Реакции экзо-полиэдрического замещения в кластерных анионах бора [B10H10]2- и [B12H12]2- тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

На правах рукописи

ЖИЖИН Константин Юрьевич

РЕАКЦИИ ЭЮО-ПОЛИЭДРИЧЕСКОГО ЗАМЕЩЕНИЯ В КЛАСТЕРНЫХ АНИОНАХ БОРА [В10Н10]2" И [В12Н12]2'

02.00.01 - неорганическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

0034Ь4^эн

Москва 2008

003454294

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук -Институте общей и неорганической химии имени Н С. Курнакова РАН

Официальные оппоненты академик Еременко Игорь Леонидович

доктор химических наук, профессор Калинин Валерий Николаевич

доктор химических наук, профессор Буслаева Татьяна Максимовна

Ведущая организация Учреждение Российской академии наук -

Институт органической химии им. Н Д Зелинского РАН (ИОХ РАН)

Защита состоится 24 декабря 2008 года в II00 часов на заседании диссертационного совета Д 002.021.01 при ИОНХ РАН по адресу. 119991, ГСП-1, г. Москва, Ленинский проспект, д 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОНХ РАН по адресу: 119991, ГСП-1, г Москва, Ленинский проспект, д 31

Автореферат разослан « /У » ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002 021.01 при ИОНХ РАН кандидат химических наук

Генералова Надежда Борисовна

Актуальность темы. Современная химия бороводородов по своему разнообразию приближается к химии углеводородов, хотя и охватывает меньшее число соединений. Ядро этой области науки составляет класс высших полиэдрических бороводородных соединений - соединений с уникальной молекулярной архитектурой. Они образуют своеобразный мостик между различными разделами химии в силу наличия у них специфических свойств, не встречающихся в других типах соединений, и свойств, характерных для таких хорошо изученных органических и элементорганических соединений, как, например, арены, кремнийорганические соединения. Кластерные анионы бора [ВПН„]2' (п=6-12) и их гетероаналоги - карбораны, азабораны, металлобораны, наряду со сравнительно недавно открытыми фуллеренами, являются одними из немногих примеров полностью «неметаллических» кластеров. Факт существования указанных систем и их химическое поведение во многом определяется пространст-венноароматическим характером химической связи в подобных соединениях. С ароматической природой полиэдрических анионов бора также связаны и особенности свойств, отличающие их от большинства гидридных соединений бора: высокая термостойкость, кинетическая стабильность остовной борной системы, ярко выраженная тенденция к реакциям замещения1.

Произошедший в самом конце XX века ренессанс химии кластерных бороводородных соединений связан с развитием 10В-нейтронозахватной терапии опухолей В основе 10В-НЗТ лежит ядерная реакция взаимодействия стабильного изотопа бора-10 с тепловыми нейтронами. В идеальном случае разрушаются только опухолевые клетки, включая сколь угодно мелкие метастазы, без повреждения нормальных тканей в облучаемом объеме2.

Специфика этого направления практического применения соединений бора определяет основные тенденции развития современной химии высших бороводородов. И если на первом этапе развития химии кластерных соединений бора, в 60-80 годах XX века, основными задачами являлись поиск методов синтеза бороводородных анионов и их простых солей, то в настоящее время наиболее важным представляется изучение реакционной способности анионов [ВПНП]2" (п=6-12), в частности, поиск новых методов получения их замещенных производных с заданным функциональным и изомерным составом. В данном направлении особенно актуальным представляется исследования репюселективных нуклеофильных процессов, протекающих в присутствии кислот. Указанные реакции, помимо разнообразия вводимых функциональных групп, позволяют создавать соединения со строго определенной степенью замещения и взаимным расположением эюо-полиэдрических групп.

В России, в ИНЭОС РАН (JI И.Захаркин, В.Н Калинин, В И.Брегадзе и др.), ИНХ СО РАН (В.В.Волков) и за рубежом (Hawthorne М F , Preetz W., Gabel D и

1 N.T.Kuznetsov//Russ J of In. Chem., 2002, V. 47, Suppl 1, P. S68-S104.

2 Hawthorne M F //Angew. Chem. Int Ed. Engl. 1993. V.32. P.950-984 ; Спрышкова P. А. Биологические основы нейтроннозахватной терапии на боре-10. Дисс ... доктора биол. наук. -М.: ОНЦ им Н Н Блохина РАМН, 1999

1

др) проводились и проводятся весьма плодотворные исследования в области химии кластерных соединений бора.

Настоящая работа является еще одной ступенью в многолетних исследованиях коллектива, возглавляемого академиком Н Т.Кузнецовым (лаборатория энергоемкоемких веществ и материалов ИОНХ РАН) Данная работа была бы невозможна, если ранее в этом коллективе не были проведены экспериментальные и теоретические работы пространственноароматических неорганических систем, включая систематические исследования в области поиска методов синтеза клозо-боратных анионов, исследования их координационной способности, процессов протонирования Продолжая исследования в этих областях химии кластерных анионов бора, мы сформулировали цели и задачи настоящей работы.

Целью настоящей работы является создание фундаментальных основ и системы методов функционализации кластерных анионов бора [ВюНю]2~ и [В12Н12]2" и их замещенных производных

Объектами исследования являются кластерные анионы бора [В10Н10]2~ и [В12Н12]2-, а также их производные с э/сто-полиэдрическими заместителями.

Предметом исследования являются: структура, строение, реакционная способность и физико-химические (спектральные) характеристики замещенных производных анионов [ВюН10]2" и [В12Н12]2-, а также регаоселективность процессов замещения в этих пространственноароматических кластерных соединениях бора.

Задачами работы являются.

- изучение взаимодействия солей анионов [В10Н10]2~ и [В12Н12]2" с нуклео-филами в присутствии индукторов различных типов (кислоты Бренстеда и Льюиса);

- изучение строения и реакционной способности замещенных производных кластерных анионов бора и разработка на этой основе новых методов модификации экзо-полиэдрических заместителей;

- анализ физико-химических и спектральных характеристик производных высших полиэдрических бороводородных анионов с экзо-полиэдрическими заместителями, возможных механизмов их образования, а также некоторых аспектов региоселективности замещения;

- разработка методов синтеза замещенных клозо-боратов с биологически активными группами.

Научная новизна. Предложена и развита новая концепция функционализации анионов [В10Н10]2- и [В12Н12]2~, основанная на подходе к кластерам бора как пространственноароматическим системам. Этот подход позволил разработать группу методов синтеза замещенных клозо-боратов на основе их реакций с нуклеофильными реагентами в присутствии индукторов - электрофилов (кислот Бренстеда и Льюиса), обеспечивающих региоселективность процессов замещения и высокие (> 80 %) выходы целевых продуктов. Данные подходы позволили реализовать схемы модификации потенциальных биологически активных соединений, построенные на основе региоселективного введения заместителей в кластерные анионы бора с их последующей химической модификацией

(присоединение к кратным связям, замещение при экзо-полиэдрическом гете-роатоме, образование пендангаых функциональных групп).

Предложены новые подходы и стратегии синтеза замещенных производных клозо-декаборатного аниона, в основе которого лежат реакции нуклео-фильного замещения, протекающие в растворах солей аниона [ВюНц]".

Впервые реализованы и изучены реакции нуклеофииьного замещения в клозо-боратных анионах, протекающие при индуцировании карбокатионами, определены закономерности и условия направленной функционализации, идентифицированы продукты этих реакций; обнаружено влияние природы реагента и электрофильных индукторов на продукты реакций нуклеофильного замещения.

Впервые показано, что взаимное расположение заместителей в продуктах, получаемых по нуклеофильным реакциям с электрофильным содействием, практически во всех случаях не зависит ни от типа и заряда заместителя, ни от «жесткости» кислоты - электрофильного индуктора

Впервые получено более 250 новых производных оозо-боратов с экзо-полиэдрическими оксониевыми, тиониевыми, амидными, имидатными, амиди-новыми, карбоксилатными группами, а также замещенные клозо-декабораты с пендантными функциональными группами, клозо-борат-клатрохелаты и фтало-цианины, амфифильные производные кластерных анионов бора; с применением современных физических и физико-химических методов исследования получены спектральные данные и проанализирован состав и строение этих соединений.

Практическая значимость. Предложены новые типы соединений для 10В-нейтронозахватной терапии на базе карбонил-ктозо-боратов, в том числе,, модифицированные кчозо-боратами амфифильные производные высших жирных спиртов и глицеролипидов алкильного типа с простыми эфирными связями^

Впервые в лабораторную практику введен новый синтон - анион [ВюНц]*.

Предложено использовать аминозамещенные клозо-додекабораты для модификации координационных соединений: синтезированы клозо-б орат-клатрохелаты и фталоцианины - новые типы молекулярных платформ для «сборки» потенциальных медицинских препаратов.

Разработан перспективный метод получения новых замещенных производных аниона [В10Н10]2~, основанный на присоединении спиртов и аминов к анионам [2-B10H9(NCR)]\ Метод отличается высокими (практически количествены-ми) выходами целевых продуктов, а получаемые производные являются гидролитически устойчивыми соединениями в нейтральной и кислой средах.

Апробация работы Результаты работы были представлены и докладывались в период с 1996 по 2008 гг. на следующих международных и отечественных конференциях и совещаниях: В International Symposium on Neutron Capture Therapy for Cancer (USA, 1998), XX Международная Чугаевская конференция по координационной химии (Ростов-на-Дону, 2001), Международная конференция по химии бора - IMEBORON XI (Москва, 2002), XXI Международная Чугаевская конференция по координационной химии (Киев, 2003), 10 Международная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические техноло-

гии» (Волгоград, 2004), IV Всероссийская научно-практическая конференция «Отечественные противоопухолевые препараты» (Москва, 2005), XXII Международная Чугаевская конференция по координационной химии (Кишинев, 2005), XI Международная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии - 2006» (Самара, 2006), 37 International Conference of Coordination Compounds (Cape Town, 2006), V Всероссийская конференция по химии кластеров и полиядерных комплексов (Астрахань, 2006), ХХП1 Международная Чугаевская конференция по координационной химии (Одесса, 2007), XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Москва, 2007), II Молодежная конференция «Наукоемкие химические технологии» (Москва, 2007), 5-я Всероссийская конференция «Молекулярное моделирование» (Москва, 2007), II International Symposium on Macrocychc and Supramolecular Chemistry (Italy, 2007), 13th International Conference on Biological Inorganic Chemistry (Vienna, Austria, 2007), International Conference on Boron Chemistry IMEBORON XIII (Platja d'Aro, Spam, 2008), 2nd EuCheMS Chemistry Congress (Italy, 2008).

Отдельные разделы настоящих исследований вошли в работы, отмеченные Государственной Премией РФ для молодых ученых в области науки и техники за 2003 год; премией имени JI.A Чугаева РАН за 2006 год, Главной Премией МАИК/Наука 2003 года.

Публикации. Основные результаты работы изложены в 22 печатных работах в реферируемых отечественных периодических изданиях, 3 статьях в сборниках научных трудов и в 32 тезисах докладов на указанных выше конференциях и совещаниях всероссийского и международного уровня

Личный вклад автора состоял в постановке целей и задач исследования, выполнении основного объема экспериментальной работы. Автором проведены обработка и анализ полученных результатов, формулировка общих выводов и основных положений, выносимых на защиту.

Связь работы с научными программами. Работа проводилась при поддержке Программ Президиума РАН (№8) и ОХНМ (№7), РФФИ (проекты 0203-32778, 02-03-06420, 03-03-32482, 03-03-05440, 03-03-32531, 05-03-32885, 0703-12144,07-03-00552), МНТЦ 2938

Структура диссертации. Работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы Объем составляет 274 страниц и включает 50 таблиц, 75 рисунков. Список цитируемой литературы включает 196 ссылок.

Благодарности. Автор искренне признателен своему учителю академику Н.Т.Кузнецову за постоянное внимание и поддержку данной работы

Автор благодарен к х н. И.Н. Поляковой, выполнившей большинство рент-генострукгурных исследований замещенных кпозо-боратов, к.ф-мн. В И.Привалову и ГЛ.Разгоняевой - за съемку ЯМР-спектров; к.х.н. Л.И Очертяновой - за ААС определение бора.

Особо хотел бы отметить коллег и соавторов, общение с которыми привнесло в данную работу большое количество оригинальных мыслей, академик К. А. Солнцев, д х н. Г. А. Серебренникова, д х н Я. 3. Волошин, к.х н. Н. А. Вотинова, к.х.н. JI. В. Гоева, к х н. В. Н. Мустяца, к х н. М. В. Лисовский, аспирант Е. Ю. Матвеев, к.х.н. Е. А Малинина, к.х н В. В. Дроздова, сотруд-

ники А. П. Жданов, В. М. Ретивов, С. С. Акимов, А. Ю. Быков, О. О Вовк, О. Н Белоусова, Ю. С. Нагаев, в сотрудничестве с которыми были проведены экспериментальные исследования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснованы актуальность темы диссертационной работы, выбор объектов исследования и сформулированы цели и задачи работы. Освещены научная новизна и практическая значимость результатов исследований Глава I Обзор литературы. Обобщены и проанализированы литературные данные по темам: «Реакции экзо-полиэдрического замещения в пространственноароматических кластерных анионах бора», «Реакционная способность замещенных клозо-боратов», проанализированы теоретические и экспериментальные аспекты региоселекгивности, стереохимические аспекты процессов замещения в кластерных анионах бора, реакционная способность замещенных клозо-декаборатов.

Глава П Нуклеофильное замещение в кластерных анионах бора, индуцируемое кислотами Бренстеда. 2.1 Синтез, строение и реакционная способность аниона [ВмНц]~. В разделе описаны предложенные нами методы синтеза солей аниона [ВюНп]", физико-химические свойства и его реакционная способность при взаимодействии с нуклеофильными реагентами. Определены оптимальные условия синтеза солей аниона [В10НП]'. Показано, что выбор кислоты, способной к протонированию к/гозо-декаборатного аниона, зависит от размера алкильного катиона соли К^РюНю]. Так, если использование СР3СООН позволяет выделить протонированные формы с катионами любых четвертичных оснований, то в случае НСООН удается получить соли только с крупными катионами, такими, как Вщ^Г, РЬ4Р+ и РЬ4Аз+. Использование минеральных кислот и их водных растворов полностью исключает возможность получения протонированного аниона [В10Нц]\

Рентгеноструктурные исследования начала 90-х годов, проведенные в нашей группе, показали, что в солях РЬдРРюНц] и РЬзРЕЦВюНц] при комнатной температуре3 одиннадцатый протон разупорядочен по нескольким положениям, так что результирующие протонированные декаборатные полиэдры представляют собой сумму нескольких.

В настоящей работе мы приводим данные РСА для монокристаллов унде-кагидродекабората трифенил-(1-нафгилметил)фосфония (РЬ3НарЬСН2Р)[В1оНп] при 110К. В структуре этой соли аниона В10Ни" (I) дополнительный атом Н(11) локализован однозначно. Он асимметрично центрирует грань В(1)В(2)В(3) апикального пояса, образуя с атомом В(2) более длинную связь (1.63(9) А), чем с атомами В(1) и В(3) (1.11(9) и 1.24(9) А, соответственно) Относительно высокие погрешности в координатах и большое значение изотропного параметра те-

3 Пономарев В И, и др. //Коорд. хим., 1992, Т. 18, № 4, С.372-377; Мустяца В.Н., и др //Докл. АН СССР, 1988, Т 301, № 6, С.1396

пловых колебаний даже при низкой температуре (и = О 24(4)А2), по-видимому, отражают высокую подвижность атома Н(11)

Таким образом, данные РСА показывают, что в кристаллах при 110 К протон оказывается локализован вблизи одной из апикальных вершин и связан четырех-центровой двухэлектронной связью с одной из апикальных граней. В растворах, согласно данным ЯМР, протон ассоциирован только с одним из апикальных поясов кластера. При комнатной температуре в растворах он, сохраняя свое положение вблизи апикальной вершины, мигрирует вдоль апикального пояса полиэдра Дальнейшее нагревание вплоть до 50 - 60 °С в растворителях, не содержащих нуклеофильных центров4, приводит к переносу протона от одной апикальной вершины к другой.

В присутствии нуклеофильных реагентов ундекагидродекаборатный анион способен образовывать монозамещенные производные (реакция А)

[В10Нп]- + :№1->[В10П9(Ш)]- + Н2 (А)

Аналогичные им по химическому составу и спектральным характеристикам соединения могут быть также получены из подкисленных растворов кпозо-декаборатов по реакции В

[В10Н10]2- + Н+ + :Ыи-» [В10Н9(№1)]- + Н2 Т (В)

В качестве реагентов могут быть использованы алифатические и ароматические нитрилы, простые циклические эфиры и тиоэфиры, N.А^-дизамещенные амиды и их тиоаналоги, Ы,М,N '-тетраалкилмочсвины и тиомочевины, и другие малоосновные органические соединения. Таким образом, в выбранной нами системе соль аниона [ВюНю]2" - органический растворитель с нуклеофильными свойствами - протонная кислота присутствуют все необходимые компоненты для осуществления электрофильно-индуцируемых нуклеофильных реакций. Нагревание растворов солей оозо-декаборатного аниона с выбранными нами реагентами в присутствии протонных кислот приводит к замещению экзо-полиэдрических атомов водорода на соответствующие функциональные группы.

Нами установлено, что на ход реакций А и В влияет ряд факторов. Прежде всего это растворимость солей аниона [ВюНю]2" в выбранных растворителях. Следует отметить, что в отсутствии Н* - кислоты вышеперечисленные органические соединения ведут себя как обычные растворители При этом растворимость клозо-декаборатов различна, она зависит от катиона исходной соли и изменяется от высокой, в случае нитрилов и амидов (>20%), до низкой - для тио-эфиров и эфиров (<5%) Кроме того, растворимость солей аниона [В10Н10]2' существенно повышается не только при увеличении температуры (30% при 40°С), но и при добавлении кислоты Последнее, вероятно, связано с образованием протонированного аниона. В отдельных случаях, когда растворимость остается

4 Мустяца В Н, и др // Доклады АН 1998, т.358, №1, С 68-71.; ЭЬогс Б.О , и др // 1по^. СЬет , 2003, V. 42, Р 1175-1186.

низкой (<1%), ход реакции замедляется, существенно снижается выход продукта и значительно, до 2 - 4 - х суток, возрастает время процесса В качестве примера можно привести взаимодействие тетрафенилфосфониевой соли клозо-декаборатого аниона с тетрагидропираном в присутствии трифторуксусной кислоты, которое полностью завершается при нагревании реакционной смеси в течение 48 ч.

Другим фактором, оказывающим влияние на ход процесса, является возможность образования карбоксилат-югозо-декаборатов за счет побочной реакции с карбоновой кислотой:

[В„НП]2- + хНОСОЯ-> [ВпНп.х(ОС(Ж)х]2- + хН2, гдеп=10,12,х=1-4.

При этом происходит существенное снижение выхода целевых продуктов вследствие образования карбоксилат-клозо-декаборатов [ВюНю^ОСОЯХ]2" Выход замещенных клозо-боратов не превышает 40% при проведении реакции в присутствии трехкратного избытка кислоты. В случае низкой растворимости солей замещенного клозо-боратного аниона и исходного декабората в применяемом растворителе конкурирующий процесс карбоксилирования приводит к весьма хорошо растворимым соединениям, выход которых увеличивается. Замена карбоновых кислот на минеральные (НЫОз, Н28С>4), как правило, исключена, поскольку в отсутствии воды последние обладают существенной окислительной способностью. Использование их водных растворов полностью прекращает ход реакции, вероятно, в связи с образованием более устойчивых ок-сониевых ионов, которые не могут являться индукторами рассматриваемых нами реакций. Еще одно замечание стоит сделать относительно возможности повышения степени замещения. Увеличение времени и температуры реакции, изменение концентрации кислоты не приводит к образованию каких-либо других продуктов, в том числе, и с более высокой степенью замещения. По нашему мнению, в случае использования солей аниона [В10Ни]" (реакция А) это связано с отсутствием дополнительных количеств индуктора, необходимых для более глубокого протекания реакции, для методик, описываемых реакцией В, более глубокому протеканию процесса замещения препятствует образование карбок-силат-ляолэ-декаборатов за счет параллельной реакции с карбоновой кислотой, роль которой усиливается по мере увеличения концентрации КС ООН в реакционной смеси.

Образующиеся монозамещенные продукты имеют общую особенность: эк-зо-полиэдрические заместители расположены в экваториальном поясе кластера Так, по данным РСА структура соединения (РЬ4Р)[2-[В 1 оНд(ЫСМо)]5 построена из анионов [2-ВюН9(МСМе)]" (П) и катионов РРИ/. Заместитель ЫСМе в анионе занимает положение 2. Длины связей составляют: В(2)-Ы(1) 1.515(9), Ы(1)-С(1) 1.122(7), С(1)-С(2) 1.453(9)А. Таким образом, тройная связь азот-углерод в нитрилиевом заместителе сохраняется и даже несколько укорачивается по

5 В работе Б.Пои и др //1по^. СЬет. 1994. У.ЗЗ. Р 6432-6434. описано отроение ((Сг! 15)зМН)[2-СН.зСМВ]0Н9], полученного при реакции клозо-декабората о ацетонитрилом в присутствии СРзСООН.

сравнению с некоординированными нитрилами (1.16 А), что, по всей видимости, связано с сильной поляризацией заместителя.

В структурах соединений с оксониевыми заместителями -(Ph4P)[2-B 1 оН^ОСдНв)] (Ш) и (Ph3CH2NaphP)[2-B1oH902C4H8] (IV) атомы кислорода эфирных групп также занимают положение 2 в экваториальном поясе полиэдрических анионов. Длины экзо-полиэдрических связей В(2)-0 составляют 1.513(6) и 1.550(3) А. Связи вокруг атомов 0(1) образуют пирамидальный полиэдр Конформация диоксанового цикла в анионе (IV) - кресло.

Структура производного с амидным заместителем (РЬ4Р)[2-[В10Н9(ЫМР)] построена из катионов РЬ4Р+ и анионов {2[(Аг-метилпирролиденаммонио)-2-окси]-югозо-декабората} (V) Заместитель находится в экваториальном положении. Длины эюо-полиэдрических связей составляют. 0(1)-С(1) 1.281(4), 0(1)-В(2) 1.507(5), Ы(1)-С(1) 1.301(5), Ы(1)-С(5) 1 449(5), Ы(1)-С(4) 1.453(5), С(1)-С(2) 1.479(6), С(2)-С(3) 1.530(6) А. Его строение хорошо согласуется с данными ИК спектроскопии и подтверждает наше первоначальное предположение о сопряжении связей в О-замещенном амидном фрагменте, по сравнению с некоординированными амидами длина связи Ы(1)-С(1) укорачивается, приближаясь к двойной (<1(Ы=С) 1.28 А). Связь 0(1)-С(1) понижает свой порядок, но все же остается кратной (ее значение лежит в интервале от <1(С=0) 1.20 А до с1(С(.5/)-0) 1 34 А), а потому сохраняется затруднение во вращении вокруг этой связи, что, в свою очередь, обусловливает возможность существования двух геометрических изомеров. По данным РСА, реализуется £-изомер, то есть атом азота и клозо-декаборат расположены по разные стороны от плоскости связи С=0.

Таким образом, нам удалось разработать группу методов синтеза замещенных производных клозо-декаборатного аниона на основе его реакций с нуклео-фильными реагентами в присутствии индукторов - кислот Бренстеда. Реакции носят региоселективный характер, поскольку образуются продукты только с экваториальным расположением заместителя. Образуются исключительно мо-нозамещенные продукт, так как соотношение хлозо-борат/индуктор (ЬГ) в этих реакциях всегда точно соответствует 1:1. Предлагаемые нами методики отличаются высокими выходами целевых продуктов, легкостью их выделения и

очистки. Самым удобным сшггоном для реализации методик синтеза является анион [В10Нц]\

2.2. Карбоксилат-клшо-декабораты. Полное «выведение» из реакционных схем А и В, описанных в предыдущем разделе, нуклеофильных реагентов и проведение реакции в безводной органической кислоте (трифторуксусной, муравьиной, уксусной, пропионовой, изомасляной, валериановой) приводит к образованию исключительно ацилокси-тсгозо-декаборатаых анионов (карбокси-лат-югазо-декаборатов):

[В10Н10]2" + n RCOOH -> [B10H10.n(OCOR)n]2- + пН2

Выше приведенная реакция имеет ярко выраженный региоселективный характер, и на четырех установленных ступенях процесса (в различных температурных интервалах) образуется только по одному из всех возможных изомеров. По мере роста температуры синтеза происходит последовательное образование моно- (60 - 80 °С) -, ди- (80 - 120 °С), три- (120 - 140 °С) и тетразамещенных (>140 °С) продуктов с выходами 89 - 92%.

Строение продуктов первых двух ступеней замещения установлено нами методом РСА для монокристаллов состава (ТФФ)2[РЬ(Ыру)(В10Н9ОС(О)СНз)2] и [Pb(bipy)2B10H8(OC(O)CH3)2].

Так, в первом комплексе, в замещенном клозо-декаборате (VI), выступающем в роли лиганда, ацилок-сизаместитель занимает позицию 2 в полиэдре. Длины связей В-О для координированного аниона составляют 1.484(5) и 1.479(5) Á, что вполне согласуется с обычными значениями для клозо-боратных анионов со связью ВО. Полученные результаты коррелируют и со спектральными данными, подтверждая факт образования экваториального изомера в реакциях клозо-декаборатного аниона с различными карбоновыми кислотами. Введение второго остатка rJL^

уксусной кислоты происходит в соседний к уже замещенному экваториальный пояс кластера (VII): два ацилокси-замесшгеля в полиэдре занимают позиции 2 о и 8, то есть, они занимают взаимные .мета-положения в соседних экваториальных поясах полиэдра. Естественно, нельзя отрицать, что в реакционной смеси при- JjffSño^ сутствует и полностью химически эквивалентный этому продукту 2,7-стереоизомер Длина обеих связей о^СЁ^а/®0*2' В-О составляет 1.497(9) Á. qnjf

Таким образом, при взаимодействии клозо- JL^ v||

декаборатов с карбоновыми кислотами первоначаль- хо?

ная нуклеофильная атака осуществляется в экваториальную позицию с образованием 2-ацнлокси-клозо-декабората. На второй стадии, при температуре выше 80 "С, происходит введение второго карбоксилат-ного заместителя в соседний к уже введенной функциональной группе, эквато-

риальный пояс с образованием 2,7(8) - изомера. Апикальные вершины полиэдра вступают во взаимодействие лишь при повышении температуры реакции >120 °С и полностью замещаются при введении четвертого заместителя с образованием 1,2,7,10-тетраацилокси-гексагидро-к/гозо-декаборатного аниона. Протекание дальнейшего замещения невозможно из-за крайней неустойчивости образующихся тетразамещенных продуктов уже при температурах проведения синтеза Нагревание растворов таких соединений в карбоновых кислотах (> 140 -170 °С) приводит к их полному окислению.

2.3 Взаимодействие клвзо-декаборатного аниона с нуклеофильными реагентами в присутствии галогеноводородов.

Образование карбоксилат-клозо-декаборатов не позволяет вводить более одного заместителя при взаимодействии солей аниона ВюНю2" с нуклеофилами в присутствии карбоновых кислот, по-видимому, вследствие нуклеофильности карбоновой кислоты и ее солей'

[В10Н10]2' + RCOOH + :Nu-> [B10H9Nu]" + Н2 Т + RCOO"

Поэтому для синтеза дизамещенных нейтральных производных [ее-ВюЩ^иг]0 мы предложили использовать газообразные галогеноводороды, являющиеся существенно более слабыми нуклеофилами по сравнению с карбоксилатами. Действительно, нагревание суспензий солей клозо-декаборатного аниона с простыми циклическими эфирами в присутствии хлороводорода приводит - за счет протекания реакций замещения - к постепенному растворению солей аниона [ВюНю]2" и выделению водорода При этом протекает нуклеофильное замещение экзо-полиэдрических атомов водорода на соответствующие функциональные группы при электрофильном содействии протона HCl6. Нами обнаружено, что такие процессы носят ступенчатый характер, хотя он и менее выражен, чем для реакций с карбоновыми кислотами, и позволяют получать моно-замещенные анионы 2-[Bi0H9Nu]" или дизамещенные нейтральные соединения [ee-B.oHgNuj]:

, 1=60 "С, 1ч (шп, >3ч .

[ВюНю] ->[2-В10Н9(О2С4Н8)У->[ee-BwH8(02C4H8)2]°

HCl, диоксан HCl, диоксан

Однако следует заметать, что, наряду с основными продуктами, образуются и продукты окисления (до 40%)- бораты, борная кислота. Вероятно, это связано с образованием малоустойчивого на воздухе производного состава [В10Н12(ОС4Н8)2].

Процесс взаимодействия декагидро-оозо-декаборатного аниона с замещенными амидами (на примере Ы,М-диметилформамида, DMF, и N-метилпирролидона, NMP) также может быть индуцирован хлороводородом. Он также носит ступенчатый характер в зависимости от температуры. Так, при

6 Методика синтеза производных о амидными заместителями с использованием соляной кислоты описана в работе \\Г.Н.КпоЙ1 и др. // X Ат. СЬет. Бос. 1964 У.86. № 19 Р. 3973 - 3983. Однако выход продуктов не превышает 63 %, при этом качестве побочных продуктов образуются гидроксо-клозо-декабораты Предложенная нами методика с использованием газообразного хлороводорода позволяет повысить выходы продуктов вплоть до 90-95%.

температуре синтеза ниже температуры кипения Б МБ образуются монозаме-щенные продукты [2-В10Н9(№)]\ Повышение температуры реакции вплоть до температуры кипения ЫМР сопровождается образованием дизамещенного продукта [е<?-В10Н8(ЫМР)2] Однако количественный выход здесь не достигается Никакое увеличение времени реакции не способствует увеличению выхода, зато возрастает доля продуктов окисления

Взаимодействие аниона [ВюНю]2" с нитрилами в присутствии хлороводо-рода носит ступенчатый характер с протекающим при этом нуклеофильным ре-гиоселективным замещением экзо-полиэдрических атомов водорода на соответствующие функциональные группы. Так, при температуре до 80 °С в кластерный анион бора входит лишь один заместитель. Использование бензонит-рила позволяет повысить температуру синтеза до 1ЮШ=191 °С. в этих условиях происходит введение и второго нитрильного заместителя с образованием соединения [ее-В10Н8(НСРЬ)2]. Необходимо подчеркнуть, что в условиях реакции все полученные замещенные производные присоединяют по тройной связи молекулу хлороводорода. Хлороводород легко присоединяется и к исходным реагентам, что, по-видимому, усложняет введение второго заместителя вследствие низкой нуклеофильности гидрогалогенированного нитрила

На основании результатов, полученных в ходе выполнения данной работы, установлено, что оптимальными условиями для получения монозамещенных продуктов при использовании простых циклических эфиров являются время реакции 1 ч и температура 50 - 60 °С. Для получения дизамещенных продуктов это - 3 ч и 80 - 90 °С; при получении амидных производных - 150 °С и 200 °С для моно- и дизамещенного продуктов, соответственно. Для реакции декагид-ро-кчозо-декабо ратного аниона с нитрилами оптимальными условиями получения монозамещенных производных являются 80 "С, а дизамещенных - 190 °С.

Таким образом, можно заключить, что оптимальные температуры реакций с амидами и нитрилами значительно выше, чем с эфирами По нашему мнению, данный факт объясняется тем, что простые циклические эфиры не образуют с присутствующим в системе хлороводородом устойчивых соединений, в то время как амиды и нитрилы присоединяют хлороводород, теряя нуклеофильные свойства. Отщепление хлороводорода требует дополнительной энергии и, как следствие, проведения реакций при повышенных температурах. Применение бромоводорода и иодоводорода приводит к получению лишь монозамещенных продуктов Увеличение времени реакции (соответственно, и количества барбо-тируемого в реакционную смесь газа) или температуры синтеза способствует протеканию побочных процессов галогенирования.

Использование галогеноводородов в качестве индукторов замещения терминальных атомов водорода в клозо-декаборатном анионе позволяет проводить реакции замещения с соединениями, которые не содержат ярко выраженных нуклеофильных центров. Основными продуктами процессов галогенирования с участием дихлорэтана являются моно- и дихлорпроизводные, дибромэтана -моно- и дибромпроизводные, а при использовании дииодметана - трииодзаме-щенный продукт. Помимо перечисленных основных продуктов, всегда образу-

ются производные с более высокими степенями замещения, в том числе и со смешанными галогенидными заместителями При использовании галогеново-дорода и алкилгалогенида, содержащих одинаковые атомы галогенов (хлора и брома), кроме основных моно- и дигалогензамещенных продуктов, наблюдается образование некоторого количества продуктов с тремя атомами хлора или брома, соответственно. В реакции с Ш в СН212 основным является трииодзаме-щенный продукт, но одновременно имеет место образование продуктов с иод-метильными группами -СН21 в качестве заместителей Указанное обстоятельство свидетельствует о влиянии галогеноводородов и алкилгалогенидов на глубину протекания реакций и состав образующихся продуктов. При прочих равных условиях в случае иодоводорода образуется большее число продуктов, причем они характеризуются большей степенью за- <?

мещения по сравнению с образующимися при исполь- | С1(1)

зовании хлороводорода. iva 1Ш

Анализ данных РСА для дихлор-клозо-декабората (соль с катионом [Ph3(NaphCH2)P]+) показал, что в ка- 1№ч/\*вд честве основного изомера образуется экваториально- [А\ Д1 замещенный продукт - анион [2,(7)8-В10Н8С12]2" (VIII)

Таким образом, при взаимодействии клозо- сг ci(2fSj^\) декаборатного аниона [ВюНю]2" с галогеноводородами Увцо) ^

в среде малоосновных органических соединений про- <3

исходит образование замещенных производных, где в

качестве заместителей в основном выступают молекулы растворителя. При замене карбоновых кислот на галогеноводородные процесс сохраняет определенный регаоселективный характер: первоначально образовавшийся экваториально-замещенный продукт на второй стадии процесса подвергается атаке нуклео-филом с образованием преимущественно 2,7(8)-дизамещенных клозо-декаборатов. Проведение реакций в более жестких условиях, замена хлороводорода на другие галогеноводороды не приводит к увеличению степени замещения.

2.4. Индуцируемое кислотами нуклеофильное замещение в клозо-додекаборатах.

В клозо-додскаборатном анионе [Bi2H12]2' (IX), в отличие от аниона [В10Ню]2', все атомы бора имеют одинаковое координационное число, равное шести По всей видимости, именно этот факт не позволяет выделить стабильные соли с протонированным анионом [В12Н13]' (X). Однако в спектрах "В ЯМР подкисленных растворов, содержащих /огдао-додекабораты (при условии использования малоосновных растворителей - нитрилы или простые эфиры), сигнал от ядер атомов бора сильно уширяется Это позволяет предположить существование равновесия в растворах (стадия С)-

П2-

П1-

nu

d

ix

X

Нагревание таких растворов практически во всех известных случаях приводит к нуклеофильному замещению (стадия D), причем в качестве уходящей группы выступает гидрид-ион, отщепляющийся в виде молекулы водорода.

Ллозо-додекабораты легко вступают в реакции галогенирования при нагревании растворов их солей в алкилгалогенидах в присутствии HCl, НВг или Ш. Независимо от используемого в работе галогеноводорода, в основном происходит образование галогензамещенных продуктов, где в качестве заместителя выступает атом галогена молекул алкилгалогенидов, т.е. при барботировании различных галогеноводородов через один и тот же растворитель образуются продукты реакции с идентичным составом Этот факт позволяет предполагать, что в проведенных реакциях клозо-боратный анион взаимодействует с алкилгало-генидом, а галогеноводород является протонирующим агентом, инициирующим реакцию.

Нами выявлены в ходе исследования следующие закономерности. При температуре 50 - 60 °С и времени синтеза до 1 ч в алкилгалогенидах со всеми галогеноводородами образуются моногалогензамещенные анионы [В12НцНа1]2", а также остается исходный непрореагировавший анион [ВпНп]2', который преобладает в реакционной смеси. При более высоких температурах наблюдается образование смесей моно- и дигалогензамещенных производных.

Если реакцию проводят при 80 °С в течение 5 ч, помимо моно- и дигалогензамещенных продуктов, также образуются производные, имеющие большую степень замещения, а именно (ВщЬЩВ^НдНаЩ, а также смешанный галоге-нидный состав в случае использования галогеноводорода и алкилгалогенида, имеющих в своем составе различные атомы галогенов Однако выход подобных продуктов не превышает нескольких процентов п

Анализ данных РСА монокристалла соли ди- ci(1) JL

хлоро-клозо-додекабората (XI) с комплексным ка- ft^^Obyj^y^3 тионом [Ni(bipy)3]2+, сопоставление их со спектрами улЙтйД

и данными элементного анализа позволил нам 1аДДМ

предположить, что введение второго заместителя -

атома хлора осуществляется в .ме/ма-положение по Cl(2)

отношению к уже введенному 4

Как и для клозо-декаборатного аниона, независимо от используемого галогеноводорода (HCl, НВг, Ш), происходит замещение эгао-полиэдрических атомов водорода клозо-додекаборатного аниона на атомы хлора, брома или иода молекул алкилгалогенида, причем процесс галогенирования не проявляет выраженного ступенчатого характера и протекает с одновременным образованием моно- и дигалогензамещенных продуктов, соотношение между которыми зависит от используемого галогеноводорода, температуры и времени синтеза.

Проведение подобных процессов в среде нуклеофильных растворителей (нитрилы, амиды, эфиры и т.п.) позволяет получать замещенные производные. При этом в отличие от /стозо-декаборатного аниона реакция имеет выраженный ступенчатый характер. По сравнению с солями аниона [В10Ню]2" замещение протекает в несколько более жестких условиях. Низкая температура кипения

простых эфиров не позволяет вводить более одного заместителя, в то время как введение второй молекулы амида или нитрила оказывается возможным при температурах выше 170 °С. Ввести второй заместитель удается, таким образом, в случае бензонитрила или Ы-метилпирролидона, имеющих относительно высокие температуры кипения:

'—Ше

Для установления изомерного состава дизамещенных продуктов [ВпНю^МР^] и [ВпНюСЫСРЬЬ] был проведен их щелочной гидролиз

Анализ спектральных и хроматографических данных для продуктов гидролиза, солей дианиона [ВпНюСОН},]' и соединения [ВпНюСМНз^], показывает, что введение второго заместителя происходит в лгетя-положсше по отношению к первому. Кроме того, данные РСА для диамина подтверждают образование нейтрального соединения [1,7-В12Н10(Шз)2]° (XII)7.

Следовательно, важно отметить, что взаимодействие оозо-додекаборатного аниона с нуклео-фильными реагентами в присутствии хлороводо-

рода является удобным методом получения моно- и дизамещенных производных. Оно характеризуется высоким суммарным выходом продуктов (90-95%) Наши попытки использовать бромо- и иодоводород в качестве индукторов не позволили увеличить степень замещения: при их использовании превалируют процессы галогенирования

Использование карбоновых кислот в качестве реагентов позволяет получать замещенные клозо-додекабораты с более высокой степенью замещения, но в таких продуктах в качестве заместителей всегда выступает кислотный остаток карбоновой кислоты. Например, при взаимодействии додекагидро-оозо додека-боратного аниона с высшими жирными кислотами, наряду с моно- и ди-замещенными продуктами, происходит образование три- и тетракарбоксилат-ных производных:

7 РСА выполнен к х н С Е.Кацсром.

~12-

п2-

п2"

80-120 °С

RCOOH

,OCOR

ROOOH

120-150 °С

ROCO

OCOR

ROCO

OCOR

,OCOR i2" ROCO

.. RCOOH

>180 °С

OCOR

RCOOH 150-180 °C

ROCO

Взаимодействие солей клозо-додекаборатного аниона с карбоновыми кислотами протекает аналогично подобному процессу для кл озо-декаб орап га го аниона, описанному в разделе 2 2 (изучено взаимодействие со стеариновой, пальмитиновой и олеиновой кислотами, другие примеры приведены в работе8) Интерпретация изомерного состава анионов [В^Н^.^ОСОИХ]2' была проведена на основании элементного анализа и ПВ-ЯМР спектров гидроксизамещенных продуктов, полученных щелочным гидролизом соответствующих карбоксила-тов. Сопоставление полученных спектров, данных ВЭЖХ, элементного анализа для образцов соединений полученных нами, с данными образцов синтезированных9 по методикам позволило выстроить схему, отражающую последовательность замещения при взаимодействии клозо-декаборатов с высшими жирными кислотами.

Эта схема хорошо согласуется со схемами замещения, ранее предложенными для региоселективного фторирования солей клозо-додекаборатного аниона10. По всей видимости, направление введения второго заместителя, как и в случае клозо-декаборатного аниона, не зависит от типа вводимого заместителя: во всех случаях происходит образование мета-изомера в качестве основного продукта реакции либо продуктов с максимальным количеством взаимных ме-/ш-положений заместителей.

Глава Ш Особенности процессов нуклеофильного жзо-полиэдрического замещения, протекающих в присутствии кислот Льюиса.

С целью разработки новых методов функционализации кластерных анионов бора нами были поставлены задачи изучения их реакционной способности в присутствии различных классов кислот Льюиса: галогенидов элементов П1А и 1УБ групп, а также органических соединений, способных образовывать карбо-катионы (трифенилметилхлорид (тритилхлорид), адамантилбромид) Отдельный раздел данной главы посвящен изучению взаимодействия клозо-боратных

8 Krause U. и др. //Z. Anorg. Allg Chem , 1995, В 621, №.4, S.516-524.

9 Peymann Т., и др. // Inorg. Chem , 2000, V.39, №6, Р. 1163-1170.

10 К А.Солнцев, и др. // Коорд. хим., 1992, Т.18, № 4, С. 340-364

анионов с сопряженными карбокатионами - соединениями, сочетающими свойства индуктора (электрофильный центр молекулы) и нуклеофила.

3.1. Процессы замещения, протекающие при участии кислот Льюиса: галогенидов элементов ША и ГУБ групп и карбокатионов.

В отличии от реакций, индуцируемых кислотами Бренстеда, в реакциях аниона [В10Н10]2" с кислотами Льюиса (BF3U, А1С1312, TiBr4> Til4, ZiCl4, Zrl4, HfCl4) образование moho- либо дизамещенных производных определяется не температурой проведения процесса, а соотношением индуктора и клозо-декабората в исходной смеси'

о - группы В-Н

• -атомыВ L = BFj", Aldi12, TlBr4, Т«4. Zra4, Zrl4, HfCI4

Так, при мольном соотношении кислоты Льюиса и клозо-декабората не более 2 образуются монозамещенные производные, от 2 до 6 - смеси моно- и дизамещенных продуктов, при шестикратном и более избытке галогенида металла - исключительно дизамещенные соединения [В10Н8(Ми)]°. При длительном кипячении дизамещенных производных с кислотами Льюиса в среде нук-леофильных реагентов никакого повышения степени замещения не наблюдалось.

Подчеркнем тот факт, что галогениды, выбранные нами для индуцирования замещения, относятся к типу «жестких» кислот Льюиса (ВР3, А1С13, Т1Вг4,

11 Применение BF3 для индуцирования реакций о простыми эфирами. R.Bemard, и др. // J. Organomet Chem, 2004, V.689, Р.2581-2585.; Sivaev I.B., и др. //Polyhedron, 2000, V.19, №6, Р 627- 632.; D. Gabel, и др. // J Organomet. Chem , 1999, V.581, Р.45-50

12 В работах В Bonnetot и др. // Inorg. Chim. Acta, 1989, 156, P. 183-187; В Bonnetot и др. // Colleot.Czech.Chem Commun, 1997, V.62, P. 1273-1278 описаны комплексы [BioHio(A1C13)2]2" и [ВюНю(А12С1б)2]2": молекулы А1С13 и AhCls связаны с апикальными гранями.

ТЦ4, 2гС14, 2г14, НЛС14)13. Учитывая этот факт, мы предположили, что и карбока-тионы, принадлежащие к тому же типу кислот, будут содействовать нуклео-фильному замещению в клозо-борате.

Нами изучено взаимодействие солей клозо-декаборатного и кпозо-додекаборатаого анионов с нуклеофильными реагентами в присутствии трифе-нилметилхлорида (ТгС1) и 1-бромадамантана (Ас1Вг). Согласно совокупности спектральных данных, в качестве продуктов взаимодействия выступают в зависимости от кластерного аниона бора, используемого галогенуглеводорода, типа нуклеофила и условий проведения реакции - монозамещенные либо дизаме-щенные соединения-

Следует указать на некоторые отличия этого приема от индуцирования нуклеофильного замещения галогенидами металлов. Прежде всего, при использовании тртилхлорида удается провести процесс уже при комнатной температуре.

Подобный подход позволяет добиться высоких выходов замещенных кло-зо-боратов. Если в качестве нуклеофильных реагентов брали простые циклические эфиры (1,4-диоксан, ТТЛ и ТГФ), выходы целевых продуктов составляли 88%, 83% и 89%, соответственно В случае применения в качестве нуклеофилов карбоновых кислот (муравьиной и уксусной) выходы продуктов еще выше -

13 Применение галогенидов металлов, способных выступать в роли окислителей приводит к резкому снижению выходов продуктов. Например, в работе А.Н.Ыогтап и др.//1погд. СЬет. 1974. У.13 № 10. Р.2316-2321. описан синтез клозо-боратов с нитрилиевьшн заместителями при индуцировании реакции солями железа(Ш) Выход моиозамещенного производного составляет 0,9 %.

97% и 95% В реакциях с тетрагидротиофеном нам удалось добиться лишь 60% - ного выхода, что, по-видимому, обусловлено образованием относительно прочного комплекса TrCl с C4HsS.

Немаловажную роль играет и растворимость клозо-бората в нуклеофиль-ном реагенте Так, в случае А'.А'-диметилформамида (растворимость (н-ВидЬЩВпНп] около 2 г/мл) выход монозамещенного продукта составил 93%, а в случае jV-метилпирролидона (растворимость («-Bu4N)2[BnH11] до 0 1 г/мл) -только 79%.

При взаимодействии (и-ВщЫ^ВюНю] с простыми эфирами в присутствии двукратного избытка TrCl образуются дизамещенные производные Необходимо заметить, что ни увеличение количества TrCl, ни повышение температуры не приводят к образованию продуктов с большей степенью замещения.

Нагревание клозо-боратов с простыми эфирами и тиоэфирами в присутствии 1-бромадамантана (или w-бутилбромида) приводит к образованию солей анионов [2-BnHn.i(Nu)]~. Выходы целевых продуктов здесь ниже по сравнению с процессами, индуктором в которых выступает TrCl. Взаимодействие аниона [В12Н12]2- с нуклеофильными реагентами в присутствии избытка галогеналкана не приводит к образованию дизамещенных производных, а выходы продуктов в этом случае несколько ниже, чем в случае аниона [В10Ню]2~.

Для выявления роли кислот Льюиса в индуцировании процесса нуклео-фильного замещения было исследовано взаимодействие югозо-декаборатного аниона с карбокатионами в растворителях, не содержащих атомов с ярко выраженными нуклеофильными свойствами (дихлорметан, бензол).

Обнаружено, что при равном соотношении тритилхлорида (или галогенида металла) и соли аниона [ВюНю]1" в дихлорметане (бензоле) в ЭСП появляются полосы поглощения при 412 нм (Ige = 3.40) и 435 нм (Ige = 4.60), которые отвечают образованию трифенилметил-катиона14. В спектре 13С ЯМР появляется сигнал при 210 м.д, который также следует отнести к ядру атома углерода метальной группы трифенилметил-катиона В ИК спектрах растворов максимум полосы поглощения валентных колебаний В-Н связей смещается на 60 - 70 см' 1 в сторону больших волновых чисел относительно таковой для исходных солей аниона [В10Н10]2".

В спектрах "В ЯМР, независимо от типа применяемой кислоты Льюиса, наблюдаются три сигнала при 25.6, -22.4 и -24.8 м д с соотношением интегральных интенсивностей 1:5:4, соответственно. По мере увеличения концентрации кислоты Льюиса в растворе, содержащем [ВюНю]2', происходит постепенное уменьшение интенсивности слабопольного сигнала от противолежащего апикального атома бора, а в случае достижения избытка, сигнал полностью исчезает. При этом в спектре ПВ ЯМР присутствует только один уширенный сигнал при -21.3 м д.

14 Общая органическая химия" в 9-и т. Пер с англ.,// М «Химия». 1985

В качестве модели строения образующихся комплексов кислот Льюиса с клозо-декаборатным анионом может быть предложена геометрия, аналогичная строению аниона [BioHn]": кислота Льюиса локализована в апикальном поясе кластера. Исчезновение в спектрах растворов, содержащих избыток электрофила, слабопольного сигнала, вероятно, следует связывать с образованием комплекса {[ВюНю]2" х2Е}2" (Е - электрофил), в котором две элек-трофильные частицы локализованы у разных апикальных поясов борного полиэдра. Согласно спектральным данным, добавление к полученным комплексам нуклеофила уже при комнатной температуре приводит к образованию замещенных производных, состав и строение которых описан в главе I.

Существенные изменения в ЯМР, ИК и электронных спектрах можно наблюдать и при добавлении TrCl к растворам солей аниона [В12Н12]2~ в дихлорметане. Так же, как и в случае югозо-декаборатов, в ЭСП появляются полосы поглощения трифенилметил-катиона при 412 нм (Ige = 3 40) и 435 нм (Ige = 4.60), а в

jU

40

20

-20

ppm

—г—

-20

-г

ppm

40

20

-20

ppm

-30 ppm

-30 ppm

10

-10 -20 -30 ppm

спектре 13С ЯМР - сигнал при 210 м д. от атома углерода его же метальной группы В спектре "В ЯМР присутствует только один уширенный сигнал при -16.4 мд. Хотя эти изменения не столь явные, как для солей аниона [ВюНю]2', все же они позволяют нам предположить, что в данном случае образуется комплекс состава {[В12Н12]2-хЕ+}\ в котором карбокатион не образует столь прочных связей, как в комплексе {[ВюН,о]2~хЕ+}~. По всей видимости, карбокатион координируется к кластеру за счет образования трехцентровых двухэлектронных связей с терминальными атомами водорода. Образующиеся малоустойчивые комплексы должны находиться в равновесии с исходными компонентами. Поскольку все связи В-Н эквивалентны, результатом такого равновесия оказывается тот факт, что все они вовлечены в образование связей с карбокатионом. Это приводит к уширению

сигнала в спектре ПВ ЯМР. Добавление к полученному комплексу нуклеофила уже при ком-

натной температуре приводит к образованию соответствующих монозамещен-ных производных.

В интервале температур 80-100°С, в присутствии карбокатионов и кислот Льюиса, дигалогеналканы реагируют с клозо-боратными анионами-

--Е*

С2Н4На1;

t = 20 С

t = 20 С

f = 80-100 С

Н—Е*

С2Н4На12

f = 80-100 С

/-TlCI

I-AdBr

II-BuBr

Hal - Cl, Br

Поскольку Почти все известные методы синтеза галоген-к/гозо-боратов приводят к смесям полизамещенных продуктов, то этот подход оказывается весьма удобным для селективного хлорирования или бромирования

Таким образом, на основе реакций югозо-боратных анионов с нуклеофила-ми в присутствии кислот Льюиса нами разработаны новые методы, позволяющие в мягких условиях получать моно- либо дизамещенные производные клозо-декаборатного аниона, а также монозамещенные производные клозо-додекаборатного аниона. Следует особо подчеркнуть, что процессы, в которых в качестве индуктора выступает трифенилметилхлорид, протекают без какого-либо нагревания - при комнатной температуре. Эта важная особенность делает найденный нами метод перспективным для прямого синтеза биологически активных производных клозо-боратных анионов.

3.2. Взаимодействие солей ктозо-боратных анионов [ВПН„]2" (п = 10, 12) с сопряженными карбокатионами.

Особый интерес для функционализации кластерных анионов бора представляют системы, в которых сочетается свойства электрофильного индуктора и нуклеофильного реагента. Указанное обстоятельство должно позволить без введения дополнительных реагентов получать функционализированные производные кластерных анионов бора. Данный класс реагентов представлен в настоящей работе сопряженными: солями иминия, виниловыми эфирами (образуют сопряженные карбокатионы в присутствии кислот), а-галогензамещенными простыми эфирами и тиоэфирами. Во всех этих случаях в этих реагентах присутствует электрофильный центр на атоме углерода и нук-леофильный - на атоме азота, кислорода либо серы

В реакциях с клозо-боратными анионами такие реагенты могут способствовать элиминированию гидрид-иона от кластера бора, а затем приводить к присоединению нуклеофила с образованием связи бор-гетероатом-

-н +

Действительно, взаимодействие солей клозо-декаборатного аниона с солями иминия приводит к последовательному образованию моно- и дизамещенных продуктов с экзо-полиэдрическими связями бор-азот15. По строению выделенные продукты — анионные монозамещенные или нейтральные дизамещенные соединения с экзо-полиэдрическими связями бор-азот:

Основным продуктом реакции клозо-декаборатного аниона с диметилформамидом и трихлоридом-оксидом фосфора(У) является нейтральный дизамещенный 2,7(8)^«с(ДЛг-диметил-Л1-хлорметаламмоний)октагидро-клозо-декаборан [2,7(8НММе2(СН2С1)}2В10Н8].

По данным РСА был охарактеризован один из возможных энангиомеров: [2,7-{№Ле2(СН2С1)}2В10Н8] (XIII). Другой продукт этой реакции З-метил-2,8-¿«^(МЛ^дашешл-Т/Ч^орметта^ммоний^-хлоргексагидро-гаозо-декаборан [3-СНз-2,8-{ЫМе2(СН2С1)}г-7-С1-В10Н6] (XIV) образуется из 2,8-энангаомера путем дальнейшего замещения экзо-полиэдрических атомов водорода на атом хлора (по атому В7) и метальную группу (при ВЗ).

В процессе взаимодействия клозо-декаборапюго аниона с N.N-диметилформамидом и трихлоридом-оксидом фосфора(У) образуется, помимо 2,7(8)- изомера, также и 2,6(9)- изомер. Соотношение изомеров при этом составляет 7:1. Расположение заместителей в позициях 2 и 6(9) обусловливает большую полярность соединения по сравнению с 2,7(8)-замещенным продуктом Это отражается на различных факторах удержания изомеров при проведении хроматографического анализа (фактор удержания 2,6(9)- изомера составляет 0.8, у 2,7-изомера 0 3). Существенное различие в факторах удержания позволяет выделить и охарактеризовать эти два изомера

Аналогичным образом протекает реакция аниона [ВюНм]2" с другими реагентами Вильсмейера, образуемыми in situ при взаимодействии N-формилморфолина (0(CH2CH2)2N-CH0) и jV-металформаншшда

(Ph(Me)N-CHO) с трихлоридом-оксидом фосфора(У). Относительные выходы 2,7(8)- и 2,6(9)-замещенных продуктов равны, соответственно, 60 и 10% для

1°

С1(2)

15 Hertler W.R. // Inorg. Chem., 1964, V 3, №8, Р.1195-1196.

23

ЛГ-формилморфолина, 50 и 5% для Лг-мегилформанилида. Однако абсолютные суммарные выходы продуктов остаются достаточно низкими и составляют около 10 - 15%. Следует отметить, что при взаимодействии аниона [В10Н10]2' с реагентами Вильсмейера, выделенными в индивидуальном состоянии, образование наиболее устойчивых 2,7(8)- и 2,6(9)-дизамещенных изомеров с алкиламмо-ниевыми заместителями происходит с более высокими выходами' 80 и 15% для хлорида МА-Диметил-Л'-хлорметиленаммония [Ме2Ы=СНС1]С1, 70 и 9% для хлорида Л^ЛЦгщметил-ЛЦцихлорметиленаммония [Ме2М=СС12]С1, и 60 и 5% для иодида ЛуУ-диметил-М-метиленаммония [Ме2№=СН2][. При этом абсолютный суммарный выход продуктов достаточно высок и достигает 90%

Таким образом, при взаимодействии клозо-декаборатного аниона с солями иминия 2,6(9)-дизамещенных продуктов образуется примерно в 7 - 10 раз меньше, чем продуктов, где заместители занимают положения 2 и 7(8). Это связано со стерическими затруднениями образования 2,6(9)-изомера с объемными заместителями Отсюда можно сделать вывод о региоселективном влиянии первой введенной экзо-полиэдрической алкиламмониевой группировки на характер дальнейшего замещения.

Ступенчатый характер замещения в случае аниона [В12Н12]2~ в реакциях указанного типа оказывается более ярко выражен В отличии от реакций с анионом [ВюНю]2" удается выделить как моно-, так и дизамещенные продукты с экзо-полиэдрической связью бор-азот. Интерпретация строения монозаме-щенных продуктов была проведена нами на основе сопоставления спектров ИК, УФ и ЯМР с данными элементного анализа. Так, типичный спектр ЯМР "В мо-нозамещенного аниона [ВиНцОМЫ^И")]" состоит из двух уширенных сигналов при -2.10 мд. (В1) и при -19.72 мд. (В2-В12) 1:11. В отсутствии широкополосного подавления ССВ В-Н сигнал от незамещенных атомов бора (В2-В12) сильно уширяется. Выход монозамещенных продуктов реакций с экзо-полиэдрической связью бор-азот не превышает 10 - 15%.

Два нейтральных соединения [1,7-В12Ню{ММе2(СН2С1)}2] (XV) и [ 1,7-В 12Н10 {ЫМеРЬ(СН2С1)} 2] (XVI) были охарактеризованы методом РСА монокристаллов. Эти соединения образуются при взаимодействии аниона [В12Н12]2" с М,А-диметилформамидом и ЛГ-метилформанилидом, соответственно, в присутствии трихлорида-оксида фосфора (V).

Первое из этих соединений может быть получено и при взаимодействии аниона [В^Н^]2" с хлоридом Л'Д-димстил-Л-хлорметилснаммония (реагент

Вильсмейера в индивидуальном состоянии). Молекулы этих производных сохраняют геометрию материнского аниона [В12Н12]2". Длины связей соответствуют длинам связей в аналогичных производных оозо-декаборатного аниона Следует отметить, что расположение заместителей в этих единственных в данных реакциях дизамещенных продуктах соответствует мета-изомеру, как и в случае диамина, строение которого описано в главе II.

Для осуществления реакций с виниловыми эфирами (в присутствии кислот Бренстеда) в кислой среде в практическом смысле наиболее удобным методом оказалось проведение реакций с солями аниона [ВцНц]~. Регистрируя спектры "В ЯМР для системы соль [В10НП]~ - растворитель (дихлорметан) - виниловый эфир, можно сделать вывод, что анион [В10НП]~ выступает в роли протонной кислоты и лишь затем образовавшийся сопряженный катион восстанавливается, отщепляя гидрид-ион от кластера бора.

Например, для 3,4-дигидро-2#-пирана это взаимодействие описывается следующей реакцией.

РюНц]-+[ ]-[В,оН1,Г

ЧСГ ^СГ

Такой процесс приводит к получению соли аниона [2-В1оН90(СН2)5]~ с выходом до 95%. Структура (Ы(п-Ви)4)[2-В1оН90(СН2)5] построена из дискретных катионов (Ы(и-Ви)4)+ и анионов [2-В10Н9О(СН2)5]~ (XVII) Заместитель — шестичленный цикл с одним гетероато-мом кислорода находится в экваториальном положении и имеет наиболее энергетически выгодную конформацию. Все связи в циклическом заместителе ординарные, т.е. в процессе реакции 3,4-дигидро-2//-пиран восстанавливается Взаимодействие солей аниона [В12Н12]2" с виниловыми эфирами в присутствии протонных кислот протекает практически так же быстро, как и взаимодействие солей оозо-декаборатаого аниона При этом образуются только монозамещен-ные продукты с экзо-полиэдрическими связями бор-кислород, а выход составляет-50%

Взаимодействие клозо-боратов с а-хлорметилэтиловым эфиром (ЕЮСН2С1), а,а'-дихлорметилметиловым эфиром (МеОСНС12) и а-хлорметилметилсульфидом (МеЗСН2С1) в среде дихлорметана при комнатной температуре приводит к образованию соответствующих монозамещенных анионов р-ВцДЛ]':

Р2

* \1'я

с1

X = О, Б

с н рр ^

■2К3

с1"

Выходы продуктов не превышают 50-65%, что может быть объяснено подавлением гетеролишческой диссоциации исходных а-галогензамещенных

простых эфиров и тиоэфиров за счет галогенид-ионов, которые выделяются в процессе взаимодействия Возможно, что именно по этой же причине не происходит образования дизамещенных продуктов. Доказательством влияния концентрации галогенид-ионов на выход конечных продуктов является тот факт, что при введении в реакционную смесь избытка соответствующего галогенид-иона (5—10 кратное количество безводного галогенида тетрабутиламмония) выход продуктов снижается до 20-30%. Для кяозо-додекаборатного аниона удовлетворительные результаты удалось получить только при температурах выше 40 "С. При комнатной температуре существенной конверсии клозо-додекаборатного аниона не наблюдается.

Таким образом, подводя основные итоги данной главы, можно сделать вывод, что взаимодействие югозо-боратных анионов с нуклеофильными реагентами в присутствии кислот Льюиса является удобным методом введения экзо-полиэдрических функциональных групп, поскольку позволяет проводить процессы в более мягких условиях, по сравнению с методами синтеза, базирующимися на использовании протонных кислот.

Глава IV. Региоселективность и основные стадии экзо-полиэдрического замещения в кластерных анионах бора [ВюНю]2" и [В,2НП]".

Анализируя экспериментальные данные, описанные в предыдущих разделах работы, и сопоставляя их с известными литературными данными, можно отметить общие закономерности индуцируемого электрофилами нуклеофиль-ного замещения экзо-полиэдрических атомов водорода в клозо-боратных анионах [В10Н10]2-и [В12Н12]2'.

Во-первых, тип вводимой функциональной группы не зависит от электро-фильного индуктора и определяется исключительно нуклеофильностью реагентов - растворителей. Следует подчеркнуть, что если описываемые взаимодействия протекают в смесях, содержащих имеющие нуклеофильные центры вещества, то с приблизительно равной вероятностью образуются продукты замещения с молекулами всех присутствующих в смеси нуклеофилов.

Во-вторых, характерной особенностью процессов замещения является образование соединений, в которых происходит снижение суммарного заряда системы за счет введения заместителя, как правило, происходит образование моноанионов с одним заместителем либо дизамещенных нейтральных клозо-боранов. В тех случаях, когда вводимая экзо-полиэдрическая группа не вызывает снижения заряда системы, процесс может протекать и с образование полиза-мещенных дианионов [В10Н10.пЯп]2"и [В12Н12.„К„]2"> где п = 3 - 4, II = -0С(0)Я; п = 3 - 6, Я = галоген

В-третьих, процессы замещения носят ступенчатый и региоселективный характер, хотя и проявляющийся в разной степени при использовании различных кислот. Температурные интервалы ступеней процесса при этом сильно зависят от типа индуктора. По всей видимости, чем более «жесткую» кислоту Льюиса мы применяем, тем выше вероятность протекания реакций замещения при комнатной температуре. В то же время в от отдельных случаях (например, в реакциях с амидами, способными образовывать относительно устойчивые

комплексы с кислотами) приходится увеличивать температуру процесса вплоть до температуры кипения растворителя.

И, наконец, взаимное расположение заместителей в продуктах реакций замещения практически всегда не зависит ни от типа и заряда заместителя, ни от «жесткости» кислоты (электрофильного индуктора)

Таким образом, описывая основные стадии замещения в кластерных анионах бора, можно предположить, что первой ступенью процесса является образование комплекса электрофильная частица - югозо-боратный анион:

[ВПН„]2- + Е-* {[ВпН„]2-хЕ} или[ВПНП]2"+ 2Е{[В„Н„]2^2Е}; здесь: п = 10, Е - электрофил: Н1", ЯСООН, галогенид металла или карбокатион.

Важно подчеркнуть, что, несмотря на наличие электронодефицитных связей в полиэдрическом остове, кпозо-боратные анионы все же способны выступать в качестве ацидолигандов за счет образования трехценгровых двухэлек-тронных связей (Зс2е)'.

В клозо-дскаборатном анионе эту способность можно объяснить, в первую очередь, наличием апикальных атомов бора в кластере (КЧ=5) Один из комплексов оказался очень устойчивым - анион [ВюНц]~. был выделен в виде солей с ониевыми катионами и охарактеризован различными физико-химическими методами.

В работах4 показано, что изменения, происходящие в "В ЯМР спектрах протонированных форм в результате повышения температуры образцов от 0 до 50 °С, свидетельствуют о начале процесса миграции дополнительного атома водорода с одного полюса борного остова на другой. При миграции протона через апикальный и экваториальный пояса полиэдра реализуются разные переходные состояния, которые можно рассмотреть с позиций концепции трехцен-тровой двуэлектронной связи.

Рассмотрим некоторые возможные переходные состояния, используя топологический подход У. Липскома Согласно его концепции, апикальный атом бора образует одну Зс2е -связь с двумя экваториальными атомами бора и три 2с2е - связи с соседними атомами бора и терминальным атомом водорода.

Присоединение дополнительного протона возможно как к низ-кокординированому апикальному атому, так и за счет образования новой Зс2е - связи с атомами бора апикального ребра полиэдра. В процессе миграции протона при нагревании растворов солей аниона [В10НИ]" должны реализовываться следующие переходные состояния: протон Зс2е связан с ребром одного

экваториального пояса, образует Зс2е с одной из экваториальных вершин, и, наконец, образуется Зс2е - связь с атомами бора соседних экваториальных поясов так, чтобы суммарное число связей (Зс2е и Зс2е), образованных экваториальным атомом бора, оставалось равным четырем. В одном из этих переходных состояний должно происходить образование группы ВН2 (Зс2е - связанный протон с экваториальной группой В-Н). Возможно, что в процессе миграции реализация подобного переходного состояния позволяет аниону [ВюНп]' легко отщеплять молекулу водорода, приводя к образованию именно экваториально замещенных продуктов К сожалению, нам не удалось изучить подобные процессы для комплексов кяозо-декаборатного аниона с кислотами Льюиса, так как уже незначительное нагревание таких растворов приводит к замещению

Отметим, что аналогичный случай образования координированной молекулы водорода ранее был рассмотрен16 при квангово-химическом моделировании аниона [В^Нц]'. Основной вывод указанной работы: при протонировании клозо-додекаборатного аниона устойчивой частицы [В12Н13]'образоватъся не может она должна немедленно «потерять» молекулу Н2 с образованием аниона [Bi2Hn]'. Вероятно, именно по этой причине не удалось выделить солей с анионом [В12Н13]', а также получить комплексы к/гозо-додекаборатов с кислотами Льюиса в растворе

Дальнейший ход процесса нуклеофильного замещения атома водорода может протекать в одну или две стадии Двухстадийный процесс включает на первом этапе отщепление молекулы водорода и образование аниона [ВПНП.!]" с недостроенной валентной оболочкой у одного из экваториальных атомов бора Образовавшиеся дегидрированные реакционноспособные частицы далее реагируют с нуклео филом (вторая стадия), и образуются соответствующие замещенные производные [BnH„_iNu]".

Одностадийный путь подразумевает одновременную атаку нуклео фила с отрывом гидрид-иона (в виде комплекса с электрофилом)

{[В„Н„]2'х^ +.Nu [BnHn_,Nu]- + [ЕЩ-

В пользу первого варианта протекания реакции говорят два факта. Во-первых, при осуществлении реакции с сопряженными кар-бокатионами в растворителях, обладающих нуклеофильными свойствами, всегда образуются и замещенные производные, содержащие молекулу этого растворителя. Во-вторых, нам удалось зафиксировать образование подобных дегидрированных частиц в ESI масс-спектрах. Суммируя все выше сказанное,

Л2"

Nu

-he

Л*-

Л2"

Nu

№

П2"

Nu

-не

16 А.М Mebel и др // Theochem, 1999, V. 461-462, Р.87-202

28

можно предложить следующую обобщенную схему основных этапов индуцируемого электрофилами нуклеофильного замещения терминальных атомов водорода в кластерных анионах бора.

При растворении солей анионов [ВПНП]2' в органических растворителях в присутствии электрофилов (Е) происходит образование комплексов {[В„Нп]2"хЕ}, которые затем подвергаются нук-леофильной атаке молекулой растворителя. При этом уходящей группой является гидрид-ион, отщепляющийся в виде комплекса с электрофилом [ЕН]':

Региоселективный характер ь

первой ступени замещения в клозо-декаборашом анионе, по всей видимости, объясняется большей легкостью отрыва гидрид-иона именно из экваториального положения Дальнейшие стадии реакции также проявляют региоселективный характер за счет образования при замещении позиций, более склонных к взаимодействию с электрофилом. Как показывают экспериментальные данные, во всех случаях это мета-позищш

Глава V. Реакционная способность производных кластерных анионов бора с эюо-полиэдрическими заместителями

Глава посвящена описанию реакционной способности функционализиро-ванных клозо-боратов, методы синтеза которых описаны в предыдущих разделах работы. Методы введения экзо-полиэдрических заместителей приобретают практическую важность в тех случаях, когда вводимая группа может быть легко модифицирована с получением важных для практического применения соединений В настоящей работе перед нами стояла задача разработать методы и подходы к получению аналогов природных и синтетических биологически активных соединений для целей 1!>В-НЗТ.

5.1. Раскрытие циклических экзо-полиэдрических заместителей под действием нуклеофильных реагентов. В ходе выполнения работы нами было изучено взаимодействие производных клозо-декаборатного аниона [ВюНю]2" с заместителями оксониевого и тиониевого типов с отрицательно заряженными нуклеофильными реагентами. Раскрытие таких заместителей в клозо-додекаборатном анионе подробно изучено нашими коллегами17. Установлено, что в большинстве случаев в результате реакции циклические заместители оксониевого типа раскрываются, образуя пендантную функциональную группу. В качестве нуклеофильных реагентов использованы следующие соли'

17 Реушапп Т., и др И 1погя СЬет , 1997, V 36, №22, Р.5138-5139, А А.ЗстюБЫст и др //Са1Юп Тгапз 2008 Р.977-992, IВ Б^аеу и др //Ро1уЬе(1гоп 2000 У.19. Р.627-632, IВ Э^аеу и др ИЗ. Ог^апоше1 СЬет 2008. У.693. Р 519-525; А А Ог1о\а и др //Арр1 Ог-ganomct. СЬет. 2007. V 21 Р 98-100.

а) О - нуклеофилы: КОН (в Н20), ЯСООЫа (в ДМФА, ДМСО), КОСЫ (в ДМФА, ДМСО),

б) 5-нуклеофильг ЫаЗН (в ДМФА, ДМСО), КБСИ (в ДМФА, ДМСО),

в) ТУ-нуклеофилы: ЫаЫ3 (в ДМФА, ДМСО, Н20), С8Н4(СО)2МК (в ДМФА), ИаЖЬ (в ДМФА, ДМСО), первичные и вторичные амины в присутствии ЫаШ2 или ЫаН (в ДМФА)

г) С-нуклеофилы: СЩСООЕ^ (в присутствии ЫаН), СН(ОЕ1)з (в присутствии ЫаН), НССП (в ДМФА), РЬССЫ (в ДМФА), ВиУ (в ТГФ)

Использование предложенных нами методик синтеза замещенных производных кчозо-боратных анионов дало нам возможность вводить как «малые» циклы с одним гетероатомом, так и «большие» циклические молекулы, например, краун-эфиры В свою очередь, при последующей модификации таких заместителей обеспечивается создание соединений с разной длиной пендангной цепочки путем варьирования числа и типа донорных атомов в заместителе и степени удаленности функциональной группы от кластера бора.

Кроме того, могут быть использованы и растворы нейтральных нуклео-фильных регентов в протонных полярных растворителях: аммиак (в Н20), первичные, вторичные, третичные амины (в спиртах), диметалсульфоксид

Некоторые особенности проявляет тетраметиленоксониевое производное клозо-декаборатного аниона. Его реакции с сильными нуклеофилами (SH", Г, RLi и т.п в ДМСО и ДМФА) приводят к смеси продуктов «исо-замещения ок-сониевого заместителя на нуклеофил и молекулу растворителя. В том случае, когда анион способен выступать в роли восстановителя, например SH", происходит образование исходного аниона

Применение межфазных катализаторов, таких, как 18-краун-6, позволяет проводить раскрытие циклического заместителя в среде апротонного малополярного растворителя, например, 1,4-диоксана. Однако выход продуктов оказывается невелик, порядка 40 - 50%

Производные тиониевого типа оказываются в этих условиях нереакцион-носпособными, однако при использовании литайорганических соединений (бу-тиллитий, фенилацетиленид лития и др.) все же удается разорвать одну из связей сера-углерод, хотя выход продукта не превышает 40%

Методом РСА (монокристалл комплекса [РЬ(Ъфу)] [В 10Н9(ОСН2СН2)2ОС2Н5]) удалось установить строение одного из производных полученного по реакции замещенного клозо-декабората с диоксановым заместителем с гидроксидом калия в спиртовом растворе.

В качестве нуклеофила в такой системе выступает этилат-ион, что приводит к образованию аниона [2-0, оЩОС! 12СН2>,ОЕ1)]2" (XVIII) Длины экзо-полиэдрических связей в заместителями оказываются в обычных для соединений этого типа интервалах

Обращают на себя внимание особенности взаимодействия с амбидентными нуклеофилами. Так, взаимодействие оксо-ниевых производных с тиоцианатом калия теоретически может приводить к продуктам атаки как Ы-, так и 5 - нуклеофильным центром реагента Однако данные ИК спектроскопии позволили нам определить полученное соединение как 5 - тиоцианатное производное, т к в спектре присутствуют полосы поглощения у(С^Ы) при 2150, 2128 и 2108 см"1, характеризующие именно такой способ координации

Взаимодействие с другим амбидентным нуклеофилом - нитрит-ионом приводит к образованию и нитро -, и шприто - производных. Однако лишь нигрозамещенное производное оказывается устойчивым к гидролизу. Так, если продукт реакции обработать водой, то в масс-спектре, наряду с пиком 591,23 ае.м., относящимся к молекулярному иону {(СбН5)4Р+ + [В10Н9О2С4Н8Ш2]2-}-' появляются дополнительные пики при 222,23 и 562,23 а е м, которые следует отнести к анионам {1Г +[В10Н!)ОС4Н8ОН]2'}" и {(С6Н5)4Р+ + [В,оН9ОС4Н8ОН]2у Полученные продукты были разделены за счет гораздо лучшей (в 5 - 6 раз) растворимости гидроксипроизводного в воде

Замещенные клозо-декаборагы с пендантными функциональными группами оказались весьма удобными синтонами для модификации различных координационных соединений. Использование замещенных клозо-декаборатов с ти-ольными пендантными группами, позволило нам получить полностью модифи-

XVIII

цированный борными фрагментами клатрохелат железа(П)18, в отличии от подхода, связанного с модификацией экзо-полиэдрического гетероатома (см раздел 5.З.):

ч~1»

5.2. Присоединение к кратным связям экзо-полиэдрических заместителей. Замещенные клозо-декабораты, в которых присутствует функциональная группа с кратными связями, способны присоединять нуклеофильные реагенты, в качестве которых могут выступать соединения с гидроксильной, аминной, ти-ольной функцией

Нами разработаны методики, основанные на присоединении нуклео филов к активированным тройным связям азот-углерод экзо-полиэдрических нитри-лиевых групп в анионах [2-В10Н9(К=С11)]~. Легкость образования подобных производных и наличие в них сильно поляризованных кратных связей делает данные соединения весьма удобными синтонами для модификации веществ с гидроксильными и аминными функциональными группами. При взаимодействии анионов [2-ВшН9(№Ж)]" с нуклеофилами в мягких условиях с количественным выходом образуется производные нуклеофильного присоединения (Ас!«) Например, ацетонитрильное прозводное кяозо-декаборатного аниона при температурах синтеза 20 - 60 °С присоединяет как спирты, так и амины. При присоединении спиртов образуются имидаты, а при присоединении аминов -амидины

сж

вон

18 Данное соединение проявляет умеренную токсичность (Кта+ соль. МПД 60 мкгВ/г; 1Х)юо 55 мкгВ/г, ЬОзо 85 мкгВ/г), что позволяет нам предложить его в качестве молекулярной платформы для синтеза биологически активных соединений для целей

Медико-бкологические эксперименты, упоминаемые здесь и далее, выполнены кб.н. Е.Ю Григорьевой и к.б.н. Е Ю.Колдаевой в лаборатории радиоизотопных методов исследования РОНЦ им Н Н Елохина РАМН.

r2nh

Полученные продукты нуклеофильного присоединения не окисляются кислородом воздуха. Они гидролитически устойчивы в нейтральной и кислой средах. Так, при кипячении имидатов и амидинов в водно-спиртовом растворе НС1 до 0.5 Мне происходит сколько-нибудь заметного изменения или разрушения заместителя или кластерного аниона бора, что отчетливо наблюдается в Ж- и ЯМР спектрах Однако в спиртовом растворе КОН происходит гидролиз продуктов с образованием солей (2-амино)-клозо-декаборатного аниона:

При нуклеофильном присоединении вторичных и третичных спиртов к нитрилиевому производному протекают побочные реакции, в результате которых образуются jV-боранил-гадроксамовые кислоты, что значительно снижает выход соответствующего имидата. Причиной указанного протонного обмена в имидатах является рост устойчивости карбокатионов в ряду: первичные < вторичные < третичные. [B10HeNCCI-y+ ROH - [B,oHsNHC(OR)CH3J-

[B10H9NHC(O)CH3]2-+ H+- [B,oH9NHC(OH)CH3]- R = ¡-Pr, tret-Bu R' = CH3,R"= H,CH3

Спектральные данные подтверждают протекание побочных процессов Так, в спектрах ЯМР на ядрах "В наблюдается появление сигналов, характерных для аниона [2-В,0Н9{ЫНС(ОН)СНз} ]". Масс-спектры также свидетельствуют об образовании продукта присоединения одной молекулы воды к кратной связи C=N нитрилиевой группы (пик с отношением m/z = 176,5 а е м).

Методом РСА монокристаллов установлено строение продуктов присоединения воды к аниону [2-B10H9(NCPh)]" и спирта к аниону [2-B10H9NCCH3]'. В этих соединениях эюо-полиэдрические группы сохраняют экваториальное положение. Гетероатомы заместителей находятся в одной плоскости, что говорит о сильном сопряжении в иминольной или имидатной грушах

~11-

[B10HSNHC(OR)CH3]- 5 [B10H9NHC(0)CH3f+R-

)+

сро:

В анионе [2-B10H9{NHC(OH)Ph}]" (XIX) заместитель имеет уплощенное строение: среднее отклонение атомов N(1), 0(1), С(25)-С(31) от их среднеквадратичной плоскости составляет 0 0985 А. Длины связей N(1)=C(25) (1.305 А), С(25)-0(1) (1.325 А) и С(25)-С(26) (1.462 А) свидетельствуют о сопряжении связей по всему фрагменту. Расположение атомов В(2) и 0(1) по одну сторону двойной связи N(1)=C(25) (торсионный угол 0(1 )-C(25)-N(l)-B(2) равен 0 8') соответствует Z - изомеру.

В структуре монокристалла [Bu4N][2-BloH9{/i-N(H)=C(Me)0(«-Bu)}] экзо-полиэдрический фрагмент B(2)N(1)C(1)C(2)0(1) в замещенном клозо-декаборате (XX) - плоский в пределах ±0 007(2) А (среднее отклонение атомов от плоскости составляет 0 0041 А). Связь N(1)=C(1) двойная (1.280(3) А) В эфирном мостике связь С(1)—0(1) существенно укорочена по сравнению с С(3)-0(1) (1.359(4) и 1.422(4) А соответственно), а валентный угол С(1)0(1)С(3) составляет 124.6(3)°. Такая геометрия фрагмента свидетельствует о частичной делокализа-ции положительного заряда между атомами N(1), С(1) и O(l) Длина связи B(2)-N(l) (1.531(4) А) типична для клозо-декаборатов с подобными заместителями. Бутоксильная группа и клозо-декаборатный остов расположены по разные стороны связи N(1)=C(1) (Е-изомер). Слабые взаимодействия объединяют анионы в центросимметричные димеры.

Таким образом, присоединение спиртов и аминов к анионам [2-BioH9(NCR)]" представляется нам как весьма перспективный метод получения новых замещенных производных аниона [В10Ню]2~. Полученные продукты нуклеофильного присоединения не окисляются кислородом воздуха. Они гидролитически устойчивы в нейтральной и кислой средах, что в позволяет использовать предложенные нами подходы для создания борсодержащих соединений для 10В-НЗТ.

Еще одним типом экзо-полиэдрического заместителя с кратными связями, способными к присоединению нуклеофилов, являются карбонил-етозо-бораты [ВпНп.^СО)]" Они образуются в мягких условиях при действии оксалилхлорида в ацетонитриле (или дигалогеналканах) на соли ютозо-бо ратных анионов19. Следует отметить, что при синтезе карбонил-клозо-боратов с применением оксалилхлорида, образуются два возможных продукта, находящихся в равновесии: (Kat)[B„Hn_i(CO)] + (Kat)Cl ±5 (Ка1)2[ВпН11,1(СОС1)],гдеп= 10,12.

19 Shelly К., и др // Inorg.Chem., 1965, V.4, №3, Р.288.; Hertler W.R, и др. // Inorg Chem. 1965, V.4, №3, P.288-293.; Сиваев И.Б., и др // Изв. АН. сер хим, 1998, Т.47, №1, С.193-194

Это подтверждается ИК спектрами поглощения продуктов реакции- наблюдаются полосы поглощения в области валентных колебаний связей v(C=0) при 2104 и 2174 см"1 и в области валентных колебаний v(C=0) при 1744 и 1786 см"1, отвечающие хлорангидридам карбоновых кислот.

Нами разработана методика синтеза сложных эфиров через карбонильные производные клозо-боратных анионов без их предварительного выделения из реакционного раствора. Данный процесс протекает с количественным выходом и с участием хлорангидрида [B„Hn_i(COCl)]2~, п = 10, 12, что подтверждается отсутствием в ИК спектрах полученных соединений полос поглощения, соответствующих валентным колебаниям ОН-групп v(OH), и появлением полос поглощения v(C=0) и v(C-0), характерных для сложных эфиров

Оба карбонильных борсодержащих синтона достаточно активны: при их взаимодействии с соединениями, содержащими гидроксильную группу, образуются сложные эфирьг

(Kat)[B„Hn.,(CO)] + ROH + (Kat)Cl (Ка1>ДВпНп_,(СООЯ)] + HCl, (Kat)2[BnHn_,(COCl)] +ROH -> (Kat)2[B„Hn_,(COOR)] + HCl, Для более полного протекания реакции этерификации и связывания хпоро-водорода, препятствующего образованию сложного эфира, в реакционный раствор вводили избыток нереакционноспособного в данных условиях основания Льюиса (например, триэтиламина). Et3N + HCl —> Et3Nlf"Cr.

Методом РСА монокристаллов нам удалось установить строение продукта присоединения метилового спирта к тройной связи карбонильного заместителя Анион [В10Н9(СООМе)]2- (XXI) в комплексе [Ag2{BnH„_i(COOMe)}(PPh3)4] выступает в роли полидентатного лиганда. Заместитель (СООМе) сохраняет свое положение в экваториальном поясе клозо-декаборатного аниона. Атомы группы 0(1)-С(73)-0(2) находятся в одной плоскости, что говорит о сильном сопряжении Длины связей и углы принимают обычные для сложных эфиров значения: 0(1)-С(73) 1226(6), 0(2)-С(73) 1.373(6), 0(2)-С(74) f XXI

1.493(7), С(73)-В(2) 1.575(7) А; 0(1)-С(73)-0(2) 118.9(5)°, С(73)-0(2)-С(74) 117.2(4)°

Таким образом, присоединение спиртов к карбонил-клозо-боратам - весьма удобный метод синтеза биологически активных соединений. Полученные производные устойчивы в воде и органических растворителях. Образующийся сложный эфир можно разрушить лишь при нагревании в щелочной среде. Именно потому для создания борсодержащих амфифильных соединений в качестве синтонов нами использованы анионы [B„Hn_i(CO)]~.

В качестве транспортной, липофильной группы мы использовали катион-ные глицеролипиды алкильного типа, содержащие гидроксильную группу в полярном домене: гас-^-{5-[(2-этилокси-3-октадещпокси)проп-1-ил]оксипштаноил}-Л^,Лг-диметил-ЛЦ(^шдрокси-э'шл)аммоний иодид и гас-N- {5-[(2-аллилокси-3-октадецилокси)проп-1 -ил] оксипентаноил }-N.N-

диметил-М-(р-гидрокси-эшл)аммоний иодид. На примере взаимодействия карбонил-югозо-боратных анионов [В„Нп_1(СО)]~ (п = 10, 12) и положительно заряженных липидов алкильного типа с простыми эфирными связями20 показана возможность получения биологически активных производных, в которых реализуется пространственное разделение зарядов:

ЕО(»-С„Н„) OR

0(0)C(CH,),NMg,(CH:h0H

I—OR

|—0(я-С„Н„) ■OR

Г?

1—о

I—I

■0(0)с[снгудмег(снг),0н

|(0)С(СН,),МН.г(СН2)г0-С

о

EO(»-C1tHj,) OR

Ó

Интересно, что положительно заряженный экзо-полиэдрический заместитель может выполняет роль транспортной группы, обеспечивая тем самым одно из ключевых условии а именно, создавая минимально необходимую

концентрацию бора в клетках21. Выходы конечных продуктов составляют около 60-65%.

5.3. Амшю-клозо-бораты в синтезе аналогов биологически активных соединений. Замещенные производные клозо-боратных анионов с экзо-полиэдрической аминогруппой - удобные синтоны для получения биологически активных соединений. Их алкилирование приводит к образованию прочных связей N-0, а значит и к стабильности борсодержащего вещества в биологических системах. Основным методом получения подобных производных на настоящий момент является прямое аминирование гидроксиламин-О-сульфоновой кислотой, причем этот метод во всех случаях приводит к смеси моно- и дизамещенных продуктов.

Нами разработаны новые методы синтеза подобных производных. В частности, щелочным гидролизом нитрилиевых производных могут быть получены соответствующие амины с достаточно хорошими, до 80%, выходами:

[BnHn.,NCCH3]1

CH3CN,tn

Н20, ОН"

HCI

[BnHnf

PhCN, t„ HCI

[B„Hn.1NH3]1-

-[B„Hn.2(NCPh)2] H20, OH-[BnHn.2(NH3)2]

20 Кагионные глицеролнпиды были синтезированы в МИТХТ им. М.В. Ломоносова на кафедре ХТБАС им Н.А. Преображенского (д.х.н , проф. Серебренникова Г А. и сотр.)

21 Опыты гп vivo на мышах с подкожно привитой меланомой В16 показали, что эти соединения способны аккумулироваться в опухоли в 1.4 раза эффективнее (Ста* 11.3 мкг В/г), 4eMNa2[Bi2Hn(SH)]

1 NO2-, H*

2 Zn, H*

Другам методом получения чистых монозамещенных производных является восстановление нитрозо-клозо-додекаборатного аниона металлическим цинком в кислой среде Для нитрозирования могут быть использованы с равным успехом различные методы: нитрозирование азотистой кислотой в водном растворе, изоамилнитритом в кислой среде, нитрозилхлоридом в инертных органических растворителях.

Основными продуктами всех изученных реакций нитрозирования являются соли нитрозоундекагидро-клозо-додекаборатного аниона [Bt2Hn(NO)]2' и продукта его димеризации - [Bi2Hn(NONO)Bi2Hn]4\ Очевидно, что при использовании амилонитрита в присутствии хлористого водорода реагентом является образующийся in situ нитрозилхлорид NOCI, и эта реакция аналогична прямому взаимодействию с NOCI. Основным продуктом восстановления как выделенных в чистом виде солей [B12HhNO]2", так и реакционных растворов оказывается монозамещенный [В12Нц(ЫН)3]':

Аминозамещенные клозо-додекабораты использованы нами для модификации координационных соединений, в целях синтеза новых веществ и материалов для направленного траспорта бора в опухолевые ткани. Одними из примеров таких соединений являются клатрохелаты, с успехом использующиеся в качестве молекулярной платформы для «сборки» потенциальных медицинских препаратов.

По реакции амино-клозо-бората (МВи4)[В12НцМНз] и дихлоридного предшественника [FeBd2(Cl2Gm)(BF)2] в присутствии трет-амтата калия нам удалось выделить в виде тетра-н-бутиламмонийной соли анион [FeBd2(Cl(B12H11NH2)Gm)(BF)2]2-.

1 ONOR, HCI или NOCI 2 Zn, Н*

К сожалению, клозо-боратные анионы с аминогруппами, присоединенными непосредственно к полиэдрическому каркасу, оказались недостаточно эффективными функционализирующими агентами для синтеза политопных клеточных комплексов и не позволили провести исчерпывающее замещение атомов хлора в комплексе. Это, по-видимому, связано как со стерическими затруднениями, вызванными отталкиванием объемных клозо-боратных заместителей, так и понижением нуклеофильности реакционноспособных групп из-за элек-троноакцепторных свойств бороводородного каркаса. Аминогруппа не прото-

нируется, проявляя «амидный» характер, что характерно для клатрохелатов с реберными ЫН2-фрагмсптами22.

Использование хлорометилированных фталоцианинов оказалось более успешным' по реакции аниона [ВиНпСГШз)]" с фталоцианинами кобальта(П), алюминия(Ш) и железа(П) получены четырех- и восьмизамещенные додекабо-рат-фталоцианины.

до 50%). Водорастворимость этих соединений достигается не за счет традиционно вводимых сульфо- и карбоксигрупп, а за счет введения четырех и более борсодержащих кластерных анионов.

В главе VI описаны оригинальные методики синтеза производных клозо-боратных анионов с экзо-полиэдрическими связями, разработанные в ходе выполнения настоящей работы, приводятся данные химического анализа синтезированных соединений, их спектры, данные рентгеноструктурного анализа23.

22 Y Z. Voloshin, и др. // Inorg. Chim. Acta. 2001. V. 321. Р.116-134

23 Элементный анализ осуществляли на автоматическом газовом анализаторе CHNS-3 FA 1108 Elemental Analyser (Carlo Erba). Бор определяли методом атомно-абсорбциоиной спектроскопии с электротермической атомнзацией на спектрометрах Pcrkin Elmer, модель 2100 (с HGA-700) и модель 403 (с HGA-72). ИК-спектры записывали на ИК Фурье - спектрометре ИНФРАЛЮМ ФТ-02 в области 400-4000 см"1. Электронные спектры поглощения записаны на спектрометре «Specord UV-Vis» в области 200-800 нм для растворов исследуемых веществ в воде и органических растворителях. Спектры 'Н, ПВ, lB-{*HJ, 13C-{'lI} ЯМР спектры записывали на спектрометре Bruker AVANCE II-300 на частотах 300.13, 96 32 и 75 49 МГц Масс-спектры с электроспрей ионизацией для растворов исследуемых веществ в ацетонитриле с добавкой муравьиной кислоты (0.2%) записывали на спектрометрах Bruker Esquire 3000 plus (микроспрей, 4500 V), либо растворов в ацетонитриле на API 3200 Qtrap (турбоспрей, 4500 V) Хроматографический анализ смесей и индивидуальных продуктов осуществляли на изократической ВЭЖХ системе «СТАЙЕР» («НПКФ Аквилон»), на колонке Phenomenex Luna 5u Silica 250x4,6 мм в изократическом режиме. Детектирование осуществляли на рефрактометрическом (модель 102) и спектрофотометрическом (UW 104, с переменной длиной волны 250-360 нм) детекторах. Рентгеноструктурные исследования проводились на автоматических дифрактометрах CAD-4 и Bruker AXS SMART 1000.

выводы

1. Предложена и развита новая концепция функционализации анионов [ВюНю]2- и [В12Н12]2 , основанная на подходе к кластерам бора как пространст-венноароматическим системам. Этот подход позволил разработать группу методов синтеза замещенных клозо-6оратов на основе их реакций с нуклеофиль-ными реагентами в присутствии индукторов - кислот Бренстеда и Льюиса, обеспечивающих региоселективность процессов замещения и высокие выходы целевых продуктов. Во всех случаях при введении второго заместителя происходит образование в качестве основных лкгша-изомеров либо - при образовании высокозамещенных производных - продуктов с максимальным количеством взаимных .мета-положений заместителей, причем за счет введения заместителя происходит понижение суммарного заряда системы Показано, что реакции замещения протекают ступенчато и региоселективно; температурные интервалы ступеней реакции определяются типом индуктора Регаоселективный характер первой ступени замещения в анионе [В10Н10]2-, по всей видимости, обусловлен большей легкостью отрыва гидрид-иона из экваториального положения Дальнейшие стадии замещения также проявляют регаоселективный характер за счет образования позиций, более склонных к взаимодействию с электрофилами.

2. Впервые в лабораторную практику введен новый синтон - анион [В10Нц]". Предложены новые подходы и стратегии к синтезу замещенных производных югозо-декаборатного аниона, в основе которого лежат реакции нуклеофильного замещения, протекающие в растворах солей аниона [В10НП]'. В реакциях с участием этого аниона выходы замещенных производных приближаются к количественным, и образуются только монозамещенные продукты Диапазон вводимых заместителей при этом достаточно широк, так как в качестве нуклеофилов могут быть использованы практически любые малоосновные соединения.

3. Показано, что взаимодействие клозо-боратных анионов с нуклеофильными реагентами в присутствии кислот Льюиса является удобным методом введения эюо-полиэдрических функциональных групп, поскольку позволяет проводить процессы в более мягких условиях, по сравнению с методами синтеза, базирующимися на использовании кислот Бренстеда Впервые реализованы и изучены реакции нуклеофильного замещения в анионах [ВюНю]2- и [В12Н12]2 , протекающие при индуцировании карбокатионами, определены закономерности и условия направленной функционализации замещенных и незамещенных клозо-боратов, идентифицированы продукты этих реакций, установлено влияние природы реагентов и электрофильных индукторов на состав и строение замещенных производных.

4. Предложена обобщенная схема основных этапов индуцируемого электрофилами нуклеофильного замещения атомов водорода в кластерных анионах [В10Н10]2~ и [В12Н12]2-, включающая образование комплексов клозо-боратов [В„Н„]2- с различными электрофильными реагентами и последующую нуклео-

фильную атаку молекулой растворителя с образованием замещенных производных при отщеплении комплекса электрофила с гидрид-ионом [ЕН"].

5. Выполнено целенаправленное конструирование производных кяозо-декаборатного аниона с пендантными функциональными заместителями. Удаленность таких заместителей от кластера позволяет использовать для их модификации обычные органические реакции. Установлено, что в большинстве случаев в результате реакции циклические заместители оксониевого типа раскрываются, образуя пендангаые функциональные группы. В разработанных нами методах в качестве нуклеофильных реагентов могут быть использованы различные типы анионных и нейтральных нуклеофилов Предложены методики синтеза замещенных производных клозо-боратпых анионов, позволяющие вводить как «малые» циклы с одним гетероатомом, так и «большие» циклические молекулы, например, краун-эфиры. В свою очередь, при последующей модификации таких заместителей возможно создание соединений с разной длиной пендантной цепочки, варьируя при этом число и тип донорных атомов в заместителе, степень удаленности функциональной группы от кластера бора

6. Разработан перспективный метод получения новых замещенных производных аниона [ВюНю]2, основанный на присоединение спиртов и аминов к анионам Р-ВюЩЖЖ)]". Метод характеризуется легкостью выполнения синтезов, высокими выходами и широким диапазоном модифицируемых соединений; образующиеся производные гидролитически устойчивы в нейтральной и кислой средах.

7. Синтезированы новые типы биологически активных соединений на основе карбонил-клозо-боратов; модифицированные клозо-боратами амфифильные производные высших жирных спиртов и глицеролипидов алкильного типа с простыми эфирными связями. Предложено использовать аминозамещенные клозо-додекабораты для модификации координационных соединений. Осуществлен дизайн новых веществ и материалов для направленного транспорта бора в опухолевые ткани. Синтезированы ктозо-борат-клатрохелаты и фталоциани-ны - новые типы молекулярных платформ для «сборки» потенциальных веществ для 10В-НЗТ.

8. Впервые получено более 250 новых производных кдозо-боратов с экзо-

полиэдрическими оксониевыми, тиониевыми, амидными, имидатными, амиди-новыми, карбоксилатными группами, а также замещенные клозо-декабораты с

пендантными функциональными группами, клозо-борат-клатрохелаты и фтало-цианины, амфифильные производные кластерных анионов бора. С применением современных физических и физико-химических методов исследования проанализирован состав и строение этих соединений.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

статьи

1. К.Ю Жижин, Е.А Малинина, Л.В. Гоева, А С.Чернявский, С.В Иванов, Е А. Лукьянец, К А. Солнцев, Н.Т. Кузнецов - Новые водорастворимые борсодер-жащие фталоцианины.- Доклады Академии Наук. 1997. Т.357. №2 С.206-208

2. R.Spryshkova, Е Grigorieva, V Riabkova, К Zhizhin, Е. Malimna,

A.Chernyavsky, E.Luk'yanets, К Solntsev, N.Kuznetsov, G Borisov.- Biodistnbution study of novel dodecaborate-phtalocyanines in the B-16 mouse melanoma - Frontiers in Neutron Capture Therapy. Ed M.F Hawthorne, K.Shelly, R J Wiersema Kluwer Academic/ Plenum Publishers. NY. 2001. V2. P.1027-1032.

3. ИВДуденков, К.Ю.Жижин, А С.Чернявский, С.БКацер, Л.В Гоева,

B.С.Сергиенко, К А.Солнцев, Н.Т Кузнецов.- Синтез и кристаллическая структура ^(ЖЗ^ВиНюхОбЩ)- Журнал Неорганической Химии. 2000. Т.45 №12. С 2016-2019

4. Жижин К Ю., Вовк О О., Малинина Е.А., Гоева Л В., Мустяца В Н., Полякова И.Н., Кузнецов HT. Взаимодействие декагидро-югозо-декаборатного аниона с алифатическими карбоновыми кислотами - Координационная Химия 2001 Т.27. №9. с 653-658.

5. Жижин КЮ., Малинина Е А., Гоева Л В., Мустяца В Н., Кузнецов HT. О механизме кислотно-катализируемого нуклеофильного замещения в декагидро-клозо-декаборатном анионе - Координационная Химия. 2001. Т27. №9 С.619-622.

6. Мустяца В H, Жижин К Ю , Малинина Е.А, Гоева Л В , Вотинова Н.А , Кузнецов Н.Т. Соединения ундекагидродекаборатного аниона ВюНц*-- Координационная Химия 2001. Т 27 №9 С.622-624.

7. К.Ю Жижин, Н.А.Вотинова, Л В Гоева, HT. Кузнецов.- Нитрозирование югозо-додекаборатного аниона в водных и неводных растворах,- Координационная Химия. 2001 Т.27. №9 С.665-667.

8 К Ю Жижин, Л В. Гоева, Н.Т. Кузнецов - Взаимодействие додекагидро-оозо-додекаборатного аниона и его производных с оксалилхлоридом.- Журнал Неорганической Химии 2002 Т.47. №3. С.396^00.

9. К.Ю.Жижин, Н.Т. Кузнецов.- Взаимодействие солей додекагидро-клозо-додекаборатного аниона с высшими жирными кислотами - Журнал Неорганической Химии. 2002. Т 47. №3. С 401-403.

10. К.Ю.Жижин, Е.А.Малинина, И Н.Полякова, M В Лисовский, Н.Т Кузнецов,- Нуклеофильное кислотно-катализируемое замещение в кпозо-декаборатном анионе ВюНю2".- Журнал Неорганической Химии. 2002. Т 47. №8.

C. 1285-1299.

П.КЮ.Жижин, В.Н. Мустяца, ЕЮ Матвеев, В В.Дроздова, H А Вотинова, И.Н.Полякова, Н.Т.Кузнецов.- О взаимодействии ундекагидродекаборатного аниона ВюНц' с ацетонитрилом,- Журнал Неорганической Химии. 2003 Т.48 №5. С.760-764.

12. К Zhizhin, V Mustyatsa, I Polyakova, M.Lisovskii, N.Kuznetsov.- Nucleophilic Substitution in the Closo-Decaborate Anion.- в книге "Boron Chemistry at the Beginning of XXI century". ИНЭОС PAH. 2003. C.146-150.

13. К. Zhizhin, V. Mustyatsa, N.Votinova, I.Polyakova, E Matveev, N.Kuznetsov -Interaction of the UndecahydroDecaborate(l-) Anion ВюНц' with Nucleophihc Reagents - в книге "Boron Chemistry at the Beginning of XXI century". ИНЭОС PAH. 2003 C.151-154.

14. И.Н.Полякова, B.H. Мустяца, К.Ю.Жижин, Н.Т.Кузнедов.- Строение унде-кагидро-декаборатного аниона В10Нц'. Кристаллические структуры [Ph3PCH2Naph]B10Hn и [Ph3PEt]2B10H10 - Кристаллография. 2004. Т. 49. № 5. С. 855-859.

15. КЮ.Жижин, В.Н Мустяца, ЕА.Малинина, НА.Вотинова, Е Ю.Матвеев, Л.В.Гоева, И Н.Полякова, Н.Т.Кузнецов.- Взаимодействие унде-кагидродекаборатного аниона В10НП" с циклическими простыми эфирами. Журнал Неорганической Химии 2004 Т.49. №2. с 221-230.

16. Л.И Очертянова, В.Н Мустяца, О.Н.Белоусова, К Ю.Жижин, Н.Т.Кузнецов,-Состав и синтез солей ундекагидродекаборатного аниона ВюНц - Неорганические Материалы. 2004. т. 40, № 2, с. 188-190.

17. М.В. Лисовский, HB. Плявник, ГА. Серебренникова, Е.А. Малинина, К.Ю.Жижин, Н Т. Кузнецов - Карбонил-клозо-боратные анионы [2-ВюН9(СО)]~ и [В12Нц(СО)]" в синтезе липофильных соединений,- Журнал Неорганической Химии. 2005. Т.50 №1. С. 24-32.

18 КЮЖижин, В.Н.Мустяца, ЕА.Малинина, И.Н.Полякова, Н.Т.Кузнецов,-Взаимодействие бороводородных анионов В10Ню2* и В10Нц" с Ы,Ы-диметил-формамидом и N-метилпирролидоном.- Журнал неорганической Химии. 2005. Т.50. №1. С. 33-38.

19. К Ю.Жижин, В.Н. Мустяца, Е А. Малинина, Е Ю. Матвеев, Л.В. Гоева, И Н. Полякова, НТ. Кузнецов - Нуклеофильное раскрытие циклических заместителей в производных югозо-декаборатного аниона,- Журнал Неорганической Химии 2005 Т.50. №2, с 243-249.

20. Я З.Волошин, О.А Варзацкий, К.Ю Жижин, Н.Т. Кузнецов, Ю.Н Бубнов,-Клеггочные комплексы как «молекулярная платформа» для сборки полифун-циональных и многоцентровых систем: синтез первого кпозо-боратсодержащего клатрохелата железа(11) - Известия Академии наук. Серия Химическая. 2006. № 1. С. 21-24.

21. В.В Дроздова, М.В Лисовский, И.Н. Полякова, К.Ю.Жижин, Н.Т. Кузнецов.- Взаимодействие ктозо-декаборатного аниона ВюН102' с солями иминия -Журнал Неорганической Химии.2006. Т. 51. № 10. с. 11552-1560.

22. В.В. Дроздова, М.В. Лисовский, И.Н Полякова, К.Ю.Жижин, Н.Т. Кузнецов - Взаимодействие клазо-до декаборапгого аниона B]2H122' с солями иминия -Журнал Неорганической Химии. 2006. Т. 51. № 11 С. 1825-1831.

23. В В.Дроздова, Е.А.Малинина, И.Н. Полякова, Г.А.Разгоняева, КЮ.Жижин, Н.Т.Кузнецов.- Взаимодействие клозо-додекаборатного аниона Bi2H122" с гало-геноводородами в дихлорэтане - Журнал Неорганической Химии 2007. Т. 52. № 1. С.31-36.

24. В.В Дроздова, К.Ю.Жижин, Е.А. Малинина, И.Н. Полякова, Н Т. Кузнецов,-Взаимодействие клозо-декаборатиого аниона В10Н102" с галогеноводородами и дихлорэтаном - Журнал Неорганической Химии 2007. Т. 52. № 7. С 1072-1077.

25. Полякова И Н., К.Ю.Жижин, Кузнецов Н.Т.- Кристаллическая структура 2-{[^)-П1Дрокси(феши)метатсн]аммошго}нонагидро-)с1озо-декабората теграфе-нилфосфония. Внутримолекулярная водородная связь 0-Н...В3 в анионе [B10H9NHC(OH)Ph]" - Кристаллография. 2007 Т.52. № 2 С. 287-289.

тезисы докладов

26 R.Spiyshkova, E.Grigorieva, V.Riabkova, К Zhizhin, Е. Malinma, K.Solntsev, N Kuznetsov, G Bonsov.- Pharmacokinetic study of novel dodecaborate-phtalocyanines in the B-16 mouse melanoma model.- Abstracts of Eighth International Symposium on Neutron Capture Therapy for Cancer. La Jolla. California USA. 1998. E-12. P.43.

27. К Ю.Жижин, E А. Малинина, В Н.Мустяца, JI.В. Гоева, И.Н Полякова, Н.Т. Кузнецов.- Способность замещенных производных ююзо-декаборатного аниона ВюНюХп2' к комплексообразованию со свинцом (II).- XX Международная Чу-гаевская конференция по координацинной химии Сборник тезисов Ростов-на-Дону. 2001. С. 313

28 K.Zhizhin, V.Mustyatsa, N.Votmova, I.Polyakova, N Kuznetsov - Interaction of Undecahydro Decaborate(l-) Anion В10Нц" witli Nucleophilic Reagents.-Abstracts of XI International Conference on Boron Chemistry. Moscow. 2002 C. 133.

29. К Zhizhin, V Mustyatsa, I.Polyakova, L.Goeva, N Kuznetsov - Nucleophilic Substitution in closo-Decaborate Anion - Abstracts of International Conference on Boron Chemistry IMEBORON XI. Moscow. 2002. C.164

30. К.Ю Жижин, E А. Малинина, B.H Мустяца, И H Полякова, Н Т.Кузнецов -Соединения оозо-декаборатного аниона с циклическими э кзо-полиэдрическими заместителями - XXI Международная Чугаевская конференция по координационной химии. Сборник тезисов Киев. 2003. С. 213

31. М.В. Лисовский, Н.В. Плявник, К.Ю Жижин, Г.А Серебренникова, Н.Т. Кузнецов - Получение новых липофильных производных кластерных анионов бора [Bi0H10]J~~ и [В12Н)2]2~ для нейтронозахватной терапии -10 Международная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии -2004». Сборник тезисов Волгоград. 2004. Т 1. С 271-274.

32. G.I.Borisov, MG.Naidenov, EYu Koldaeva, E.Yu. Grigorieva, S.APetrov К Yu Zhizhin, N.T Kuznetsov - Neutron-Capture Therapy (NCT) of Melanoma in Mice Using New Boron Carriers and Neutron Capillary Optics.- Abstacts of Second International Conference on X-RAY and Neutron Capillary Optics. Zvenigorod. Russia. 2004. P. 15-16.

33. Е.ЮКолдаева, E Ю.Григорьева, К.Ю Жижин, Н.Т Кузнецов - Общая токсичность нового класса соединений для НЗТ-липидных комплексов алкильного типа и производных клозо-борат анионов - IV всероссийская научно-практическая конференция «Отечественные противоопухолевые препараты» Москва. 2005.- Российский Биотерапевтический журнал. 2005 Т.4. №1. с. 24-25.

34. А.С.Масько, Е.Ю.Колдаева, Е.Ю Григорьева, С.А.Петров, К.Ю.Жижин, Н.Т.Кузнецов - Острая токсичность у мышей C57BL/6 при введении липидных комплексов алкильного типа - новых препаратов для бинарной терапии опухолей. IV всероссийская научно-практическая конференция «Отечественные про-

тивоопухолевые препараты». Москва. 2005,- Российский Биотерапевтический журнал. 2005. Т.4 №1.с. 95.

35. МВ.Лисовский, Н.В.Плявник, Е.А.Малинина, Г.А.Серебренникова, К.Ю.Жижин, Н.Т.Кузнецов.- Дизайн бор-содержащих липидов для БНЗТ.- IV всероссийская научно-практическая конференция «Отечественные противоопухолевые препараты». Москва 2005.- Российский Биотерапевтический журнал. 2005. Т.4. №1. с. 95.

36. В В.Дроздова, К.Ю.Жижин, Н.Т. Кузнецов - Замещение в клозо-5оратных анионах при взаимодействии с галогеноводородами.- XXII Международная Чу-гаевская конференция по координационной химии Сборник тезисов. Кишинев. 2005г. с.352.

37. Кузнецов Н.Т., Жижин К Ю., Малинина Е.А - Химия кластерных анионов бора B„Hn2'.- V Всероссийская конференция по химии кластеров и полиядерных комплексов КЛАСТЕРЫ-2006,- Сборник тезисов. АГТУ. Астрахань. 2006. PL3.

38. Жижин К.Ю., Малинина Е.А., Матвеев Е.Ю., Кузнецов Н.Т. Клозо-декаборатный анион в реакциях экзо-полиэдрического замещения - V Всероссийская конференция по химии кластеров и полиядерных комплексов КЛАСТЕРЫ-2006 - Сборник тезисов. АГТУ. Астрахань. 2006. OYS20.

39. N T.Kuznetsov, K.Y.Zhizhin, E.A.Malmma, I N.Polykova - Coordination Compounds of Cluster Boron Anions with IB Group Metals.- Abstracts of International Conference on Coordination Chemistry. ICCC37. Cape Town. SAR. 2006 P.54.

40. А.П Жданов, M.B Лисовский, К.Ю.Жижин, Н.Т. Кузнецов - Новый метод получения бор-содержащих биологически активных производных для БНЗТ.-Российский Биотерапевтический журнал. 2007. Т. 6. № 1. С. 48.

41. Е.Ю. Григорьева, Е.Ю. Колдаева, МГ. Найденов, Ю.С. Стукалов, A.C. Масько, К.Ю.Жижин, Н.Т. Кузнецов, М.В Лисовский, Г.И. Борисов,- Нейгроно-захватная терапия мышиной меланомы В16 на новых носителях 10В,- Российский Биотерапевтический журнал. 2007. Т. 6. № 1. С. 82.

42. Я.З. Волошин, О А. Варзацкий, К.Ю.Жижин, Н.Т. Кузнецов Политопные супер- и супрамолекулярные системы на основе клеточных комплексов переходных металлов в биохимии и медицине.- ХХШ Международная Чугаевская конференция по координационной химии Одесса 2007 Сборник тезисов. С 2931.

43. Е.Ю.Матвеев, Н.А Вотинова, К.Ю.Жижин, Н.Т. Кузнецов Синтез и координационная способность новых полидентатных лигандов на основе клозо-декаборатного аниона - ХХШ Международная Чугаевская конференция по координационной химии. Одесса. 2007. Сборник тезисов. С 34-35.

44. М.В Лисовский, Е Ю.Матвеев, И.Н. Полякова, Л В. Гоева, К Ю Жижин, Н Т.Кузнецов - Взаимодействие клозо-боратных анионов с виниловыми эфира-ми. ХХШ Международная Чугаевская конференция по координациионной химии. Сборник тезисов Одесса. 2007. С 498.

45. М В.Лисовский, В.М.Ретивов, О Н.Белоусова, К Ю.Жижин, Н.Т.Кузнецов.-Нуклеофильное замещение в клозо-боратных анионах [В10Ню]2~ и [В12Н|2]2", протекающее при участии карбокатионов - Сборник тезисов. XXIII Междуна-

родная Чугаевская конференция по координационной химии. Одесса. 2007. С.499.

46 Е Ю.Матвеев, А Ю Быков, ЛВГоева, НА.Вотинова, КЮЖижин, Н.Т. Кузнецов - Синтез и координационная способность некоторых тиопроизводных /сюзо-дскаборатного аниона [ВШН10]2" -XXIII Международная Чугаевская конференция по координационной химии Одесса. 2007 Сборник тезисов С 521.

47. М.В.Лисовский, И.Н.Полякова, К.Ю.Жижин, H Т.Кузнецов.- Координационные соединения 2-монозамещенных клозо-декаборатов с серебром(1) - XXIII Международная Чугаевская конференция по координационной химии. Сборник тезисов Одесса 2007. (доп )С А12

48. С С.Акимов, В В Дроздова, К.Ю.Жижин, H Т.Кузнецов - Нуклеофильное замещение в клозо-декаборатном анионе, инициируемое галогеноводородами,-XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Москва. 2007. Сборник тезисов T.I С.90.

49. А.П Жданов, M В.Лисовский, КЮ.Жижин, Н.Т.Кузнецов.- Нуклеофильное присоединение к шприлиевым производным клозо-декаборатного аниона -XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Москва. 2007 Сборник тезисов Т 1. С 219

50. М.В.Лисовский, В.М. Ретивов, КЮ.Жижин, Н.Т.Кузнецов Анионы [В10Н9]~ и [ВпНц]" в реакциях нуклеофильного замещения - XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Москва. 2007 Сборник тезисов Т. 1. С.305.

51. Матвеев ЕЮ., К.Ю.Жижин, Кузнецов Н.Т- Взаимодействие аниона [B10H9O2C4Hs]- с азотсодержащими нуклеофилами. эффективный метод создания новых производных клозо-декаборатного аниона.- XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Москва 2007. ТI. Сборник тезисов С 327

52. Ю.С.Нагаев, Т.А Морозова, H А.Вотинова, К.Ю.Жижин, Н.Т. Кузнецов -Теоретические и экспериментальные исследования строения, спектральных характеристик и реакционной способности некоторых кластерных соединений бора с экзо-полиэдрическими заместителями - XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Москва 2007. Сборник тезисов. T.I. С.352

53. К.Ю Жижин, Кузнецов Н.Т - Направленная функционализация кластерных анионов бора по нуклеофильным мехенизмам, инициируемым электрофилами -XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Сборник тезисов Москва. 2007. T.V. С.2673.

54. Матвеев Е Ю., Вотинова H А, К.Ю.Жижин, Кузнецов Н.Т - Производные кластерных анионов бора с экзо-полиэдрическими заместителями,- II Молодежная конференция «Наукоемкие химиические технологии». Сборник тезисов Москва. 2007. С.71.

55. EMatveev, К.Ю.Жижин, NKuznetsov.- The cleavage of cyclic substituants in derivatives of с/ода-decaborate anion by diaza-crown-ether - Abstracts of II International Symposium on Macrocyclic and Supramolecular Chemistry. Salice Terme. Italy 2007 PSB 8.

56. N.T Kuznetsov, К Yu Zhizhin.- Novel synthetical approaches for design of BNCT compounds based on BnHn2" biologically active derivatives.- Abstracts of 13th

International Conference on Biological Inorganic Chemistry. Vienna. Austria. 2007. ООП P.19

57. Ю.С.Нагаев, T А.Морозова, Н.А.Вотинова, К.Ю.Жижин, H Т. Кузнецов.-Теоретические и экспериментальные исследования некоторых кластерных соединений бора с экзо-полиэдрическими заместителями - 5-я Всероссийская конференция «Молекулярное моделирование». Москва. 2007. ГЕОХИ. Сборник тезисов. С.78.

58. Akimov S., Zhizhin К., Razgonyaeva G., Votinova N.. Kuznetsov N.- A New Method for Obtaining the Substituted Derivatives of the C/oio-Decaborate Anion.-Abstracts of2ndEuCheMS Chemistry Congress. Turin Italy. 2008.1.o-MZP-009

Отпечатано в типографии ООО «Гипрософт» г. Москва, Ленинский пр-т, д 37А Тираж 150 экз.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. Реакции экзо-полиэдрического замещения в пространственноароматических кластерных анионах бора (литературный обзор).

ГЛАВА II. Нуклеофильное замещение в кластерных анионах бора, индуцируемое кислотами Бренстеда.

2.1. Синтез, строение и реакционная способность аниона [ВюНц]".

2.1.1. Методы получения и некоторые физико-химические свойства солей аниона [ВюНц]".

2.1.2. Строение аниона [В10Нц]" в солях при 298 и 110 К.

2.1.3. Реакции замещения в анионе [В10Нц]".

2.1.3.1. Физико-химические свойства замещенных клозо-декаборатов.

2.2.3.2 Кристаллические структуры замещенных /сгозо-декаборатов.

2.2. Карбоксилат-клозо-декабораты.

2.3 Взаимодействие ктшзо-декаборатного аниона с нуклеофильными реагентами в присутствии галогеноводородов.

2.3.1. Взаимодействие оозо-декаборатного аниона [В] о Ню] с галогеноводоро-дами и алкилгалогенидами.

2.4. Индуцируемое кислотами нуклеофильное замещение в клозододекаборатах.

2.4.1 Взаимодействие ктшзо-додекаборатного аниона [В^Н^]2" с галогеноводородами и алкилгалогенидами

2.4.2. Взаимодействие оозо-додекаборатного аниона с нуклеофильными реагентами в присутствии галогеноводородов.

2.4.3. Карбоксилат- и гидрокси-ю/озо-додекабораты.

ГЛАВА III. Особенности процессов нуклеофильного замещения в клозо-боратах в присутствии кислот Льюиса.

3.1. Процессы замещения, протекающие при участии кислот Льюиса: галоге-нидов элементов IIIA и IVB групп и карбокатионов.

3.1.1 Поведение клозо-боратов в растворах, содержащих карбокатионы. Строение и реакционная способность комплексов клозо-боратов с кислотами 99 Льюиса.

3.1.2. Взаимодействие клозо-боратных анионов с дигалогеналканами в присутствии карбокатионов.

3.2. Особенности взаимодействия /<тшзо-боратных анионов [ВпНп]2~(п = 10, 12) с сопряженными карбокатионами.

3.2.1 Образование экзо-полиэдрических связей бор-азот при взаимодействии клозо-борат (2-) анионов [ВюНю]2- и [В12Н1?]2 с солями иминия.

3.2.2. Синтез оксониевых производных по реакциям /стозоборатяых анионов [ВпНп]2-(п = 10, 12) с виниловыми эфирами.

3.2.3. Взаимодействие солей /с/шзо-боратных анионов [ВПНП]2 (п = 10, 12) с а-галогензамещенными простыми эфирами и тиоэфирами.

ГЛАВА IV. Региоселективность и основные стадии экзо-полиэдрического замещения в кластерных анионах бора [ВюНю]2"и [В^Н^]2".

ГЛАВА V. Реакционная способность производных кластерных анионов бора с экзополиэдрическими заместителями.

5.1. Раскрытие циклических э/сзо-полиэдрических заместителей под действием нуклеофильных реагентов.

5.1.1. Особенности взаимодействия замещенных оозо-декаборатов оксониевого типа с некоторыми нуклеофильными реагентами.

5.1.2. Производные оозо-боратных анионов с пендантными функциональными группами в синтезе аналогов биологически активных соединений. Дека-борат-клатрохелаты.

5.2. Присоединение к кратным связям экзо-полиэдрических заместителей.

5.2.1 Присоединение к активированным тройным связям азот-углерод в нитрилиевых производных кластерных анионов бора.

5.2.1.1. Строение продуктов присоединения к тройным связям нитрилиевого заместителя в анионах Р-ВюНдМСК]".

5.2.2. Реакционная способность карбонил-клозо-боратов. Борсодержащие амфифильные соединения для 10В-НЗТ.

5.3. Амино-клозо-бораты в синтезе аналогов биологически активных соединений.

ГЛАВА VI. Экспериментальная часть.

ВЫВОДЫ

Современная химия соединений бора по своему разнообразию приближается к химии соединений углерода. Так же, как и склонность атомов углерода к катенации, которая лежит в основе всей органической химии, способность атомов бора образовывать кластеры обуславливает всё разнообразие и широту химии соединений бора. Особенно интересную область составляет класс высших полиэдрических бороводородных соединений, кластерный остов которых состоит либо целиком из атомов бора, либо включает в себя также атомы углерода, азота, переходных металлов, кремния, фосфора, серы, и т.д. [1]. Этот класс соединений с уникальной молекулярной архитектурой образует своеобразный мостик между различными разделами химии, в силу наличия у них как специфических свойств, так и свойств, характерных для ряда хорошо изученных органических и элементорганических соединений, например таких, как арены, крем-нийорганические соединения.

Кластерные анионы бора [ВПНП]2~ (п=6-12) и их гетероаналоги - карбораны, азабо-раны, металлобораны, наряду со сравнительно недавно открытыми фуллеренами, являются одними из немногих примеров полностью «неметаллических» кластеров. Проблема их электронного строения стала развиваться одновременно с экспериментальными исследованиями и возникла, можно сказать, даже до их экспериментального открытия. Именно квантовохимические расчеты Лонге-Хиггинса и Робертса [2], показавшие возможность существования кластерных бороводородных полиэдров в виде двухзаряд-ных анионов, послужили основным стимулом к их экспериментальному исследованию. Факт существования и химическое поведение этих систем во многом определяется их пространственноароматическим характером. С ароматической природой полиэдрических анионов бора также связаны и особенности свойств, отличающие их от большинства гидридных соединений бора: высокая термостойкость и кинетическая стабильность остовной борной системы, ярко выраженная тенденция к реакциям замещения и ДР-[1]

Судьба химии бора показывает, что степень интереса к данной ветви науки зависит от практической важности этих соединений [3]. С момента открытия первых бора-нов А.Штоком в 1912 г. До середины XX века эти соединения рассматривали как группу веществ с необычными строением и химическими свойствами, при этом всё внимание к гидридам бора ограничивалось исключительно академическим интересом.

Первая волна интереса к химии соединений бора связана с использованием боро-гидрида урана для разделения урановых изотопов. Впоследствии были разработаны более удобные процедуры, и поддержка работы в области боранов была уменьшена, однако, главными достижениями этого периода явились крупномасштабные производства борогидрида натрия и диборана [3].

В 1946-м году работы вновь возобновились, когда пентаборан-9 [В5Н9] и декабо-ран-14 [ВюНм] были предложены в качестве наиболее мощных ракетных топлив. Эта идея также была отброшена, по ряду возникших при этом технических проблем, но громадные усилия более чем 2000 химиков создали твердую основу для будущих разработок в химии боранов. Были определены их структуры и разработаны экономичные методы синтеза и взаимных превращений [3].

Основные области практического применения кластерных соединений бора, определенные в 70-80 гг XX века, связаны с их высокой энергоемкостью: использование в качестве компонентов высококалорийных ракетных топлив [4], в пиротехнике и во взрывном деле в качестве инициаторов горения [5]. Также было предложено использовать высокую нейтронопоглощающую способность соединений бора для создания прочных термостойких полимерных нейтронозащитных покрытий с хорошей адгезией к различным материалам [6], а также нейтронозащитных тканей [6, 7]. Специфические свойства полигалогензамещенных производных югозо-декаборатного аниона позволили предложить их литиевые соли в качестве добавок в электролиты для электрохимических источников тока [8]. Было предложено использовать некоторые соединения для получения карбида бора, боридов титана, ниобия, молибдена, вольфрама, кобальта, магния, бериллия [9], для инициирования полимеризации виниловых эфиров, в качестве секвеструющих агентов для тяжелых металлов [10].

Однако произошедший в самом конце XX века ренессанс химии кластерных анионов бора связан с совершенно другим аспектом их практического применения: 10В-нейтронозахватная терапия злокачественных опухолей (10В-НЗТ), а именно это направление применения кластерных анионов бора, задает основную «моду» в направлениях исследований, определяет дальнейшие перспективы развития химии высших бороводо-родов. В основе 10В-НЗТ лежит ядерная реакция взаимодействия стабильного изотопа бора-10 с тепловыми нейтронами (Еп=0,025 эВ, сечение захвата 10В 3890 барн): 10В5 + 1nth (0,025эВ)->[11В5] -> 4He2+7Li3+Eth (2,79МэВ)

Образующиеся в результате реакции высокоэнергетические частицы - ядра гелия (альфа-частицы) и ядра отдачи лития-7 обладают в тканях высокой линейной потерей энергии (ЛПЭ составляет 200 и 350 кэВ/мкм, соответственно) и небольшим суммарным пробегом (~14 мкм), соизмеримым с диаметром одной клетки. В идеальном случае, разрушаются только опухолевые клетки, включая сколь угодно мелкие метастазы, без повреждения нормальных тканей в облучаемом объеме [8, 11]. Для успешной реализации в клинической практике этих уникальных возможностей должен быть решен комплекс сложных химических, биологических, медицинских и физико-технических проблем [8, 12]. Ключевым звеном этого комплекса, без решения которого 10В-НЗТ состояться не может, является создание борсодержагцих соединений, способных избирательно доставлять в клетки злокачественных опухолей терапевтическое количество бора-10, обеспечивать его оптимальное микрораспределение и оставаться в клетках в течение необходимого для облучения периода времени. Производные полиэдрических анионов [ВюНю]2- и [В^Н^]2- наиболее пригодны для достижения этих целей по причине своей высокой химической и биологической стабильности, большого содержания бора в молекуле, низкой токсичности и, как правило, высокой водорастворимости соединений.

Специфика этого направления практического применения соединений бора определяет и основные направления современной химии высших бороводородов. И если на первом этапе развития химии кластерных соединений бора основными задачами являлись поиск методов синтеза бороводородных анионов и их простых солей, то в настоящее время наиболее важным представляется изучение реакционной способности анионов [ВПНП] " (п=6-12) с целью создания основ направленного синтеза новых неорганических и координационных соединений на основе полиэдрических анионов бора, а также развитие методов химического конструирования и молекулярного дизайна функциональных материалов на основе этого класса неорганических кластеров.

В настоящее время, несмотря на большое количество доступной информации, химия кластерных соединений бора все еще остается недостаточно развитой не только по сравнению с органической химией, но и химией борорганических соединений. Попытки предсказать с достаточной вероятностью химическое поведение данных соединений или осуществить направленный синтез желаемых веществ относительно редко бывают успешными. Это показывает, что на сегодняшний день понимание химии соединений с электронодефицитным типом связи не всегда является адекватным, а систематическое изучение реакций и механизмов, поиск препаративных методов представляет собой весьма многообещающее поле для будущих исследований.

Таким образом, на сегодняшний день, работы с полиэдрическими соединениями бора развиваются в двух направлениях: во-первых, это исследование принципов химического поведения пространственноароматических кластерных соединений; во-вторых, понимание и объяснение особенных свойств кластерных соединений бора, что весьма полезно для практических целей. В этом направлении особенно актуальным представляются исследования региоселективных нуклеофильных процессов, протекающих в присутствии кислот. Эти реакции, помимо разнообразия вводимых функциональных групп, позволяют создавать соединения со строго определенной степенью замещения и взаимным расположением экзо-полиэдрических групп.

В России, в ИНЭОС РАН (научная школа проф. Л.И.Захаркина: проф. В.Н.Калинин, проф. В.И.Брегадзе и др.), ИНХ СО РАН (проф. В.В.Волков) и за рубежом (Hawthorne M.F., Preetz W., Gabel D. и др.) проводились и проводятся весьма плодотворные исследования в этом направлении.

Настоящая работа является еще одной ступенью в многолетних исследованиях коллектива, возглавляемого академиком Н.Т.Кузнецовым (лаборатория энергоемкоем-ких веществ и материалов ИОНХ РАН). Данная работа была бы невозможна, если ранее в этом коллективе не были проведены экспериментальные и теоретические работы пространственноароматических неорганических систем, включая систематические исследования в области поиска методов синтеза клозо-боратных анионов, исследования их координационной способности, процессов протонирования. Продолжая исследования в этих областях химии кластерных анионов бора, мы сформулировали цели и задачи настоящей работы.

Целью настоящей работы является создание фундаментальных основ и системы методов функционализации кластерных анионов бора [ВюНю] ~ и [В12Н12] и их замещенных производных.

Объектами исследования являются кластерные анионы бора [ВюНю]2 и [В12Н12] , а также их производные с жзо-полиэдрическими заместителями.

Предметом исследования являются: структура, строение, реакционная способность и физико-химические (спектральные) характеристики замещенных производных анионов [ВюНю] и [В12Н12] , а также региоселективность процессов замещения в этих пространственноароматических кластерных соединениях бора.

Задачами работы являются:

- изучение взаимодействия солей анионов [ВюНю]2- и [Bi2Hi2]2~c нуклеофилами в присутствии индукторов различных типов (кислоты Бренстеда и Льюиса);

- изучение строения и реакционной способности замещенных производных кластерных анионов бора и разработка на этой основе новых методов модификации экзо-полиэдрических заместителей;

- анализ физико-химических и спектральных характеристик производных высших полиэдрических бороводородных анионов с жзо-иолиэдрически ми заместителями, возможных механизмов их образования, а также некоторых аспектов региоселективно-сти замещения;

- разработка методов синтеза замещенных оозо-боратов с биологически активными группами.

Научная новизна. Предложена и развита новая концепция функционализации

2 О— анионов [ВюНю] и [В12Н12] , основанная на подходе к кластерам бора как простран-ственноароматическим системам. Этот подход позволил разработать группу методов синтеза замещенных клозо-6оратов на основе их реакций с нуклеофильными реагентами в присутствии индукторов - электрофилов (кислот Бренстеда и Льюиса), обеспечивающих региоселективность процессов замещения и высокие (> 80 %) выходы целевых продуктов. Данные подходы позволили реализовать схемы модификации потенциальных биологически активных соединений, построенные на основе региоселективного введения заместителей в кластерные анионы бора с их последующей химической модификацией (присоединение к кратным связям, замещение при э/сзо-полиэдрическом гетероатоме, образование пендантных функциональных групп).

Предложены новые подходы и стратегии синтеза замещенных производных клозо-декаборатного аниона, в основе которого лежат реакции нуклеофильного замещения, протекающие в растворах солей аниона [ВюНц]\

Впервые реализованы и изучены реакции нуклеофильного замещения в клозо-боратных анионах, протекающие при индуцировании карбокатионами, определены закономерности и условия направленной функционализации, идентифицированы продукты этих реакций; обнаружено влияние природы реагента и электрофильных индукторов на продукты реакций нуклеофильного замещения.

Впервые показано, что взаимное расположение заместителей в продуктах, получаемых по нуклеофильным реакциям с электрофильным содействием, практически во всех случаях не зависит ни от типа и заряда заместителя, ни от «жесткости» кислоты -электрофильного индуктора.

Впервые получено более 250 новых производных клозо-боратов с экзо-полиэдрическими оксониевыми, тиониевыми, амидными, имидатными, амидиновыми, карбоксилатными группами, а также замещенные кдозо-декабораты с пендантными функциональными группами, ю/озо-борат-клатрохелаты и фталоцианины, амфифиль-ные производные кластерных анионов бора; с применением современных физических и физико-химических методов исследования получены спектральные данные и проанализирован состав и строение этих соединений.

Практическая значимость. Предложены новые типы соединений для 10В-нейтронозахватной терапии на базе карбонил-оозо-боратов, в том числе, модифицированные /сяозо-боратами амфнфнльные производные высших жирных спиртов и глице-ролипидов алкильного типа с простыми эфирными связями.

Впервые в лабораторную практику введен новый синтон - анион [ВюНц]\

Предложено использовать аминозамещенные клозо-додекабораты для модификации координационных соединений: синтезированы югозо-борат-клатрохелаты и фтало-цианины - новые типы молекулярных платформ для «сборки» потенциальных медицинских препаратов.

Разработан перспективный метод получения новых замещенных производных О аниона [ВюНю] , основанный на присоединении спиртов и аминов к анионам [2-BjoH9(NCR)]\ Метод отличается высокими (практически количествеными) выходами целевых продуктов, а получаемые производные являются гидролитически устойчивыми соединениями в нейтральной и кислой средах.

Апробация работы. Результаты работы были представлены и докладывались в период с 1996 по 2008 гг. на международных и отечественных конференциях и совещаниях: Международных конференциях по химии бора - IMEBORON, Всероссийских научно-практических конференциях «Отечественные противоопухолевые препараты», Международных Чугаевских конференциях по координационной химии, Международных научно-технических конференциях «Наукоемкие химические технологии», International Conference of Coordination Compounds (37 ICCC), International Symposium on Macrocyclic and Supramolecular Chemistry, International Conference on Biological Inorganic Chemistry, 2nd EuCheMS Chemistry Congress.

Отдельные разделы настоящих исследований вошли в работы, отмеченные Государственной Премией РФ для молодых ученых в области науки и техники за 2003 год; премией имени Л.А.Чугаева РАН за 2006 год, Главной Премией МАИК/Наука 2003 года.

Публикации. Основные результаты работы изложены в 22 печатных работах в реферируемых отечественных периодических изданиях, 3 статьях в сборниках научных трудов и в 32 тезисах докладов на указанных выше конференциях и совещаниях всероссийского и международного уровня.

Личный вклад автора состоял в постановке целей и задач исследования, выполнении основного объема экспериментальной работы. Автором проведены обработка и анализ полученных результатов, формулировка общих выводов и основных положений, выносимых на защиту.

Связь работы с научными программами. Работа проводилась при поддержке Программ Президиума РАН (№8) и ОХНМ (№7), РФФИ (проекты 02-03-32778, 02-03

06420, 03-03-32482, 03-03-05440, 03-03-32531, 05-03-32885, 07-03-12144, 07-03-00552), МНТЦ 2938.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы. Объем составляет 274 страницы и включает 50 таблиц, 75 рисунков. Список цитируемой литературы включает 196 ссылку.

выводы

1. Предложена и развита новая концепция функционализации анионов [ВюНю]2- и [В12Н12]2 , основанная на подходе к кластерам бора как пространственноароматическим системам. Этот подход позволил разработать группу методов синтеза замещенных кло-зо-боратов на основе их реакций с нуклеофильными реагентами в присутствии индукторов - кислот Бренстеда и Льюиса, обеспечивающих региоселективность процессов замещения и высокие выходы целевых продуктов. Во всех случаях при введении второго заместителя происходит образование в качестве основных .мета-изомеров либо -при образовании высокозамещенных производных - продуктов с максимальным количеством взаимных лгеота-положений заместителей, причем за счет введения заместителя происходит понижение суммарного заряда системы. Показано, что реакции замещения протекают ступенчато и региоселективно; температурные интервалы ступеней реакции определяются типом индуктора. Региоселективный характер первой ступени за2 мещения в анионе [ВюНю] , по всей видимости, обусловлен большей легкостью отрыва гидрид-иона из экваториального положения. Дальнейшие стадии замещения также проявляют региоселективный характер за счет образования позиций, более склонных к взаимодействию с электрофилами.

2. Впервые в лабораторную практику введен новый синтон - анион [ВюНц]". Предложены новые подходы и стратегии к синтезу замещенных производных клозо-декаборатного аниона, в основе которого лежат реакции нуклеофильного замещения, протекающие в растворах солей аниона [ВюНц]". В реакциях с участием этого аниона выходы замещенных производных приближаются к количественным, и образуются только монозамещенные продукты. Диапазон вводимых заместителей при этом достаточно широк, так как в качестве нуклеофилов могут быть использованы практически любые малоосновные соединения.

3. Показано, что взаимодействие клозо-боратных анионов с нуклеофильными реагентами в присутствии кислот Льюиса является удобным методом введения экзо-полиэдрических функциональных групп, поскольку позволяет проводить процессы в более мягких условиях, по сравнению с методами синтеза, базирующимися на использовании кислот Бренстеда. Впервые реализованы и изучены реакции нуклеофильного замещения в анионах [ВюНю]2- и [В^Н^]2-, протекающие при индуцировании карбока-тионами, определены закономерности и условия направленной функционализации замешенных и незамещенных клозо-6оратов, идентифицированы продукты этих реакций, установлено влияние природы реагентов и электрофильных индукторов на состав и строение замещенных производных.

4. Предложена обобщенная схема основных этапов индуцируемого электрофилами нуклеофильного замещения атомов водорода в кластерных анионах [ВюНю]2 и [В)2Н12] , включающая образование комплексов клозо-боратов [ВПНП] с различными электрофильными реагентами и последующую нуклеофильную атаку молекулой растворителя с образованием замещенных производных при отщеплении комплекса электрофила с гидрид-ионом [ЕН].

5. Выполнено целенаправленное конструирование производных кл озо-д екаб орат н о го аниона с пендантными функциональными заместителями. Удаленность таких заместителей от кластера позволяет использовать для их модификации обычные органические реакции. Установлено, что в большинстве случаев в результате реакции циклические заместители оксониевого типа раскрываются, образуя пендантные функциональные группы. В разработанных нами методах в качестве нуклеофильных реагентов могут быть использованы различные типы анионных и нейтральных нуклеофилов. Предложены методики синтеза замещенных производных клозо-боратных анионов, позволяющие вводить как «малые» циклы с одним гетероатомом, так и «большие» циклические молекулы, например, краун-эфиры. В свою очередь, при последующей модификации таких заместителей возможно создание соединений с разной длиной пендантной цепочки, варьируя при этом число и тип донорных атомов в заместителе, степень удаленности функциональной группы от кластера бора.

6. Разработан перспективный метод получения новых замещенных производных о аниона [В10Ню] , основанный на присоединение спиртов и аминов к анионам [2-В|(|[^(МСИ.)]". Метод характеризуется легкостью выполнения синтезов, высокими выходами и широким диапазоном модифицируемых соединений; образующиеся производные гидролитически устойчивы в нейтральной и кислой средах.

7. Синтезированы новые типы биологически активных соединений на основе карбо-нил-клозо-боратов; модифицированные ююзо-боратами амфифильные производные высших жирных спиртов и глицеролипидов алкильного типа с простыми эфирными связями. Предложено использовать аминозамещенные /слозо-додекабораты для модификации координационных соединений. Осуществлен дизайн новых веществ и материалов для направленного транспорта бора в опухолевые ткани. Синтезированы клозо-борат-клатрохелаты и фталоцианины - новые типы молекулярных платформ для «сборки» потенциальных веществ для К)В-НЗТ.

8. Впервые получено более 250 новых производных клозо-боратов с экзо-полиэдрическими оксониевыми, тиониевыми, амидными, имидатными, амидиновыми, карбоксилатными группами, а также замещенные клозо-декабораты с пендантными функциональными группами, ктгозо-борат-клатрохелаты и фталоцианины, амфифиль-ные производные кластерных анионов бора. С применением современных физических и физико-химических методов исследования проанализирован состав и строение этих соединений.

1. Kuznetsov N.T. Reactivity of Polyhedral Cluster Anions BnHn2" (n = 10,12) as Spatial Aromatis Systems. // Russian Journal of 1.organic Chemistry. 2002. Vol. 47. Suppl.l. pp.S68-S104.

2. Longuet-Higgins H.C. Roberts M.V. The electronic structure of icosahedron of boron atoms. —Proc. Royal Soc. (London), 1955, V. A 230, 1180, 110-119.

3. Plesek J., Potential Applications of the Boron Cluster Compounds. — Chem. Rev. 1992. 92. 269-278.

4. Aftandilian V.D. BnHi4 anion salts / Pat. 3458531 (USA).

5. Goddart T.P. Thatcher D.N., Coprecipitated Pyrotechnic Composition Processes and Products / Pat. 4135956 (USA).

6. Heying T.L. Polymers containing clusters of boron atoms. — in: Progress in boron chemistry. 1970, 2, 119-141.

7. Knoth W.H. Polyamides and Polyesters of Polyhedral Boron Compounds / Pat. 3354121 (USA).

8. Hawthorne M.F. The Role of Chemistry in the Development of Boron Neutron Capture Therapy of Cancer. — Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993. V.32. P.950-984.

9. Lipscomb W.N., Boron hydrides. New York. Amsterdam: W.H.Benjamin. 1963. 275 P

10. Hatanaka Ed. Boron-Neutron Capture Therapy for Tumor. H. — Nisimura. Teikyo. 1986.

11. Спрышкова P. A. Биологические основы нейтронно-захватной терапии на боре-10. Дисс. доктора биол. наук. М.: ОНЦ им. Н.Н.Блохина РАМН, 1999.

12. Lipscomb W.N. Boron Hydrides. New York — Amsterdam. W.A. Benjamin inc., 1963.

13. Dixon D. A., Kleier D. A., Halgren T. A., Hall J. H., Lipscomb W. N.; Bipolarons in boron-rich icosahedra: Effects of carbon substitution; — J. Am. Chem. Soc., 1977, 99, 6226

14. O'Neill M., Wade K.; Electronic Structure of c/o.vo-borane; — Polyhedron., 3, 199, 1984

15. Longuet-Higgins H. C., Roberts M. de V.; The nature of the chemical bonding in boron; Proc R. Soc. (London), 230A, 110, 1955

16. Williams R. E.; Compounds of the c/oso-boranes; — Inorg. Chem., 10, 210, 1971

17. Mingos D. M. P.;Structure of boranes and carboranes; — Nature Phys. Sci., 99, 236, 1972.

18. Mingos D. M. P.^Investigation of Structure of boranes and carboranes; — Acc. Chem. Res., 17, 311,1984.

19. R.W.Rudolph, W.R.Pretzer. Hueckel-type rules and the systematization of borane and heteroborane chemistry Inorg.Chem., 1974,11, 1974-1978.21.