Гидроксамовые кислоты

Общая формула гидроксамовых кислот.

Гидроксамовые кислоты — это 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.

История

Впервые гидроксамовую кислоту удалось получить в 1869 году, 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.

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:

C₆H₅CO₂Me + NH₂OH → C₆H₅C(O)NHOH + MeOH

Также гидроксамовые кислоты могут быть получены из альдегидов при помощи реакции Анджели-Римини.

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.

Физические свойства

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

Координационная химия и биохимия

• Галерея
• 
  Феррихром
• 
  Дефероксамин
• 
  Родоторулиевая кислота

В области координационной химии гидроксамовые кислоты используются в качестве лигандов. 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. Таки вещества называются сидерофоры, они 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 Fe³⁺ восстанавливается до Fe²⁺. Сродство гидроксоматов к Fe²⁺ значительно меньше, чем к Fe³⁺, 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 Fe²⁺. У злаков, остальных грибов и бактерий сидерофор транспортируется в клетку целиком, и лишь затем подвергается восстановлению.

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.

Литература

• Fouché, K. F.; H. J. le Roux; F. Phillips (June 1970). "Complex formation of Zr(IV) and Hf(IV) with hydroxamic acids in acidic solutions". Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 32 (6): 1949—1962. doi:10.1016/0022-1902(70)80604-2. ISSN 0022-1902. Дата обращения: 24 апреля 2009.
• Barocas, A.; F. Baroncelli; G. B. Biondi; G. Grossi (December 1966). "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)". Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 28 (12): 2961—2967. doi:10.1016/0022-1902(66)80023-4. ISSN 0022-1902. Дата обращения: 24 апреля 2009.
• Baroncelli, F.; G. Grossi (May 1965). "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)". Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 27 (5): 1085—1092. doi:10.1016/0022-1902(65)80420-1. ISSN 0022-1902. Дата обращения: 24 апреля 2009.
• Al-Jarrah, R. H.; A. R. Al-Karaghouli; S. A. Al-Assaf; N. H. Shamon (1981). "Solvent extraction of uranium and some other metal ions with 2-N-butyl-2-ethyl octanohydroxamic acid". Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 43 (11): 2971—2973. doi:10.1016/0022-1902(81)80652-5. ISSN 0022-1902. Дата обращения: 24 апреля 2009.
• Gopalan, Aravamudan S.; Vincent J. Huber; Orhan Zincircioglu; Paul H. Smith (1992). "Novel tetrahydroxamate chelators for actinide complexation: synthesis and binding studies". Journal of the Chemical Society, Chemical Communications (17): 1266—1268. doi:10.1039/C39920001266.
• Koshti, Nirmal; Vincent Huber; Paul Smith; Aravamudan S. Gopalan (1994-02-28). "Design and synthesis of actinide specific chelators: Synthesis of new cyclam tetrahydroxamate (CYTROX) and cyclam tetraacetonylacetone (CYTAC) chelators". Tetrahedron. 50 (9): 2657—2664. doi:10.1016/S0040-4020(01)86981-7. ISSN 0040-4020. Дата обращения: 30 апреля 2009.