Гидроксамовые кислоты

Общая формула гидроксамовых кислот.

Гидроксамовые кислоты — класс органических соединений, которые содержат функциональную группу RC(O)N(OH)R', где R и R' — углеводородные радикалы. Фактически они представляют собой амиды (RC(O)NHR'), у которых один атом водорода при азоте замещён на гидроксил. Часто используются как хелатирующие агенты металлов. Обладают таутомерией, могут обратимо переходить в гидроксииминовую форму[1].

История

Впервые гидроксамовую кислоту удалось получить в 1869 г. в лаборатории Вильгельма Лоссена. В результате взаимодействия этилоксалата и гидроксиламина была получена оксалогидроксамовая кислота. Чуть позже удалось получить смесь моно-, ди- и трибензоиловых производных гидроксамовых кислот в результате реакции гидроксиламина с хлорангидридом бензойной кислоты[1].

Синтез и реакции

Таутомерный переход гидроксамовой кислоты в гидроксииминовую форму.

Гидроксамовые кислоты обычно получают из сложных эфиров или хлорангидридов карбоновых кислот. Например, синтез бензогидроксамовой кислоты идёт в соответствии со следующим уравнением реакции[2]:

C₆H₅CO₂Me + NH₂OH → C₆H₅C(O)NHOH + MeOH

Также гидроксамовые кислоты могут быть получены из альдегидов при помощи реакции Анджели — Римини^[англ.].

Наиболее известная реакция с участием гидроксамовых кислот — это перегруппировка Лоссена. Алкилирование приводит к образованию сложных алкиловых эфиров гидроксамовых кислот, а ацилирование хлорангидридами карбоновых кислот — ацильных производных гидроксамовых кислот[1].

Физические свойства

Ароматические гидроксамовые кислоты — относительно стабильные кристаллические твердые вещества. В целом, гидроксамовые кислоты — менее сильные кислоты, чем соответствующие им карбоновые (рК около 9)[1].

Координационная химия и биохимия

• Галерея
• 
  Феррихром
• 
  Дефероксамин
• 
  Родоторулиевая кислота

В области координационной химии гидроксамовые кислоты используются в качестве лигандов[3]. Депротонируясь, они превращаются в бидентатные лиганды гидроксоматы, которые связывают ионы металлов. Сродство гидроксоматов к ионам трёхвалентного железа настолько велико, что в результате эволюции у живых организмов появилось целое семейство гидроксамовых кислот, которые функционируют как лиганды и переносчики ионов железа. Такие вещества называются сидерофоры и используются для поглощения ионов железа всеми бактериями и растениями. Использование этих веществ позволяет растворить нерастворимые соединения трёхвалентного железа. Образовавшиеся комплексы затем транспортируются в клетку, где Fe^3+ восстанавливается до Fe^2+. Сродство гидроксоматов к Fe^2+ значительно меньше, чем к Fe^3+, поэтому ион двухвалентного железа легко диссоциирует из такого комплекса. У двудольных, не злаковых и дрожжей восстановление сидерофоров осуществляется внеклеточно, а в клетку поступает свободный ион Fe^2+. У злаков, остальных грибов и бактерий сидерофор транспортируется в клетку целиком, и лишь затем подвергается восстановлению[4].

Использование

Гидроксамовые кислоты широко используются для флотации редкоземельных минералов. Они применяются для концентрирования и экстракции руд, которые затем подвергаются дальнейшей обработке. Некоторые гидроксамовые кислоты (например, вориностат, белиностат, панобиностат и трихостатин А) являются ингибиторами гистондеацетилазы и поэтому обладают антираковыми свойствами. Дефероксамин, — природное производное гидроксамовой кислоты, — используется в качестве противоядия при отравлении железом. Ещё одна природная гидроксамовая кислота — Фосмидомицин, это ингибитор 1-деокси-D-ксилулозо-5-фосфат редуктоизомеразы (ДКФ редуктоизомераза), а салицилгидроксамовая кислота ингибирует альтернативную оксидазу растений и грибов. Кроме того, ведутся исследования по использованию гидроксамовых кислот для переработки отработанного ядерного топлива.

Примечания

1. Beyer-Walter, Lehrbuch der Organischen Chemie, 23. Auflage, S. Hirzel Verlag 1998 ISBN 3-7776-0808-4
2. C. R. Hauser and W. B. Renfrow, Jr «Benzohydroxamic Acid» Org. Synth. 1939, volume 19, p. 15ff.
3. Agrawal, Y K. Hydroxamic Acids and Their Metal Complexes (рус.) // Успехи химии. — Российская академия наук, 1979. — Т. 48, № 10. — С. 948. — doi:10.1070/RC1979v048n10ABEH002422.
4. Miller, Marvin J. Syntheses and Therapeutic Potential of Hydroxamic Acid Based Siderophores and Analogues (англ.) // Chemical Reviews^[англ.] : journal. — 1989. — November (vol. 89, no. 7). — P. 1563—1579. — doi:10.1021/cr00097a011. Архивировано 20 сентября 2018 года.

Литература

• Fouché, K. F.; H. J. le Roux; F. Phillips. Complex formation of Zr(IV) and Hf(IV) with hydroxamic acids in acidic solutions (англ.) // Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry^[англ.] : journal. — 1970. — June (vol. 32, no. 6). — P. 1949—1962. — ISSN 0022-1902. — doi:10.1016/0022-1902(70)80604-2.
• Barocas, A.; F. Baroncelli; G. B. Biondi; G. Grossi. The complexing power of hydroxamic acids and its effect on behaviour of organic extractants in the reprocessing of irradiated fuels--II : The complexes between benzohydroxamic acid and thorium, uranium (IV) and plutonium (IV) (англ.) // Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry^[англ.] : journal. — 1966. — December (vol. 28, no. 12). — P. 2961—2967. — ISSN 0022-1902. — doi:10.1016/0022-1902(66)80023-4.
• Baroncelli, F.; G. Grossi. The complexing power of hydroxamic acids and its effect on the behaviour of organic extractants in the reprocessing of irradiated fuels--I the complexes between benzohydroxamic acid and zirconium, iron (III) and uranium (VI) (англ.) // Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry^[англ.] : journal. — 1965. — May (vol. 27, no. 5). — P. 1085—1092. — ISSN 0022-1902. — doi:10.1016/0022-1902(65)80420-1.
• Al-Jarrah, R. H.; A. R. Al-Karaghouli; S. A. Al-Assaf; N. H. Shamon. Solvent extraction of uranium and some other metal ions with 2-N-butyl-2-ethyl octanohydroxamic acid (англ.) // Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry^[англ.] : journal. — 1981. — Vol. 43, no. 11. — P. 2971—2973. — ISSN 0022-1902. — doi:10.1016/0022-1902(81)80652-5.
• Gopalan, Aravamudan S.; Vincent J. Huber; Orhan Zincircioglu; Paul H. Smith. Novel tetrahydroxamate chelators for actinide complexation: synthesis and binding studies (англ.) // Journal of the Chemical Society^[англ.] : journal. — Chemical Society, 1992. — No. 17. — P. 1266—1268. — doi:10.1039/C39920001266.
• Koshti, Nirmal; Vincent Huber; Paul Smith; Aravamudan S. Gopalan. Design and synthesis of actinide specific chelators: Synthesis of new cyclam tetrahydroxamate (CYTROX) and cyclam tetraacetonylacetone (CYTAC) chelators (англ.) // Tetrahedron : journal. — 1994. — 28 February (vol. 50, no. 9). — P. 2657—2664. — ISSN 0040-4020. — doi:10.1016/S0040-4020(01)86981-7.