chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2018-13-5-23-29chemicallytech-166Research ArticleCHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF INORGANIC MATERIALSХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВCOMPLEXES OF SILVER, LEAD, CALCIUM WITH BISPHOSPHONIC LIGANDSКОМПЛЕКСЫ СЕРЕБРА, СВИНЦА, КАЛЬЦИЯ С БИСФОСФОНОВЫМИ ЛИГАНДАМИГаланцевА. В.GalantsevA. V.

аспирант кафедры химии и технологии редких и рассеянных элементов, наноразмерных и композиционных материалов им. К.А. Большакова

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

заместитель генерального директора

141090, Россия, Московская обл., г. Королёв, мкрн. Юбилейный, ул. Маяковского, 2

 

Postgraduate Student, K.A. Bolshakov Chair of Chemistry and Technology of Rare and Scattered Elements, Nanoscale and Composite Materials

86, Vernadskogo Pr., Moscow, 119571, Russia

Deputy General Director

2, Mayakovsky St., microdistrict Yubileiny, Korolev, Moscow region, 141090, Russia

galantsev88@gmail.comХауккаМ.HaukkaM.

профессор

80130, Финляндия, г. Йоэнсуу, Yliopistokatu 7

 

Professor

7, Yliopistokatu, Joensuu, 80130, Finland

matti.o.haukka@jyu.fiДроботД. В.DrobotD. V.

доктор химических наук, профессор кафедры химии и технологии редких и рассеянных элементов, наноразмерных и композиционных материалов им. К.А. Большакова

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

 

D.Sc. (Chemistry), Professor, K.A. Bolshakov Chair of Chemistry and Technology of Rare and Dispersed Elements, Nanoscale and Composite Materials

86, Vernadskogo Pr., Moscow 119571, Russia

dvdrobot@mail.ruМИРЭА - Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова); ООО "Скайбиохим"РоссияMIREA - Russian Technological University (M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies); LLC "Skybiochem"Russian FederationУниверситет Восточной Финляндии (UEF)ФинляндияUniversity of Eastern Finland (UEF)FinlandМИРЭА - Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова)РоссияMIREA - Russian Technological University (M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies)Russian Federation2018281020181352329Copyright © Galantsev A.V., Haukka M., Drobot D.V., 20182018Галанцев А.В., Хаукка М., Дробот Д.В.Galantsev A.V., Haukka M., Drobot D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/166

It is interesting in chemical terms and promising in the applied production of new complexes of metals with bisphosphonic ligands with a popular set of consumer properties. To date, little has been studied chemistry of bisphosphonic acid complexes with the basic structure of 1-hydroxymethylene-bisphosphonic acid with a side chain containing 11 carbon atoms and ending with an amino group. The main objective is to obtain new bisphosphonates of s-, p -, d - and f-elements, their characterization by a complex of physical and chemical research methods (NMR and IR spectrometry, RSA, DTA, optical microscopy, laser diffraction) and to identify new applications of bisphosphonic acids and their salts. In the course of the work, complexes of Ag, Pb, Ca, with 1-hydroxymethylene-bisphosphonic acid (H2N(CH2)xC(OH)(H2PO3)2) and its derivatives, the side chain ends with an amino group, its length is 11 carbon atoms. Crystal structures of metal-bisphosphonate complexes with the general formula H2N(CH2)10C(OH)(HPO3)xM (M = Ag, Pb, Ca) were determined. The complexes were characterized by IR spectroscopy and 31P solid-state NMR spectroscopy, RSA. The areas of practical use of the complexes are outlined. It is shown, by the example of wastewater in Kuopio, Finland, that bisphosphonic acids can be used for wastewater treatment of enterprises from heavy metals (M =Pb, Zn, Cd, etc.).

Представляется интересным в химическом плане и перспективным - в прикладном получение новых комплексов металлов с бисфосфоновыми лигандами, обладающих востребованным комплексом потребительских свойств. К настоящему времени мало изучена химия комплексов бисфосфоновых кислот, имеющих базовую структуру 1-гидроксиметилен-бисфосфоновой кислоты с боковой цепью, содержащей 11 атомов углерода и оканчивающейся аминогруппой. Основной задачей является получение новых бисфосфонатов s-, p-, d- и f- элементов, их характеризация физико-химическими методами (ЯМР- и ИК-спектроскопия, рентгеноструктурный анализ, дифференциальный термический анализ, оптическая микроскопия, лазерная дифракция) и выявление новых областей применения бисфосфоновых кислот и их солей. В ходе работы получены комплексы Ag, Pb, Ca, с 1-гидроксиметилен-бисфосфоновой кислотой (H2N(CH2)xC(OH)(H2PO3)2) и ее производными, боковая цепочка оканчивается аминогруппой, а длина составляет 11 атомов углерода. Определены кристаллические структуры комплексов состава H2N(CH2)10C(OH)(HPO3)xM (М = Ag, Pb, Ca). Комплексы охарактеризованы методами ИК-спектроскопии, твердофазной 31P-ЯМР-спектроскопии, проведен рентгеноструктурный анализ образцов. Намечены области практического применения полученных комплексов. На примере сточных вод в г. Куопио, Финляндия, показано, что бисфосфоновые кислоты можно применять для очистки сточных вод предприятий от тяжелых металлов (М=Pb, Zn, Cd и др.).

синтезбисфосфонатные лигандыкомплексы с металламиочистка сточных водbisphosphonate ligandssynthesiscomplexes with metals11-amino-1-hydroxyundecylene-11-bisphosphonic acidwaste water treatment11-амино-1-гидроксиундецилиден-11-бисфосфоновая кислотаReferencesMenschutkin M. Ueber die Einwirkung des Chloracetyls auf phosphorige Saure. Ann. Chem. Pharm. 1865; 133: 317-320.Menschutkin M. Ueber die Einwirkung des Chloracetyls auf phosphorige Saure. Ann. Chem. Pharm. 1865; 133: 317-320.Fleisch H., Russell R.G.G., Bisaz S., Casey P.A., Mühlbauer R.C. The influence of pyrophosphate analogues (diphosphonates) on the precipitation and dissolution of calcium phosphate in vitro and in vivo. Calcif. Tissue Res. 1968; 2:(Suppl): 10-10A.Fleisch H., Russell R.G.G., Bisaz S., Casey P.A., Mühlbauer R.C. The influence of pyrophosphate analogues (diphosphonates) on the precipitation and dissolution of calcium phosphate in vitro and in vivo. Calcif. Tissue Res. 1968; 2:(Suppl): 10-10A.Fleisch H.A., Neuman W.E. Mechanisms of calczjication: Role of collagen, polyphosphates, and phosphatase. Am. J. Physiol. 1961; 200: 1296-1300.Fleisch H.A., Neuman W.E. Mechanisms of calczjication: Role of collagen, polyphosphates, and phosphatase. Am. J. Physiol. 1961; 200: 1296-1300.Fleisch H.A., Bisaz S. Isolation from urine of pyrophosphate-α calcification inhibition. Am. J. Physiol. 1962; 203: 671-675.Fleisch H.A., Bisaz S. Isolation from urine of pyrophosphate-α calcification inhibition. Am. J. Physiol. 1962; 203: 671-675.Jayswal A., Chudasama U. Synthesis and characterization of a new phase of zirconium phosphate for the separation of metal ions. J. Iran. Chem. Soc. 2007; 4(4): 510-515.Jayswal A., Chudasama U. Synthesis and characterization of a new phase of zirconium phosphate for the separation of metal ions. J. Iran. Chem. Soc. 2007; 4(4): 510-515.Mao G.Q., Guillou N., Nogues M., Cheetham A.K., Ferey G. Structure and magnetism of VSB-2, -3, and -4 or Ni4(O3P-(CH2)-PO3)2·(H2O)n (n = 3, 2, 0), the first ferromagnetic nickel(II) diphosphonates: Increase of dimensionality and multiple coordination changes during a quasi topotactic dehydration. Chem. Mater. 1999; 11: 2937-2947.Mao G.Q., Guillou N., Nogues M., Cheetham A.K., Ferey G. Structure and magnetism of VSB-2, -3, and -4 or Ni4(O3P-(CH2)-PO3)2·(H2O)n (n = 3, 2, 0), the first ferromagnetic nickel(II) diphosphonates: Increase of dimensionality and multiple coordination changes during a quasi topotactic dehydration. Chem. Mater. 1999; 11: 2937-2947.Sun Z.M., Prosvirin A.V., Zhao H.H., Mao J.G., Dunbar K.R. New type of single chain magnet based on spin canting in an antiferromagnetically coupled Co(II) chain. J. Appl. Phys. 2005; 97: 10B305.Sun Z.M., Prosvirin A.V., Zhao H.H., Mao J.G., Dunbar K.R. New type of single chain magnet based on spin canting in an antiferromagnetically coupled Co(II) chain. J. Appl. Phys. 2005; 97: 10B305.Bourelly S., Liewellyn P.L., Serre C., Millanger F., Loiseau Th., Ferey G. Different adsorption behaviors of methane and carbon dioxide in the isotypic nanoporous metal terephthalates MIL-53 and MIL-47. J. Am. Chem. Soc. 2005; 127: 13519-13521.Bourelly S., Liewellyn P.L., Serre C., Millanger F., Loiseau Th., Ferey G. Different adsorption behaviors of methane and carbon dioxide in the isotypic nanoporous metal terephthalates MIL-53 and MIL-47. J. Am. Chem. Soc. 2005; 127: 13519-13521.Serre C., Ferey G. Hydrothermal synthesis, structure determination from powder data of a threedimensional zirconium diphosphonate with an exceptionally high thermal stability: Zr(O3P-(CH2)-PO3) or MIL-57. J. Mater. Chem. 2002; 12(8): 2367-2369.Serre C., Ferey G. Hydrothermal synthesis, structure determination from powder data of a threedimensional zirconium diphosphonate with an exceptionally high thermal stability: Zr(O3P-(CH2)-PO3) or MIL-57. J. Mater. Chem. 2002; 12(8): 2367-2369.Zhang Z.C., Gao S., Zheng L.M. Cobalt diphosphonate with a new double chain structure exhibiting field-induced magnetic transition. Dalton Trans. 2007; 4681-4684.Zhang Z.C., Gao S., Zheng L.M. Cobalt diphosphonate with a new double chain structure exhibiting field-induced magnetic transition. Dalton Trans. 2007; 4681-4684.Beutner R., Michael J., Schwenzer B., Scharnweber D. Biological nano-functionalization of titanium-based biomaterial surfaces: A flexible toolbox. JRS Interface. 2010; 7: 93-105.Beutner R., Michael J., Schwenzer B., Scharnweber D. Biological nano-functionalization of titanium-based biomaterial surfaces: A flexible toolbox. JRS Interface. 2010; 7: 93-105.Benabdellah M., Dafali A., Hammouti B., Aouniti A., Rhomari M., Raada A., Senhaji O., Robin J. The role of phosphonate derivatives on the corrosion inhibition of steel in HCl media. Chem. Eng. Commun. 2007; 194: 1328-1341.Benabdellah M., Dafali A., Hammouti B., Aouniti A., Rhomari M., Raada A., Senhaji O., Robin J. The role of phosphonate derivatives on the corrosion inhibition of steel in HCl media. Chem. Eng. Commun. 2007; 194: 1328-1341.Tylor J.M., Mahmoudkhani A.H., Shimizu G.K.H. A tetrahedral organophosphonate as a linker for a microporous copper framework. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2007; 46: 795-798.Tylor J.M., Mahmoudkhani A.H., Shimizu G.K.H. A tetrahedral organophosphonate as a linker for a microporous copper framework. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2007; 46: 795-798.Mukherjee S., Huang C., Guerra F., Wang K., Oldfield E. Thermodynamics of bisphosphonates binding to human bone: A two-site model. J. Am. Chem. Soc. 2009; 131: 8374-8375.Mukherjee S., Huang C., Guerra F., Wang K., Oldfield E. Thermodynamics of bisphosphonates binding to human bone: A two-site model. J. Am. Chem. Soc. 2009; 131: 8374-8375.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.