Новые фосфокумарины обладают аномально высокой кислотностью

Ученые синтезировали серию новых фосфокумаринов, светящихся фосфорорганических соединений, и обнаружили у них неожиданно высокую кислотность. По силе они сопоставимы с минеральными кислотами, что делает их уникальными среди органических веществ. Такие вещества перспективны для разработки высокоэффективных кислотных катализаторов для использования в химической промышленности. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemistry.

Фосфорорганические соединения — одна из наиболее универсальных групп веществ в химии. Они используются в катализе, материаловедении, экстракции металлов и фармацевтике. Особый интерес среди них представляют фосфакумарины — конденсированные циклические фосфоновые кислоты. Эти вещества светятся под ультрафиолетом, что позволяет использовать их в биохимии в качестве флуоресцентных меток и субстратов для изучения ферментов. Кроме того, эти соединения проявляют антибактериальную и противоопухолевую активность, а также способны ингибировать ферменты. Традиционно подобные соединения считаются умеренно кислотными. Изучение кислотности фосфокумаринов открывает путь к пониманию механизма их уникальной реакционной способности и широкого спектра действия.

Специалисты Красноярского научного центра СО РАН с коллегами из Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова РАН синтезировали серию новых водорастворимых фосфокумаринов и обнаружили их неожиданно высокую кислотность. Химики разработали одностадийный синтез, не требующий многоступенчатых процедур. Соединения получали, вводя производные фенолов и особый фосфорсодержащий реагент в реактор. Они проходили последовательность превращений, образуя фосфакумарины. Такой подход делает синтез проще и эффективнее.

Фосфакумарины известны химикам как вещества с умеренной кислотностью, поэтому исследователи ожидали, что и полученные образцы проявят похожие свойства. Однако кислотность разработанных соединений оказалась характерной для очень сильных кислот, что делает их сравнимыми по силе с основными минеральными кислотами.

«Фосфорорганические соединения широко используются как экстрагенты для редкоземельных металлов, в качестве катализаторов в сочетании с благородными металлами в органической химии, а также как компоненты полевых транзисторов. Нашими коллегами из лаборатории элементоорганического синтеза Института органической и физической химии РАН была получена серия новых фосфоркумаринов, которые в отличии от других подобных соединений хорошо растворялись в воде. В свою очередь, мы показали, что вся линейка новых соединений является очень сильными кислотами, в отличии от других фосфорных кислот. Суперкислотные органические вещества встречаются не часто и, как правило, связаны с более сложными галоген-органическими структурами. Новые фосфакумарины могут стать основой для создания более эффективных кислотных катализаторов, что важно для многих химических производств. Например, исследование открывает широкие возможности их использования в «мокрой» координационной химии и различных процессах экстракции из водной фазы. Кроме того, открытие может послужить импульсом для дальнейшей разработки методов синтеза широкого круга фосфоркумаровых кислот и создания уникальных новых типов фотоактивных фосфорсодержащих кислот», — рассказал Максим Лутошкин, кандидат химических наук, научный сотрудник Лаборатории молекулярной спектроскопии и анализа Института химии и химической технологии СО РАН.

Исследование поддержано Российским научным фондом (№ 25-73-20015).