Комплексообразование трехзарядных катионов лантаноидов с амино(O-алкил)метиленфосфоновыми кислотами – ближайшими фосфорорганическими аналогами нитрилотриуксусной кислоты

Исследованы процессы комплексообразования новых комплексонов – аналогов нитрилотриуксусной (H₃НТА) и нитрилотриметиленфосфоновой (H₆НТФ) кислот, содержащих в качестве кислотных групп одноосновные (O-алкил)метиленфосфоновые фрагменты, с трехзарядными катионами лантаноидов. Методом pH-метрического титрования в сочетании с математическим моделированием определены константы устойчивости и депротонирования комплексов состава 1:1, а также долевое распределение комплексных форм. С использованием принципа линейности свободных энергий проведено сопоставление комплексообразующих свойств N-[(О-бутил)гидроксифосфорилметил]иминодиуксусной кислоты с H₃НТА.

1. Schwarzenbach G., Biedermann W. Komplexone VII. Titration von Metallen mit Nitrilotriessigsäure H3X. Endpunktsindikation durch pH-Effekte // Helv. Chim. Acta. 1948. Bd. 31, H. 2. S. 331–340. https://doi.org/10.1002/hlca.19480310204.

2. Корнев В.И., Булдакова Н.С. Протолитические и координационные равновесия в водных растворах комплексонатов никеля(II) // Журн. неорг. химии. 2015. Т. 60, № 3. С. 453–457. https://doi.org/10.7868/S0044457X15030101.

3. Пырэу Д.Ф., Гридчин С.Н. Образование смешанно-лигандных комплексов металлов(II) с моноаминными комплексонами и аминокислотами в растворе // Журн. физ. химии. 2018. Т. 92, № 5. С. 741–750. https://doi.org/10.7868/S0044453718050126.

4. Пырэу Д.Ф., Груздев М.С., Кумеев Р.С. Образование смешанных комплексов ртути(II) с монои диаминными комплексонами в водном растворе // Журн. физ. химии. 2019. Т. 93, № 3. С. 325–331. https://doi.org/10.1134/S0044453719030154.

5. Пырэу Д.Ф., Алексеева Е.С., Симагина Т.А., Груздев М.С., Кумеев Р.С., Гридчин С.Н. Смешанолигандное комплексообразование комплексонатов цинка и кобальта(II) с аминокислотами в водном растворе // Журн. неорг. химии. 2018. Т. 63, № 2. С. 170–179. https://doi.org/10.7868/S0044457X18020071.

6. De Stefano C., Foti C., Giuffrè O., Milea D. Complexation of Hg2+, CH3Hg+, Sn2+ and (CH3)2Sn2+ with phosphonic NTA derivatives // New J. Chem. 2016. V. 40, No 2. P. 1443–1453. https://doi.org/10.1039/C5NJ02531A.

7. Лыткин А.И., Черников В.В., Крутова О.Н., Волков А.В., Крутова Е.Д. Термодинамика растворения нитрилотриметилфосфоновой кислоты в воде // Журн. физ. химии. 2018. Т. 92, № 12. С. 1944–1946. https://doi.org/10.1134/S0036024418120282.

8. Pyreu D., Gridchin S. Thermodynamics of mixed ligand complex formation of metal(II) iminodiacetates and nitrilotriacetates with dipyridyl and phenanthroline in solution // J. Therm. Anal. Calorim. 2020. V. 139, No 2. P. 1435–1441. https://doi.org/10.1007/s10973-019-08453-9.

9. Cordaro M., Foti C., Giacobello F., Giuffrè O., Sammartano S. Phosphonic derivatives of nitrilotriacetic acid as sequestering agents for Ca2+ in aqueous solution: A speciation study for application in natural waters // ACS Earth Space Chem. 2019. V. 3, No 9. P. 1942–1954. https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.9b00183.

10. Алабдулла Г.Ф., Корнев В.И. Разнолигандные гетерополиядерные этилендиаминтетраацетаты кобальта(II) и никеля(II) в водных растворах нитрилотриуксусной кислоты // Химическая физика и мезоскопия. 2016. Т. 18, № 2. С. 272–280.

11. Шилов В.П., Федосеев А.М., Гоголев А.В. Реакция Np(VI) с нитрилотриуксусной кислотой в хлорнокислых растворах // Радиохимия. 2017. Т. 59, Вып. 3. С. 201–203.

12. Shankar V., Singh D., Verma S., Krishna V. Mixed metal mixed ligand complexation equilibria of transition metal ions involving nitrilotriacetic acid (NTA) and L-2-amino-3-methyl butanoic acid (valine) // Natl. Acad. Sci. Lett. 2016. V. 39, No 3. P. 185–189. https://doi.org/10.1007/s40009-016-0432-6.

13. Козловский Е.В., Александрова С.А., Чеснокова Л.Н., Пырэу Д.Ф. Применение корреляционного анализа для описания устойчивости комплексных соединений ионов лантаноидов с H[3]Nta и H[6]Ntph в водном растворе // Журн. общей хим. 2010. Т. 80, № 7. С. 1066–1069.

14. Воскресенская О.О., Скорик Н.А., Степанова Н.В. Термодинамическая и кинетическая устойчивость комплексов церия(IV) с рядом аминополиуксусных кислот // Журн. прикл. химии. 2016. Т. 89, № 11. С. 1375–1385.

15. Козловский Е.В., Пырэу Д.Ф., Хоченкова Т.Б. Термохимическое исследование реакций образования смешанолигандных комплексов в системе M2+–Nta3––En (M = Ni, Cu, Zn, Cd) в водном растворе // Журн. неорг. химии. 2008. Т. 53, № 7. С. 1244–1247.

16. Козловский Е.В., Александрова С.А., Чеснокова Л.Н. Потенциометрическое исследование комплексообразования Ln(III) с нитрилотриметиленфосфоновой кислотой в водном растворе // Журн. неорг. химии. 2002. Т. 47, № 9. С. 1566–1568.

17. Сомов Н.В., Чаусов Ф.Ф., Закирова Р.М., Петров В.Г., Шумилова М.А. Кристаллическая структура тетраи пентанатриевых солей нитрилотрисметиленфосфоновой кислоты // Журн. неорг. химии. 2018. Т. 63, № 1. С. 46–53. https://doi.org/10.7868/S0044457X18010063.

18. Сомов Н.В., Чаусов Ф.Ф., Ломова Н.В., Закирова Р.М., Петров В.Г., Жиров Д.К., Шумилова М.А. Координационные соединения иттрия с нитрило-трис-метиленфосфоновой кислотой // Коорд. химия. 2019. Т. 45, № 5. С. 311–320. https://doi.org/10.1134/S0132344X19030095.

19. Сомов Н.В., Чаусов Ф.Ф., Закирова Р.М., Федотова И.В. Синтез, структура и свойства комплексов нитрило-трис-метиленфосфоновой кислоты с никелем [Ni(H2O)3N(CH2PO3H)3] и Na4[Ni(H2O) N(CH2PO3)3]∙11H2O // Кристаллография. 2016. Т. 61, № 2. С. 238–246. https://doi.org/10.7868/S0023476116020260.

20. Сомов Н.В., Чаусов Ф.Ф., Закирова Р.М., Петров В.Г., Шумилова М.А., Александров В.А. Синтез и структура тригидрата бис-нитрило-трис-метиленфосфонатодекааквамоногидрогексанатрийлантаната бис-гексаакванатрия [Na(H2O)6]2[LaNa6H(H2O)10{N(CH2PO3)3}2]·3H2O // Коорд. химия. 2017. Т. 43, № 6. С. 369–375. https://doi.org/10.7868/S0132344X1706010X.

21. Сомов Н.В., Чаусов Ф.Ф., Закирова Р.М. Синтез и структура цезиевых комплексов нитрилотрис-метиленфосфоновой кислоты [Cs-μ6-NH(CH2PO3)3H4] и [Cs2-μ10-NH(CH2PO3H)3]·H2O // Кристаллография. 2017. Т. 62, № 4. С. 587–594. https://doi.org/10.7868/S0023476117040245.

22. Сомов Н.В., Чаусов Ф.Ф., Закирова Р.М., Ломова Н.В., Гильмутдинов Ф.З., Шабанова И.Н., Петров В.Г., Шумилова М.А., Жиров Д.К. Дигидронитрилотрисметиленфосфонатодиртуть(I) ртуть(II) [(HgI2)HgIIN(CH2PO3)3H2]: синтез и структура. // Коорд. химия. 2018. Т. 44, № 1. С. 20–27. https://doi.org/10.7868/S0132344X18010036.

23. Чаусов Ф.Ф., Сомов Н.В., Ломова Н.В., Шабанова И.Н., Закирова Р.М., Петров В.Г., Шумилова М.А. Электронная структура и природа химической связи переходного металла с неинноцентным лигандом в комплексе Na3[Mo(NO)(NH2O){N(CH2PO3)3H}]⋅8H2O // Изв. РАН, сер. физ. 2018. Т. 82, № 7. С. 983–985. https://doi.org/10.1134/S0367676518070141.

24. Wang J., Zhang X.D., Zhang Y., Jia W.G., Liu Zh.R. Coordinate structures of PrIII, GdIII, TmIII, and YbIII complexes with nitrilotriacetic acids // J. Struct. Chem. 2004. V. 45, No 1. P. 114–123. https://doi.org/10.1023/B:JORY.0000041509.59005.d6.

25. Ощепков М.С., Рудаковa Г.Я., Ткаченко С.В., Ларченко В.Е., Попов К.И., Тушева М.А. Современное состояние теории действия ингибиторов солеотложений (обзор) // Теплоэнергетика. 2021. № 5. С. 43–55. https://doi.org/10.1134/S0040363621040056.

26. Попов К.И., Ковалева Н.Е., Рудакова Г.Я., Комбарова С.П., Ларченко В.Е. Современное состояние разработок биоразлагаемых ингибиторов солеотложений для различных систем водопользования (обзор) // Теплоэнергетика. 2016. № 2. С. 46–53. https://doi.org/10.1134/S0040363616010094.

27. Luchini C., Leguay S., Aupiais J., Cannes C., Le Naour C. Complexation of protactinium(V) with nitrilotriacetic acid: A study at the tracer scale // New J. Chem. 2018. V. 42, No 10. P. 7789–7795. https://doi.org/10.1039/C7NJ04683A.

28. Wang S.-Y., Dong X., Chen J.-F. Zhou Z.-H. Iron molybdenum nitrilotriacetate and iminodiacetate-spectroscopy, structural characterization and CO2 adsorption // New J. Chem. 2018. V. 42, No 23. P. 18526–18532. https://doi.org/10.1039/C8NJ03475C.

29. Ерохина Е.В., Галашина В.Н., Дымникова Н.С., Морыганов А.П. Синтез бикомпонентных наночастиц меди и серебра в присутствии нитрилотриметиленфосфоновой кислоты // Российский хим. Журн. 2018. Т. 60, № 5–6. С. 9–16.

30. Kropacheva T.N., Antonova A.S., Kornev V.I. Organophosphonate-functionalized nanosized magnetic iron oxides as sorbents for heavy metal cations // Mendeleev Commun. 2019. V. 29, No 3. P. 358–360. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2019.05.040.

31. Шевченко Г.П., Журавков В.А., Третьяк Е.В., Новиков А.Г., Королик О.В. Синтез и исследование гидрозолей серебра в присутствии комплексонов ряда карбоксиалкилированных аминов // Журн. неорг. химии. 2018. Т. 63, № 1. С. 19–25. https://doi.org/10.7868/S0044457X18010026.

32. Ekebas E., Cetin A., Önal A.M., Esenturk E.N. Magnesium substituted cobalt spinel nanostructures for electrocatalytic water oxidation // J. Appl. Electrochem. 2019. V. 49, No 3. P. 315–325. https://doi.org/10.1007/s10800-018-01285-9.

33. Mendes R.F., Antunes M.M., Silva P., Barbosa P., Figueiredo F., Linden A., Rocha J., Valente A.A., Almeida Paz F.A. A lamellar coordination polymer with remarkable catalytic activity // Chem. – Eur. J. 2016. V. 22, No 37. P. 13136–13146. https://doi.org/10.1002/chem.201602157.

34. Гарифзянов А.Р., Шурыгин И.Д., Черкасов Р.А. Комплексообразующие свойства фосфорорганических аналогов нитрилтриуксусной кислоты – амино(О-алкил)метиленфосфоновых кислот // Журн. общ. химии. 2018. Т. 88, № 9. С. 1517–1523. https://doi.org/10.1134/S0044460X18090160.

35. Гарифзянов А.Р., Шурыгин И.Д., Мирзаянов И.И., Девятов Ф.В. Синтез, кислотно-основные и комплексообразующие свойства этилендиаминтетра(O-алкил)метиленфосфоновых фосфорорганических аналогов этилендиаминтетрауксусной кислоты // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. 2022. Т. 164, кн. 1. С. 5–21. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2022.1.5-21.

36. Шурыгин И.Д., Гарифзянов А.Р., Черкасов Р.А., Ившин К.А., Катаева О.Н. Синтез, кислотноосновные и комплексообразующие свойства N,N,N',N'-тетракис(О-бутил-гидроксифосфорилметил)-1,2-диаминоэтана // Журн. общ. химии. 2017. Т. 87, № 9. С. 1534–1537.

37. Мирзаянов И.И., Гарифзянов А.Р., Девятов Ф.В. Кислотно-основные и комплексообразующие свойства N,N-бис(карбоксиметил)-O,O′-диизопропиламинометилфосфоната // Журн. общ. химии. 2021. Т. 91, № 10. С. 1609–1616. https://doi.org/10.31857/S0044460X21100188.

38. Шурыгин И.Д., Гарифзянов А.Р., Черкасов Р.А. Синтез, кислотно-основные и комплексообразующие свойства бис(О-бутилгидроксифосфорилметил)глицина // Журн. общ. химии. 2017. Т. 87, № 8. С. 1396–1397. https://doi.org/10.1134/S1070363217080394.

39. Сальников Ю.И., Глебов А.Н., Девятов Ф.В. Полиядерные комплексы в растворах. Казань: Издательство Казанского университета, 1989. 288 с.

40. Богатырев О.В., Ямалтдинова А.Ф., Девятов Ф.В. Комплексообразование 1-гидрокси-1,1бисфосфоновой кислоты (HEDP) с марганцем(II) в водном растворе // Учен. Зап. Казан. ун-та. Сер. Ествеств. науки. 2016. Т. 158, кн. 1. С. 44–54.

41. Мусин Д.Р., Рубанов А.В., Девятов Ф.В. Кислотно-основные свойства 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФК) в водных растворах // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. 2011. Т. 153, кн. 3. С. 40–47.

42. Корнев В.И., Алабдулла Г.Ф, Кропачева Т.Н, Батуева Е.В. Гетерополиядерные этилендиаминтетраацетаты кобальта(II) и никеля(II) в водных растворах аминоэтановой кислоты // Журн. неорг. химии. 2016. Т. 61, № 5. С. 692–697. https://doi.org/10.7868/S0044457X1605010X.

43. Девятов Ф.В. Богатырев О.В., Игнатьева К.А. Образование гомои гетероядерных комплексов 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с MnII и FeIII в водных растворах // Изв. АН, сер. хим. 2018. Т. 67, № 8. С. 1369–1375.

44. Девятов Ф.В., Мусин Д.Р. Изучение гомои гетероядерного комплексообразования в системах 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфоновая кислота (HEDP)-эрбий(III) и (HEDP)-эрбий(III)кальций(II) в водном растворе // Изв. АН, сер. хим. 2015. Т. 64, № 8. С. 1866–1870.

45. Корнев В.И., Семенова М.Г. Комплексные соединения никеля(II) с 2-гидроксиэтилиминодиуксусной кислотой в водных растворах дикарбоновых кислот // Журн. неорг. химии. 2012. Т. 57, № 4. С. 681–686.

46. Чеснокова Л.Н. Потенциометрическое изучение процессов комплексообразования ионов лантаноидов (H1) с нитрилотриуксусной и нитрилотриметиленфосфоновой кислотами в водном растворе: автореф. дис. ... канд. хим. наук. Иваново, 2003. 16 с.

47. Anderegg G. Critical survey of stability constants of NTA complexes // Pure Appl. Chem. 1982. V. 54, No 12. P. 2693–2758. https://doi.org/10.1351/pac198254122693.

48. Lee J.H., Byrne R.H. Examination of comparative rare earth element complexation behavior using linear free-energy relationships // Geochim. Cosmochim. Acta. 1992. V. 56, No 3. P. 1127–1137. https://doi.org/10.1016/0016-7037(92)90050-S.

49. Heheey J. Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity. 3rd ed. New York, NY: Harper & Row, 1983. xvi, 936 p.

50. Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Координационная химия редкоземельных элементов. М.: Издво Московского университета, 1979. 254 с.

51. Sinha S.P. A systematic correlation of the properties of the f-transition metal ions // Rare Earths. Structure and Bonding. V. 30. Berlin, Heidelberg: Springer, 1976. P. 1–64. https://doi.org/10.1007/3-540-07887-8_1.

52. Ионова Г.В., Вохмин В.Г., Спицын В.И. Закономерности изменения свойств лантаноидов и актиноидов. М.: Наука, 1990. 240 с.

53. Мартыненко Л.И. Особенности комплексообразования редкоземельных элементов(III) // Успехи химии. 1991. Т. 60, № 9. С. 1969–1999. https://doi.org/10.1070/RC1991v060n09ABEH001125.

54. Sawada K., Kuribayashi M., Suzuki T., Miyamoto H. Protonation equilibria of nitrilotris(methylenephosphonato)and ethylenediamine-tetrakis(methylenephosphonato)-complexes of scandium, yttrium, and lanthanoids // J. Solution Chem. 1991. V. 20, No 8. P. 829–839. https://doi.org/10.1007/bf00675114.