтез полимеров 4а, б

Полученные полимеры ( 4 ) были выделены в виде желтых осадков, бол е е рас тв ори мый п олимер ( 4б) был ох а рак те ризов а н Я МР ¹Н анализом. Так, в спектре ЯМР ¹Н (рис. 1) присутствуют си гналы а рома ти чес к и х фра гм е н тов в в и д е му л ьтиплетов при 8,62; 8,07 и 7,54 м. д., сигнал протона при sp³-г ибри д и з ованн ом атоме углерода (уширенный синглет при 3, 75 м. д.) и сигналы группы OСH 2 CH 3 ( м у льти п ле ты п ри 4, 14 м. д. и 1,20 м. д.) фрагмента α-аминофосфоната. К сож а л е н и ю , оп ред е ле н ие моле к у ля рного веса полимеров ( 4 ) методом гель-проникающей хроматог ра фи и ок аз ал ос ь не в озм ож н ым и з -за низкой растворимости в ТГФ.

Рис. 1. ЯМР 1Н спектр полимера 4б

Данными спектров ЯМР ^{3 1}P было подтверждено присутствие фосфорсодержащего фрагмента в составе полимера ( 4б ) ( а и менно имел место сигнал атома фосфора при 22, 96 м. д., рис. 2). В больш и нс тв е ли те ра ту р н ых и с точн и к ов для α-аминометилфосфонатов наблюдался пик в спектрах ³¹P в диапазоне 20–30 м. д . [ 17, 18 ].

Рис. 2. ЯМР 31P спектр полимера 4б

В ИК-с п е к тра х н а б лю да л и сь полосы поглощения группы P=O при 1161 см^–1, а также фрагментов P-C-O при 1051 см^–1, O C H 3 при 2957 см^–1 и NH фрагмента амида при 3445 см^–1.

Доп олн и те л ьн о была и с сл едована возможность модификации коммерч е ск и доступного ПВХ ( 5 ) фрагментами α-амин ом етилфосфонатов. Для этого была осуществлена ч е тыре х к омп он е н тн ая реакция между ПВХ ( 5 ), 2-а мин оза ме ще н н ым ти офен олом ( 6 ), диэтилфосфонатом ( 3 ) и бензойным альдегидом ( 7) в п ри с у тс тви и K 2 CO 3 в условиях шарового измельчения при 500 об/мин в течение 4 ч (схема 2).

OO

OP

O

H P OEt

OEt

+

Cl

O _P ^^O

O

n K₂CO₃, 1,4-диоксан - ДМСО, ⁵   K₂CO₃, 1,4-диоксан - ДМСО, ^O O

500 об/мин, 6 ч                500 об/мин, 6 ч

O

Схема 2. Четырехкомпонентный синтез полимеров 8, 9

Полученный ПВХ-модифицированный полимер ( 8 ) был выделен в виде бесцветного осадка и охарактеризован методами ЯМР ¹Н и ИК-спектроскопии. Так, в спектре ЯМР ¹Н присутствуют сигналы протонов ароматических фрагментов в виде мультиплета при 7,25–7,55 м. д., протона при sp³-гибридизованном атоме углерода (уширенный синглет при 3,75 м. д.) и протонов группы OСH 2 CH 3 (мультиплет при 4,14 м. д. и мультиплет при 1,20 м. д.) фрагмента α-аминофосфоната.

В ИК-спектрах соединений 4а–б и 8 наблюдались полосы поглощения группы P=O при 1165 см^–1, а также фрагментов P-C-O при 1055 см^–1, OCH 3 при 2960 см^–1 и NH фрагмента амида при 3460 см^–1.

Наконец, в рамках работы была осуществлена попытка получения кросс-связанного полимерного α-аминометилфосфоната, а именно полимера ( 9 ), путем четырехкомпонентной реакции между ПВХ ( 5 ), 2-аминозамещенным тиофенолом ( 6 ), диэтилфосфонатом ( 3 ) и терефталевым альдегидом ( 2 ) в присутствии K 2 CO 3 в условиях шарового измельчения при 500 об/мин в течение 6 ч (см. схему 2). В итоге был выделен бесцветный осадок, нерастворимый в органических растворителях.

Выводы

Таким образом, продемонстрирована возможность механосинтеза полимерных α-аминометилфосфонатов путем мультикомпонентной реакции Кабачника – Филдса между изомерными амино(би)фенилами, ароматическими (ди)альдегидами и диэтилфосфонатом в отсутствие расторителя в шаровой мельнице. При этом наряду с непосредственным конструированием полимерного каракаса из мономерных фрагментов было осуществлено построение фрагментов α-аминометилфосфонатов на каркасе поливинилхлорида. Полученные полимеры были охарактеризованы методами ЯМР- и ИК-спектроскопии. Предложенный метод может рассматриваться как альтернатива для проведения реакции Кабачника – Филдса в условиях механосинтеза, а также как возможность для утилизации/постмодификации коммерчески доступного поливинилхлорида, в том числе в составе бытовых отходов, с использованием ресурсосберегающих методов.