Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В ходе первого года выполнения проекта синтезировано 10 новых кислород-содержащих солей фосфония на основе три-трет-бутилфосфина. Соли фосфония (СФ) содержат в своем составе заместители с разными кислород-содержащими функциональными группами, а также анионы разной природы. Полученные соединения охарактеризованы рядом методов физико-химического анализа, структура подтверждена 1H, 13C и 31P ЯМР спектроскопией, ИК спектроскопией, масс-спектрометрией ионизацией электроспреем и для ряда СФ – монокристальным рентгено-структурным анализом. Обсуждены особенности строения и кристаллической упаковки СФ. Установлено наличие классических водородных связей C-H…Hal в кристалле. Оптимизирована методика для тестирования растворения микрокристаллической целлюлозы (50 мкм) в солях фосфония. В связи с тем, что температуры плавления изученных СФ выше 100 °С, для тестирования растворения микрокристаллической целлюлозы был использован со-растворитель – ДМСО и выбрана температура растворения – 80 °С. Подобрана оптимальная методика наблюдения за растворением микрокристаллической целлюлозы в СФ. Оптическая микроскопия оказалась предпочтительнее для оценки растворения целлюлозы нежели электронная микроскопия. Прямое наблюдение в световой микроскоп является более быстрым и удобным методом, в то время как сканирующая электронная микроскопия не позволяет точно оценить массовое соотношение целлюлозы и растворителя. Показано, что строение четвертого кислород-содержащего заместителя в катионе СФ и природа аниона оказывают влияние на скорость растворения целлюлозы. СФ с простоэфирной связью в катионе и хлорид-анионом показали быстрое (5 мин) растворение 1 масс.% целлюлозы. Вероятно, нелинейность кислород-содержащего заместителя и наличие компактного хлорид-аниона обеспечивает образование сильных водородных связей с молекулами целлюлозы, что приводит к растворению микроволокон целлюлозы. Исследования антимикробной активности пространственно затрудненных СФ с кислород-содержащими заместителями показали, что исследуемые соединения неактивны по отношению к Bacillus сereus, Enterococcus faecalis, Escherichia coli и Candida albicans и малоактивны (сравнимы с бактериостатическим препаратом хлорамфениколом) по отношению к Staphylococcus aureus.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В ходе второго года выполнения проекта установлено, что структурные особенности определяют способность солей фосфония (СФ) растворять микрокристаллическую целлюлозу. Примечательно, что атом кислорода в боковой цепи предпочтительно должен находится на расстоянии не более одного атома углерода от фосфора. Это объясняется кислотностью α-протонов и образованием прочных водородных связей. Были выбраны такие условия успешного процесса растворения, как температура, время, со-растворитель, загрузка целлюлозы и соотношение растворителей. Предварительная обработка эфир-содержащими солями фосфония и со-растворителем ДМСО (1:1) приводит к растворению до 5 масс. % микрокристаллической целлюлозы при 80 °C в течение 30 мин. Использование СФ позволяет заменить ДМСО водой для растворения целлюлозы, но при этом значительно увеличивается время процесса. Как и ожидалось, антимикробная активность кислород-содержащих СФ низкая из-за малой длины заместителей в катионе. Исследуемые соединения достаточно безопасны для непатогенных микробов, которые могут выступать в качестве ферментов в процессе переработки биомассы в режиме one-pot. В ходе исследования также была показана низкая токсичность СФ для клеточных линий человека и ракообразных D. magna. Результаты работы могут быть использованы для разработки новых фосфониевых солей для решения конкретных задач. Синтезированы соли фосфония с L- или D-ментолом в качестве заместителя, структура соединений подтверждена рядом физико-химических методов. Проведено детальное изучение свойств хиральных солей фосфония. Показано, что тип алкильного заместителя оказывает существенное влияние на надмолекулярную организацию (взаимное расположение) в кристаллах. Так, по данным рентгеновской дифракции, кристаллы пары изомеров с н-бутильными заместителями кристаллизовались в разных кристаллических системах, что обусловлено структурной гибкостью алкильных цепей и локализацией ментоксиметильных групп в слоистых двумерных областях. В случае второй пары изомеров с трет-бутильными фрагментами ментоксиметильные группы локализованы в одномерных областях и одинаково окружены как трет-бутильными молекулами, так и анионами. Было установлено, что хиральные соли фосфония представляют интерес как потенциальные антимикробные агенты, сопоставимые по действию со стандартным антибактериальным препаратом хлорамфениколом. Антибактериальные свойства хиральных фосфониевых солей выше, чем у молекулы ментола. Бактерицидная активность хиральных солей фосфония, содержащих (1R,2S,5R)-(‒)-ментоксиметильную группу, на порядок выше, чем у других хиральных изомеров. Показано, что механизм действия ХСФ на бактериальные клетки связан с нарушением структуры и проницаемости мембран в отличие от СФ, содержащих длинные алкильные заместители.