ЯМР-спектроскопия комплексов Cu(II) с ω-аминокислотами и сополимером акриламида и акрилата натрия

  • Дмитрий Леонович Кудрявский Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-0993-5721
  • Елена Константиновна Фомина Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-3895-274X
  • Людмила Юльевна Тычинская Институт физико-органической химии НАН Беларуси, ул. Сурганова, 13, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Евгений Доминикович Скаковский Институт физико-органической химии НАН Беларуси, ул. Сурганова, 13, 220072, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0003-0804-1010
  • Светлана Евгеньевна Богушевич Институт биоорганической химии НАН Беларуси, ул. Академика Купревича, 5, корп. 2, 220141, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0003-0587-6960
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-257X-2021-1-85-98

Аннотация

Макромолекулярные комплексы сополимера акриламида и акрилата натрия с микроэлементами, в том числе Cu(II), образуются при приготовлении защитно-стимулирующих составов для растениеводства, в которых сополимер выполняет функции адгезива, водоудерживающего и пленкообразующего компонента. Препараты растениеводческого назначения содержат и аминокислоты, которые защищают растения при действии стрессовых факторов (холод, засуха и т. п.). Карбоксильные группы сополимера, карбоксильные и аминогруппы аминокислот участвуют в образовании смешанных комплексов с ионами Cu(II). При этом количество метиленовых групп, разделяющих амино- и карбоксильную группу аминокислоты, влияет на возможность формирования устойчивого хелатного цикла и, соответственно, на лигандный состав смешанных комплексов ионов Cu(II) с аминокислотой и сополимером акриламида и акрилата натрия. Целью данной работы является установление лигандного состава смешанных макромолекулярных комплексов ионов Cu(II) с сополимером акриламида и акрилата натрия и ω-аминокислотами (β-аланин, γ-аминомасляная кислота, ε-аминокапроновая кислота). Для определения состава комплексов использовали спектроскопию ЯМР 13С и 1H. Обнаружено, что в водном растворе ионов Cu(II) и ω-аминокислот (β-аланин, γ-аминомасляная кислота, ε-аминокапроновая кислота) при мольных отношениях Сu(II) – аминокислота, равных 1 : 6, формируется комплекс, лигандами в котором являются карбоксильные группы аминокислоты. Установлено, что в растворе, содержащем ионы Cu(II), β-аланин и сополимер акриламида и акрилата натрия в мольных отношениях Cu(II) – β-аланин – СОО− сополимера, равных 1 : 6 : 30, образуется хелатное соединение с участием карбоксильных и аминогрупп β-аланина. Кроме того, в состав комплекса входят карбоксильные группы сополимера. Выявлено, что в водном растворе, содержащем ионы Cu(II), γ-аминомасляную либо ε-аминокапроновую кислоту, а также сополимер акриламида и акрилата натрия, в образовании комплекса принимают участие карбоксильные группы аминокислоты и сополимера.

Биографии авторов

Дмитрий Леонович Кудрявский, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник лаборатории структурно-химического модифицирования полимеров

Елена Константиновна Фомина, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории структурно-химического модифицирования полимеров

Людмила Юльевна Тычинская, Институт физико-органической химии НАН Беларуси, ул. Сурганова, 13, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории физико-химических методов исследования

Евгений Доминикович Скаковский , Институт физико-органической химии НАН Беларуси, ул. Сурганова, 13, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук, доцент; ведущий научный сотрудник лаборатории физико-химических методов исследования

Светлана Евгеньевна Богушевич, Институт биоорганической химии НАН Беларуси, ул. Академика Купревича, 5, корп. 2, 220141, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории физико-химических методов исследования

Литература

  1. Wöhrle D, Pomogailo AD. Metal complexes and metals in macromolecules: synthesis, structure and properties. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA; 2003. 685 p. DOI: 10.1002/9783527610778.
  2. Li W, Zhao H, Teasdale PR, John R, Zhang S. Synthesis and characterisation of a polyacrylamide – polyacrylic acid copolymer hydrogel for environmental analysis of Cu and Cd. Reactive and Functional Polymers. 2002;52(1):31–41. DOI: 10.1016/S1381-5148(02)00055-X.
  3. Xie J, Liu X, Liang J. Absorbency and adsorption of poly(acrylic acid-co-acrylamide) hydrogel. Journal of Applied Polymer Science. 2007;106(3):1606–1613. DOI: 10.1002/app.26666.
  4. Çavus S, Gürdag G, Sözgen K, Gürkaynak M. The preparation and characterization of poly(acrylic acid-co-methacrylamide) gel and its use in the non‐competitive heavy metal removal. Polymers for Advanced Technologies. 2009;20(3, special issue):165–172. DOI: 10.1002/pat.1248.
  5. Thomas A, Gaillard N, Favero C. Some key features to consider when studying acrylamide-based polymers for chemical enhanced oil recovery. Oil & Gas Science and Technology – Revue IFP Energies nouvelles. 2012;67(6):887−902. DOI: 10.2516/ogst2012065.
  6. Sojka RE, Bjorneberg DL, Entry JA, Lentz RD, Orts WJ. Polyacrylamide in agriculture and environmental land management. Advances in Agronomy. 2007;92:75–162. DOI: 10.1016/S0065-2113(04)92002-0.
  7. Fomina EK, Krul’ LP, Grinyuk EV. [Phase state of aqueous solutions of acrylamide-sodium acrylate copolymers in the presence of copper, zinc, and manganese ions]. Zhurnal prikladnoi khimii. 2015:88(9):1359–1363. Russian.
  8. Fomina EK, Grinyuk EV, Butovskaya GV, Krul’ LP. [Macromolecular complexes of microelements with acrylamide and sodium acrylate copolymer]. Sviridov readings. 2017;13:294–314. Russian.
  9. Tsivion Y, inventor; Tsivion Y, assignee. Plant feed solutions comprising nutritive metals. United Kingdom patent GB 2411896A. 2005 September 14.
  10. López-Rayo S, Nadal P, Lucena JJ. Novel chelating agents for iron, manganese, zinc, and copper mixed fertilisation in high pH soil-less cultures. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2016;96(4):1111–1120. DOI: 10.1002/jsfa.7183.
  11. Popko M, Michalak I, Wilk R, Gramza M, Chojnacka K, Górecki H. Effect of the new plant growth biostimulants based on amino acids on yield and grain quality of winter wheat. Molecules. 2018:23(2):470. DOI: 10.3390/molecules23020470.
  12. Ertani A, Cavani L, Pizzeghello D, Brandellero E, Altissimo A, Ciavatta C, et al. Biostimulant activity of two protein hydrolyzates in the growth and nitrogen metabolism of maize seedlings. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 2009;172(2):237–244. DOI: 10.1002/jpln.200800174.
  13. Beck W. Metal complexes of biologically important ligands, CLXXII [1]. Metal ions and metal complexes as protective groups of amino acids and peptides – reactions at coordinated amino acids. Zeitschrift für Naturforschung B: A Journal of Chemical Sciences. 2014;64(11–12):1221–1245. DOI: 10.1515/znb-2009-11-1202.
  14. Kudryavsky DL, Fomina EK, Butovskaya GV, Grinyuk EV, Tychinskaya LYu, Skakovsky ED. Macromolecular mixed complexes of copper(II) with glycine and copolymer of acrylamide and sodium acrylate. Polymer Materials and Technologies. 2019;5(4): 21–32. DOI: 10.32864/polymmattech-2019-5-4-21-32. Russian.
  15. Wu G. Amino acids: biochemistry and nutrition. Boca Raton: CRC Press, 2013. 503 p. DOI: 10.1201/b14661.
  16. Ihs A, Liedberg B, Uvdal K, Törnkvist C, Bodö P, Lundström I. Infrared and photoelectron spectroscopy of amino acids on copper: Glycine, L-alanine and β-alanine. Journal of Colloid and Interface Science. 1990;140(1):192–206. DOI: 10.1016/0021-9797(90)90335-l.
  17. Krul’ LP, Shakhno AV, Grinyuk EV, Skakovskii ED, Tychinskaya LY, Gospodarev DA, et al. [Interaction of carboxylated polyacrylamide with chromium(III) acetate: 13C NMR study of mechanism]. Zhurnal obshchei khimii. 2013;83(11):1829–1834. Russian.
  18. Fomina EK, Krul’ LP, Butovskaya GV, Grinyuk EV, Shakhno AV, Skakovskii ED, et al. Structure determination of the macromolecular complexes of microelements with acrylamide and sodium acrylate copolymers by 13C NMR spectroscopy. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical series. 2016;4:80–90. Russian.
  19. Krul’ LP, Nareiko EI, Krakodeev DV, Grinyuk EV, Rybak AS, Skakovskii ED, et al. [13C NMR study of the structure of products formed in base hydrolysis of nitron D polyacrylonitrile fiber]. Zhurnal prikladnoi khimii. 2003:76(6):1006–1008. Russian.
  20. Kitayama T, Hatada K. NMR Spectroscopy of Polymers. Berlin: Springer; 2004. 228 p.
  21. Martell AE, Hancock RD. Metal complexes in aqueous solutions. Berlin: Springer; 1996. 254 p.
Опубликован
2021-04-12
Ключевые слова: сополимер акриламида и акрилата натрия, аминокислоты, макромолекулярные металлокомплексы, смешанные комплексы, ионы Cu(II), водные растворы
Как цитировать
Кудрявский, Д. Л., Фомина, Е. К., Тычинская, Л. Ю., Скаковский , Е. Д., & Богушевич, С. Е. (2021). ЯМР-спектроскопия комплексов Cu(II) с ω-аминокислотами и сополимером акриламида и акрилата натрия. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 1, 85-98. https://doi.org/10.33581/2520-257X-2021-1-85-98
Выпуск
№ 1 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Химия
Раздел
Оригинальные статьи

Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Химия

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).