Каталитическое циклоприсоединение диазосоединений к C60-фуллерену под действием комплексов переходных металлов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

Туктаров Айрат Рамилевич

КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЕ ДИАЗОСОЕДИНЕНИЙ К Сво-ФУЛЛЕРЕНУ ПОД ДЕЙСТВИЕМ КОМПЛЕКСОВ ПЕРЕХОДНЫХ

МЕТАЛЛОВ

02.00.03 - Органическая химия 02.00.15 - Кинетика и катализ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

1 7 АПР 2014

Уфа-2014

005547333

005547333

Работа выполнена в лаборатории каталитического синтеза Федерального Работа выполнена в лаборатории каталитического синтеза Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института нефтехимии и катализа Российской академии наук

Научный консультант:

доктор химических наук

член-корреспондент РАН Джемилев Усеин Меметович

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, академик РАН Синяшин Олег Герольдович (директор Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института органической и физической химии им. А.Е.Арбузова РАН)

доктор химических наук, профессор Соколов Вячеслав Иванович (заведующий лабораторией стереохимии металлоорганических соединений Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН)

доктор химических наук, профессор Зорнп Владимир Викторович (заведующий кафедрой биохимии и технологии микробиологических производств Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет»)

Ведущая организация:

Федеральное государственное Бюджетпое учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. Н.Н.Ворожцова СО РАН

Защита диссертации состоится « 10 » июня 2014 года в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д.002.062.01 в Институте нефтехимии и катализа РАН по адресу: 450075, Уфа, проспект Октября, 141. Тел./факс: (347) 2842750. E-mail: ink@anrb.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института нефтехимии и катализа РАН и с авторефератом на сайте ВАК Министерства образования и науки РФ.

Автореферат разослан «_ _/» 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук

Шарипов Г.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы} Открытие фуллеренов - новой аллотропной формы углерода, признано одним из удивительных и важнейших открытий в науке XX столетия. А с момента разработки препаративных методов получения фуллеренов химия углеродных кластеров стала одной из самых популярных и бурно развивающихся областей современной органической химии.

Активные фундаментальные и прикладные исследования в области химии фуллеренов, осуществляемые в лабораториях и научных центрах различных стран, включая Россию, направлены, прежде всего, на изучение физических и физико-химических свойств собственно фуллеренов, совершенствование технологии синтеза последних, получению новых классов функциональнозамещенных углеродных кластеров, хорошо растворимых в органических растворителях и поиску перспективных областей применения последних с целью разработки уникальных материалов, нового поколения лекарственных препаратов для лечения опасных заболеваний человека, свето- и магниточувствительных полимерных и композиционных покрытий, органических затворов и проводников тока, а также других ценных веществ с заданными свойствами, представляющих интерес для различных отраслей промышленности и военной техники.

Одним из главных препятствий на путн реализации и применения, указанных выше свойств производных углеродных кластеров, является отсутствие технологичных и промышленно перспективных методов синтеза индивидуальных производных фуллеренов, содержащих функциональные заместители различной природы.

К моменту начала наших исследовашш одним из наиболее популярных методов синтеза практически важных функциональнозамещенных производных фуллеренов, описанных в литературе, считалась и остается до сих пор реакция углеродных кластеров с генерируемыми in situ а-галогенкарбанионами (реакция Бингеля - Хирша), приводящая к метанофуллеренам. Наряду с указанным выше методом синтеза фуллероциклопропанов широкое применение в синтетической практике нашли способы, основанные на циклоприсоединении к углеродным кластерам диазосоединений. Возможность получения 5,6-открытых (гомофуллеренов) и 6,6-закрытых (метанофуллеренов) [2+1]-циклоаддуктов, а также пиразолинофуллеренов, образующихся в ходе термической реакции фуллеренов с диазосоединениями, делает этот метод более привлекательным с синтетической точки зрения. Однако, основным недостатком данной реакции является ее низкая селективность. Между тем, использование комплексов переходных металлов в этой реакции позволяет направить циклоприсоединение диазосоединений к фуллеренам в сторону получения индивидуальных метанофуллеренов, но при этом требуется использование металлокомплексов в стехиомстричсских количествах.

' Автор выражает глубокую благодарность и большую признательность своему учителю, чл-корр. РАН ДЖЕМИЛЕВУ Усеину Меметовичу за выбор направления исследования, постоянное внимание, консультации и помощь в работе

Таким образом, к числу важных недостатков, как в синтезе, так и в применении потенциально перспективных функциональнозамещенных метанофуллеренов являются низкая селективность термических реакций циклоприсоединения диазосоединений к углеродным кластерам, а также использование дорогостоящих комплексов переходных металлов в стехиометрических количествах.

В связи с этим разработка новых, промышленно перспективных каталитических методов селективного циклоприсоединения диазосоединений к фуллеренам с целью получения практически важных индивидуальных, функциональнозамещенных гомо- и метанофуллеренов заданной структуры является важной и актуальной задачей.

Цель и задачи исследования. Разработка эффективных металлокомплексных катализаторов на основе соединений и солей Си, Pd и Rh, способных проводить селективное циклоприсоединение диазосоединений к С60-фуллерену с получением индивидуальных гомо-, метано- и пиразолинофуллеренов заданной структуры, перспективных в качестве нового поколения лекарственных препаратов для лечения опасных заболеваний человека, новых уникальных материалов для электроники, конкурентоспособных присадок к маслам и других ценных веществ и продуктов для различных областей промышленности.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Поиск и разработка новых каталитических систем на основе комплексов и солей Си, Pd и Rh, позволяющих с высокой избирательностью осуществлять циклоприсоединение

диазоалканов к СМ)-фуллереиу.

Изучение основных закономерностей каталитического циклоприсоединения диазоалканов к С60 в присутствии разработанных активных комплексных катализаторов.

2. Создание перспективных каталитических методов синтеза функциональнозамещенных гомо- и метанофуллеренов циклоприсоединением диазоацетатов, диазоамидов, диазотиоатов и диазокетонов к С60-фуллерену с участием наиболее эффективных и селективно действующих многокомпонентных Pd-катализаторов.

3. Разработка перспективных методов синтеза нового поколения потенциальных лекарственных препаратов, основанных на ковалентном связывании современных фармакозначимых соединений с С60-фуллереном с использованием реакции каталитического циклоприсоединения к последнему диазосоединений, синтезированных на основе биологически активных веществ.

4. Изучение биологической активности полученных гибридных молекул на основе углеродных кластеров и фармакозначимых соединений.

5. Изучение трибологических свойств нового поколения присадок на основе синтезированных серасодержащих фуллеренов.

Научная новизна работы. Фундаментальные и прикладные исследования, проведенные в рамках данной диссертационной работы, позволили впервые разработать трехкомпонентные комплексные палладиевые катализаторы, включающие Pd(acac)2, PPh, и AlEt3, которые в зависимости от соотношения исходных компонентов каталитической

системы, способны с высокой регио- и стереоселективностью проводить циклоприсоединение к С6(|-фуллерену диазоалканов, диазоацетатов, диазокетонов, диазотиоатов и диазоамидов различной структуры, в том числе на основе природных соединений, с получением соответствующих индивидуальных гомо-, метано- и пиразолинофуллеренов с высокими выходами.

Впервые осуществлено циклоприсоединение диазоалканов к С60-фуллерену под действием катализатора Р(1(асас)2-РР113-АШ13 (1:2:4) в условиях (хлорбензол, 20°С, 1-1.5 ч), приводящее к получению гомофуллеренов с высокими селективностью и выходами.

Установлено, что в опытах с несимметричными диазоалканами наблюдается образование смеси стереоизомерных 5,6-открытых аддуктов. С увеличением размера алкильного заместителя в исходных диазоалканах происходит преимущественное образование энергетически более выгодного изомера - гомофуллерена с расположением объемного алкильного заместителя при мостиковом углеродном атоме над плоскостью

пятичленного фрагмента С60-фуллерена.

Впервые показано, что моно- и дизамещенные диазометаны, содержащие гетероциклические заместители, в разработанных выше условиях, на катализаторе РфсасЬ-РРЬз-АШ^ (1:2:4) вступают в реакцию с С60-фуллереном с образованием исключительно метанофуллеренов с выходами 40-55%.

Впервые проведено циклоприсоединение циклических диазосоединений различной структуры, в том числе оптически активных, к С60-фуллерену, что позволило разработать эффективный метод синтеза ранее неописанных спиро-гомофуллеренов.

Разработан селективный метод синтеза практически важных карбоксилсодержащих гомо- и метанофуллеренов с высоким выходами циклоприсоединением диазоуксусного эфира к С60, катализируемым системой 1М(асас)2-РРЬ3-А1Е13 в условиях (хлорбензол, 80"С, продолжительность 1-1.5 ч). Данная реакция имеет общий характер и с успехом может быть использована в синтезе индивидуальных карбоксилсодержащих гомо- и метанофуллеренов, имеющих различные заместители в сложноэфирной группе.

Впервые циклоприсоединением диазокетонов к С60-фуллерену в присутствии трехкомпонентного катализатора Р<1(асас)2-РРЬ3-А1Е13 (1:2:4) в условиях (хлорбензол, 80°С, продолжительность 1-1.5 ч) получены соответствующие метанофуллерены с высокими выходами и селективностью. Установлено, что диазокетоны, содержащие в своей молекуле гетероциклические фрагменты с атомами азота, реагируют с С60-фуллереном, давая целевые метанофуллерены с более высокими выходами (в ~ 2 раза).

С целью разработки на основе функциональнозамещенных С60-фуллеренов нового поколения лекарственных препаратов для лечения опасных заболеваний человека осуществлено ковалентное связывание С„, с современными фармакозначимыми соединениями через стадию получения соответствующих диазосоединений.

Синтезированные таким образом гибридные молекулы на основе С60-фуллерена проявили высокие антиоксвдантные и цитотоксические свойства по отношению к клеткам опухоли Р-815.

В рамках Государственного контракта № 8584 (Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы») выполнена программа исследований по разработке перспективных для практического применения серасодержащих гомо-, метано- и лиразолинофуллеренов циклоприсоединением диазоалканов, диазокетонов и диазотиоатов, в молекуле которых присутствуют атомы серы , а также сульфоксидные и сульфоновые группы, к С60-фуллерену под действием комплексных палладиевых катализаторов.

В результате впервые получены новые классы фуллереновых серасодержащих присадок к маслам, введение которых в количестве 0.005 мас.% в широко применяемые индустриальные масла позволяет увеличить ресурс высоконагруженных механизмов в несколько раз.

Фундаментальные и прикладные исследования, выполненные в рамках данной диссертационной работы, позволили разработать новое направление в химии кластерных соединений - «металлокомплексный катализ в химии фуллеренов».

Практическая значимость работы. В результате проведенных исследований впервые разработаны перспективные для практического применения препаративные каталитические методы селективной функционализации С60-фуллерена с помощью диазоалканов, диазоацетатов, диазокетонов, диазоамидов и диазотиоатов различной структуры, в том числе на основе природных соединений и широко применяемых фармаконов с получением соответствующих индивидуальных гомо-, метано- и пиразолинофуллеренов с высокими выходами.

В рамках работ по государственному контракту № П1218 (Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы») разработаны фосфиновые комплексы Р<1 для селективного циклоприсоединения диазосоединений к С6о-фуллерену.

В результате проведенных исследований разработаны перспективные для практического применения методы синтеза важных гомо-, метано- и ранее труднодоступных пнразолинофуллеренов с высокими выходами и селективностью.

В рамках работ по государственному контракту № 14.740.11.0014 (Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы») разработаны эффективные методы синтеза потенциальных лекарственных препаратов для лечения опасных заболеваний человека на основе фармакозначимых соединений и С60-фуллерена.

В рамках работ по государственному контракту № 8584 (Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы») разработаны методы синтеза практически важных серасодержащих гомо-, метано- и пиразолинофуллеренов с высокими выходами и селективностью. Установлено, что синтезированные серасодержащие производные С6о значительно повышают противоизносные и противозадирные свойства масел при введении последних в базовые и широко применяемые в промышленности присадки.

Апробация работы. Основные положения работы представлены на VIH-th и IX Biennial International Workshop "Fullerenes and atomic clusters" IWFAC'2009 (St.Petersburg, 2009), III Российской конференции (с международным участием) «Актуальные проблемы нефтехимии» (Звенигород, 2009), Всероссийской конференции по органической химии, посвященной 75-летию со дня основания Института органической химии им. Н.Д.Зелинского РАН (Москва, 2009), Всероссийском научно-инновационном конкурсе в рамках программы УМНИК «Разработка инновационных технологий получения наноразмерных структур органических веществ» (Махачкала, 2009), International Symposium "Advanced Science in Organic Chemistry" (Crimea, Miskhor, 2010), Международном симпозиуме «Химия алифатических диазосоединений: достижения и перспективы» (С.-Петербург, 2011), Joint International Conference «Advanced Carbon Nanostructures ACN» (St.Petersburg, 2011 и 2013), XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011), Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2012), Всероссийской конференции «Органический синтез: химия и технология» (Екатеринбург, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 50 работ, из которых 1 глава в зарубежной монографии, 1 обзорная статья, 20 статей в ведущих рецензируемых российских и зарубежных научных журналах, 16 патентов РФ на изобретения, 12 публикаций в виде тезисов международных и российских научно-практических конференций.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора на тему «Металлокомплексный катализ в химии фуллеренов», обсуждения результатов, экспериментальной части и выводов. Материал диссертационной работы изложен на 329 страницах компьютерного набора (формат А4), включает 19 таблиц, 26 рисунков и список литературы (195 наименований).

Работа выполнена в соответствии с научным направлением Института нефтехимии и катализа РАН по бюджетным темам «Металлокомплексный катализ в химии металлоорганических соединении непереходных металлов» (№ Гос.рег. 01.200.204378) и «Комплексные катализаторы в химии непредельных, металлоорганических и кластерных соединений» (№ Гос. per. 01.200.850048).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

1. Реакции циклоприсоединения диазоалкаиов к С60-фуллереиу,

катализируемые комплексами Pd

Анализ литературных данных показал, что интерес к реакции фуллеренов с диазосоединениями обусловлен возможностью получения наряду с метанофуллеренами 5,6-открытых изомеров (гомофуллеренов) и фуллеропиразолинов. Однако, как правило, низкая селективность данной реакции несколько снижает ее практическую ценность. В мировой литературе известно всего несколько примеров циклоприсоединения диазосоединений к

С6о-фуллерену, приводящее к селективному образованию 6,6-захрытых адцуктов, при этом для осуществления этих реакций используют дорогостоящие Ю12(ОАс)4 и Рс1(ОАс)2 в стехиометрических количествах, вследствие чего предложенные методы не нашли широкого применения.

1.1. Циклоприсоединеиие диазометана к С60-фуллереиу, катализируемое Рс1(асас)2.

На первом этапе наших исследований мы на примере простейшего представителя диазоалканов - диазометане разработали эффективные комплексные катализаторы, а также оптимальные условия для осуществления реакции циклоприсоединения СЩ^ к С60-фуллерену и полученные результаты распространили на диазосоединения более сложного строения.

Из числа испытанных катализаторов на основе солей и соединений Си, Рс1 и КЪ, наибольшую активность и селективность действия в реакции раствора диазометана в эфире с С60 (соотношение 2:1, 20°С, 1 ч, толуол) проявил Рё(асас)2, который способствует образованию гомофуллерена 1 с выходом -60%. Увеличение температуры указанной реакции до 40°С приводит к образованию смеси гомо- 1 и метанофуллеренов 2 с общим выходом -60% в соотношении 2:3 соответственно. Дальнейшее увеличение температуры реакции, а также замена растворителя толуола на хлорбензол, о-дихлорбензол или 1,2,4-трихлорбензол не приводит к увеличению выхода 6,6-закрытого адцукта 2.

20-С, 1 ч

Pd(acac)2

Л/.

1 ' 2

При взаимодействии С60-фуллерена с диазометаном, генерируемым in situ из N-метил-А-нитрозомочевины и водного раствора КОН, в присутствии 20 мол.% Pd(acac)2 (40°С, 2 ч, толуол) образуется смесь гомо-1 и метанофуллерена 2 с общим выходом -60% в соотношении 1:1 соответственно.

кон

40°С, 2 ч Pd(acac)2

I

Me—N Ntt,

К.ОН 40°С, I ч

Pd(acac)2 хлорбензол

1 2

Обнаружено, что значительное влияние на селективность реакции С60-фуллерена с генерируемым in situ диазометаном оказывает природа используемого растворителя. Так, проведение указанной реакции в хлорбензоле является более предпочтительным, поскольку позволяет селективно получать метанофуллерен 2 с высоким выходом.

На основании литературных и собственных экспериментальных данных можно предположить, что циклоприсоединеиие раствора диазометана в эфире к С«) осуществляется по механизму 1,3-диполярного циклоприсоединения с образованием

первоначально пиразолинофуллерена А. Присутствие в реакционной массе катализатора Р<1(асас)2 приводит к увеличению скорости экструзии молекулы N2 из пиразолинового цикла и формированию бирадикала Б. Последующая рекомбинация бирадикала Б дает целевоой гомофуллерен 1.

Проведение вышеописанной реакции в условиях генерации CH2N2 in situ из нитрозометилмочевины, на первом этапе происходит восстановление Pd(acac)2 диазометаном до низковалентного комплекса палладия В, стабилизированного в растворе олефиновыми лигандами (Сй0 или этилен, выделяющийся при восстановлении Pd(acac)2) либо ацетилацетонатными группами. В результате окислительного присоединения комплекса В к С60-фуллерену образуется фуллеропаладациклопропан Г, последующее взаимодействие которого с диазометаном можно представить в двух вариантах. В первом случае, диазометан реагирует с палладациклопропаном Г по поляризованной Pd-C связи с одновременным элиминированием молекулы N2 и образованием интермедиатного фуллеропалладациклобутана Д, в дальнейшем трансформирующийся в целевой метанофуллерен 2 с регенерацией низковалентного комплекса палладия В. В альтернативном варианте молекула диазометана вытесняет один из дигандов с одновременным элиминированием N2 и образует палладий-фуллерен-карбеновый комплекс Е, который непосредственно дает метанофуллерен 2 либо последний образуется из интермедиата Д.

Е

Таким образом, полученные результаты позволили сделать вывод, что цикпоприсоединение диазометана к С6о-фуллерену в присутствии Pd(acac)2, проходит в

Pd(acac)

CH2Nj (in situ)

зависимости от условий реакции с получением индивидуальных гомо- либо метанофуллеренов с достаточно высокими выходами.

1.2. Каталитическое циклоприсоедипение чоно- и дизамешенпых диазометаиов к С6о-фуллерену

Принимая во внимание крайне низкую стабильность диазоалканов нами было принято решение при проведении экспериментов с фуллереном использовать методику генерирования моно- и дизамещенных диазометанов in situ окислением гидразонов соответствующих альдегидов или кетонов с помощью Мп02.

При изучении реакции С60-фуллерена с генерируемыми in situ moho- и дизамещенными диазоалканами мы обнаружили, что Pd(acac)2, проявляющий наибольшую каталитическую активность в циклоприсоедйнении диазометана к С6о, малоэффективен в случае замещенных диазометанов. Поэтому на примере модельной реакции циклоприсоединения диазоэтана, генерируемого in situ окислением гидразона ацетальдегида с помощью Мп02, к С60-фуллерену был осуществлен поиск новых катализаторов, способных проводить эту реакцию с высокой селективностью. В предварительных экспериментах показано, что из числа испытанных катализаторов на основе Cu, Pd и Rh, наиболее высокую эффективность и селективность действия проявляет трехкомпонентный катализатор, приготовленный in situ из Pd(acac)2, PPh3 и Et3Al, взятый в количестве 20 мол.% по отношению к Сбо с соотношением исходных компонентов 1:2:4 соответственно. В этих условиях наблюдается образование исключительно гомофуллерена 3 с выходом ~35%. Без катализатора селективность циклоприсоединения модельного диазосоединения к С60-фуллерену снижается, а именно, в ходе указанной реакции образуется смесь 6,6-закрытого 5 и стереоизомерных 5,6-открытых 3 и 4 аддуктов С60 с низкими выходами < 10 %.

/j%\ /н мпо, Lf\\

tvA^/T) + nh2-N=C -:—». Ю=0] +

V kat

з

Последующими экспериментами нашли, что проведение реакции диазоэтана с С60-фуллереном в хлорсодержащих растворителях (хлорбензол и 1,2-дихлорбензол) позволяет увеличить выход целевого гомофуллерена 3 с 35% до 60-70%. Обнаруженный эффект может быть обусловлен хорошей растворимостью исходного С00 в хлорсодержащих ароматических растворителях, в результате чего удается значительно увеличить концентрацию С60-фуллерена в реакционной смеси.

В разработанных условиях (20 мол.% Pd(acac)2-2PPh3-4Et3AI, 20°С, 30 мин, о-дихлорбензол) монозамещенные диазометаны, генерируемые окислением гидразонов бутаналя, пентаналя, гексаналя и октаналя, а также гидразонов ароматических альдегидов с помощью Мп02, взаимодействуют с С60-фуллереном с образованием индивидуальных

гомофуллеренов (6-11) с расположением алкильного заместителя над плоскостью пятичленного фрагмента молекулы С60-фуллерена с выходом 35-58%. С увеличением размера алкильного заместителя в исходных диазоалканах выход целевых 5,6-открытых циклоадцуктов снижается, что может быть связано с увеличением стабильности генерируемых диазоалканов в указанном ряду. Гидразон ундеканаля в указанную реакцию не вступает вследствие его низкой растворимости в органических растворителях.

+ nii2-nc'

У Мп°2

S Pd(acac)2:2PPh3:4Et3A!

6: R=Pr (55%); Т. R=Bu (58%); 8; R=Ani (50%); 9: R-Hcpt (35%); 10: R- Ph (55%); 11: R= Naph (50%)

Мы предположили, что образование гомофуллеренов в реакции С60 с диазоалканами, генерируемыми in situ окислением гидразонов альдегидов и кетонов, включает формирование налладацийклопропановых А и палладий-фуллерен-карбеновых Б комплексов в качестве ключевых интермедиатов, последовательные трансформации которых приводят к целевым 5,6-открытым [2+1 ]-циклоаддуктам.

Pd(acac)2+2PPh3+4Et3Al

PdL.

В отличие от монозамещенных диазометанов, дизамещенные диазоалканы, генерируемые ш situ окислением гидразонов метилэтил-, метил-изо-бутил-, метилгексил-, метилоктил- и метилциклопропил кетонов с помощью Мп02, вступают в реакцию с С60-фуллереном в разработанных условиях (20°С, 30 мин, 20 мол.% Pd(acac)2-2PPh3-4Et3Al) с образованием смеси стереоизомерных 5,6-открытых циклоадцуктов 12 а-д и 13 а-д, различающихся положением метальной группы при мостиковом углеродном атоме,

соотношение которых определялось сравнением интегральных кривых в спектре ЯМР "Н характеристичных синглегных сигналов атомов водорода метальной группы при мостиковом углеродном атоме (табл. 1). При использовании гидразона ацетофенона в указанной реакции образуется индивидуальный гомофуялерен 12е. Симметричный дизамещенный диазометан, генерируемый из гидразона ацетона, в каталитической реакции с С60, как и следовало ожидать, приводит к соответствующему индивидуальному гомофуллерену 12ж с выходом ~70%.

r-

/

\ Pd(acac)2:2PPh3:4Et3Al

12 (а-ж)

Таблица 1. Общий выход и соотношение соединений 12 и 13

N° соединения R R' Общий выход соединений Соотношение стереоизомерных гомофуллеренов

12 13

а Me Et 50 3 2

б Me i-Bu 45 2 1

в Me Hex 43 3 1

г Me Oct 40 4 1

Д Me cyclo-Pr 55 3 1

е Me Ph 53 1 -

ж Me Me 70 1 -

Расположение метальной группы при мостиковом углеродном атоме в соединениях 12 а-е и 13 а-д над шестичленным или нятичленньш фрагментом молекулы определялось сравнением характеристичных синглегных сигналов атомов водорода метальной группы по спектру ЯМР *Н с аналогичными соединениями, описанными в литературе. Так, например, для гомофуллеренов 12 а-е синглетный сигнал характерный для атомов водорода метальной группы при мостиковом углеродном атоме находится в более сильном поле (8(Н)= 1.16-1.19 м.д.), чем для стереоизомерных гомофуллеренов 13 а-д (б(Н)= 3.12-3.17 м.д.). В свою очередь, сигналы атомов водорода алкильных заместителей в 5,6-открытых аддуктах 12 а-е расположены в более слабом поле по сравнению с аналогичными сигналами соединений 13 а-д.

Известно, что 5,6-открытые циклоадцукты, содержащие заместители при мостиковом углеродном атоме, могут бьгть подвергнуты изомеризации в соответствующие метанофуллерены. В связи с этим, а также с целью получения ранее неописанных метанофуллеренов, нами осуществлена термическая изомеризация синтезированных моно-

(3, 6-11) и дизамещенных гомофуллеренов (12 а-ж и 13 а-д). В результате, при кипячении указанных циклоаддуктов в толуоле за 14 ч происходит количественное образование индивидуальных 6,6-закрытых изомеров 5, 14-26.

3,6-11 5,14-19

3,5: R-Me; 6,14: К-Рг; 7, 15: R-Bu; Я, 16: R=Am; 9,17: R=l Icpt; 10,18: R=Ph; 11,19: R-Naph.

12 (a-*) 13 (а-д) 20-26

12a,13a,20: R=Me, R^F.t; 125,136,21: R=Mc, RW-Bu; 12в,13в,22: R=Me, R^llex;

12r,13r,23: R-Ms, R^Oet; 12,1,13,1,24: R-Me, R^-cyclo-Pr; 12e,25:R-Me, R^rh;

12ж,26: R-R'-Me;

Таким образом, нами разработан эффективный каталитический метод циклоприсоединения к Сб0-фуллерену моно- и дизамещенных диазометанов различной структуры, основанный на генерировании последних in situ окислением гидразонов альдегидов или кетонов с помощью Мп02 в присутствии каталитической системы Pd(acac)2:2PPh3:4Et3Al. В этих условиях удается селективно получать соответствующие гомофуллерены с достаточно высокими выходами.

1J. Циклические диазосоедннения в реакциях с С60-фуллереном, катализируемых Pd(acac)2-2PPh3-4Et3Al.

В развитие исследуемых выше реакций циклоприсоединения моно- и дизамещенных диазометанов к С60 в присутствии трехкомпонентной каталитической системы Pd(acac)2-2PPh3-4Et3Al мы попытались распространить данный метод на циклические диазосоедннения с одновременным изучением влияния природы и структуры исходных диазоциклоалканов на выход и селективность образования целевых [2+1]-циклоаддуктов.

Установлено, что при взаимодействии Ci0 с диазоциклоалканами, генерируемыми in situ окислением гидразонов циклопентанона, циклогексанона, циклогептанона и циклооктанона с помощью Мп02, (мольное соотношение 1:1.5) в присутствии 20 мол.% трехкомпонентного катализатора Pd(acac)2-PPh3-Et3Al (1:2:4) в условиях (~20°С, 1.5 ч, толуол) образуются исключительно спиро-томофуллерены 27-30 с выходом 70-80 %.

+

MnO;, 2CC, 1.5 ч Pd(acac)2:2PPh,:4EtjAI

27:n=l; 28: n-2; 29: n=3; 30: n-4; 31: n=6; 32: >1=7

Увеличение размера цикла в исходном диазосоединении до 10 и 11 углеродных атомов приводит к резкому снижению выхода соответствующих с«нро-гомофуллеренов 31 и 32 до 15 и 10% соответственно, что может быть связано с увеличением стабильности синтезируемых in situ циклических диазоалканов, а также со стерическими затруднениями. Дальнейшее увеличение размера цикла приводит к тому, что диазоциклододекан не вступает в указанных выше условиях в реакцию с С60-фуллереном, что вероятно связано с плохой растворимостью синтезированного гидразона в органических растворителях.

Термическая изомеризация полученных сш/ро-гомофуллеренов 27-30 кипячением в толуоле в течение 12 ч приводит к количественному образованию соответствующих индивидуальных сш//;о-метанофуллеренов 33-36.

27:п=1;28:п=2; 33: п=1; 34: п=2;

29:п=3;30:п=4; 35:11=3; 36: п=4

Согласно литературным данным, расчетным путем было предсказано, что бис-спиро-метанофуллерен с расположением присоединенных адендов в транс-1 положении, перспективен в качестве ингибитора HIV-1 протеазы.

С целью изучения возможности синтеза транс-l бис-спиро-аддуктов мы исследовали циклоприсоединение второй молекулы диазоциклоалканов к соответствующим аддуктам моноприсоединения 27-30. Обнаружили, что при взаимодействии диазоциклопентана или диазоциклогексана, генерируемых in situ окислением соответствующих циклических гидразонов, со спиро-гомофуллеренами 27 или 28 наблюдается образование смеси региоизомерных бис-аддуктов 37 и 38. С увеличением размера цикла в исходном диазоциклоалкане, а также в ст/ро-гомофуллерене происходит преимущественное образование бис-сиг/роаддуктов 39, 40 с анты расположением присоединенных аддендов подобно транс-1 бис-метанофуллеренам. Из-за низкого выхода моноаддуктов 31 и 32, подобные эксперименты с последними не проводились.

n=l;2

МлО;, 20°C, 1.5 ; Pd(acac),:2PPh,:4Et,

27: n=l; 28: n-2

37: n=l; 38: n-2

In

+ .N=Ol„

T HjN ^^ '

n=3;4

MnO,,2l)"C, 1.5 < Р1|(асас)2:2РРК,.4Е1зА1

29: n»3; 30: n=4

39: n=3; 40: tl=4

В спектрах ЯМР 13C соедхшений 39 и 40 наблюдается увеличение интенсивностей сигналов углеродных атомов в сильном поле, принадлежащих атомам углерода вторично присоединенных аддендов по сравнению со спектрами соответствующих аддуктов моноприсоединения 29 и 30. В то же время наблюдается уменьшение количества сигналов лр2-гибридизованных углеродных атомов фуллереновой сферы, что свидетельствует о высокой симметрии полученных бмс-аддуктов 39 и 40, что также указывает на апти расположение присоединенных аддендов подобно транс-1 бг<с-метанофуллеренам.

Таким образом, в результате проведенных исследований показано, что циклические диазоалканы, генерируемые in situ окислением соответствующих циклических гидразонов с помощью МЮ2, легко вступают в реакцию циклоирисоединения с С60-фуллереном под действием трехкомпонентного катализатора Pd(acac)2-PPh3-Et3Al, образуя селективно спиро-гомофуллерены с достаточно высокими выходами (70-80%).

1.4. Циклоприсоединение каркасных п полнциклическпх диазоалканов к С60-фуллерену в присутствии катализатора Pd(acac)2-2PPh3-4Et,AI

С целью изучения влияния природы и структуры исходных циклических диазоалканов на направление и селективность циклоприсоединения исследовали взаимодействие каркасных и полициклических диазоалканов к С60.

В качестве объектов исследования выбраны диазосоединения, синтезируемые in situ окислением рацемических гидразонов камфоры, 2-адамантанона и оптически активного холестан-3-она с помощью Мп02.

Установлено, что в разработанных ранее условиях (20 мол.% Pd(acac)2-2PPh3-4Et3Al, 20°С, 1.5 ч, о-дихлорбензол) 2-диазо-1,7,7-триметилбицикло[2.2.1]гептан и 2-диазоадамантан, генерируемые окислением гидразонов соответствующих кетонов с помощью Мп02, взаимодействуют с С60-фуллереном с образованием сииро-гомофуллеренов 41 и 42 с выходом ~38%.

В качестве модельного объекта исследования циклоприсоединения полициклических диазосоединений к С6о-фуллерену в условиях металлокомплексного катализа нами был выбран гидразон холестан-3-она. Проведенными экспериментами было показано, что

взаимодействие диазопроизводного холестана с С60 приводит к образованию смеси стереоизомерных 5,6-открытых цихлоаддуктов 43 и 44 с общим выходом -40% в соотношении 3:2 соответственно.

Стереоизомерные гомофуллерены 43 и 44 отличаются расположением метиленовой группы С(2')Н2 холестанового фрагмента над плоскостью шестичленного фрагмента (43) или пятичленного фрагмента (44) фуллереновой сферы, о чем свидетельствует удвоенный набор сигналов с соотношением интенсивностей 3:2 в спектрах ЯМР 'Н и 13С полученной смеси.

Ол/ро-гомофуллерепы 41-44, содержащие в своей структуре каркасные и полициклические соединения, были также подвергнуты термической изомеризации. При этом было установлено, что соединеши 41 достаточно легко изомеризуется в соответствующий 6,6-закрытый аддукг 45 при кипячении в толуоле в течение 15 ч в отличие от сии/га-гомофуллеренов 42-44, которые не подвергаются термической изомеризацш! даже при кипячении в о-дихлорбензоле в течение 100 ч.

Ме

Таким образом, впервые показана возможность циклоприсоединенпя каркасных и полициклических диазоалканов к С60-фуллерену в присутствии трехкомпонентного катализатора на основе РсЗ, приводящая к соответствующим сяиро-гомофуллеренам с высокими выходами.

1.5. Каталитическое цпклоприсоединение оптически активных диазоалканов к С60-фуллерепу, катализируемое Pd(acac)2-2PPh3-4Et3Al

В продолжение исследования каталитического циклоприсоединения циклических диазоалканов к С60-фуллерену мы попытались вовлечь в эту реакцию хиральные диазосоединения, надеясь на возможность осуществления селективного синтеза ранее не описанных оптически активных сш/ро-гомофуллеренов. Выдвинутую идею удалось реализовать на примере оптически активных гидразонов, синтезированных из (-)- и (+)-ментона, а также d- и /-камфоры.

Как выяснилось, диазосоединения, синтезированные in situ окислением вышеуказанных оптически активных гидразонов с помощью Мп02, вступают в реакцию с С60 в присутствии 20 мол.% Pd(acac)r2PPh3-4Et3Al (20°С, 1 ч) с образованием индивидуальных сиыро-гомофуллеренов 46-49 с выходом 40-45%.

Условия реакции: 20"С, 1 ч, растворитель - о-ДХБ, 20 мол.% Рё(асас)2:2РРЬ3:4Е13А1

Учитывая, что при взаимодействии С60-фуллерена с диазосоединениями, синтезированными на основе оптически активных ментонов и камфоры, асимметрические центры исходной хиральной молекулы не затрагиваются, то можно было предположить, что в полученных целевых циклоаддуктах 46-49 конфигурация хиральных центров будет сохраняться.

С целью более надежного доказательства стереохимии синтезированных оптически активных сгсмрогомофуллеренов 46-49 был использован метод кругового дихроизма (КД), который часто применяется прн изучении оптически активных молекул, в том числе и производных фуллеренов.

Индуцированные эффекты Коттона (ЭК) в спектрах КД энантиомера 46 и его антипода 47 (рис. 1), оказались зеркально идентичными для всех наблюдаемых экстремумов в интервале длин волн 300-800 нм. Оба указанных соединения демонстрируют экстремумы

Mi

47

46

48

49

при 589 и 650 нм, характерные для электронных тг-тг переходов производных фуллерена. ЭК оказались положительными для 46 и отрицательными для его антипода 47. В коротковолновой части спектров соединений 46 и 47 наблюдались также и другие экстремумы (при 432 и 550 нм), имеющие противоположные знаки. В случае гомофуллеренов 48 и 49, синтезированные на основе гидразонов d- и /-камфоры, также наблюдается зеркальное отображение спектров КД (рис. 1) для коротковолновых и длинноволновых значений ЭК.

АД. ю-в SOO -

400 ■ 2С0 -

О -200 .400 '-¿00

лд -а-*

8СО-¿00 «О

-4С0

SC0

400 5С0 603

"00 SC0 ГШ)

Рис. 1. Спектры КД симро-гомофуллеренов 46-49 в хлороформе.

Кипячение в толуоле 5,6-открьттых сш/ро-циклоаддуктов 46-49 в течение 15 ч приводит к их количественной изомеризации в соответствующие метанофуллерены 50-53. 46 47

по°с толуол 15 ч 110°С, толуол

Ме \ Ме

Ме *-Ме Мс

С

50 51

В случае метанофуллеренов 50,51 и 52,53 можно также наблюдать зеркальное отражение экстремумов во всем диапазоне соответствующих КД спектров (рис. 2).

Рис. 2. Спектры КД сш/ро-метанофуллеренов 50-53 в хлороформе.

Во всех исследованных нами гомо- и метанофуллеренах адденды имеют природу насыщенных алканов без каких-либо хромофорных групп, поэтому имеющиеся в спектрах КД несколько эффектов Коттона в диапазоне 300 - 750 нм должны быть обязаны своим происхождением асимметрически возмущенным электронным переходам собственно фуллеренового ядра или, возможно, полосе переноса электрона от адденда к ядру. В изотропных УФ-видимых спектрах С60 и других фуллеренов слабые электронные переходы не проявляются, но соответствующие им эффекты Коттона могут наблюдаться в спектрах КД под влиянием хиралыгости структуры. Известно, что в УФ-видимых спектрах для метанофуллеренов характерна слабая полоса в области 430 нм, которая не наблюдается в гомофуллеренах. Однако в изученных моделях соответствующие этой длине волны ЭК присутствуют в КД спектрах всех соединений, в том числе и 5,6-открытых изомерах. Это означает, что электронный переход имеет место и в сииро-гомофуллеренах, но в изотропных спектрах он не проявляется в силу малой интенсивности или из-за запрета по симметрии.

Еще одним неожиданным и удивительным наблюдением оказалась разница в спектрах КД гомо- и метанофуллеренов, а именно, было обнаружено, что в некоторых областях спектров КД ЭК имеют противоположный знак.

Учитывая, что в качестве исходных мономеров использовались оптически чистые (-)-и (+)-ментон, а также d- и /-камфора, была предпринята попытка измерения оптических углов вращения плоскости поляризации синтезированных гомо- 46-49 и метанофуллеренов 50-53.

Усредненное значение [a]D энантиомерных гомофуллеренов 46 и 47 составляет +176±5 (с 0.028, СНСЬ) и -173±4 (с 0.028, СНС1,), а соединений 48 и 49 +120±2 и -114±2 соответственно. Статистическая выборка в данном случае обусловлена низкой концентрацией растворов. Более высокие концентрации растворов соединений 46-49 имеют темную окраску и существенно поглощают при измеряемой длине волны, вследствие чего значение угла вращения более концентрированных растворов измерить не удалось.

Усредненное значение угла вращения спиро-метанофуллеренов 50-53, также измеренное при концентрации с 0.028 в СНСЬ, составляет -13±1 (50), 15±1 (51), -24±1 (52) и 27±1 (53).

Как видно, усредненные значения углов вращения гомофуллеренов и соответствующих им изомерных метанофуллеренов имеют противоположные знаки, что также было зарегистрировано в их КД спектрах.

Таким образом, впервые разработан эффективный метод синтеза оптически активных гомо- и метанофуллеренов циклоприсоедипением хиральных диазоалканов к С60-фуллерену в присутствии трехкомпонентного катализатора Pd(acac)2:2PPh3:4Et3Al.

1.6. Каталитическое циклоприсоедипение гетероатомсодержащих линейных и циклических диазоалканов к С6о-фуллсрсну.

С целью расширения области приложения разработанной каталитической системы Pd(acac)2:2PPh3:4Et3Al, а также изучения влияния структуры исходного диазосоединения на

направление и селективность образования целевых циклоаддуктов мы исследовали циклоприсоединение к С60-фуллерену диазоалканов, содержащих гетероциклы.

Установлено, что в отличие от моно- и дизамещенных диазометанов, содержащих алкильные либо ароматические заместители, диазоалканы, в структуре которых содержатся тиенильный или фуранильный фрагменты, вступают во взаимодействие с С60 с образованием исключительно метанофуллеренов 54-56, при этом второй заместитель в исходном диазосоединении, как видно из схемы, не влияет на выход и состав целевых аддуктов. Отсутствие примеров присоединения к С60-фуллерену диазосоединении, содержащих пиррольные фрагменты обусловлено высокой стабильностью гидразонов, синтезированных на основе N-метилпиррола, диазопроизводных.

г\ г\

к окислению до соответствующих

54 (-43%)

[Pd] = Pd(acac)2-2PPh,^Et3Al

55: R= Me (-50%)

Для нас оставалось неясным, является ли наличие гетероциклического фрагмента в молекуле исходного диазосоединения основным фактором, влияющим на избирательность циклоприсоединения к С60-фуллерену или эту селективность определяет имеющийся в молекуле гетероатом.

Для проверки данного феномена в качестве исходных объектов исследования в указанной реакции выбрали диазосоединения, полученные из гидразонов соответствующих альдегидов и кетонов, которые не содержат гетероатома в циклическом фрагменте.

Установили, что при взаимодействии С60 с 1,5-кратным избытком 2-диазо-З-(пентилтиометил)-, 2-диазо-3-(циклогексилтиометил)бутаном, либо 4-

метилтиофенилдиазометана, генерируемыми in situ окислением гидразонов соответствующих кетонов и альдегида, в присутствии 20 мол.% трёхкомпонентного катализатора Pd(acac)2-PPh3-Et3Al (1:2:4) при комнатной температуре (18-20°С) в хлорбензоле за 1 ч образуются соответствующие гомофуллерены 57-59 с выходом ~ 50%.

57: R- С,Н„ (53%); 58: R= Су (50%)

С целью получения ранее неописанных серасодержащих метанофуллеренов, нами осуществлена термическая изомеризация синтезированных 5,6-открытых циклоаддуктов 57-59. В результате, кипячением указанных гомофуллеренов в 1,2-дихлорбензоле за 15 ч,

были получены индивидуальные 6,6-закрытые изомеры 60-62 с высокими выходами 100%.

Me

5,6-m крытый 57:R-CsHli; 58: R = Су

6,6-закрьггый 60: R = С-5Н,,; 6l:R = Cy

59 «

5,6-открытый 6,6-закрытый

Условия реакции: о-ДХБ, 180 °С, 15 ч

Аналогичное влияние гетероциклического заместителя исходного диазосоединения на селективность образования соответствующего метанофуллерена нами наблюдалось при изучении реакции С60-фуллерена с серасодержащими диазоалканами, генерируемыми in situ окислением гидразонов циклических кетонов с помощью Мп02.

Так, циклоприсоединение диазоалкана, генерируемого из гидразона тиохроман-4-она, к С60 в разработанных выше условиях (20 °С, 1 ч, 20 мол.% Pd(acac)2 - 2PPh3 - 4Et3Al) приводит к образованию спмро-метанофуллерена 63 с выходом -50%. При использовании гидразона циклического кстогга не содержащего гетероатома в циклическом фрагменте, например гидразон о-метилтиоциклогексанона, в обсуждаемой реакции образуется индивидуальный «шро-гомофуллерен 64. Мы предполагаем, что образование метанофуллеренов, в случае гетероциклических диазосоединений, обусловлено стабилизацией образующихся в ходе реакции соответствующих карбенов за счёт делокализации не спаренных электронов с гетероатомом ароматического ядра.

II,N

S-Me N-NH,

20 "С, 1 ч, MnO„ V\jy И 1 Pd(acac)2:2PPh3:4Et3Al ^СУ Pd(acac).:2PPh3:4Et3Al

64 60 %)

Термическая изомеризация спиро-гомофуллерена 64 в разработанных выше условиях приводит к количественному образованию соответствующего 6,6-закрытого изомера 65.

180-С. 15 ч о-ДХБ

С целью получения аддуктов С6о, содержащих сульфоксидную или сульфоновую группы мы осуществили окисление синтезированных нами циклоаддуктов 57-65, в составе которых имеется сульфидная сера.

Показано, что обработка сульфидов 57-65 эквимольным количеством т-СРВА (мета-хлорнадбензойная кислота) приводит к образованию соответствующих индивидуальных сульфоксидов 66-74 с количественным выходом (контроль по ВЭЖХ и ЯМР Н). Так, в хроматограмме ВЭЖХ пик соответствующего сульфоксида, например, 66 или 67 характеризуется небольшим сдвигом во времени удерживания (~ 5 мин) по сравнению с исходным сульфидом 57 или 58 (~ 4 мин) Д = ~ 1 мин. Увеличение количества т-СРВА по отношению к исходному сульфиду 57-65 до 3:1 приводит к образованию индивидуальных сульфонов 75-83, характеризующихся ещё большим временем удерживания (~ 6 мин) Д = ~ 2 мин.

Ме

-Х-^Ме

К-З-^Г

(о

5,6-открьггые 66,67 или

6,6-закрытые 68,69

5,6-открытые 57,58 или

6,6-закрытые 60,61

5,6-открытые 75,76 или

6,6-закрытые 77,78

5.6-от крытый 70 или

6,6-закрытый 71

А

5,6-открытый 59 или

6,6-закрытый 62

5,6-открытый 79 или

6,6-закрытый 80

6,6-закрытый 72

6,6-закрытый 63

6,6-закрытый 81

5,6-открытый 73 или

6,6-закрытый 74

5,6-открытый 64 или

6,6-закрытый 65

5,6-открытый 82 или

6,6-закрытый 83

Условия реакции: г - tn-CPBA (экв), толуол, 20 °С, 1ч И- ш-СРВА (3 зкв), толуол, 20 »С, 1 ч

Таким образом, моио- и дизамещенные диазометаны, не содержащие гетероатомы в цикле, вступают в реакцию с С60-фуллереном в присутствии трехкомпонентного катализатора Pd(acac)2:2PPh3:4Et3Al с образованием исключительно гомофуллеренов. В то же время диазоалканы, содержащие в своей структуре гетероциклические соединения, в аналогичных условиях дают индивидуальные метанофуллерены.

2. Циклоприсоединение функциональнозамещенных диазосоединений к С60-фуллерену, катализируемое комплексами Pd

Функциональнозамещенные производные фуллеренов представляют

исключительный интерес для медицины, электроники и нелинейной оптики, в качестве фотопреобразователей солнечной энергии, а также для других областей науки и техники.

Опираясь на полученные результаты по циклоприсоединению диазоалканов к С60 нами разработаны селективные методы синтеза ряда функциональнозамещенных гомо-, метано- и пиразолинофуллеренов с высокими выходами взаимодействием С60-фуллерена с диазоацетатами, диазоамидами, диазотиоатами и дизокетонами в присутствии Pd-катализатора. Учитывая, что наибольшую каталитическую активность и селективность действия в реакциях С6(гфуллерена с диазоалканами проявляет трехкомпонентный катализатор, приготовленный из Pd(acac)2, PPh3 и Et3AI, все последующие эксперименты по изучению реакции углеродных кластеров с упомянутыми выше функциональными диазосоединениями проводили с применением в качестве катализатора трехкомпонентной системы Pd(acac)2-PPh3-Et3Al

2.1. Каталитическое циклонрнсоединение диазоацетатов к С6„-фуллерену в синтезе карбоксипроизводных углеродных кластеров

На примере модельной реакции циклоприсоединения диазоуксусного эфира к С60-фуллерену установлено, что в зависимости от соотношения исходных компонентов в катализаторе Pd(acac)2-PPh3-Et3Al образуются преимущественно гомо-, либо индивидуальные метанофуллерены. Так, диазоуксусный эфир вступает в реакцию с С60-фуллереном в присутствии Pd(acac)2-2PPh3-4Et3Al (80°С, 7ч, толуол, диазосоединение : С60 : [Pd] = 5:1: 0.2) с образованием смеси метано- 84 и стереоизомерньтх гомофуллеренов 85, 86 (1:1:3), а также соответствующих циклоаддуктов ^-присоединения с общим выходом -70% при соотношении продуктов моно- и диприсоединения, равном -4:1. Постановка

экспериментов при более низкой температуре, например 60 и 40°С, не приводит к образованию целевых щштоад дуктов 84-86.

н__^ехш

Рс1(асас)3-4РРЬ3-4ЕГ3А1

Изменение соотношения исходных компонентов в каталитической системе Рс1(асас)2-РРЬ3-Е13А1 с 1:2:4 на 1:4:4 позволило направить указанную реакцию в сторону формирования исключительно метанофуллерена 84 с выходом ~55%.

Изучение влияния природы растворителя на ход и направление реакции позволило установить, что взаимодействие диазоуксусного эфира с С60-фуллереном в хлорсодержащих растворителях приводит к существенному сокращению время реакции, а именно, с 7 ч до 1 ч, при этом конверсия С60 достигает 80%, а выход соединений 84-86 приближается к 90%.

В развитие исследований по каталитическому циклоприсоединению диазоуксусного эфира к С60, а также исследования влияния структуры заместителя в эфирной группе диазоацетатов на направление и структурную избирательность взаимодействия последних с углеродным кластером мы изучили циклоприсоединение алкил-, циклоалкил-, аллил-, арил-и стероидсодержащих диазоэфиров уксусной кислоты к С6о, катализируемое Рс1(асас)2-РРЬ3-Ег3А1.

Установлено, что «го-пропил-, циклотексил-, аллил-, бензил-, трет-бутил- и холестерилдиазоацетаты вступают в реакцию с С60-фуллереном (мольное соотношение 5:1) в присутствии 20 мол.% Рс1(асас)2-РР113-Е13А1 (1:2:4) в условиях (80°С, 1 ч, о-дихлорбензол) с образованием соответствующих метано- и гомофуллеренов 87-89 а-ж. Выход и соотношение циклоаддуктов 87-89 а-ж приведены в таблице 2. Увеличение концентрации фосфорорганического лиганда в трехкомпонентном катализаторе (соотношение компонентов 1:4:4) удается направить указанную реакцию в сторону селективного формирования соответствующих метанофуллеренов.

¡ч\снсо2к

Таблица 2. Влияние структуры заместителя в сложноэфирной группе исходного

R Выход циклоаддуктов 87-89, % Соотношение изомеров 87 : 88 : 89, %

а i-Pr 70 6:5:4

б Су 58 2:2:3

в allyl 48 8:4:5

г Вп 45 3:0:2

д Ph 45 3:0:1

е i-Bu 46 1:0:0

ж cholesteryl 50 1:0:0

Условия реакции: 80°С, 1 ч, Pd(acac)2:2PPh3:4Et3Al, растворитель - о-дихлорбензол

Образование исключительно метанофуллерена 87е и 87ж в условиях реакции фуллерена С60 с трет-бутил- и холестерилдиазоацетатом соответственно в присутствии трехкомпонентной каталитической системы Pd(acac)2:2PPh3:4Et3Al мы связываем с наличием пространственно затрудненного заместителя в эфирной группе исходного диазосоединения.

Вероятная схема получения 5,6-открытых аддуктов в реакции С60-фуллерена с диазоуксусными эфирами, как мы предполагаем, идентична той, что была предложена нами для каталитического циклоприсоединения диазоалканов к С,)0. Образование метанофуллеренов в обсуждаемой реакции можно объяснить формированием в качестве ключевых интермедиатов трех- и четырехчленных Pd-содержащих комплексов А и Б, последовательные трансформации которых и приводят к целевым 6,6-закрытым [2+1]-циклоаддуктам.

4PI'hj I- Рй(нсэс)г ' 4Е|,АЕ -5-1)-С

Таким образом, нами разработан эффективный метод каталитического циклоприсоединения диазоуксусных эфиров к С60-фуллерену, позволяющий получать в зависимости от соотношения компонентов катализатора в составе разработанной нами каталитической системы преимущественно гомо- или индивидуальные метанофуллерены с высокими выходами. Установлено, что увеличение структуры заместителя в сложноэфирной группе исходного диазоуксусного эфира направляет указанную реакцию в сторону формирования [6,6]-закрытых изомеров.

Оставалось неясным влияние заместителя в а-положении к диазогруппе исходного диазоацетата на ход и направление обсуждаемой реакции.

Установлено, что в отличие от реакции С«,-фуллерена с диазоуксусными эфирами, взаимодействие С60 с а-замещенными диазоацетатми в о-дихлорбензоле в присутствии 20 мол.% трехкомпонентного катализатора Pd(acac)2-PPh3-Et3Al (1:2:4) проходит при комнатной температуре (~20°С) за 18 ч с образованием смеси циклоад дуктов 90-92 а-д.

N,C(R)CO,Bt i PdlacacJjíPPhvíBljAl

91 а-я '2 »"Л

a: R= Me; б: R= Et; в: R- i-Pr; r: R= i-Bu; д: R- Вв

Конверсия C60 при циклоприсоединении этил-2-метил-, этил-2-этил-, этил-2-изо-пропил-, этил-2-ызо-бутил- и этил-2-бензил-2-диазоацетатов составляет 77% (1:6:0), 75% (2:1:0), 70% (8:4:1), 68% (11:6:1) и 70% (4:4:1) соответственно.

В условиях применения трехкомпонентного катализатора на основе фосфинового комплекса Pd (Pd(acac)2-PPh3-Et3Al) с соотношением компонентов 1:4:4 удалось достичь образования исключительно метанофуллерена 90 а-д.

Дальнейшее увеличение размера заместителя в a-положении к диазогруппе в исходном диазоацетате приводит к образованию моноаддуктов 93, 94 с общим выходом -40%. С таким же выходом могут быть получены аддукты 93, 94 при комнатной температуре ~20°С за 21 ч. Из анализа спектров ЯМР 'Н и "С следует, что соотношение изомеров 93 : 94, в полученной смеси, составляет 6:1 при температуре 40°С и 2:1 при 20°С.

1Í

40°С, 2 ч

т N -

\ Н

TI

Pd(acac),:2PPh,:4Bt,AI

С целью расширения области приложения разработанного катализатора на основе Pd в разработанных выше условиях (80°С, 30 мин, о-дихлорбензол) мы осуществили циклоприсоединение к С6„-фуллерену диазопроизводных этиловых эфиров метионина и треонина.

Установили, что при взаимодействии диазопроизводного этилового эфира метионина с фуллереном С60 (мольное соотношение 5:1) в присутствии 20 мол.% Pd(acac)2-2PPh3-4Et3Al образуется смесь 6,6-закрытого 95 и стереоизомерных 5,6-открытых 96 и 97 аддуктов с общим выходом -45% и соотношением 4:8:1. Изменение соотношения компонентов каталитической системы Pd(acac)2-PPh3-Et3Al с 1:2:4 на 1:4:4 приводит к селективному образованию метанофуллерена 95 с выходом -40%.

-40%_f

Р13(зсас)2^РРЪз-4ЕуУ

В аналогичное превращение с фуллереном С60 вступает диазопроизводное ¿,1-треонина в присутствии указанной выше каталитической системы на основе Pd в соотношении 1:2:4 соответственно, в результате получена смесь 6,6-закрытого 98 и 5,6-открытого 99 (с расположением сложноэфирной группы над шестичленным фрагментом молекулы) циклоаддуктов в соотношении 1:3 с общим выходом -35%. Изменение соотношения компонентов каталитической системы с 1:2:4 на 1:4:4 приводит к селективному образованию метанофуллерена 98 с выходом -30%.

Pd(acac)2-4PPh5-4Et,Al

Структура соединений 95-99 надежно установлена с помощью современных спектральных методов анализа (ЯМР, ИК, УФ, а также масс-спектрометрия МА1ЛЭ1 ТОР).

Таким образом, в результате проведенных исследований показано, что диазоацетаты легко вступают в реакцию циклоприсоединения с С60-фуллереном под действием трехкомпонентного катализатора Ра(асас)2-РРЬ3-Е13А1, образуя в зависимости от соотношения компонентов катализатора, природы растворителя и условий реакций 6,6-закрытые или 5,6-открытые аддукты с достаточно высокими выходами. С увеличением размера а-алкильного или сложноэфирного заместителя в молекуле диазоацетата реакционная способность последних уменьшается, но растет выход 6,6-закрытых аддуктов.

2.2. Каталитическое цпклопрпсоединение диазоацетатов на основе фармакозначпмых соединении к С60 в синтезе потепциальных биологически активных фуллеренов

С учетом мирового и собственного накопленного опыта предположили, что ковалентное связывание С60-фуллерепа с фармакозначимыми соединениями может привести к получению нового поколения биологически активных соединений, в которых молекула фуллерена будет играть роль транспортной компоненты для доставки действующего вещества к пораженным клеткам за счет высокой проницаемости углеродных кластеров через мембраны клеток.

В синтетической комбинации С60-фуллерена с биологически активными соединениями в качестве линкеров наиболее оптимально использовать сложноэфирные или амидные связи, которые будут устойчивыми при циркуляции гибридного соединения в крови или плазме и легко подвергаться гидролизу или амидолизу при попадании вещества в биологическую мишень.

В качестве исходных фармакозначимых объектов исследования использовали а-токоферол и метиловые эфиры Тролокса, 20,29-дигидробетулиновой и урсоловой кислот, обладающих антиоксидантными, противоопухолевыми и противовирусными свойствами.

Установлено, что при взаимодействии диазосоединений, полученных на основе вышеуказанных фармакофоров, с С6(|-фуллереном (мольное соотношение 5:1) в присутствии 20 мол.% трехкомпонентного катализатора Р<3(асас)2-РР11з-Е13А1, взятых в соотношении (1:4:4) в условиях (80°С, 1 ч, 1,2-дихлорбензол) селективно образуются соответствующие метанофуллерены 100-103 с выходом 60-75%.

Учитывая, что при циклоприсоединении диазоацетатов к Си-фуллерену под действием каталитической системы Рс1(асас)2-РР113-Е1)Л1, взятых в соотношении компонентов катализатора 1:2:4, происходит преимущественное образование 5,6-открытых циклоаддуктов, мы попытались осуществить взаимодействие упомянутых выше диазофармаконов с С60 в этих условиях, надеясь на получение соответствующих гомофулдереиов.

В результате обнаружили, что при взаимодействии (80°С, 1 ч) С6о-фуллерена с диазопроизводными а-токоферола и метилового эфира 20,29-дигидробетулиновой кислоты в присутствии катализатора Рё(асас)2-2РР11з-4Ес1А1, вместо ожидаемых гомофуллеренов, получили метанофуллерены 100 и 101 и соответствующие пиразолиновые производные С60

104 и 105 с общим выходом 58 и 65% в соотношении ~1 : 1. С понижением температуры реакции до 60°С наблюдается преимущественное образование пиразолинофуллеренов 104 и

105 с выходами 35 и 41 % соответственно. В случае диазосоединений, полученных на основе метиловых эфиров Тролокса и урсоловой кислоты, нам не удалось синтезировать соответствующие пиразолиновые производные С(|1Гфуллерсна с удовлетворительными выходами. Во всех этих опытах были получены соответствующие метанофуллерены 102 и 103, в которых содержание соответствующих [2+3]-циклоаддуктов не превышает 5%.

60"С, 1 ч

С целью расширения области приложения разработанного нами метода эффективного ковалентного связывания углеродных кластеров с биологически активными спиртами, мы изучили возможность распространения данной реакции на диазосоединения, синтезированные на основе конъюгатов природных соединений. Тем более, что в литературе практически отсутствуют сведения о получении подобных гибридных молекул в реакции с фуллеренами, тогда как ковалентное связывание биоконъюгатов, обладающих разнообразной биологической активностью, с молекулой фуллерена может привести к взаимному синергетическому влиянию.

Модельным объектом исследования выбран диазоацетат, синтезированный на основе конъюгата 20,29-днгидробетулиновой и а-токоферилоксиуксусной кислот, обладающих противовоспалительными свойствами.

Показано, что при взаимодействии модельного диазосоединения с С60-фуллереном (мольное соотношение 5:1) в присутствии 20 мол.% трехкомпонентного катализатора Pd(acac);-PPh3-Et3Al (1:2:4) в условиях (80°С, 1 ч, о-дихлорбензол) селективно образуется метанофуллерен 106 с выходом -30%. Увеличение продолжительности реакции до 5 ч не приводит к заметному повышению выхода (~31%) целевого циклоадцукта.

о

Рс1(асас)2-2РРН3-4Е13А1

80°С, 1 ч

ОН

Ме Ме

Таким образом, разработан эффективный метод ковалентного связывания фармакозначимых соединений с Оо-фулдереном, заключающийся во взаимодействии последнего с диазоацетатами, синтезированными на основе биологически активных спиртов, в присутствии каталитической системы Рс1(асас)2-РРЬз-Е13А1.

2.3. Цнклоприсоединенпе диазоамидов к С60-фуллерену, катализируемое Р(!(асас)2-РРЬ3-РЛ3А1

В 1994 году было показано, что термическая реакция диазоамидов с С6<гФуллереном приводит к образованию смеси стереоизомерных гомо- и метанофуллеренов. Сведения о возможности проведения указанной реакции с участием металлокомплексных катализаторов в литературе отсутствовали.

В развитие проводимых нами работ, направленных на изучение реакции циклоприсоединения функциональных диазосоединений к фуллеренам под действием металлокомплексных катализаторов, а также с целью разработки эффективных методов синтеза практически важных функцпональнозамещенных фуллеренов нами осуществлено взаимодействие С60 с диазоамидами различной структуры в условиях каталитической реакции.

Установили, что взаимодействие С6о-фуллерена с 5-кратным избытком циклогексил диазоацетамида (80°С, 1 ч, растворитель - хлорбензол) под действием 20 мол.% Р(1(асас)2-РРЬ3-Е13А1 (1:2:4) приводит к образованию индивидуального пиразолинофуллерена 107 с выходом -40% в расчете на взятый в реакцию С60. Повышение температуры и продолжительности реакции до 100 °С и 3 ч, соответственно, не приводит к заметному увеличению выхода целевого [2+3]-циклоаддукта 107. В отсутствие катализатора указанная реакция проходит с формирование смеси метано- и стереоизомерных гомофуллеренов, что соответствует литературным данным для термического циклоприсоединения диазоамидов к С60-фуллерену.

Рс1(асас)г-РРК3-Е1,А1 (1:2:4)

107 (-40%)

Масс-спектр MALDI TOF индивидуального пиразолинофуллерена 107, выделенного с помощью препаративной ВЭЖХ, характеризуется интенсивным пиком молекулярного иона, равный [М+Н]+ = 888.112 (вычислено 888.114), а также фрагментационного иона -[C60N2H]+ = 749.033, что соответствует предложенной структуре.

Проведенные одномерные ('Н и 1!С) и двумерные (COSY, HSQC, НМВС) эксперименты ЯМР с соединением 107 также подтверждают наличие в молекуле последнего пиразолинового кольца, сопряженного с амидной группой. Так, пиразолиновое кольцо представлено в спектре ЯМР ,3С тремя сигналами, два из которых - sp3 гибриднзованны и аннелированны с фуллереновым остовом (5С 80.09 и 87.30 м.д.), а третий (5С 136.23 м.д.) связан двойной связью с атомом азота пятичленного гетероцикла.

С целью расширения области приложения разработанного нами метода каталитического циклоприсоединения диазоамидов к С60-фуллерену, а также изучения влияния размера и структуры заместителя в амидной группе исходного диазосоединения на выход и селективность образования целевых пиразолннофуллеренов, было изучено взаимодействие С60 со стерически затрудненными диазоамидами, синтезированными на основе глицина и анилина, либо адамантансодержащих аминов.

Установили, что в разработанных нами условиях (80°С, 1 ч, Pd(acac)2:2PPh3:4EtjAl) С60 вступает в реакцию с указанными диазосоединениями (мольное соотношение 1:5), образуя соответствующие моноадцукты 108-111 с выходом 30-40%. При этом, как видно из схемы, наличие в амидной группе объемных каркасных соединений практически не влияет на ход и направление обсуждаемой реакции.

8оч:, 1 ч

N—R -

н

Pd(acac)2-PPhj-Et,Al (1:2:4)

IOS: R-Ph (-33%); 109: R-

(-39%);110:R=^JTj (-30%); 111: R- Me (-36%)

Изучение термической стабильности синтезированных [2+3]-циклоаддуктов показало, что пиразолинофуллерены 108-111 являются крайне устойчивыми соединениями к термическому воздействию и не превращаются в соответствующие гомо-, либо метанофуллерены даже при длительном их кипячении (-100 ч) в 1,2-дихлорбензоле. Во всех опытах исходный пиразолинофуллерен сохранялся не изменным.

Мы предположили, что введение заместителя в a-положение к диазогруппе исходного диазосоединения приведет к дестабилизации образующегося в ходе реакции пиразолинофуллерена и формированию соответствующих [2+1]-циклоадцуктов.

В связи с этим мы изучили реакцию С6о с а-замещенными диазоамидами, в надежде разработать селективный метод синтеза соответствующих функциональнозамещенных метанофуллеренов. В качестве исходных диазосоединений были выбраны диазоамиды, синтезированные из а-аланина, а-лейцина или а-метионина и циклогексиламина.

Установлено, что указанные диазоамиды вступают в реакцию с С'агфуллереном в разработанных условиях (40°С, 1 ч) в присутствии 20 мол.% трехкомпонентного катализатора ТМ(асас)2-РРЬгЕ1.3А1 (1:2:4) с образованием исключительно метанофуллеренов 112-114 с выходом 40-50%.

Таким образом, нами впервые осуществлено каталитическое циклоприсоединение диазоамидов к С6о-фуллерену под действием трехкомпонентной каталитической системы Pd(acac)2-PPh3-Et3Al, приводящее в зависимости от структуры исходного диазосоединения к образованию индивидуальных пиразолино-, либо метанофуллеренов.

2.4. Термическое п каталитическое циклоприсоединение диазотпоатов к С60-фуллерену

К началу наших исследований в мировой литературе отсутствовали сведения о взаимодействии диазотпоатов с углеродными кластерами. Осуществление данной реакции могло привести к разработке эффективного метода синтеза ранее не описанных функциональнозамещенных метанофуллеренов, перспективных для получения на их основе широкого круга материалов для различных областей науки и техники.

С целью расширения области приложения реакции каталитического циклоприсоединения диазосоединений к углеродным кластерам, а также разработки эффективных методов синтеза серасодержащих функциональнозамещенных фуллеренов, впервые изучено взаимодействие С60 с диазотиоатами в условиях термической и каталитической реакций.

В качестве объектов исследования выбраны диазотиоаты, синтезированные на основе доступных а-аминокислот (глицина, аланина, лейцина и метионина) и алкилмеркаптанов.

С целью разработки оптимальных условий циклоприсоединения диазотиоатов к С60 мы исследовали на примере модельной реакции, а именно, взаимодействия С6п с диазотиоатом 115, шшяние температуры, соотношения исходных мономеров и концентрации палладиевого катализатора (Pd(acac)2-PPh3-Et3AI), ранее разработанного для превращений фуллерена с диазосоединениями, на выход и состав циклоаддуктов.

Установлено, что диазотиоат 115 взаимодействует с С60 (20°С, 7 ч, растворитель -хлорбензол) с образованием пиразолинофуллерена 116 с выходом ~ 28%. Повышение температуры реакции до 40°С приводит к целевому [3+2]-циклоаддукту 116 с таким же выходом за 2 ч. Увеличение продолжительности реакции при 40 °С до 4 ч позволяет синтезировать пиразолинофуллерен 116 с выходом -43%. Кипячение пиразолинофуллерена 116 в 1,2-дихлорбензоле привело к экструзии молекулы N2 из пиразолинового фрагмента и количественному образованию соответствующего метанофуллерена 117.

н

i \

+ N=

=л

О

115

S_C5Hn хлорбензол

40 "С, 4 ч

o^-s-од, 116 (-43%)

,N

1,2-дихлорбензол, ~ 100%

180 °С, 5 ч

117

Использование трехкомпонентного катализатора Р(1(асас)2-РР1ъ-Е13А1 в этом типе реакций не привело к образованию соответствующих |2+1]-циклоаддуктов, во всех опытах происходило формирование исключительно пиразолинового производного 116.

С целью расширения области приложения циклоприсоединения диазотиоатов к углеродным кластерам, а также изучения влияния структуры исходного диазотиоата на ход и направление реакции, осуществлено циклоприсоединение а-замещённых диазотиоатов к С60-фуллерену.

Так, нами установлено, что в отличие от реакции С60-фуллерена с незамещёнными диазотиоатами, взаимодействие С60 с тиопентил-2-метил-2-диазотиоатом в хлорбензоле проходит при 40°С за 1 ч с образованием индивидуального 5,6-открытого аддукта фуллерена 118. Последующими экспериментами было установлено, что использование 20 мол.% трехкомпонентного катализатора на основе фосфинового комплекса Рс1 (Рс1(асас)2-РРЬ3-Е13А1) с соотношением компонентов 1:2:4 в реакции С60-фуллерена с тиопентил-2-метил-2-диазотиоатом позволяет направить её в сторону образования индивидуального 6,6-закрытого циклоаддукта 119 с выходом - 47%.

В дальнейшем мы исследовали влияние размера алкильного заместителя в а-положении диазосоединения на выход и селективность образования циклоаддуктов С60-фуллерена на примере диазотиоатов, синтезированных на основе амилмеркаптана, лейцина и метиошша. Установили, что в разработанных условиях (40°С, 1 ч) С60 взаимодействует с указанными диазосоединениями (мольное соотношение 1:5) в отсутствие катализатора, образуя смесь соответствующих стереоизомерных гомофуллеренов 120а,б и 121а,б с выходом 48 и 55% соответственно и соотношением стереоизомерных гомофуллеренов 2 : 3. Нагревание смеси гомофуллеренов 120а,б и 121а,б в толуоле (80°С) в течение 4 ч приводит к изомеризации 5,6-открытых циклоаддуктов в 6,6-закрытые 122а,б соответственно.

о

40 -С,I ч

Рфсас^-РР^-Е^А!

40 °С, 1 ч хлорбензол

11.

120 а,б

121 а,б

122 а,б

Проведение выше указанной реакции в условиях катализа (40°С, 1 ч, 20 мол.% Рё(асас)2-2РР113-4Е13А1) приводит к получению исключительно метанофуллеренов 122а,Г) с выходом 54-60%.

Подобные результаты были получены при использовании шо-пропил-, циклогексил-и бензилдиазотиоатов. Во всех опытах с использованием каталитической системы Р<1(асас)2-2РРЬ3^Е(3 А1 образуются соответствующие метанофуллерены 123-125.

Таким образом, нами впервые осуществлено циклоприсоединение диазотиоатов к С6„-фуллсрсиу в условиях термической и каталитической реакций. Установлено, что взаимодействие Сбо с а-замещенными диазотиоатами в присутствии трехкомпонентного катализатора на основе Рс1 приводит к селективному образованию соответствующих метанофуллеренов, в то время как в отсутствие катализатора образуются исключительно гомофуллерены.

2.5. Каталитическое циклоприсоединение диазокетонов к С60-фуллерену

В развитие исследуемых выше реакций циклоприсоединения функциональных диазосоединений к С60 под действием трехкомпонентного катализатора Рс1(асас)2-РР113-Е13А1 мы попытались распространить данный метод на диазокетоны. Одновременно, было изучено влияние структуры заместителя в исходном дназокетоне на выход и селективность образования функциональнозамещенных метанофуллеренов.

В качестве модельной реакции выбрали циклоприсоединение к С60-фуллерену 2-оксо-2-фенил диазоэтана. Установлено, что при взаимодействии 2-оксо-2-фенил диазоэтана с С60, взятых в соотношении 5:1, в присутствии 20 мол.% трехкомпонентного катализатора Р<)(асас)2-РР113-Е13А1 (1:2:4) в условиях (80°С, 1 ч, о-дихлорбензол) образуется исключительно 6,6-закрытый циклоаддукт 126 с выходом -40%. Реакция 2-оксо-2-фенил диазоэтана с С60 в аналогичных условиях в отсутствии комплексного катализатора приводит

Ме—Б,

О

'Б—Я

123-125

123:1?= (-Рг 35%); 124: Я= Су 52%); 125: Вп (-35%)

к образованию смеси 6,6-закрытого 126 и стереоизомерных 5,6-открытых 127, 128 циклоаддуктов с общим выходом-35% в соотношении 1:1:3 соответственно, о О

-н ph-

о

Pd(acac),:2PPb,:4EtjAl

На следующем этапе мы изучили циклоприсоединение 2-оксо-2-циклопропил-, 2-оксо-2-циклобутил- и 2-оксо-2-цшелопентилдиазоэтанов к С60 в разработанных ранее условиях (80"С, 1 ч, о-дихлорбензол) в присутствии Pd(acac)2-PPh3-Et3Al (1:2:4) с получением соответствующих метанофуллеренов 129-131 с выходом -45%. При этом установили, что увеличение размера карбоцикла при карбонильном углеродном атоме исходного диазосоединения не влияет на направление реакции и выходы циклоаддуктов.

о

,н

80°С, 1 ч

Pd,2-2PPhj-4Et,Al

129: п-1; 130: п=2: 131: п^З

В развитие исследований по изучению циклоприсоединения к С60-фуллерену циклических диазокетонов в присутствии разработанной каталитической системы №1 попытались распространить указанную реакцию на диазокетоны, содержащие (0,8,Ы)-гетероциклы. Установили, что в результате реакции С60 с 2-оксо-2-фуран-2'-ил-, 2-оксо-2-тиофен-2'-нл-, 2-оксо-2-пиридин-2'-ил- или 2-оксо-2-(2'-фенилхинолин-4'-ил)-диазоэтанами в условиях (80°С, 1 ч) в присутствии 20 мол.% катализатора 1М(асас)2-РР1-13-Е13А1 (1:2:4) селективно образуются соответствующие 6,6-закрьгтые циклоаддукты 132-136 с выходами 30-60%. При этом показано, что наиболее высокие выходы (-60%) целевых циклоаддуктов удается получить при использовании М-содержащих гетероциклических диазокетонов.

Ме Pd*J-2PPh,^Et,AL

PdH!-2PPh,JtEl,Al

134 (-55%)

13« (-60%)

В продолжение исследования реакции циклоприсоединения диазокетонов к Ст-фуллерену и распространения ее на оптически активные диазосоединения, а также с целью синтеза новых представителей хиральных производных фуллеренов, исследовано взаимодействие оптически активных диазокетонов, синтезированных на основе защищенных Ь- и С- а-аминокпслот (аланина, лейцина и метионина), с С60 в присутствии комплексов на основе Рс1.

Установили, что в разработанных условиях (80°С, 1 ч) С60 взаимодействует с диазокетонами указанных аминокислот (мольное соотношение 1:5) под действием 20 мол.% Рс1(асас)2-2РРЬ3-4Е1:3А1, селективно образуя соответствующие метанофуллерены 137-142 с выходом 43-77%.

137,138:R-Me, 139,140: R - i-Bu, 141,142: R = -(CHi)ISMc

В дальнейшем мы исследовали влияние дополнительных функциональных групп в аминокислотном фрагменте диазосоединения на выход и селективность образования целевых оптически активных метанофуллеренов на примере диазокетонов, синтезированных на основе L- и D-тирозина и лизина.

Показано, что С60 взаимодействует с указанным диазосоединениями (мольное соотношение 1:5) в условиях описанных выше в присутствии комплексного катализатора на основе Pd, образуя индивидуальные метанофуллерены 143-146 с выходом 30-50%. Как видно, наличие дополнительных функциональных групп в исходном диазокетоне, а также ароматического заместителя приводит к снижению выхода соответствующих циклоаддуктов.

143, 144: Я = -С%—^ ^-ОВос. 145,146: Я = ЧСН,)4КНВос

К сожалению, все попытки измерить оптические углы вращения плоскости поляризации синтезированных метанофуллеренов с защищенными аминогруппами были безуспешными. Поэтому для более надежного доказательства стереохимии оптически активных метанофуллеренов мы обратились к методу кругового дихроизма.

УХ 500 да 5СО «<» '00 800 200 300 400 500 600

Рис. 3. Спектры КД метанофуллеренов 137-146 в хлороформе с = 1.0 ц/Ь.

Индуцированные эффекты Коттона (ЭК) в спектрах КД Х-энантиомеров 137, 139, 141, 143, 145 и их £>-антиподов 138, 140, 142, 144, 146 соответственно (рис. 3) оказались зеркально идентичными для всех наблюдаемых экстремумов в интервале длин волн 300-800 нм, которые характерны для электронных тс-я переходов производных фуллерена. При этом

ЭК оказались положительными для метанофуллеренов, синтезированных на основе £-аминокислот, и отрицательными для циклоаддуктов, полученных из £>-антнподов.

Снятие защиты с функциональных групп в метанофуллеренах 137-146 с помощью СР3С02Н приводит к образованию циклоаддуктов 147-156 в виде твердого порошка, труднорастворимого в традиционных для фуллеренов и его производных растворителях

Ме (137, 138, 147,148), ¡-Ви (139, 140, 149,150), (СНг)25Ме (141,142, 151,152)

-ОН (153, 154), (СН2)4МНВос (145, 146), (СНДКН2 (155, 156)

<^0К0В„С (143, .4^3-0

Вследствие низкой растворимости метанофуллеренов 147-156 нам не удалось зарегистрировать их спектры ЯМР 'Н и 13С. Поэтому структура этих циклоаддуктов установлена с помощью ИК-спектроскошш и масс-спектрометрии МА1ЛЭ1 ТОЙ.

Известно, что защита аминогруппы в оптически активной аминокислоте с помощью Вос-группы и ее расщепление СР3С02Н не приводит к их рацемизации. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что стереохимия исходных метанофуллеренов 137-146 должна сохраниться в аддуктах 147-156.

В случае соединений 147-156 нам не удалось зарегистрировать спектры КД их растворов в пиридине, однако снятие бутилоксикарбонильной защиты с аминогруппы, связанной с хиральным центром, позволило измерить оптические углы вращения плоскости поляризации этих метанофуллеренов.

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что разработанная реакция циклоприсоединения функциональнозамещенных диазосоединений, катализируемая фосфиновыми комплексами Рс1, имеет общий характер, и в эту реакцию, наряду с диазоацетатами, диазоамидами и диазотиоатами, могут быть вовлечены диазокетоны различной природы, в том числе оптически активные.

2.6. Циклоприсоедииение дназокетонов перспективных фармаконов к С60-фуллерепу, катализируемое Pd(acac)2-2Ph3P-4Et3Al

В развитие исследований, направленных на разработку эффективных методов ковалентного связывания углеродных кластеров с современными фармакозначимыми соединениями, мы изучили каталитическое циклоприеоединение к С60-фуллерену дназокетонов, синтезированных на основе биологически активных карбоновых кислот.

В качестве модельного фармакона выбрали синтетический аналог а-токоферола — кислоту Тролокс.

Взаимодействие С60-фуллерена с диазокетоном 157 в условиях (80°С, 1 ч, 20 мол.% Pd(acac)2-2Ph3P-4Et3Al) в хлорбензоле или 1,2-дихлорбензоле приводит к соответствующему метанофуллерену 158 с выходом -40 %. Обработка соединения 158 трифторуксусной кислотой в сухом хлористом метилене через 2 ч приводит к образованию с количественным выходом фуллероциклопропана 159 со свободной гидроксильной группой.

Учитывая, что результаты исследований последних лет выявили высокую противоопухолевую активность новых синтетических аналогов токоферола, а именно, негидролизуемых или медленно гидролизуемых эфирных аналогов а-токоферола с редокс-пассивным хромановым фрагментом, то представляло интерес изучить возможность синтеза производных фуллерена, содержащих токоферилоксиуксусный фрагмент.

Поэтому на следующем этапе мы осуществили циклоприеоединение к С60-фуллерену диазокетона, синтезированного на основе токоферилоксиуксусной кислоты с получением

Таким образом, нами разработан эффективный метод введения в молекулу С^-фуллерена фармакозначимых карбоновых кислот циклоприсоединением к С60 соответствующих дназокетонов под действием трехкомпонентного катализатора Pd(acac)2-2РРЬ3-4Е<3А1.

3. Некоторые аспекты практического применения функциональиозамещенных производных фуллеренов

3.1. Изучение биологической активности синтезированных циклоаддуктов

Исследование антиоксидашпной активности

Антиоксидантная активность С60-фуллерена лежит в основе одного из наиболее перспективных направлений его использования в медицине. Наличие в молекуле С60 электрон-дефицитной системы с системой сопряженных двойных связей приводит к тому, что исходный углеродный кластер охотно вступает в реакцию со свободными радикалами различной природы с образованием фуллеренильных радикалов, которые димеризуются или присоединяют дополнительное количество радикалов. Благодаря тому, что молекула С60 теоретически может связать 60 свободных радикалов, Сбо-фуллерен получил название «радикальной губки». При этом наиболее ярко антиокислительная способность выражена у незамещенных С60-фуллеренов. Однако, низкая растворимость последнего приводит к невозможности его практического применения в медицине. В связи с этим мы предположили, что ковалентное связывание фуллерена с другими известными и широко применяемыми антиоксидантами может привести не только к увеличению растворимости исходного С6о, но и увеличению его антиокислительной активности.

Для подтверждения выдвинутой нами идеи мы изучили антиокислительные свойства аддуктов фуллерена 100 и 159, содержащих известные антиоксиданты, такие как а-токоферол и кислоту Тролокс.

Изучение ингибирующих свойств аддуктов С60 100 и 159 проводили на известной модельной реакции инициированного окисления кумола. Эффективность ингибирующего действия (fltfn) соединений 100 и 159 оценивали по степени снижения начальной скорости окисления кумола в результате добавления их растворов в бензоле. Полученные результаты сравнивали со стандартом, в качестве которого использовали незамещенный С60-фуллерен. Результаты исследования антиоксидантной активности приведены в таблице 5.

Таблица 5. Константы скорости ингибирования производными фуллерена 100 и 159 окисления кумола

ингибитор Сбо 100 159

Л'МОЛЬ1-с"1 0.9±0.2 4.9±0.5 2.3±0.3

Из таблицы 5 видно, что аддукты фуллерена 100 и 159 более эффективно замедляют скорость окисления кумола, чем исходный С60-фуллерен, однако, следует заметить, что они менее эффективны исходных молекул Тролокса и а-токоферола. Мы полагаем, что меньшая ингибирующая активность производных С6о 100 и 159 по сравнению с Тролоксом и а-токоферолом связана с высокой реакционной способностью фуллеренильных радикалов ROO-СбоТг" (ROO-СбоТос"), образующихся в результате присоединения к фуллерену кумилпероксильных радикалов ROO'. Фуллеренильные радикалы, атакуя субстрат - кумол,

могут способствовать развитию новых цепных процессов, что нивелирует ингибирующий эффект аддуктов.

Таким образом, на примере окисления кумола показано, что ковалентное связывание С60-фуллерена с известными антиоксидантами приводит к увеличению антиокислительной активности исходного С60, но эти производные являются менее эффективными по сравнению с классическими ингибиторами - а-токоферолом и Тролоксом. Однако, стоит отметить, что благодаря лшюфильности фуллеренов, определяющая мембранотропныс свойства, аддукты С6„ могут выполнять роль транспортного агента, доставляющего терапевтически активный фрагмент а-токоферола или Тролокса к больному органу.

Исследование противоопухолевой и противовоспалительной активности

Известно, что фуллерены и их производные, а также производные бетулиновой кислоты и токоферолы обладают ярко выраженной противоопухолевой активностью, однако, при этом, имеют разные механизмы действия. В связи с этим возникла идея создать такую химическую структуру, которая могла бы объединить в себе все три группы веществ, сохранив свойственный каждой из групп механизм противоопухолевого действия, что, в свою очередь, могло бы привести к усилению противоопухолевого эффекта каждого отдельного компонента или его амплификации. Для реализации этой идеи нами были синтезированы гибридные соединения С60-фуллерена и 20,29-дигидроаналога бетулиновой кислоты 101 и 105, либо токоферилоксиуксусной кислоты 160 и изучены их противоопухолевые и противовоспалительные свойства.

Противоопухолевая активность изучалась на примере цитотоксического действия на клетки опухоли Р-815 и Эрлиха. Контролем служил показатель жизнеспособности клеток, культивированных без добавления каких-либо дополнительных соединений. В качестве вещества сравнения использовали метиловый эфир 20,29-дигидробетулиновой кислоты 101' и токоферилоксиуксусную кислоту 160'.

Противоопухолевая активность соединений 101 и 105 проявлялась в концентрациях 50 мкг мл"' по отношению исключительно к линии клеток Р-815. Так, для соединения 101 показатель жизнеспособности клеток снижался по сравнению с контрольным опытом на 32%, а для соединения 105 - на 48%. Полученные данные практически не отличаются от результатов испытания вещества сравнения, однако следует заметить, что концентрация испытуемых растворов имеет размерность мкг/мл. При данной размерности концентрации в растворе с производными фуллерена биологически активного фрагмента содержится в 2 раза меньше по сравнению с раствором вещества сравнения, поскольку молекулярная масса соединений 101 и 105 значительно выше молекулярной массы исходного фармакона. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что связывание Смгфуллерена с бетулиновой кислотой увеличивает ее цитотоксическое действие по отношению к клеткам опухоли Р-815. В случае тестирования противоопухолевой активности соединений 101, 105 и 160 в отношении клеток карциномы молочной железы на мышах, зараженных опухолью Эрлиха, а также противоопухолевой активности соединения 160 в отношении клеток Р-815 цитотоксической активности обнаружено не было ни в одной из использованных

концентраций, хотя контрольные вещества (исходная дигидробетулиновая кислота 101' и токоферилоксиуксусная кислота 160') оказали противоопухолевое действие.

Противовоспалительное действие соединений 101, 105 и 160 оценивали по их влиянию на жизнеспособность перитонеальных макрофагов мыши и их функциональное состояние, определяемое по действию гибридных молекул на продукцию ими провоспалительного медиатора оксида азота. Установлено, что соединения 101 и 105 выражено, а соединение 160 достоверно подавляют продукцию оксида азота лишь в концентрации 50 мкг/мл, в то время как вещества сравнения 101' и 160' при этой концентрации полностью ингибируют выработку оксида азота.

Таким образом, на основании полученных результатов можно сделать вывод, что разработанные нами методы ковалентного связывания С60-фуллерена с фармакозначимыми соединениями представляют исключительный интерес для создания нового поколения лекарственных средств направленного действия.

3.2. Трибологические свойства серасодержащих циклоаддуктов С60-фуллерепа

Учитывая, что большинство применяемых в настоящее время присадок в промышленности являются серасодержащими соединениями можно было предположить о перспективности применения маслорастворимых серасодержащих фуллеренов в качестве новых функциональных наноматериалов для улучшения смазочных и антифрикционных свойств присадок, а также материалов, значительно улучшающих противозадирные и противоизносные свойства технологических масел.

В связи с этим, изучены противоизносные и противозадирные свойства масел, содержащих синтезированные производные Сяь в структуре которых содержатся атомы серы различной природы, а также различные функциональные группы. В качестве модельных серасодержащих аддуктов С60 были выбраны соединения 58, 67, 76, 1226 и 134.

Первыми же экспериментами было установлено, что соединение 58 практически не растворяется в индустриальных маслах, а также в известных серасодержащих присадках, вследствие чего, мы предприняли попытку осуществить полиприсоединение соответствующего диазосоединения к С«» взятых в соотношении 50:1 соответственно, в присутствии 20 мол.% катализатора Pd(acac)2-2PPh3-4Et3Al, надеясь на получение полициклоаддуктов с хорошей растворимостью. В этих условиях происходит образование смеси региоизомерных циклоаддуктов 58', которые построены из одной молекулы С60-фуллерена и пяти молекул остатков исходного диазосоединения. Конверсия С6о в этих опытах составляет ~ 100%.

Синтезированные нами региоизомерная смесь циклоаддуктов 58', а также моноаддукты 67, 76 и 134 были растворены в известной присадке ОТП, представляющую собой сульфидированные тетрамеры пропилена. Полученные таким образом композиции присадок легко растворялись в индустриальном масле И-20А в количестве 5 мас.% при интенсивном перемешивании в условиях (4 ч, 60°С), что позволило сравнить эффективность приготовленных присадок с известными образцами.

Исследование полученных присадок на противозадирные свойства проводили на четырехшариковой машине трения ЧМТ-1 (ЧШМ) согласно ГОСТ 9490-75. При испытании

на ЧШМ использовали шарики по ГОСТу 3722-81 из стали марки ШХ 15 диаметром 12,7 мм, степень точности 20. Оценочными показателями служили нагрузка сваривания (Рс), характеризующая предельную работоспособность смазочного материала в условиях испытания, критическая нагрузка (Р,), а также диаметр износа (с!;), определяющие способность смазочного материала предотвращать возникновение задира трущихся поверхностей и противоизносные свойства. Результаты проведённых испытаний представлены в таблице 6.

Таблица 6. Характеристики масел, содержащих циклоаддукты Сбо-фуллерена 58', 67,76,134

№ п/п Масло Рк, кгс Рс, КГС d¡, мм

1 2 3 4 5

1 Индустриальное масло + 5 мас.% ОТП + 0.005 мас.% соединения 58' 71 596 0,73

2 Индустриальное масло + 5 мас.% ОТП + 0.005 мас.% соединепия 67 75 >1000 0,76

3 Индустриальное масло + 5 мас.% ОТП + 0.005 мас.% соединения 76 71 >1000 0,74

4 Индустриальное масло + 5 мас.% ОТП + 0.005 мас.% соединения 134 71 >1000 0,51

. lli: i; Lip;\i. ыкч ii' ■ 5 n.if.".. OI II : (Контрольный образен) 79 0,9?

6 Индустриальное масло 40 мас.% ОТП (Контрольный образец) 100 596 п.-ч

Как видно из данных таблицы 6, полученные новые составы присадок по сравнению с исходной (ОТП) обладают лучшими противоизносными и противозадирными свойствами, хорошей совместимостью с индустриальными маслами, что позволяет в 8 раз уменьшить расход, применяемых и выпускаемых в настоящее время промышленностью серасодержащих противозадирных и проивоизносных присадок для высоконагруженных машин и механизмов, при сохранении их эффективности, а также расширить ассортимент новых отечественных полифункциональных присадок. При этом стоит отметить, что аддукты С60, содержащие сульфоксидную, сульфоновую, либо сульфидную и карбонильную группы обладают лучшей растворимостью в присадке ОТП в отличие от моноциклоаддуктов, содержащих исключительно сульфидную группу.

При подготовке композиционных масел для изучения трибологических свойств, установлено, что моноадцукт 1226, в отличие от используемых выше соединений 58% 67, 76, 134 хорошо растворяется непосредственно в индустриальном масле И-20А, вследствие чего присадка ОТП в данном случае не добавлялась.

В результате исследований было показано, что индустриальное масло И-20А, содержащее 0.005 мас.% аддукта С60 с тиоатной группой, значительно превосходит по нагрузке свариваемости масла, содержащие 40 мас.% ОТП (Рс >1000 кгс), однако обладает низким показателем Рк (45 кгс).

Низкий показатель критической нагрузки, вероятно, связан с низким содержанием серы в испытуемых образцах, поскольку мы отказались от использования 5 мас.% ОТП. В

связи с этим, предположили, что увеличение присоединенных серасодержащих фрагментов к молекуле фуллерена приведёт к увеличению показателя критической нагрузки. Для подтверждения выдвинутой нами идеи, был осуществлен синтез модельного полиаддукта 1226', являющегося аналогом моноаддукту 1226, и содержащего от 3 до 5 присоединенных циклопропановых фрагмента.

Испытание приготовленной композиции, состоящей из индустриального масла И-20А и 0.005 мас.% соединения 1226' показало, что, действительно, увеличение количества присоединённых фрагментов способствует увеличению критической нагрузки (Рк) с 45 кгс до 63, при этом нагрузка сваривания (Рс) незначительно уменьшается до 942 кгс.

Одновременно, с изучением трибологических свойств серасодержащих адцуктов С60-фуллерена представляло интерес исследовать профиль металлической поверхности, подвергнутой нагрузке в условиях трения в присутствии смазочных масел с фуллереновыми добавками.

Для достижения поставленной цели нами были использованы методы оптической и атомно-силовой микроскопии (АСМ). Изучение поверхности стального шарика в месте пятна износа после трибоконтакта в присутствии масла И-20А, масла с добавлением в него 40 мас.% известной присадки ОТП, а также с добавками серасодержащих аддуктов С«г фуллерена показало, что введение в индустриальное масло И-20А серасодержащих производных Сбо-фуллерена приводит к сглаживанию поверхности стального шарика в месте трибоконтакта, т.е. к уменьшению шероховатое™.

Таким образом, нами впервые разработаны эффективные методы синтеза производных фуллерена, содержащих атомы серы различной природы, циклоприсоединением серасодержащих диазосоединений к Сб0-фуллерену в присутствии трёхкомпонентной каталитической системы Pd(acac)2-PPh3-Et3Al, что открывает достаточно простой и эффективный путь к синтезу гомо- и метанофуллеренов - эффективных присадок к маслам.

Выводы

Выполнена программа фундаментальных и прикладных исследований в области химии углеродных кластеров, направленных на разработку эффективных каталитических методов синтеза практически важных функциональнозамещенных гомо-, метано- и пиразолинофуллеренов циклоприсоединением диазосоединений различной структуры к С60-фуллерену с участием металлокомплексных катализаторов.

1. Выполнено систематическое исследование по применению в качестве катализаторов циклоприсоединения диазосоединений к С60-фуллерену солей и соединений Си, Rh и Pd. Показано, что трехкомпонентные палладий содержащие катализаторы, включающие Pd(acac)2, PPh3 и AlEt3, являются наиболее активными и селективно действующими катализаторами в указанной реакции, приводя в зависимости от структуры ключевого интермедиата (палладафуллерокарбен или фуллеропалладациклобутая) к гомо-или метанофуллеренам.

2. Впервые реализовано каталитическое циклоприсоединение диазометана, растворенного в эфире, к С60-фуллерену (соотношение 1:1) в присутствии в качестве

катализатора Pd(acac)2, взятого в количестве 10-20 мол.% (20°С, толуол, 1 час). Установлено, что в выбранных, условиях присоединение CH2N2 к С60 происходит по 1,3-дииолярному механизму с получением фуллеропиразолина, который легко распадаясь ш situ, дает с практически количественным выходом моноаддукт - гомофуллерен. При проведении данной реакции в хлорбензоле (40°С, 1 час) в условиях генерирования CH2N2 in situ из нитрозометилмочевины под действием 40%-го водного раствора NaOH в двухфазной системе наблюдается образование исключительно 6,6-закрытого моноаддукта -метанофуллерена, что свидетельствует об образовании первоначально карбенового комплекса палладия, координированного с молекулой С60, который в результате последовательных превращений дает метанофуллерен.

3. Впервые установлено, что при взаимодействии С60-фуллерена с ациклическими алифатическими диазоалканами, генерируемых in situ окислением с помощью Мп02 гидразонов, полученных из соответствующих альдегидов и кетонов, с применением в качестве катализатора данной реакции Pd(acac)2-2PPh3-4Et3Al, наблюдается образование исключительно 5,6-открытых аддуктов - гомофуллеренов с достаточно высокими выходами (40-70%). Показано, что при введении в молекулу диазоалканов гетероциклических фрагментов с атомами кислорода и серы удается направить циклоприсоединение последних к С60-фуллерену, катализируемое системой Pd(acac)2-2PPh3-4Et3Al, в сторону формирования метанофуллеренов, что связано, вероятно, стабилизацией образующихся в ходе данной реакции интермедиатных карбеновых комплексов за счет комплексообразования с гетероатомами.

4. Впервые осуществлено селективное циклоприсоединение циклических диазоалканов различной структуры к С60-фуллерену, катализируемое комплексами Pd (Pd(acac)2-PPh3-Et3Al), что позволило разработать общий эффективный метод синтеза cira/JO-гомофуллеренов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в условиях данной реакции происходит первоначально образование фуллеропалладакарбенового интермедиата, последовательные превращения которого приводят к сл«/?о-гомофуллеренам.

5. Впервые обнаружено, что при замене диазоалканов на функциональнозамещенные диазосоединения в реакции с С60-фуллереном направление циклоприсоединения строго зависит от соотношения компонентов катализатора. В условиях применения трехкомпонентного катализатора Pd(acac)2-PPh3-Et3Al, взятых в соотношении 1:2:4, циклоприсоединение диазоацетатов к С60-фуллерену осуществляется с образованием первоначально карбеновых комплексов, которые далее трансформируются в гомофуллерены. Изменение соотношения компонентов катализатора с 1:2:4 на 1:4:4 соответственно способствует формированию л-фуллеренового комплекса, который через стадию образования фуллеропаладациклобутанового интермедиата дает соответствующие метанофуллерены.

6. По аналогии с диазоацетатами впервые осуществлено циклоприсоединение дпазоамидов различной структуры к С60-фуллерену, катализируемое системой Pd(acac)2-PPh3-Et3Al, взятых в соотношении 1:2:4 соответственно в условиях (80°С, 1 час, хлорбензол), с получением термически стабильных пиразолинофуллеренов с приемлемыми

выходами (30-40%). При введении в молекулу исходных диазоамидов заместителей в а-положение к диазогруппе наблюдается образование исключительно меганофуллеренов, что указывает на формирование в выбранных условиях фуллеропалладациклобутанового интермедиата, ответственного за получение 6,6-закрытых (2я+1я)-циклоаддуктов.

7. Впервые изучено взаимодействие С«гфуллерена с дназотиоатами в условиях термической и каталитической реакций. Установлено, что термическое циклоприсоединение диазотиоатов к С6о-фуллерену осуществляется по механизму 1,3-диполярного циклоприсоединения с образованием первоначально пиразолинофуллеренов, которые легко превращаются в гомофуллерены. Применение 20 мол.% трёхкомпонентного катализатора Pd(acac)2-2PPh3-4Et3Al направляет указанную реакцию в сторону формирования исключительно метанофуллеренов.

8. Разработанные каталитические методы синтеза гомо-, метано- и пиразолинофуллеренов циклоприсоединением диазосоединений к С60-фуллерену в условиях металлокомплексного катализа легли в основу синтеза практически важных потенциальных биологически активных производных С60 ковалентным связыванием углеродного кластера с фармакозначимыми соединениями, в структуре которых содержатся гидроксильные, амино и карбоксильные группы. Показано, что синтезированные таким образом гибридные молекулы на основе фуллерена и бетулиновой кислоты проявляют цитотоксическое действие по отношению к клеткам опухоли Р-815.

9. На основе синтезированных серасодержащих гомо- и метанофуллеренов разработаны новые составы масел и изучены их трибологические свойства. Установлено, что аддукты См с тиоатной группой обеспечивают высокие противозадирные и противоизносные свойства при введении их в индустриальные масла в количестве 0.005 мас.%.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ

Монографии и обзорные статьи

1. U.M.Dzhemilev, A.R.Tuktarov. «Metal complex catalysis in the chemistry of fiillerenes». In: «Handbook on Fullerene: Synthesis, properties and applications» P.239-310. Ed. R.F.Verner, C.Benvegnu. ISBN 978-1-62100-429-5. Nova Science Publishers, New-York.- 2012.548 p.

2. А.Р.Туктаров, У.М.Джемилев Диазосоединения в химии фуллеренов // Усп. хим,-2010.-Т.79,- №7.- С. 645-671.

Статьи:

3. А.Р.Туктаров, А.Р. Ахметов, Р.Ф. Камалов, JI.M. Халилов, М. Pudas, А.Г. Ибрагимов, У.М. Джемилев. Каталитическое [2+1]-циклоприсоединение диазоуксусного эфира к фуллерену[60] // Журн. орг. хим.- 2009,- Т.45,- Вьш.8.-С. 1180-1185.

4. А.Р. Туктаров, А.Р. Ахметов, Д.Ш. Сабиров, JI.M. Халилов, А.Г. Ибрагимов, У.М. Джемилев. Каталитическое [2+1]-циклопрнсоединение диазосоединений к фуллерену[60] И Изв.АН, Сер. хим.- 2009,- №8,- С. 1671-1677.

5.А.Р. Туктаров, В.В. Королев, JI.M. Халилов, А.Г. Ибрагимов, У.М. Джемилев. Каталитическое циклопропанирование фуллерена[60] с помощью диазометана // Журн. орг. хим. -2009,- Т.45,- Вып.11,- С. 1608-1611.

6. А.Р.Туктаров, В.В.Королев, У.М.Джемилев. Каталитическое циклоприсоединение диазоалканов, генерируемых in situ, к С60-фуллерену // Журн. орг. хим.- 2010,- Т.46,- Вып.4.-С. 595-596.

7. А.Р.Туктаров, В.В.Королев, А.Р.Тулябаев, В.М.Яныбин, Л.М.Халилов, У.М.Джемилев. Циклоприсоединение циклических диазосоединений к фуллерену С60 в присутствии Pd-содержащего комплексного катализатора // Изв.АН, Сер.хим.- 2010,- №5,-С. 956-962.

8. А.Р. Туктаров, А.Р. Ахметов, Г.Н. Кириченко, В.И. Глазунова, Л.М. Халилов, У.М. Джемилев. Синтез функциональнозамещенных метанофуллеренов и изучение их трибологических свойств // Журн. прикл. хим.- 2010.- Т. 83.- №7.- С. 1132-1136.

9. А.Р.Туктаров, А.Р.Ахметов, Л.М.Халилов, У.М.Джемилев. Каталитическое циклоприсоединение диазокетонов к фуллерену Ст // Изв. АН, Сер. хим.- 2010,- №3.- С. 598.

10. А.Р.Туктаров, А.Р.Ахметов, Л.Л.Хасанова, Л.М.Халилов, У.М.Джемилев. Циклоприсоединение диазоуксусных эфиров к фуллерену С60, катализируемое комплексами Pd // Изв. АН, Сер. хим.- 2010,- №10,- С. 1909-1913.

11. А.Р.Туктаров, В.В.Королев, Д.Ш.Сабиров, У.М.Джемилев. Каталитическое циклоприсоединение диазоалканов к С60-фуллерену // Журн. орг. хим.- 2011.- Т.47.- №1,- С. 45-50.

12. A.R.Tuktarov, A.R.Akhmetov, V.V.Korolev, A.A.Khuzin, L.L.Khasanova, N.R.Popod'ko, L.M.Khalilov. Palladium-catalyzed selective cycloaddition of diazo compounds to [60]Fullerene // Arkivoc.- 2011.- V.viii.- P. 54-66.

13. У.М.Джемилев, А.Р.Туктаров, В.В.Королев, Л.М.Халилов. Циклоприсоединение каркасных и полициклических диазосоединений к фуллерену См в присутствии Pd(acac)2-2PPh3-4Et,Al // Нефтехимия,- 2011.- Т.51,- №2. С. 134-138.

14. A.R.Tuktarov, V.V.Korolev, A.R.Tulyabaev, N.R.Popod'ko, L.M.Khalilov, U.M.Dzhemilev. Synthesis of optically active spiro homo- and methanofullerenes // Tetrahedron Lett.- 2011,- V.52.- P. 834-836.

15. L.M.Khalilov, A.R.Tulyabaev, V.M.Yanybin, A.R.Tuktarov. 13C NMR chemical shift assignments of spiro-cycloalkylidenehomo- and methanofullerenes by DFT-GIAO method // Magn. Reson. Chem.- 2011.- T.49.- C. 378-384.

16. А.Р.Туктаров, Л.Л.Хузина, У.М.Джемилев. Ковалентное связьшание фуллерена С60 с фармакозиачимыми соединениями // Изв.АН, Сер.хим.- 2011.- №4.- С. 648-652.

17. L.M.Khalilov, A.R.Tulyabaev, A.R.Tuktarov. Homo- and methano[60]fullerenes with chiral attached moieties - 'H and "C NMR chemical shift assignments and diastereotopicity effects // Magn. Reson. Chem.- 2011,- T.49.- Is. 12,- P. 768-774.

18. А.Р.Туктаров, А.А.Хузин, В.В.Королев, У.М.Джемилев. Каталитическое циклоприсоединение гетероциклсодержащих диазосоединений к фуллерену С60 // Журн. орг. хим.- 2012,- Т.48,- Вып.1.- С. 104-108.

19. A.R.Tuktarov, A.A.Khuzin, N.R.Popod'ko, U.M.Dzhemilev. Cycloaddition of diazothioates to [60]fullerene // Tetrahedron Lett.- 2012,- V.53.- P. 3123-3125.

20. А.Р.Туктаров, Л.Л.Хузина, У.М.Джемилев. Каталитическое циклоприсоединение диазоамидов к фуллерену С60 // Изв. АН, Сер. хим.- 2013.- №1,- С.104-106.

21. A.R.Tuktarov, L.L.Khuzina, N.R.Popod'ko, U.M.Dzhemilev. Catalytic cycloaddition of diazo amides to Mlerene C60 // Tetrahedron Lett.- 2013,- V.54.- P. 2146-2148.

22. A.R. Tuktarov, A.A. Khuzin, N.R. Popod'ko, U.M. Dzhemilev. Synthesis and tribological properties of sulfur-containing methanofullerenes // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures.-2012.-D01: 10.1080/1536383X.2012.690463

Патенты:

23. У.М.Джемилев, А.Р.Туктаров, А.Р.Ахметов, А.Г.Ибрагимов, Р.А.Садыков. Способ совместного получения 1'-алкил-1'-этилформил-(Сбо-/ь)[5,6]фуллеро[2',3':1,9]циклопроианов и Га-алкил-Га-этилформил-Га-карба-Г(2')а" гомо(Сбо-/ь)[5,6]фуллеренов / Патент РФ № 2404154.-Б.И.-2010.-№32.

24. У.М.Джемилев, А.Р.Туктаров, В.В.Королев, З.С.Муслимов. Способ получения 1'(2')а-гомо(С6о-4)[5,6]фуллерена / Патент РФ № 2417208,- Б.И.- 2011.- № 12.

25. У.М.Джемилев, А.Р.Туктаров, В.В.Королев, Р.А.Садыков. Способ получения (С60-Л)[5,6]фуллеро[2',3': 1,9]циклопропана / Патент РФ № 2417979,- Б.И.- 2011,- № 13.

26. У.М.Джемилев, А.Р.Туктаров, В.В.Королев, Л.М.Халилов. Способ получения циклоалкилиденгомо(С60-4)[5,6]фуллерена / Патент РФ № 2417980,- Б.И.-2011,- № 13.

27. У.М.Джемилев, Г.Н.Кириченко, В.И.Глазунова, А.Г.Ибрагимов. А.Р.Туктаров, А.А.Десяткин, А.Р.Ахметов, В.В.Королев. Технологическая смазка для холодной объемной штамповки металла / Патент РФ № 2418043.- Б.И.- 2011.- № 13.

28. У.М.Джемилев, Г.Н.Кириченко, В.И.Глазунова, А.Г.Ибрагимов. А.Р.Туктаров, А.А.Десяткин, А.Р.Ахметов, В.В.Королев. Противозадирные и противоизносные присадки к маслам, работающим при высоких давлениях / Патент РФ № 2418042,- Б.И.- 2011.- № 13.

29. У.М.Джемилев, А.Р.Туктаров, А.Р.Ахметов, А.Г.Ибрагимов, Р.А.Садыков. Способ получения 1 'а-метид-1 'а-этилформил-1 'а-карба-1 '(2')а-гомо(С(,.|-/ь)[5,6]фу.,:лсрена / Патент РФ № 2434843.-Б.И.- 2011,- № 33.

30. У.М.Джемилев, А.Р.Туктаров, А.Р.Ахметов, З.С.Муслимов. Способ получения (С6о-Д)[5,б]фуллеро[2',3':1,9]циклопропан-Г-ил(циклоалкил)метанонов / Патент РФ № 2434839,- Б.И.- 2011,- № 33.

31. У.М.Джемилев, А.Р.Туктаров, А.Р.Ахметов, А.Г.Ибрагимов, З.С.Муслимов. Способ совместного получения Г-(3-1//-индолметил)-Г-этилформил-(Сбо-/ь)[5,6]фуллеро[2',3':1,9]циклопропана и Га-(3-Ш-индолметил)-1 'а-этилформил-1'а-карба-1'(2')а-гомо(С60-Д)[5,6]фуллерена / Патент РФ № 2440340.- Б.И.-2012,- № 2.

32. У.М.Джемилев, А.Р.Туктаров, А.Р.Ахметов, А.Г.Ибрагимов, З.С.Муслимов. Способ совместного получения 1 '-[2-(мепшсульфашщ)эпш]-Г-этилформил-(Сог 7ь)[5,6]фуллеро[2',3':1,9]-циклопропана и Га-[2-(метилсульфанил)этил]-Га-этилформил-1'а-карба-1'(2')а-гомо(С60-4)[5,6]фуллерена / Патент РФ № 2440337,- Б.И.- 2012,- № 2.

33. У.М.Джемилев, А.Р.Туктаров, А.Р.Ахметов. Способ селективного получения 1'-[2-(метилсульфанил)-этил]-Г-этилформилциклопропа[2',3':1,9](С6о-Л)[5,6]фуллерена / Патент РФ № 2447062,- Б.И.- 2012,- № 10.

34. У.М.Джемилев, А.Р.Туктаров, ЛЛ.Хасанова, Л.М.Халилов. Способ получения холестерил циклопропа[1,9](Сбо-Д)[5,6]фуллерен-3'-карбоксилата / Патент РФ. № 2447018,-Б.И.-2012.- № 10.

35. У.М.Джемилев, А.Р.Туктаров, В.В.Королев, Л.М.Халилов. Способ получения оптически активных спиро-гомофуллеренов / Патент РФ № 2455273.- Б.И.- 2012.- № 19.

36. У.М. Джемилев, А.Р. Туктаров, A.A. Хузин. Способ получения 1а-метил-1а-(3'-тиоалкилпроп-2'-ил)-1аЯ-1(9)а-гомо(С6о-4)[5,6]фуллеренов / Патент РФ №2459805. - Б.И. -2012. -№24.

37. У.М. Джемилев, А.Р. Туктаров, A.A. Хузин. Способ получения З'-метил-З'-фурил- или 3*-метил-3'-тиенил-3'н-циклопропа[1,9](С60-/к)[5,6]фуллеренов / Патент РФ № 2478629,- Б.И,- 2013,- № 10.

38. У.М. Джемилев, А.Р. Туктаров, A.A. Хузин. Способ получения 1'-[2"-(метилтио)этил]-1'-[ 5-алкилкарботиоил]-(Сбо-4)[5,6] фуллеро[2',3': 1,9]-циклопропанов / Патент РФ № 2478615,- Б.И.- 2013,- № 10.

Избранные тезисы докладов:

39. A.R.Tuktarov, V.V.Korolev, U.M.Dzhemilev. Selective [2+l]-cycloaddition of diazomethane to [60]follerene assisted by metal complex catalysts // IX Biennial Internatuional Workshop "Fullerenes and atomic clusters" IWFAC'2009.- St.Petersburg.-2009.-P.156.

40. A.R.Tuktarov, A.R.Akhmetov, U.M.Dzhemilev. Catalytic [2+l]-cycloaddition of diazoacetates to [60]fullerene // IX Biennial Intematuional Workshop "Fullerenes and atomic clusters" IWFAC'2009.- 81.Ре1егзЬжжжжжжиге.-2009.-Р.157.

41. А.Р.Туктаров, А.Р.Ахметов, В.В.Королев, Р.Ф.Каналов, Г.Н.Кириченко,

B.И.Глазунова, У.М.Джемилев. Метано- и гомофуллерены - эффективные наноразмерные компоненты современных присадок // III Российская конференция (с международным участием) «Актуальные проблемы нефтехимии».-Звенигород.-2009.-С.254.

42. А.Р.Туктаров, А.Р.Ахметов, У.М.Джемилев. [2+1]-Циклоприсоединение диазокетонов к фуллерену С60, катализируемое комплексами Pd // Всероссийская конференция по органической химии, посвященная 75-летию со дня основания Института органической химии им. Н.Д.Зелинского РАН.-Москва.-2009.-С.4Ю.

43. А.Р.Туктаров, В.В.Королев, У.М.Джемилев. Селективный синтез спиро-гомофуллеренов с использованием Pd-содержащих комплексных катализаторов // Всероссийская конференция по органической химии, посвященная 75-летию со дня основания Института органической химии им. Н.Д.Зелинского РАН. - Москва. - 2009. -

C.411.

44. А.Р.Ахметов, Г.Н.Кириченко, В.И.Глазунова, А.Р.Туктаров, У.М.Джемилев. Синтез наноразмерных серасодержащих С60-фуллеренов - эффективные присадки к маслам для высоконагруженных машин и механизмов // Всероссийский научно-инновационный конкурс в рамках программы УМНИК «Разработка инновационных технологий получения наноразмерных структур органических веществ».-Махачкала.-2009.-С.312.

45. А.Р.Туктаров, А.Р.Ахметов, В.В.Королев, А.А.Хузин, Л.Л.Хасанова, У.М.Джемилев. Селективное циклоприсоединение диазосоединений к С60-фуллерену с участием комплексов Pd // Advanced Science in Organic Chemistry. - Miskhor, Crimea. - 2010. -C. 51.

46. А.Р.Туктаров, Л.Л.Хузина, Л.М.Халилов, У.М.Джемилев. Синтез стабильных пиразолинофуллеренов // V Международный симпозиум «Химия алифатических диазосоединений: достижения и перспективы». - С.-Петербург. - 2011. - С. 107-108.

47. A.R. Tuktarov, V.V. Korolev, A.A. Khuzin, U.M. Dzhemilev. Catalytic synthesis of heteroatom-containing homo- and methanofullerenes // Joint International Conference Advanced Carbon Nanostructures. - St. Petersburg, Russia. -2011,-P.308.

48. A.P. Туктаров, A.P. Ахметов, B.B. Королёв, A.A. Хузин, Л.Л. Хузина, У.М. Джемилев. Реакции фуллеренов с диазосоединениями, катализируемые комплексами палладия //Менделеевский съезд.-Волгоград, Россия. - 2011. - С. 195.

49. А.Р. Туктаров, A.A. Хузин, Л.Л. Хузина, У.М. Джемилев. Каталитическое циклоприсоединение диазотиоатов и диазоамидов к фуллерену С6о // Всероссийская научная конференция (с международным участием) «Успехи синтеза и комплексообразования». Москва (РУДН).-2012.-С. 199.

50. А.Р.Туктаров, Л.Л.Хузина, У.М.Джемилев. Каталитический синтез оптически активных функционалыюзамещенных фуллеренов // Всероссийская конференция «Органический синтез: химия и технология». - Екат8-967-457-62-23еринбург. - 2012. -С.105.

Лицензия №0177 от 10.06.96 г. Подписано в печать 14.03.2014 г. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Формат 60x84 1/16. Усл.неч.л. 1,5. Уч.-изд.л.1,5. Тираж 140 экз. Заказ №94

Типография ГОУ ВПО «Башгосмедуниверситет РОСЗДРАВА» 450000, г. Уфа, ул. Ленина, 3