Ядерно-химический метод генерирования нуклеогенных фенил-катионов и использование их в органическом синтезе тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.14 ВАК РФ

На правах рукописи

Щепнна Надежда Евгеньевна

ЯДЕРНО-ХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД ГЕНЕРИРОВАНИЯ НУКЛЕОГЕННЫХ ФЕНИЛ-КАТИОНОВ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ В ОРГАНИЧЕСКОМ

СИНТЕЗЕ

Специальности: 02.00.14 - радиохимия

02.00.03 - органическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

005534183

З ОКТ 2013

Пермь 20X3

005534183

Работа выполнена в НИЛ радиохимии Естественнонаучного института Пермского государственного национального исследовательского университета

Официальные оппоненты: Мандругин Андрей Александрович

Доктор химических наук, профессор, МГУ имени МВ.Ломоносова

Травень Валерий Федорович

Доктор химических наук, профессор, РХТУ

им. Д.И. Менделеева

Юровская Марина Абрамовна Доктор химических наук, профессор, МГУ имени М.В.Ломоносова

Ведущая организация Санкт-Петербургский государственный

университет

Защита состоится " 31" октября 2013 года в 15 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 501.001.42 Московского государственного университета имени М.ВЛомоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1 Ленинские горы, д. 1,стр. 10, кафедра радиохимии, ауд. 308.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке химического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова

Автореферат разослан "_"_2013 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 501.001.42, кандидат химических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Расширение арсенала новых методов синтеза сложных органических веществ, получение

ранее неизвестных или труднодоступных соединений с важным прикладным значением всегда

остается актуальной задачей. Введение же радиоактивной метки, а именно, тритиевой,

приводит к расширению возможностей исследования и применения перспективных

органических производных. И хотя получен целый ряд меченных тритием органических

веществ, применяемых в различных областях химии, биологии и медицины, широкое

использование преимуществ меченых соединений во многом тормозится из-за сложности,

многостадийности и трудоёмкости способов их получения, а также малого ассортимента

исходных меченых прекурсоров. Разработка нового пути введения тритиевой метки в

органические молекулы в результате ядерно-химического метода и последующих ион-

молекулярных реакций свободных нуклеогенных фенил-катионов, полученных при процессах

Р-распада, создание простого и эффективного метода синтеза меченных тритием биологически

активных соединений, изучение путей протекания реакций органической химии и биохимии с

помощью метода меченых атомов в настоящее время является насущной и актуальной задачей.

Цель работы заключалась:

• В разработке нового и эффективного подхода к использованию радиохимического метода для целей уникального органического синтеза;

• В создании нового нетрадиционного метода синтеза фенилзамещенных органических, элементоорганических и гетероциклических производных, меченных тритием;

• В получении ранее неизвестных в классической химии органических соединений;

• В осуществлении неизвестной реакции прямого фенилирования атома азота в шестичленных гетероциклических соединениях и разработке одностадийного метода синтеза важных биологически активных объектов, меченных тритием;

• В применении метода меченых атомов для исследования путей протекания элеетрофильных реакций.

Научная новизна

• Создан уникальный, не имеющий аналогов ядерно-химический метод синтеза органических, элементоорганических и гетероциклических фенилзамещенных производных, меченных тритием; метод успешно применён для получения ранее неизвестных органических и гетероциклических соединений.

• Изучено влияние агрегатного состояния, природы противоиона, электронных и пространственных факторов на ход ядерно-химического синтеза.

• Впервые осуществлена неизвестная ранее реакция прямого феншшрования атома азота в шестичленных гетероциклических соединениях. В результате одностадийного синтеза получены различные N-фенильные производные пиридина, хинолина, акридина, фенантридина и беюохинолина, меченные тритием, многие, из которых являются перспективными бактерицидными препаратами широкого спектра действия.

• Высокочувствительный метод меченых атомов применен для исследования механизмов

протекающих реакций. Для шестичленных азотистых гетероциклических соединений

проведено исследование влияния природы заместителя на механизмы конкурентных реакций

электрофильного присоединения и замещения, а также, на вариации биологического действия.

Практическая значимость работы

Разработаны способы простого одностадийного получения полных фенильных ониевых

производных элементов V-VIIa групп, меченных тритием (получено 3 Автор. Свид. СССР).

Создан оригинальный метод получения тритийсодержащего препарата хлорида

тстрафенилфосфония для изучения физико-химических процессов в клетках живого организма,

а именно, индикатора на мембранный потенциал в митохондриях клеток (1 Автор. Сввд.

СССР). Ряд синтезированных немеченых ониевых соединений предложены в качестве

эффективных ингибиторов кислотной коррозии стали и меди, а также электролитов блестящего

никелирования (2 Автор. Свид. СССР). Осуществлена неизвестная ранее реакция прямого

фенилирования гетероциклического атома азота в производных пиридина и разработаны

способы получения важных биологически активных соединений, меченных тритием (5

патентов РФ).

Личный вклад автора

Все результаты диссертации получены либо лично автором, либо в соавторстве при его

непосредственном участии. Автору принадлежит ведущая роль в выборе стратегии и тактики

работы, постановке задач, обосновании выбранного подхода, планировании и проведении

эксперимента, анализе полученных экспериментальных результатов и подготовке к печати

научных работ.

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены и обсуждены на следующих международных и российских конференциях, семинарах, симпозиумах, в том числе: VI International Conference CNCH-2012, Kharkov, Ukraine, 2012г.; Международной научной конференции «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул», г. Звенигород (XV-2012r.), (XIV-2010r), (ХШ-2009г.), (ХП-2008г.), (Х-2005г.); Симпозиуме «Современная химическая физика», г. Туапсе (XXIV-2012r.), (ХХШ-2011г.), (ХХ11-2010г.), (ХХ1-2009г.), 3rd International Conference on Heterocyclic Chemistry, Jaipur, India, 2011; Международной научно-практической конференции «Биологически активные вещества: фундаментальные и

прикладные вопросы получения и применения», Новый Свет, Крым, Украина, 2011г.; Всероссийской конференции «Радиохимия - наука настоящего и будущего», посвященной 100-летио со дня рождения Ан.Н. Несмеянова. Москва, 2011г.; 1П Международной конференции "Химия гетероциклических соединений", посвященной 95-летию со дня рождения профессора А.Н. Коста, Москва, 2010г.; V International Conference "Chemistry of Nitrogen Containing Heterocycles", Kharkov, Ukraine, 2009г.; VIII Finnish-Russian Symposium on Radiochemistry; Turku, Finland, 2009г.; 6-ой Российской конференции по радиохимии «Радиохимия-2009», Московская обл., 2009г; 12th International Electronic Conference on Synthetic Organic Chemistry (ECSOC-12), 2008г.; XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии. Международный симпозиум по современной радиохимии «Радиохимия: достижения и перспективы», Москва, 2007г.; IX научной школе-конференции по органической химии, Москва, 2006г.; 5-ой Российской конференции по радиохимии "Радиохимия-2006", г. Дубна, 2006г.; Международной конференции по химии гетероциклических соединений, посвященной 90-летию со дня рождения проф. А.Н. Коста", Москва, 2005 г.; 4-ой Международной конференции молодых ученых по органической химии, С-Петербург, 2005г.; Республиканской конференции «Естественные науки в решении экологических проблем народного хозяйства», Пермь, 1991г.; V Всесоюзной конференции по металлоорганической химии, Рига (Юрмала), 1991г.; III Всесоюзном совещании по проблеме: «Физиологически активные соединения, меченные радиоактивными и стабильными изотопами». Звенигород, 1991г.; VIIIth Fechem Conference on Organometallic Chemistry. Vesrprem-Balatonfured, Hungary, 1989г.; XVII Всесоюзной конференции «Синтез и реакционная способность органических соединений серы», Тбилиси, 1989г.; IV Всесоюзной конференции по металлоорганической химии, Казань, 1988г. Публикации

По материалам работы опубликованы 92 печатные работы, из них: 45 статей (из списка ВАК); 5 патентов Российской Федерации; 6 авторских свидетельств СССР; 36 тезисов докладов на международных и российских конференциях.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований - проекты № 04-03-32348-а, № 07-03-00881-а и№ 10-03-00685-а Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из 5-ти тематических глав, каждая из которых содержит автономные: литературный обзор, обсуждение результатов и экспериментальную часть, выводы. Нумерация ссылок является единой для всей диссертации. Диссертация изложена на 256 страницах и содержит 45 таблиц и 26 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 712 ссылок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Исследование ион-молекулярных реакций нуклеогенных фенил-катионов с органическими производными элементов главной подгруппы У-УП групп периодической системы

Ядерно-химический синтез фенильпых производных элементов У-УНа групп, меченных тритием

В работе изучены ион-молекулярные взаимодействия нуклеогенных фенил-катионов, генерируемых при р-распаде трития в составе полностью третированного бензола, с фенильными производными элементов У-УИа групп и разработан новый одностадийный ядерно-химический синтез неизвестных и труднодоступных фенильных ониевых соединений исследуемых элементов, меченных тритием.

При р-распаде трития в составе гексагритийбензола происходит генерирование нуклеогенных полностью третированных фенил-катионов:

Фенил-катион, являясь сильным электрофильным агентом, будет легко реагировать с нуклеофильными центрами (СбН$)до>Е1, центральный атом которых имеет неподелгнную пару электронов, с образованием ониевых катионов (где N - число электронов на внешней электронной оболочке элемента):

При стабилизации полученного ониевого катиона анионом образуется соответствующее ониевое соединение:

Показано, что для проведения ядерно-химического синтеза необходимо осуществление следующих стадий: а) синтез меченного тритием бензола - источника свободных нуклеогенных фенил-катионов; б) получение субстратов - нуклеофилов, используемых в исследуемых ион-молекулярных реакциях; в) осуществление ион-молекулярных взаимодействий фенил-катионов с исследуемыми субстратами; г) для идентификации крайне малых количеств радиоактивных веществ необходимо проведение также синтеза неактивных носителей и свидетелей -органических ониевых соединений; д) разработка методов выделения и идентификации меченых продуктов ион-молекулярных реакций; е) измерение радиоактивности меченых продуктов и определение относительных выходов синтезированных соединений.

Основой ядерно-химического метода синтеза является получение многократно меченного тритием бензола — источника нуклеогенных фенил-катионов. Синтез полностью

Р

С6Т}+ + (СбН5)(кч)Е1 -> [С6Т3Е!(СбН3)(8.к)]

[СбТ5Н1(СбН5)(8.м)]+ + Ап -> [С6Т5Е1(СбН5)(8-юГЛп-

третированного бензола С^Тс осуществлялся из газообразного трития в результате последовательных реакций, перевода трития в третированную воду, получение из воды меченого ацетилена и затем тримернзации ацетилена на алюмоникельмолибденовом катализаторе при 20° С:

„ 480-500° С 200° С 20°С

Т2-Т,0 -- С,Т, -- С,Т,

СиО 2 U2C2 2 2 catalyst 6 6

Химическая чистота полученного меченого бензола составляла 99,8%. Удельная активность бензольного раствора гексатритийбензола составляла не менее 1 Ки/мл.

Для проведения ядерно-химического синтеза в качестве субстратов и свидетелей были использованы как коммерчески доступные реактивы, так и вещества, полученные по известным в литературе методикам, а также по специально разработанным методам синтеза (проведено более 50 синтезов).

Специфика ядерно-химического метода генерирования фенил-катионов не требует применения растворителя, поэтому ион-молекулярные реакции осуществляли непосредственно в среде исследуемого субстрата, взятого в очень большом избытке (в мольном соотношение не менее 1:1000). Независимость процесса получения нукпеогенных фенил-катионов от внешних факторов (температура, давление и т.д.) дает возможность стандартизации основной методики ядерно-химического синтеза, а это в свою очередь открывает возможности сравнительного исследования путей и механизмов ион-молекулярных взаимодействий. Все ион-молекулярные реакции проводили по стандартной методике в запаянных стеклянных ампулах, содержащих источник свободных фенил-катионов - многократно меченный тритием бензол, исследуемые нуклеофилы и кристаллы стабилизирующей соли (KBF4, KCIO4, KI). При использовании жидких нуклеофилов в ампулу непосредственно вносили смесь исследуемого субстрата и меченого бензола, в случае твердых веществ первоначально вводили раствор субстрата, а уже только после испарения растворителя добавляли гексатрихийбензол. Ампулы с реакционной смесью выдерживали для накопления продуктов реакции в количествах, достаточных для их надёжного определения (не менее 30 дней), непрореагировавший бензол отгоняли, а затем проводили выделение и идентификацию синтезированных меченых соединений. Для изучения влияния условий проведения ион-молекулярных реакций на выходы продуктов ядерно-химического синтеза накопление осуществляли как в твердой (-196 °С; -5 -10 °С), так и в жидкой фазе при температуре ~ 23 °С.

Для выделения и идентификации были использованы различные хроматографические методы: тонкослойная хроматография (ТСХ) на силуфоле - silufol UV-254, ионообменная хроматография (ИОХ) на катионите Dowex-50 и высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ). Все хроматографические методики были предварительно отработаны

на неактивных веществах - свидетелях. В каждом конкретном случае предложенный хроматографический метод представлен детально в соответствующих главах.

Измерение радиоактивности трития в случае высоких активностей проводили с помощью пропорционального газопроточного счетчика, кусочки хромаггограмм вводили в рабочий объем счётчика. При выделении ониевых соединений методом ионообменной хроматографии измерение р-радиоактивности водных растворов осуществляли с помощью жидкостного сцинтилляционного p-спектрометра Intertechnique FL-33. Также измерение Р-радиоактивности трития в полученных меченных тритием соединениях было проведено с помощью жидкостных сцинтилляционных счетчиков Rack-beta (США) и RackBeta 1215 (LKB Wallac, Finland) с применением диоксанового сцинтилляционного раствора. В случае пластин силуфола алюминиевую подложку с сорбентом разрезали, и полоски по 0,5 см опускали в измерительные кюветы с раствором сцингиллятора.

Значения относительных выходов продуктов ион-молекулярных реакций определяли по отношению активностей идентифицированных индивидуальных соединений к суммарной активности всех меченых продуктов.

Доверительный интервал для средних значений выходов тритированных соединений определялся с помощью распределения Стьюдента при доверительной вероятности 0,95. Хроматографические методы идентификации и разделения продуктов ион-молекулярных реакций полностью тритированных фенил-катионов с органическими производными элементов V-VIIa групп

В результате ион-молекулярных взаимодействий генерируемых нуклеогенных фенил-катионов с нуклеофильными центрами органических производных элементов V-VIIa групп возможно образование следующих меченных тритием соединений: фенилзамещенных ониевых производных, исходных субстратов и бифенила. Для выделения этих соединений из реакционной смеси и последующего их изучения были разработаны специальные методы (метод изотопных и изоморфных носителей-свидетелей).

Вследствие отсутствия данных по хроматографическому разделению исследуемых типов соединений, одной из необходимых частей данного исследования явилась разработка методов разделения, идентификации и выделения фенильных ониевых производных, исходного субстрата и бифенила.

В качестве сорбента для ТСХ был выбран силуфол (silufol, UV-2S4). Хроматографирование проводили восходящим способом в стандартных условиях по Шталю при комнатной температуре. Обнаружение пятен веществ на хроматограммах осуществляли в ультрафиолетовом свете. Кроме того, для идентификации исследуемых органических производных был предложен ряд опрыскивающих растворов, дающих окрашенные пятна

соединений. Использование нескольких хроматографических систем дает более четкую идентификацию исследуемых веществ, что особенно важно в случае получения неизвестных ранее соединений. Для фенилзамещенных ониевых производных ряда элементов (N, О, F, Bi) были использованы изоморфные свидетели - аналогичные соединения элементов - аналогов: для азота - соединения фосфора, для кислорода - соединения серы, для фтора и висмута -соединения брома и сурьмы соответственно. Правомерность такой замены подтверждается близостью значений Rt для однотипных соединений элементов - ближайших аналогов одной и той же группы. Необходимо отметить, что изменение анионной части соли практически не сказывается на ее хроматографическом поведении.

Изучение ионообменного поведения фенильных замещенных ониевых катионов осуществляли на колонке с катионитом Dawex - 50НГ, 200-400 меш. В качестве элюенга использовали хлорную кислоту различной концентрации.

В результате проведённых исследований предложены эффективные хроматографические методы выделения и идентификации всего спектра меченых соединений, образующихся в результате ядерно-химического синтеза, достоверность результатов доказана на основе исследования сравнительного поведения неактивных изотопных и изоморфных свидетелей.

Результаты ядерно-химического синтеза полностью замещенных фенильных ониевых производных элементов У-УПа групп

Исследованные ион-молекулярные реакции нуклеогенных фенил-катионов с полными фенилзамещенными производными элементов V-VIIa групп соответствуют следующей схеме:

¡5-

С6іуне

СЛ+

+ 3Не

W + (С6Н])до)Е1 -

-с6н6

С6Т5Е1(С0Н3)(8К)

-са*

С6Т5 - С6Н5

Ап-

С6Т5Е1(С6Н5)^

Ап-

CjTjElf^Hj)^^,

Е1 = элементы У-УПа групп Ап- = С104-,ВР4-,1-

Наличие синглетного фенил-катиона, генерируемого при р-распаде трития в составе многократно меченого бензола, а также присутствие л-нуклеофильных субстратов находит свое отражение в преимущественной атаке по неподеленной электронной паре гетероатома с образованием ониевого катиона. Проведенные в работе исследования показали, что при

осуществлении ион-молекулярных реакций в конденсированной фазе и в присутствии большого избытка аниона (Ал"), значительная часть возникающих ониевых катионов стабилизируется в виде соответствующих ониевых производных — [СбЪССбНзКыИГАп.

В качестве стабилизирующих солей в работе были использованы соли калия (соли малорасгворимые в органических растворителях) с анионами, обладающими высокими стабилизирующими свойствами — Вр4", СЮ4', Г, что особенно важно при получении малоустойчивых и ранее неизвестных ониевых соединений.

Средние значения радиохимических выходов борфторидов фенильных ониевых соединений элементов У-УПа групп, полученные при проведении ядерно-химического синтеза в твердой фазе (-196 °С), представлены в табл. 1.

Таблица 1. Выходы фенильных ониевых производных элементов У-УПа групп (твердая фаза)

[СбТ!(С<;Н;)зНП+ВР4' [СбТ5(СбН5)2Е1]+ВР4- ГС6Т5(С6Н5)НЦ+ВР4-

Элемент Выход,% Элемент Выход,% Элемент Выход,%

N 4±1 О 5±1 Р 6±2

Р 40±5 в 13±2 С1 8±2

Аз 16+2 Бе 22±3 Вт 9+2

БЬ 31±4 Те 43 ±3 I 27+4

В1 11±2

Показано, что ядерно-химический метод дает возможность простого получения большинства ониевых производных, меченных тритием, с достаточно высокими выходами, которые с успехом могут быть использованы в качестве радиоактивных индикаторов при детальных химических и биологических исследованиях. Важно отметить, что предложенный метод открывает перспективы для синтеза таких труднодоступных соединений, как фенилзамещенные ониевые производные хлора, брома, кислорода и висмута, а также ранее неизвестных дифенилфторониевых и тетрафениламмониевых производных.

Синтезированный меченный тритием хлорид тетрафенилфосфония был использован в качестве индикатора мембранного потенциала митохондрий с целью повышения точности определения мембранного потенциала и снижения токсичности индикатора на мембранный потенциал.

С рядом синтезированных немеченых фенильных ониевых соединений были проведены дополнительные исследования их электрохимических свойств. Было найдено, что часть соединений является эффективными ингибиторами кислотной коррозии стали и меди, а борфторид трифенилсульфония - электролит, который позволяет при комнатной температуре получать беспористые блестящие никелированные покрытая с ничтожными внутренними

напряжениями, обладающие хорошими защитными свойствами в условиях промышленной атмосферы.

При осуществлении ион-молекулярных взаимодействий в жидкой фазе отмечено некоторое уменьшение радиохимического выхода целевых ониевых солей, вероятно, связанное с относительной термической устойчивостью этих соединений.

При исследовании продуктов ион-молекулярных реакций помимо основного ониевого производного были обнаружены и другие меченные тритием соединения и, прежде всего, третированные субстраты. Энергия возбуждения, приобретаемая ониевым ионом в результате взаимодействия фенил-катиона с неподелгнной парой электронов центрального атома субстрата, вначале полностью локализуется на центральном атоме и может оказаться достаточной для разрыва одной из связей элемент-углерод в возникшем ониевом катионе. Распад тритированного ониевого катиона в результате гетеролитического разрыва связи, происходящего в соответствии со схемой:

V группа _г\н.+

СбТ5(С6Н3)3Е1 ]+.

Е1 = Ы, Р, Аз, ЯЬ, В1 VI группа

[ С6Т5(С6^)2Е1

-еду

С6Т5(С6Н5)2Е1 (С6Н5)3Е1

(1а) (lb)

С6Т5С6Н5Е1 (С6Н5)2Е1

(2а) (2Ь)

Е1 = О, Б, Бе, Те

приводит к получению третированных молекул субстрата. Процессы 1Ь и 2Ь не приводят к получению меченых продуктов и поэтому оказываются вне поля нашего зрения. Полученные значения выходов меченых субстратов для элементов У-У1а групп представлены в табл. 2.

Таблица 2. Выходы субстратов, меченных тритием, в системах: С6Т6 - (CJIj^nEI - KBF«

С6Т5(С6Н5)2Е1 СбТ5(СбН5)Е1

Элемент Выход, % Выход, %

Элемент Твердая фаза Жидкая фаза

N S±2 О 3±1 3±1

Р б±2 S 10±1 13±2

As 21±1 Se 21+4 43±3

Sb 18±4 Те 34±4 45±3

Bi 22±2

Вследствие легкости испарения используемых субстратов элементов Vila группы выходы меченных тритием фенилгалогенидов не поддаются точному определению методом ТСХ

Таким образом, ядерно-химический метод может быть

одновременно использован и для простого одностадийного получения полных фенильных производных элементов V и Via групп, меченных тритием. Это становится особенно перспективным в свете расширяющегося интереса к областям применения фенильных производных элементов V и Via групп: от новых синтетических возможностей и нанотехнологий, до биологических и медицинских аспектов.

Возможность идентичного генерирования фенил-катионов для различных элементов V и Via групп позволила провести сравнительное изучение влияния пространственных и электронных характеристик на ход ядерно-химического синтеза. Интенсивность процессов взаимодействия третированных фенил-катионов с нукпеофильными центрами полных фенильных производных элементов V и Via групп можно, вероятно, охарактеризовать выходом ониевого катиона Вкъ определяемого как сумма выходов ониевого производного Во (табл. 3.) и всех продуктов гетеролитического распада ониевого катиона Вр (процессы 1 а, б и 2а, б):

Вк+ = Во + Bp = Во + (Вр(СбН5*) + Вр(С6Т5*)), где Bp(CeHs+) и BpfCeTs*) - выходы продуктов распада, образующихся в результате отщепления С6Н5+ и СбТ5+ катионов, соответственно. Определение суммарных выходов ониевых катионов (В«+) дает возможность сделать некоторые обобщения относительно реакционной способности элементов в соединениях типа (C6Hs)(s-n)E1. Результаты, полученные для исследуемых систем, представлены в табл. 3.

Таблица 3. Результаты ион-молекулярпых реакций соединений V и Via групп

V группа

Е1 Выход. % Q. %

Во Bp вк+

Вр(СбН, Bp(CeT,+>

N 4.0 5,0 2,0 11 36

Р 40 6,0 2,0 48 85

As 16 21 7,0 43 36

Sb 31 18 6,0 54 57

Bi 11 22 7,0 40 27

VI группа

El Выход, % Q %

Во Bp

BpfCJi?) Вр(С,Т5*)

О 5,0 3,0 1,0 9,0 56

S 13 10 5,0 28 46

Se 22 21 11 53 41

Те 43 34 17 94 46

Естественно, что выход третированных ониевых производных зависит не только от реакционной способности используемых в реакции субстратов, но также и от устойчивости самих ониевых катионов. В качестве характеристики относительной устойчивости органических ониевых катионов Q было использовано отношение выходов ониевых производных В„ к выходам ониевых катионов Вк+.

0=А.. юоо/0

Это отношение численно отражает долго сохранившихся катионов. Полученные значения <2 также представлены в табл. 3.

В работе проведен сравнительный анализ полученных экспериментальных результатов с имеющимися литературными данными по элементам, группам и периодам.

Одним из побочных продуктов является бифенил. Выходы тритированного бифенила в исследуемых реакциях представлены в табл. 4.

Таблица 4. Выходы меченного тритием бифенила в системах СЛв - (СбН5)8.кЕ1 - КВР4

V группа VI группа VII группа

Элемент Выход, % Элемент Выход, % Элемент Выход, %

N 20±3 О 20+4 Р 46±5

Р 14±4 8 13±2 С1 57±6

Аэ 26±4 Бе 13+5 Вг 60±6

БЬ 24±2 Те 7±1 I 47±6

В! 20±4

Таким образом, в результате проведённого этапа исследований разработан не имеющий аналогов одностадийный ядерно-химический метод получения целого спектра фенилзамещенных органических соединений элементов У-УПа групп, а именно, азота, фосфора, мышьяка, сурьмы, висмута, кислорода, серы, селена, теллура, фтора, хлора, брома и йода, причем как ониевых, так и полных арильных прошводных исследуемых элементов с пространственно фиксированной тритиевой меткой. Полученные соединения перспективны в качестве радиоактивных маркеров для детального изучения химических и биологических процессов.

Детально изучены механизмы протекающих конкурентных ион-молекулярных реакций, и проведено сравнительное исследование влияния пространственных и электронных характеристик в изученных субстратах на ход ядерно-химического синтеза.

Выяснено влияние условий проведения синтеза (агрегатное состояние - твёрдая и жидкая фазы) на протекающие ион-молекулярные взаимодействия.

Ядерно-химический синтез неизвестных органических ониевых соединений Получение органических производных четвертичного аммония

Несмотря на то, что соединения аммония выступают родоначальниками всего ряда ониевых соединений, катион тетрафениламмония так и не был получен методами класссической химии. Однако близкие значения ковалентных радиусов азота и углерода (тетрафенильное производное последнего получено) позволяли надеяться на возможность ядерно-химического синтеза соединений тетрафениламмония. Кроме того, проведенные в последнее время аЬ тШо квангово-химические расчеты однозначно показали, что не имеется никаких причин невозможности получения соединений тетрафениламмония в изолированном состоянии.

Был реализован разработанный в работе ядерно-химический метод синтеза неизвестного соединения фенилзамещенного аммония в результате ион-молекулярных реакций нуклеогенных фенил-катионов с трифениламином.

Успех этой реакции по сравнению с обычными химическими методами, вероятно, связан с более высокой энергетикой взаимодействия и меньшими стерическими препятствиями свободного фенил-катиона, полученного при процессах (З-распада, а также вследствие более мягких условий проведения эксперимента, что особенно важно при получении малоустойчивых веществ.

Поскольку для выделения и идентификации солей тетрафениламмония были использованы аналогичные соли фосфония (изоморфный носитель), то полученные результаты могли бьпъ искажены вследствие протекания реакций изотопного обмена между носителем и третированными продуктами реакции. Поэтому было проведено дополнительное специальное исследование по изучению реакций изотопного обмена в следующих системах:

Т

Ап-

Т

РЬ4РВР4 - РЬз'Ы - СН3СОСН3, РЬ4РВР4 - РЬ2' - СН3СОСН3.

Установлено, что в указанных условиях изотопный обмен в изученных системах не происходит и не может искажать величины выходов тетрафениламмониевых производных при осуществляемом ядерно-химическом синтезе.

Для изучения влияния пространственных затруднений, создаваемых фенильными группами, на процесс образования фенилзамещенных аммониевых производных были проведены специальные исследования. В качестве субстратов использованы смешанные метилфенилзамещенные амины - (СбЩ^ЫСНз и СбН5Ы(СНз)з. Кроме того, для сравнительного исследования влияния природы центрального атома на ход ядерно-химического синтеза были изучены также соединения ближайшего элемента-аналога, смешанные метилфенилзамещенные фосфины - (СсН5)2РСНз и (СНз)2РСбН5.

Общая схема исследованных ион-молекулярных реакций свободных фенил-катионов с нуклеофилышми центрами органических производных азота и фосфора может быть представлена следующим образом:

+Ап"

6Т5+ + ЫПГЕ1 —» Е1 = Ы, Р; Ап = I, ВИ4;

2. И. = СН3, Я' = Я" = С6Н5;

3. К = К' = СН3, К" = СсН,

[С^КМГИЧ

[С6Т5ЫПГЕ1+] Ап-

-1Г+

Таблица 5. Результаты нон-молекулярных реакций нуклеогенных феиил-катионов с метилфенилзамещенными аминами и фосфинами

Реакционная система Во,% Вр, % Вк*,% 0.96

Вр (СоН5+) Вр (Сбт5+) Вр(СНП

С6Т6-(С6Н5)зЫ-К1 6 2 1 - 9 67

С6Т6-(С6Н5)ЗР-К1 45 3 1 - 49 92

СбТб-СЩСбВДгИ-Ы 7 25 13 5 50 14

СбТб-СНз(СбН5)2Р-К1 25 15 8 3 51 49

СбТ6-(СНз)2СбН5Ы-К1 26 31 31 6 94 28

СЙТ6 - (СН3)2С6Н5Р - К1 25 5 5 33 68 37

В табл. 5. представлены как выходы самих третированных ониевых производных азота и фосфора, так и продуктов гетеролитического распада - соответствующих амиинов и фосфинов, меченных тритием (проведение реакции в твёрдой фазе при температуре жидкого азота (-196 °С)).

Реакционная способность неподелбнной электронной пары центральных атомов в исследуемых аминах и фосфинах в ион-молекулярных реакциях с тритированиым фенил-катионом может быть оценена на основании сравнения выходов ониевого катиона (Вк+). Увеличение выхода аммониевого катиона при переходе от тетрафенильного к метилтрифенилыгому, а затем к диметилдифенильному катиону объясняется возрастанием электронодонорных свойств азота в ряду (СбН5)зЫ < (СеНс^КСНз < < СбН^СНзЬ и одновременным понижением стерических затруднений для атаки фенил-катиона по атому азота. Оба этих фактора приводят к резкому увеличению выхода катиона Вк + (табл. 5) в этом направлении.

Данные по относительной устойчивости аммониевых и фосфониевых катионов также приведены в табл. 5. Более высокие значения в случае полных фенильных ониевых катионов азота и фосфора свидетельствуют о значительно большей устойчивости по сравнению с моно- и диметилз вмещенными ониевыми катионами. Большая стабильность соединений, содержащих при центральном атоме однотипные группировки, согласуется с принципом «симбиоза» теории ЖМКО.

Сравнение выходов продуктов геггеролшического распада ониевых катионов (табл. 5) выявило интересный факт - значительное различие в направлении этого процесса для смешанных метил фенильных ониевых катионов азота и фосфора Стерическое напряжение в метилтрифениламмониевом катионе приводит к его значительному распаду (наименьшее 0 с преимущественным отщеплением стерически объемного фенильного радикала. Этот же канал распада сохраняется и для диметилдифениламмониевого катиона, так как, по-видимому, стерическое напряжение и в этой молекуле достаточно велико. В случае же фосфорных аналогов направление расщепления меняется при переходе от метилтрифенил- к диметилдифенилфосфониевому катиону, что обусловлено, вероятно, предпочтительным отщеплением метального радикала по сравнению с фенильным в отсутствии больших стерических напряжений в структуре катиона.

Для соединений четвертичного азота также были исследованы два стабилизирующих аниона - тетрафторборат и йодид.

Таким образам, впервые радиохимическим методом получены ранее неизвестные соединения тетрафениламмония. Доказательство протекания реакции электрофилъного присоединения нуклеогенных фенил-катионов по атому азота дополнительно подтверждено отсутствием изотопного обмена в исследуемой реакционной системе. На примере производных азота и фосфора детально изучены механизмы протекающих ион-молекулярных реакций в зависимости от пространственных факторов, природы гетероатома и стабилизирующего аниона.

Фепнльные оппевые производные азота, кислорода и фтора Хроматографическое поведение ониевых соединений, меченных тритием

Использованные в работе хроматографические методы служили не только для разделения и выделения образующихся продуктов реакции, но и позволили получить определенные сведения о структуре синтезируемых элементоорганических производных, что особенно важно при получении ранее неизвестных соединений данного типа Специфика микросинтезов меченых веществ не позволяет применять обычные методы идентификации и анализа и создаёт необходимость проведения специальных исследований.

Как указывалось выше, при получении ранее неизвестных фенильных ониевых производных азота и фтора, а также труднодоступных соединений кислорода, хлора и висмута были использованы в качестве изоморфных свидетелей известные аналогичные соединения ближайших элементов, а именно, для аммония - фосфония, галогенониев - бромония, оксония - сульфония, висмуте ния - антимония. На основании сравнения их хроматографического поведения были сделаны выводы об ониевом характере полученных катионов. Во всех системах растворителей, предложенных для ТСХ фенильных ониевых соединений на силуфоле, пятна исследуемых радиоактивных веществ располагаются практически там же, где и пятна свидетелей. Использование нескольких хроматографических систем в значительной степени повышает надежность полученных экспериментальных результатов. Метод изоморфной сокристаллизации

В настоящей работе для доказательства структуры полученных при ядерно-химическом синтезе неизвестных ранее фенильных ониевых производных азота, фтора, а также солей оксония, меченных тритием, был использован метод изоморфной сокристаллизации. Изучены следующие системы:

РЬ4РВР4 - РЬ4*КВР4 - Н20;

РЬ38ВР4 - РЬ3*ОВР4 - Н20;

РЬ2ВгВР4 - РЬ2'РВР4 - СНС13 Выбор в качестве растворителя хлороформа для изучения изоморфной сокристаллизации в

случае дифенилфторониевых соединений, обусловлен значительной растворимостью соли

бромония в воде.

Для определения коэффициента кристаллизации необходимо знание растворимости макрокомпонентов. Эти данные для изучаемых систем в литературе отсутствуют. Растворимости ониевых солей были получены с помощью метода активационного анализа (Гатчина). Полученные значения коэффициента О для исследуемых систем сведены в табл. 6.

Постоянство значения коэффициента X) (табл. 6) при изменении соотношений количеств микро- и макрокомпонентов однозначно свидетельствует об идентичности молекулярных

структур полученных меченных тритием ранее неизвестных ониевых производных азота и фтора и соответствующих соединений элементов-аналогов.

Таблица 6. Значения коэффициентов сокристаллизации 0 для изучаемых систем

Система Ь-у, г/мл (растворимость) Ь, г (навеска) ДЧ

РЬ4РВР4 - РЬ4*№Р4 - Н20 3,5 ■ КҐ1 3,0 • 10"4 1,0 -10'3 0,46 0,44

РЬзБВРл - РЬ3*ОВР4 - Н20 3,8 • 10"3 1,4 • 10"3 4,7 • 10"3 1,24 1,29

РЬ2ВгВР4 - РЬ2'РВР4 - СНСІз 2.5 • 10"2 1,6 -10"3 5,5 • 10"3 4,29 4,33

Каждое значение Л есть среднее не менее чем ш трех опытов.

Ониевая структура полученных ранее неизвестных производных азота и фтора, а также труднодоступных соединений кислорода, хлора и висмута была доказана в ходе исследования сравнительного хроматографического поведения меченых соединений с их изоморфными носителями при различных видах хроматографии. Радиохимическим методом изоморфной сокристаллизации обнаружено постоянство коэффициентов сокристаллизации при изменении соотношения микро- и макрокомпонентов, что также свидетельствует об изоморфности новых синтезированных соединений. Ядерно-химический сиптез галогеноииевых производных

Как известно, попытки перенести единственно существующую методику получения диарилхлорониевых соединений путём гетеролиза солей диазония на синтез неизвестных производных дифенилфторония не дали положительного результата. Обнаружить катион поливалентного фтора, содержащего связь С-И-С, удалось пока только в виде мостиковых интермедиагов, а также при теоретических расчетах.

Изучение механизмов конкуренты! электрофильных реакций нуклеогенных фенил-катионов с галогенбензолами

Для более детального изучения ион-молекулярных реакций нуклеогенных фенил-катионов с галогенбензолами были предприняты дополнительные исследования. Атака фенил-катиона по неподелгнной паре электронов галогена приводит к образованию галогенониевого катиона. Стабилизация возникшего катиона возможна в двух направлениях: а) стабилизация комплексным анионом с образованием ониевого соединения; б) фрагментация катиона с отщеплением одного из радикалов и образование меченого субстрата. Кроме того, в связи со слабой электронодонорной способностью галогенов, преимущественной реакцией может выступать уже атака фенил-катионов по бензольному кольцу в галогенбензолах с образованием

различных фенилзамещенных изомеров (о-, т-, р-) фенилгалогенидов. Протекающие ион-молекуляряые взаимодействия свободных фенил-катионов с нуклеофильными центрами различных фенилгалогенидов представлены на схеме:

С6Т,+ + зНе

ВГ.-

[С6т5 - х - С6н5г —1» [С6т5 - х - едг ВР„-

сд5-х

с6т,* + ед-х

о-, т-,р-

X = С1, Вг, I С6Т5

В табл. 7 приведены относительные выходы меченых продуктов ион-молекулярных реакций галогенбензолов с нуклеогенными фенил-катионами.

Малая нуклеофильность атомов хлора и брома в галогенбензолах стала причиной

небольших выходов ониевых соединений в этих случаях. Данные табл. 7 показывают, что

вероятность образования меченых субстратов неодинакова для разных фенилгалогенидов,

выходы которых возрастают в порядке С1 < Вг < I. Наблюдаемая закономерность в изменении

выходов субстратов, как продуктов разложения дифенилгалогенониевых катионов, вполне

согласуется с данными об энергии связи С-На1, которая изменяется в ряду С1 > Вт > I.

Таблица 7. Третированные продукты ион-молекулярных реакций С«Т5+ с галогенбензолами (РЬХ, X = С1, Вг, I) в жидкой фазе (- 4 °С)

X Выходы продуктов, % Изомерное распределение в галогендифеюиах, %

[РЬ2Х]+ВР4-' РЬХ РЬ2 РЬ2Х

0- т - Р- £ 0- т - Р-

С1 8+2 11+1 8±1 10±2 8±1 12±1 27±2 25 13 62

Вг 9+2 27±2 9±2 7±2 7±1 11±2 25±2 19 19 61

I 27±4 52±3 18+3 4+1 4±1 7+1 15±1 18 18 64

•Выход определяли при проведении вон-молекулярных реакцнй в твёрдой фазе (-196 °С).

Как видно из данных табл. 7 помимо галогенбензолов в системах образуется меченный тритием бифенил. Одним из возможных путей его получения является разложение продукта ипсо-атаки фенил-катиона в соответствии со схемой:

/=\ ^ // /=\

сд.

I

Более высокие выходы бифенила при ион-молекулярных реакциях галогенбензолов с фенил-катионами в твердой фазе (см. табл. 4) по отношению к результатам, полученным в жидкой фазе, указывают на правильность этого механизма, который отражает выход бифенила в зависимости от времени жизни иона I.

Одним из интереснейших результатов данного исследования является обнаружение факта образования продуктов прямого фенилирования галогенбензолов — получение изомеров галогендифенила. Полученные в работе данные показывают (табл. 7), что образуются все три изомера, с преобладанием пара-замещения, причем результаты идентичны обнаруженным при нитровании галогенбензолов. Объяснением этого факта служит чрезвычайно высокая реакционная способность карбениевых ионов (тем более свободных). Обращает на себя внимание закономерное уменьшение суммарных выходов галогендифенилов от хлора к йоду. Выход же ониевого катиона уменьшается от йода к хлору, т.е. изменяется в обратном порядке. Это находит объяснение в относительной вероятности двух каналов протекания ион-молскулярных реакций фенил-катионов с галогенбензолами: электрофильной атаки агента как на п-, так и на л'-центры молекул субстрата, зависящей от донорной способности центрального атома галогенбензола.

Таким образом, изучены механизмы конкурентных реакций нуклеогенных фенил-катионов с галогенбензолами (хлор-, бром-, йод). Наряду с атакой по атому галогена обнаружено также протекание реакции фенилирования бензольного кольца в исследуемых галогенпроизводных. С помощью хроматографических методов определены радиохимические выходы галогендифенилов и их изомерное распределение. Показано предпочтительное образование орто- и пара-изомеров с возможным образованием некоторого количества мета-изомера в процессе ядерно-химического синтеза. Овиевые соединения поливалентного фтора

Поскольку выход соли дифенилфторония при ядерно-химическом методе не превышал 6-7%, то была предпринята попытка увеличения выхода фторониевого соединения за счет увеличения нуклеофильности используемого субстрата. Введением электронодонорного метального заместителя в ядро галогенбензола предполагалось увеличить выход ониевого производного. Схема ядерно-химического синтеза л-метилзамещенных галогенониевых солей:

Сбту + На1-/ \-СН3-

:6т,-на1-/ У-сн,

+ Ап"

+ Л \

С6Т, -На1~V У~СН3

Ап-

На1 = 1, Вг, С1, И; Ап=ВР4"

Полученные выходы замещенных и незамещенных галогенониевых соединений представлены в табл. 8.

Таблица 8. Выходы третированных ониевых соединений (В„) в системах СбТв-р-И-С^На!

Субстрат Д»% Субстрат Во,%

С6Н51 29+2 С«Н5С1 8 ±2

р-СНзСбН4 18±1 р-СН3СбН4С1 22±2

С6Н5Вг 9+2 СсВД 6£2

р-СНзСбШВг 11±1 р-СНзСДО 16±1

Как и предполагалось, при использовании в качестве субстрата п-фтортолуола, выход соответствующего производного фенил-л-толилфторония увеличивается более чем в два раза. Аналогичная закономерность увеличения выхода ониевого производного при введении метальной группы сохраняется и для хлора (см. табл. 8). В случае же брома влияние метального заместителя практически уже не сказывается, выходы дифенильного и фенилтолильного бромониевого соединения примерно одинаковы. А для йода наблюдается обратная закономерность - выход йодониевой соли резко снижается.

На примере бром- и фторпроизводных было изучено влияние электронной природы заместителя в молекуле субстрата на выход ониевого соединения при ядерно-химическом синтезе. Полученные значения выходов ониевых солей при ядерно-химическом синтезе (твердая фаза) представлены в табл. 9. В таблице также приведепы от (константы Гамета) для исследуемых заместителей.

Таблица 9. Выходы третированных арил бромонневых и фторониевых соединений

Галогенониевое соединение Заместитель в Эффект Выход ониевой

Г(Я-РЬ)С6Т5На11+ВР4- субстрате К заместителя <у соли, %

[СбН3СбТ5Вг]"ВР4- Н- 0,00 9,0

Г4-ВгСбН4С6Т5Вг1+ВР4" 4-Вг- 0,23 -

[4-СН3СбН4СбТ5Вг1+ВР4- 4-СНз- -0,17 11,0

[2-СН3СбН4СбТ5Вг]чВр4' 2-СНз- * 1,0

Р,4,6ЧСНз)зСбН2СбТ5Вг]1ВР4- 2,4,6-(СНз)з- * -

[С6Н5СвТ5Р]+ВР4- Н- 0,00 6,0

Г4-СН3С6Н4СбТ5Н1"ВР4- 4-СНз- -0,17 16,0

Г4-Ы02СсШСбТ5Р1+ВР4' 4-Ж)2- 0,78 -

[С^СбТ^!^- 23,4,5,6-И 0,27 -

«Количественная оценка константы <з в случае орто-заместителя не возможна.

Показано, что получение ядерно-химическим методом неизвестных фторониевых и труднодоступных хлорониевых соединений с хорошими выходами возможно лишь в случае использования галогенбензолов с сильными электронодонорными заместителями в пгра-положении ароматического кольца.

Таким образом, в результате ион-молекулярных реакций свободных нуклеогенных фенил-катионов с фторбензолом впервые получены ранее неизвестные первые представители органических производных поливалентного фтора. Введение электронодонорного заместителя (например, метильной группы) способствует атаке фенил-катиона по неподеёенной паре атомов фтора и хлора, тем самым, существенно повышая радиохимический выход ониевого производного. На примере производных брома и фтора изучено влияние электронного характера заместителя в молекуле галогенбензола.

Исследование ион-молекулярных реакций нуклеогенных фенил-катионов с шести членными азотистыми гетероцпклами Производные пиридина

Логическим продолжением исследований в данном направлении явилось применение ядерно-химического метода для синтеза ониевых производных шеетичленных азотистых гетероциклов. Во многих случаях классическими методами осуществить прямое фенилировавие невозможно, а получение меченых тритием производных является крайне трудоёмким.

Изучение биологических процессов, протекающих с участием производных пиридина, метаболизма лекарственных веществ этого ряда в организме и механизмов генной терапии требуют наличия тонких инструментов исследования, и с этой точки зрения метод меченых атомов является крайне перспективным и актуальным.

Ион-молекулярные реакция свободных фенил-катионов с пиридином

В исследованных ион-молекулярных взаимодействиях с пиридином реакция может идти по двум направлениям - как по неподеленной электронной паре атома азота с образованием Ы-фенилзамещенного пиридиния, так и по пиридиновому кольцу с образованием изомерных фенилпиридинов. Общая схема ион-молекулярных реакций третированных фенил-кагионов с пиридином иожет быть представлена следующим образом:

Р-

Ион-молекулярные реакции осуществляли по методике, разработанной для ядерно-химического синтеза органических ониевых соединений, меченных тритием.

Ядерно-химический метод, основанный на использовании свободных меченных тритием фенил-катионов, представляется крайне перспективным, т.к. позволяет провести прямое, детальное и максимально приближенное к реальности изучение механизмов конкурентных электрофильных взаимодействий, протекающих в условиях ион-молекулярных реакций нуклеогенных фенил-катионов с гетероароматической системой.

Полученные значения выходов третированных продуктов адерно-химической реакции по всем направлениям представлены в табл. 10.

Таблица 10. Выходы меченных тритием продуктов в системе: СвТ6 - С-даЧ - КВР<

Выходы прод1 рктов, % Изомерное распределение в фенил-пиридине, %

слу сл Неиден-тифици-ро ванные продукты

а- Р- У- £ а- Р- Т-

б2±4 4±2 12±2 10±2 9±2 3±1 22±2 40 36 24

Как мы и предполагали, борфторид М-фенилпиридиния является основным продуктом электрофильной атаки пиридина свободными нуклеогенными фенил-катионами, т.е. предложенный ядерно-химический метод позволяет осуществить простой и одностадийный синтез меченных тритием солей Ы-фенилпиридиния с хорошими выходами и высокой удельной активностью (табл. 10).

Известно, что эяектрофильная атака в л-дефицигном пиридине должна преимущественно идти по положению 3. Однако экспериментальные данные демонстрируют замещение с приблизительно одинаковым выходом, как по а-, так и по 0-положениям (табл. 10). Образование а-изомера в исследованных ион-молекулярных реакциях, СКОрее ВСеГО, МОЖеТ бЫТЬ СВЯЗаНО С НеПрОЧНОСТЬЮ СВЯЗИ 1Ч-СбН5 и возможностью реакции отщепления с последующей перегруппировкой фенила в положение 2.

Таким образом, изучены ион-молекулярные реакции нуклеогенных фенил-катионов с бидентатными центрами молекулы пиридина. Разработан одностадийный ядерно-химический метод получения меченных тритием солей Ы-фенилпиридиния, а также а-, |5- и у-изомеров фенилпиридина. Показано, что в отличие от классической реакции электрофилъного замещения в пиридине, реакция идет по всем трем положениям гетероциклического кольца. Ион-молекулярные реакции свободных фенил-катионов с метилпиридинами

К сожалению, методы прямого фенилирования в случае пиколинов отсутствуют, что во многом становится непреодолимым препятствием для введения тритиевой метки в бензольное кольцо Лг-фенилпиколищи. Осуществление синтеза меченных производных по классической методике требует предварительного получения, меченного тритием в кольцо предшественника

- анилина. Проведение сложных и многостадийных синтезов, характеризующихся не очень высокими выходами, с предшественником, содержащим изотопную метку, делает такой путь синтеза Ы-фенилпиколиниевых производных, меченных тритием, практически непригодным.

Поскольку для изучения ион-молекулярных реакций нуклеогенных фенил-катионов с помощью радиоактивной тритиевой метки, необходимо наличие, по крайней мере, дважды меченного тритием бензола, то от более трудоемкого и тритий затратного метода мы перешли к более простому методу синтеза источника нуклеогенных фенил-катионов. Для генерирования фенил-катионов в случае пиколинов в работе был использован только дважды меченый бензол

- дитритийбензол, полученный по специально разработанной в работе методике:

5% Г<УВаЗО<

С6Н4Вгг + Т2 + ВИзЫ -С,Н,Т, + Ви3ШВг

25°С

При использовании инертного растворителя - гексана - удается избежать побочной реакции взаимодействия фенил-катионов с ароматической системой бензола, приводящей к образованию бифенила. Сравнение радиохимических выходов для полностью третированного бензола и дважды третированного бензола было проведено для пиридина и хинолина. Было показано полное совпадение результатов. Причем, при наличии в молекуле бензола двух и более атомов трития образуются меченные тритием фенил-катионы, что дает возможность как исследования путей последующих ион-молекулярных взаимодействий с помощью радиоактивной метки, так и нового простого, одностадийного синтеза труднодоступных меченных тритием соединений.

Конкурентные реакции по нуклеофильным центрам пиколинов

На схеме представлены протекающие ион-молекулярные реакции:

Р-

С6Н4Т2 ->- С6Н4Т* + ше

Проведенные исследования показали, что взаимодействие идет по двум направлениям — атака фенил-катионами неподелбнной электронной пары азота с образованием солей Ы-фенилпиколиниев и взаимодействие фенил-катионов с ароматической системой кольца с образованием изомерных фенилпиколинов.

Важным результатом проведенного исследования является установление факса протекания неизвестной ранее реакции прямого фенилирования атома азота в гетерецикле в случае пиколинов, как это было обнаружено ранее для незамещенного пиридина При изучении ион-молекулярных реакций с пшсолинами получены интересные результаты по взаимному влиянию атома азота и заместителя в гетероароматическом кольце на ход исследуемых электрофильных реакций.

Таблица 11. Выходы меченных тритием продуктов по электрофилыплм реакциям присоединения и замещения в случае пиколинов

Субстрат Выход, % (АаЕ) Выход, % (Эе)

2-Метшпгаридин 35 ±3,0 163 ±3,0

3-Метилпиршшн 36 ±2,0 Е 61 ±3,0

4-Метилпиридин 25 ±2,0 172 ±1,0

0- Р- Неидея вещества

22 ±3,0 41 ±2,0 9,0 ±2,0

Было обнаружено, что наличие метального заместителя в пиридине смещает направление реакции от электрофильного присоединения по неподеленной паре азота в сторону злектрофильнош замещения, что приводит к уменьшению выхода ликолиниевой соли (почти в 2 раза по сравнению с пиридином) и увеличению выходов фенилзамещенных пиридинов (см. табл. 10 и табл. 11). Ориентация электрофильного замещения зависит от положения метальной группы в используемом субстрате - пиколине. При ядерно-химическом синтезе было

установлено, что хотя преимущественным продуктом реакции и является З-фенил-4-пиколин (~ 40%, см. табл. 11), тем не менее, выход продукта замещения по срто-положению также существенен (~ 20%). Полученные результаты находятся в соответствии с данными, обнаруженными нами ранее для пиридина, где электрофильное замещение нуклеогенными фенил-катионами идет во все три положения с преимущественным а- и ^-замещением и лишь незначительным у-замещением (см. табл. 10).

Проведенные квантово-химические расчеты методом ОГГ/иНР/б-ЗЮ (ОГУ, ПГНИУ) для метилпиридинов подтвердили экспериментально полученные данные.

Таким образом, были исследованы ион-молекулярные взаимодействия нуклеогенных фенил-катионов, генерируемых при /}■распаде трития в дитритийбензоле, с нуклеофилъными центрами изомеров метитиридина. Впервые обнаружена реакция прямого фенилирования атома азота в пиколинах с образованием И-фенилпиколиниевых производных. Проведено изучение взаимного влияния атома азота и заместителя в гетероароматическом кольце на ход исследуемых эпектрофилъных реакций. Показано, что при использовании свободных нуклеогенных фенил-катионов в случае 4-метилпиридина реакция замещения возможна и в положения 2иЗ кольца в отличие от классической реакции электрофильного замещения Ион-молекулярные реакции свободных фенил-катионов с полиметилпиридннами

Открытие генной терапии несёт новые и удивительные перспективы для медицины, позволяя осуществлять революционный подход к лечению болезней. Несмотря на видимую простоту, успех этой новой формы терапии во многом зависит от разработки эффективных процессов транспортировки генов, и среди них особое место занимают пиридиниевые катионные липиды, обладающие низкой цитотоксичностью. Причем наибольшую перспективность проявили метилзамещенные пиридиниевые производные, а именно 2,4,6-триметилпиридиниевые соли, а также их 2,4,6-трифенилпиридяниевые аналоги, используемые в качестве эффективных мембранных маркеров.

Поскольку синтез М-фенилзамещенных солей полиметилпиридиниев представляет существенные синтетические трудности, то особый интерес представляла возможность осуществления одностадийного ядерно-химического синтеза биологически важных № фенилзамещенных диметил- я триметилпиридиниевых производных. В связи с этим была разработана методика ядерно-химического синтеза третированных М-фенилзамещенных диметил- и триметилпиридиниевых производных. Схема исследованных реакций:

Х- = ВР4-,1-.

Выходы полученных солей представлены в табл. 12. Для сравнения в таблице также даны выходы ониевых солей в случае незамещенного и метилзамещённых пирндинов. Из данных табл. 12 видно, что увеличение числа метальных заместителей в гетероциклическом кольце ведет к понижению радиохимического выхода четвертичных пиридиниевых солей. Вероятно, здесь основную роль играет стерический фактор, что видно из сравнения выходов Ы-фенилпиридиния и 2-пиколиния, а далее лутидиния и коллидиния (см. табл. 12).

Таблица 12. Выходы четвертичных ппридннневых производных

Ониевая соль Выход, %

М-фенил-2,6-диметилпиридиний (2,6-лутидиний) борфторид 29±2

Ы-фенил-2,4,6-триметилпиридиний (2,4,6-коллидиний) борфторид 20±1

М-фенил-2-метилпиридиний (2-пиколиний) борфторид 35±3

Ы-фенилпиридиний борфторид 62±4

Самые низкие выходы четвертичного ониевого производного наблюдаются в случае 2,4,6-коллидина, где пространственные препятствия метальных групп сказываются наиболее сильно.

Обнаружена неизвестная ранее реакция прямого фенилирования атома азота в диметил-и триметиппиридинах. Разработан одностадийный ядерно-химический метод синтеза меченных тритием Ы-фенильных производных полиметиппиридинов, важных биологически активных соединений. Показано влияние стерического фактора на ход ион-молекулярных взаимодействий нуклеогенных фенил-катионов с нуклеофильными центрами полиметиппиридинов.

Ион-молекулярные реакции нуклеогенных фенил-катиопов с бензоппридинами Реакции февил-катионов с хннолином и хинальдином

В связи с исключительной прикладной значимостью производных бегаопиридинов, актуальной становится необходимость детального изучения механизмов химических и

биологических процессов с их участием. В настоящее время для этой цели эффективно используется метод изотопной, особенно тритиевой метки.

В связи с этим разработанный нами ядерно-химический метод синтеза был распространен на бензопиридины—хинолин и хинальдин.

При взаимодействии фенил-катионов с хинолином возможны процессы электрофильного присоединения по неподелвнной электронной паре атома азота (образование хинолиниевых солей), а также электрофильного замещения по бензольному и гетероциклическому кольцу:

Р-

с&Тг -(ДО* + знс

С6Н4Т

В табл. 13 представлены выходы меченых продуктов реакции присоединения и замещения для исследованных производных хинолина.

Таблица 13. Выходы меченных тритием продуктов в ион-молекулярных реакциях фенил-катионов с производными бензопиридина

Субстрат Выход продуктов электрофильного присоединения (М£), % Выход продуктов электрофильного замещения (&),%

Хинолин 21±3 78±2

2-Метилхинолин 18±2 80±1

Таким образом, реакция прямого фенилирования атома азота в шестичленных гетероциклических соединениях с помощью свободных нуклеогенных фенил-катионов распространена на хинолин и хинальдин. Установлено, что беюаннелировапие пиридинового кольца резко смещает ход ядерно-химического синтеза в сторону реакции электрофильного замещения.

Ион-молекулярные реакции свободных фенап-катиояов с метилтинолинамп

Исследование ион-молекулярных реакций нуклеогенных фенил-катионов с 4- и 8-метнлхинолинами преследовало цель получения перспективных биологически активных меченных тритием Ы-фенильных метилхинолиниевых соединений, а также изучения электронного и пространственного влияния метального заместителя в производных хинолина на ход ядерно-химического синтеза и вариации биологического действия.

При взаимодействии иуклеогенных фенил-катионов с 4-метилхинолином протекают две конкурентные реакции: электрофильное присоединение (Ж/е) по неподеленной электронной паре атома азота и реакция электрофильного замещения (£У по бензольному кольцу. Схема исследованных ион-молекулярных реакций в случае 4-метилхинолина (лепидина) может быть представлена следующим образом:

сн,_ сн,

х-

АІЕ

СН,

с„н.т-

Х-ВЇ,-

Т І

Т -і

С.Н.Т

х-

с,н,т

Известно, что в случае хинолина замещение предпочтительно происходит в положения 5 и 8, а в редких случаях в положение 6.

При использовании в качестве субстрата 8-метилхинолина схема ион-молекулярных реакций может быть представлена следующим образом:

мс

сн,

Т -І

С,н,т

с,н/г

с«н,т-+ ^

сн,

Х-ВР,-

т

сн,

Поскольку положение 8 бензольного кольца в данном случае в гетерецикле уже занято, то, можно предположить, что замещение пойдет преимущественно в положение 5 и возможно в положение б.

В табл. 14 представлены полученные выходы К-фенильных солей производных хинолиния (для сравнения в таблице даны выходы для хинальдиния и незамещенного хинолинолиния). Из анализа полученных результатов можно сделать некоторые выводы о влиянии электронных и пространственных факторов на пути протекающих электрофильных реакций.

Легкость электрофильной атаки по атому азота преимущественно зависит от двух основных факторов: нуклеофильности атома азота и степени его стерического экранирования.

Как известно, метальные группы слабо увеличивают основность гетероциклического атома азота и мало влияют на распределение электронной плотности. Тем не менее, некоторые качественные сравнения можно сделать на основании величин рК„ для метилзамещенных хинолинов (хинолин — 4,87; 2-метилхинолин - 5,42; 4-метилхинолин - 5,20 и 8-метилхинолин -4,60). Видно, что основность резко уменьшается в случае 8-метилхинолина, что сказывается на уменьшении выхода реакции прямого фенилирования атома азота (уменьшение выхода ониевого производного, табл. 14).

Метальный заместитель в положении 2 (хинальдин) несколько снижает выход ониевого производного (см. табл. 14) за счёт стерических затруднений у атома азота. Элекгронодонорная метальная группа 4-метилхинолина не создает стерических препятствий, что сказывается на существенном увеличении выхода >1-фенипхинолиния (повышение выхода с 18% в случае хинальдина до 33% для лепидина, табл. 14).

Введение метального заместителя в положение 8, существенно экранирующее атом азота, приводит к резкому снижению выхода четвертичной соли (выход 11%, табл. 14). Причем, при анализе продуктов замещения в случае 8-метилхинолина на хроматограмме четко прослеживается резкое увеличение выхода одного из продуктов. Можно предположить, что это продукт фенилирования по положению 5.

Изучены ион-молекулярные реакции свободных фенил-катионов с нуклеофилъными центрами различных метилхинолинов. Исследовано влияние электронных и пространственных факторов метальных заместителей на ход конкурентных электрофильных реакций. Синтезирована с хорошим выходом соль И-фениллепидиния, меченная тритием, прекурсор для детальных биологических исследований.

Влияние заместителей в гетероциклическом субстрате на ход ядерно-химического синтеза

С целью сравнительного изучения влияния заместителей в гетероциклических субстратах на ход ядерно-химического синтеза были выбраны соединения с заместителями различной электронной природы: метилпиридины и метилхянолины, бромпиридин и бромхинолиа, 4-бензилпиридин, а также 2,4- и 2,6-диметилхинолины. Невозможность выбора заместителей с более сильно выраженным донорным эффектом (ОН, ИНг и т.д.) обусловлена

Таблица 14. Выходы борфторидов 1^-фснпльпых производных хинолиния

Субстрат Выход ониевой соли Ше), %

Хинолин 21±3

2-Метилхинолин 18±2

4-Метилхинолин 33±2

8-Метилхинолин 11±1

тем, что в этом случае в субстрате будет присутствовать еще один реакционный центр, и это может привести к неоднозначности в интерпретации полученных экспериментальных данных.

Схема исследованных ион-молекулярных реакций может быть представлена следующим образом:

Продуктом электрофильного присоединения фенил-катиона по неподелбнной электронной паре атома азота является получение замещенных Ы-фенилпиридиниевых и хинолиниевых солей. При взаимодействии фенил-катионов с ароматическим кольцом происходит образование различных фенилзамещенных пиридинов и хинолинов. Кроме того, возможное образование бензильных производных является результатом реакции замещения водорода на фенил в метальной группе. Поскольку в результате ион-молекулярных реакций образуется широкий спектр меченых соединений, определение которых представляет большие трудности, то для сравнения результатов ядерно-химического синтеза были выбраны только продукты основной реакции электрофильного присоединения свободных фенил-катионов по неподел£нной электронной парс атома азота -И-фенилпиридиниевые соли.

В табл. 15 представлены выходы меченных тритием четвертичных ониевых производных.

Таблица 15. Радиохимические выходы Атомы галогенов проявляют

замещенных пириднниевых производных сильный отрицательный индуктивный

эффект и являются слабыми мезомерными донорами, что приводит к существенному уменьшению основности, особенно в а-положении (выход ониевых соединений в случае 2-бромпиридина значительно ниже, чем для метилпиридинов).

По сравнению с метальной, бензильная группа является менее донорной, но более объёмной, что также приводит к уменьшению выхода четвертичного пиридиниевого производного (см. табл. 15). Аннелирование дополнительного бензольного кольца приводит К снижению величины рКа для хинолина и хинальдина и дальнейшему снижению выхода ониевых производных. Влияние электроноакцепторного эффекта галогена в молекуле 3-бромхинолина также вызывает снижение выхода ониевой соли, но не столь драматично, как в случае пиридинов. Индуктивный эффект метального заместителя существенно влияет на радиохимические выходы хинолиниевых производных, причем при введении второй метальной группы в гетероциклический субстрат (диметилхинолины) на первое место уже выходят пространственные факторы. Обнаружено, что наличие второго метального заместителя в бензольном кольце (2,6-димеггияхинолин) несколько усиливает атаку фенил-катиона по атому азота по сравнению с 2,4-диметилхинолином, в котором обе метальные группы находятся в гетероциклическом кольце.

Реакции нуклеогенных фенил-катионов с нзохпполином

Изохинолиновый бицикл является основополагающим структурным фрагментом большого числа природных алкалоидов, таких как: папаверин, апоморфин, берберин, эметин, кордиамин и т.д., аминокислот ряда производных тирозина, а также огромного списка синтетических лекарственных препаратов, обладающих противораковым, аналептическим, анапьгетическим и сосудосуживающим действием.

К сожалению, как и в случае хинолина, реакция прямого фенилирования азота невозможна

В данном разделе работы показана применимость ядерно-химического метода для одностадийного синтеза труднодоступных 2-фенилизохинолиниевых соединений, меченных

Субстрат Выход ониевой соли, %

Пиридин 66±2

2-Метилпиридин 35±3

2-Бромпиридин 25±1

4-Бензилпиридин 21±3

Хинолин 21±3

З-Бромхинолин 16±1

2,4-диметилхинолин 10±1

2,6-диметилхинолин 12±2

тритием, а также изучено влияние положения атома азота в гетероциклическом кольце на ход ядерно-химического синтеза. Схема ион-молекулярных реакций между нуклеогенными фенил-катионами, генерируемыми при р-распаде трития, и изохинолином может быть представлена следующим образом:

Выход борфторида 2-фенилизохинолиния составляет 24%, удельная активность 0,2 мКи/мл, т.е. полученная соль, может быть с успехом использована в качестве биологического маркера Небольшое увеличение выхода ониевой соли в случае изохинолина по сравнению с хинолином связано как с увеличением основности атома азота, так и меньшими пространственными препятствиями.

Таким образом, осуществлена реакция прямого фенилирования атома азота в изохинолине. В одну стадию получены меченные тритием Ы-фенильные четвертичные производные изохинолина, радиоактивные маркеры для изучения механизмов биологического действия лекарственных веществ, содержащих изохинолиниевый фрагмент. Исследовано влияние положения гетероатома в бензопиридинах на ход ядерно-химического синтеза. Ион-молекулярпые реакции нуклеогенных фенил-катпопов с акридином и фенантридином

Акридиновые и фенантридиниевые соединения обладают широким спектром биологического и терапевтического применения: в качестве биологических флуоресцентных проб, антибактериальных и антималярийных веществ, блокаторов кальциевых каналов, бор нейтронозахватной терапии, противораковых препаратов и лекарств против ВИЧ-инфекции. Таким образом, возникает существенная заинтересованность в получении меченых биомаркеров.

Ядерно-химический метод даёт уникальную возможность прямого фенилирования атома азота в этих структурах. Схема взаимодействия нуклеогенных фенил-катионов с акридином может быть представлена следующим образом:

Х- = ВР4-.

х- = вр4".

едт

С фенантридином реакция протекает аналогично:

Полученные радиохимические выходы борфторидов М-фенилакридиния и Я-фенилфенангридиния представлены в табл. 16 (для сравнения в таблице представлен выход в случае хинолина).

Таблица 16. Радиохимические выходы

онневых солей в случае конденсированных Конденсированные бензольные кольца мало пиридиняевых производных

влияют на величину рК^, которая для пиридина 5,20, для хинолина 4,85, а для акридина и фенантридипа 5,64 и 4,52, соответственно. Вследствие этого, выходы фенилзамещенных четвертичных солей при ядерно-химическом синтезе в случае трициклических производных азота примерно одинаковые с выходами, полученными в случае хинолина (см. табл: 15). Вероятнее всего, основным фактором, влияющим на реакцию присоединения, выступает в данном случае стерический фактор, влияние которого было обнаружено для акридиниевых производных.

Вероятность конкурентной реакции - реакции С-элекгрофильного замещения - при наличии конденсированного бензольного кольца резко возрастает. Так, для пиколинов выходы

Субстрат Выход ониевой соли (Аііе), %

Хинолин 21±3

Акридин 14±2

Фенантридин 17±1

продуктов замещения увеличиваются практически в два раза, для хинолина в три, по сравнению с незамещенным пиридином. Наличие второго бензольного кольца, в случае акридина и фенангридина, еще больше смещает ион-молекулярные взаимодействия в сторону электрофильного замещения, соответственно понижая выход ониевой соли (см. табл. 16).

Открыта неизвестная реакция прямого фенилирования нуклеогенными фенил-катионами атома азота в трициклических конденсированных производных пиридина, в результате чего осуществлен одностадийный синтез Ы-фенилакридиниевых и фенантридиниевых производных, меченных тритием, структурных аналогов лекарственных веществ.

Реакции с бензохинолином

Как и в случае других трициклических азотистых гетероциклов реакция прямого фенилирования атома азота в классической органической химии не существует, а И-фенильные производные в ряде случаев вообще неизвестны.

Ядерно-химический метод был применен в работе для получения неизвестных солей Ы-фенил-[7,8]-бензохинолиния. Схема исследованных ион-молекулярных реакций нуклеогенных фенил-катионов с 7,8-бензохинолином может быть представлена следующим образом:

Вследствие большого количества возможных продуктов электрофильного замещения по двум бензольным и одному гетероциклическому кольцам для анализа был выбран только продукт присоединения по атому азота - борфторид М-фенил-[7,8]-бензохинолиния. Радиохимический выход неизвестной соли - борфторида М-фенил-[5,6]-бензохинолиния составил 15±1%. Небольшой выход Ы-фенильной соли бензохинолиния не является неожиданностью, поскольку, как и в случае акридина и фенангридина бензоанилирование приводит к превалированию реакции электрофильного замещения над реакцией присоединения по атому азота. Тем не менее, несомненным успехом ядерно-химического синтеза является осуществление прямой реакции фенилирования атома азота в бензохинолине и разработка

метода простого получения неизвестных И-фенильных производных 7,8-бензохинолиния, меченных тритием.

Впервые осуществлена прямая реакция фенилирования атома азота в бензохиналине и разработан простой метод синтеза неизвестных И-фенильных производных 7,8-бензохинолиния, меченных тритием.

Биологические исследования синтезированных соединений Индикатор на мембранный потенциал

Известно, что митохондрии в клетках человека играют существенную роль как при синтезе АТФ через окислительное фосфорарилирование, так и при модулировании внутриклеточной концентрации ионов кальция. Соответственно, дисфункция митохондрий приводит к большому числу болезней, от нейродегенеративных и ишемических расстройств до ожирения и диабета. Чтобы предотвратить дефекты в митохондриях, необходимо детально изучать процесс доставки биоактивных молекул через митохондриальные мембраны, и в этом плане меченые индикаторы представляют особый интерес.

На основе предложенного ядерно-химического синтеза меченных тритием ониевых соединений нами была разработана специальная методика простого получения меченого хлорида тетрафенилфосфония в физиологическом растворе для проведения биологических исследований - радиахтивного индикатора на мембранный потенциал. Исследования проведены совместно с Институтом эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН (Санкт-Петербург).

Определение мембранного потенциала митохондрий при помощи проникающего липофильного катиона тетрафенилфосфония, взятого в виде хлористой соли, проводили на митохондриях печени белой крысы, выделенных по стандартной методике.

Сравнение индикаторных свойств полученного меченого соединения с эталоном и структурным аналогом (борфгоридом тетрафенилфосфония) приведены в табл. 17.

Таблица 17. Индикаторные свойства хлорида тетрафенилфосфония

Соединение Точность определения (предельные концентрации) Токсичность

Валиномицин (комплекс с К или Ш>) КГ'-Ю^М Токсические эффекты

[С6Т5(С6Н5),Р1+ВР4' 10"9 - Ю'10 м Токсические эффекты

ГСсТ!(Сг1Н5)зРГСГ 10"9- 10"ШМ Нетоксично

Из данных табл. 17 видно, что применение нового меченого индикатора (хлорида тетрафенилфосфония в физиологическом растворе) увеличивает точность определения мембранного потенциала по сравнению с эталоном - валиномицином на несколько порядков,

при этом следует отметить, что он также не дайт токсических эффектов, присущих эталону и структурному аналогу - борфториду тетрафенилфосфония.

Ядерно-химический метод применён для получения высокочувствительного и нетоксичного индикатора на мембранный потенциал митохондрий — хлорида тетрафенилфосфония, меченного тритием.

Антибактериальная активность N-арильных пярндянневых производных

Антибактериальное действие N-арилпиридиниевых, хинолиниевых и бегоохинолиниевых соединений было изучено на тест-штаммах граммотрицательных E.coli и граммположительных St. Aureus бактериях. Выявление противомикробного действия проведено методом двукратных серийных разведений. В качестве условно-патогенных культур были использованы штамм золотистого стафилококка - 906 и штамм кишечной палочки-1257, полученные в ГОСНИИ стандартизации и контроля медицинских и биологических препаратов им. JI.A. Тарасевича (Россия). Биологические исследования проведены в лаборатории "Бактерицид" ЕНИ ПГНИУ.

Микробная нагрузка соответствовала 2,5-Ю5 микробных тел в 1 мл. Противомикробную: бактериостагическую (МИК) и бактерицидную (МБК) активность оценивали по минимально действующей концентрации. Максимально испытанные концентрации новых соединений соответствуют 1000 мкг/мл. Полученные данные представлены в табл. 18.

Таблица 18. Результаты исследования противомикробных свойств замещенных N-фепшшпрплипиевых производных

Соединения Ониевая соль Противомикробная активность (мкг/мл)

Е. coli St. Aureus

мик' мбк" мик' мбк"

1 N-фешшгаридиний bf4- - - <1000,0>500,0 -

2 Ы-фенил-4-пиколиш1й bf4- <1000,0 - <1000,0>500,0 -

3 К-фенил-2-метил-4,6-дифенилпиридиний Г 1000,0 - 62,5 250,0

4 N-фенилхинолиний сю4- - - 1000,0 -

5 Эталон сравнения: хинозол (8-оксихинолина сульфат) <500,0 500,0 <1000,0 1000,0

МИК — Минимальная ингнбирующая концентрация, мхг/ил; * МБК - Минимальная бактерицидная концентрация, мкг/мл. (-) - черточка означает отсутствие противомикробного действия.

Испытанные соединения проявили противомикробные свойства. Так, соединения 1 обнаруживает избирательное действие, подавляя рост только культуры золотистого стафилококка в интервале концентраций < 1000,0 > 500,0 мкг/мл. Соединение 2 вызывает торможение роста культуры кишечной палочки и золотистого стафилококка в концентрации 1000,0 мкг/мл. Хороший противомикробный эффект отмечен у соединения 4, где показан как бактериостатический, так и бактерицидный эффект в отношении обоих испытанных культур, что сравнимо по активности с известным лекарственным препаратом хинозолом. Соединение 3 (соль К-фенил-2-метил-4,6-дифенилпиридиния) показывает увеличение бактерицидной активности по отношению к St. Aureus при сравнении с эталоном более чем в 10 раз (МИК). Данное соединение является перспективным дня дальнейшего биологического исследования, а также для разработки его получения ядерно-химическим методом в качестве радиоактивного маркера.

Известно что, электронодонорные заместители, увеличивающие заряд на атоме азота в пиридиновом кольце, приводят к усилению бактерицидных свойств. Данная тенденция хорошо просматривается в проведенных нами биологических исследованиях (табл. 18), более перспективными препаратами для дальнейшего исследования являются N-фенилхинолиниевые, которые при сравнении с N-фенипиридинием имеют дополнительное аннелированное бензольное кольцо, а также N-фенилметилхинолиниевые производные, имеющие в своем составе дополнительные электронодонорные группы - метальную и арильную. Исходя из этого, были продолжены биологические испытания уже на различных N-фенилзамещенных хинолиниевых производных. Результаты, полученные при изучении бактерицидных свойств N-фенил-метилхинолиниевых солей, представлены в табл. 19.

Таблица 19. Результаты исследования противомикробных свойств N-фенпльных хинолиниевых производных

№ п/п Четвертичный катион Анион Растворитель Противомикробная активность (мкг/мл)

Е. coli St. Aureus

МИК" МБК" МИК' МБК"

1. N-фенилхинолиний СЮ/ ДМСО - - 1000,0 -

2. N-фенил-хинальдщшй (1-фенил,2-метил-хинолиний) С104" ДМСО <1000,0> 500,0 1000,0 <1000,0> 500,0 1000,0

н2о - ■ 500,0 <1000,0 >500,0

3. N-фенил-хинальдиний (1 -фенил,2-метил-хинолиний) BF4" ДМСО >714,0 >1000, 0 125,0 <250,0> 125,0

4. N-фенил-лепидиний (1 -фенил,4-метил-хинолиний) С104" ДМСО >1000,0 - - -

н2о - 15,6 125,0

5. N-фенил-лепидиний (1-фенил,4-метил-хинолиний) BF4" ДМСО >1000,0 15,6 125,0

6. Эталон сравнения: хинозол (8-оксихинолина сульфат) <500,0 500,0 <1000,0 1000,0

Известно, что соли хинолиния обладают значительным антибактериальным действием. Причем при переходе к гомологу хинолина - хинальдину наблюдалось усиление противомикробных свойств. Подобные результаты наблюдаются и у нас при сравнении действия перхлоратов хинолиния и хинальдиния (таб. 19). Прием для водного раствора перхлората N-фенилхинальдиния по отношению к St. aureus результаты значительно лучше чем, дтя ДМСО растворов и практически сравнимы с эталоном. Аналогичная зависимость обнаружена и для водного раствора перхлората N-фениллепвдиния, что является важным для создания эффективных антисептических препаратов. Борфгорид N-фенилхинальдиния по сравнению с соответствующим перхлоратом оказался и нашем случаи, достаточно эффективным в отношении обеих культур. Причем результаты по St. aureus для борфторида являются лучше показателей для эталона. Интересным результатом оказалось значительное усиление эффективности по отношению St. aureus для борфторида N-фениллепидшшя, где выявлено резкое усиление ингибирующего действия, уменьшение значения МИК более чем в 60 раз, а МБК лучше в 9 раз по сравнению с эталоном (см. табл. 19). Проведённые биологические исследования показали, что электронные и пространственные факторы заместителей в хинолиниевых производных могут существенно влиять и на биологическую активность исследованных соединений. При сравнительном исследовании ряда солей N-фенилхинолиния, хинальдиния и лепидиния индуктивный эффект группы 4-СНэ делает борфторид М-фенил-4-метилхинолиния весьма перспективным бактерицидным препаратом. По отношению к штамму St. aureus для него было обнаружено резкое усиление ингибирующего действия, что, вероятно, находит свое объяснение в сильном электронодонорном эффекте метальной группы в у-положешш.

Результаты биологического скрининга привели к разработке ядерно-химического синтеза меченной тритием соли N-фениллепидиния, как маркера при исследовании механизмов бактерицидного действия. Ядерно-химическим методом с помощью нуклеогенных фенил-катионов был получен образец меченного тритием борфторида Н-фенил-4-метилхинолиния для проведения биологических исследований. Препарат имел удельную активность 0,2 мКи/мг. Результаты сравнительного исследования бактерицидного действия меченого и немеченого борфтрорида >1-фенш1-4-мешлхинолиния представлены в табл. 20.

Таблица 20. Сравнение биологической активности меченного тритием борфторида №фенил-4-метилхинолиния в неактивного свидетеля

Соединение Растворитель St. Aureus

МИК МБК

М-фенил-4-метшшшолиний борфторид ДМСО 15,6 >62,5<125,0

Ы-фенил-4-метилхинолиний борфторид, меченный тритием ДМСО 57,14 95,23

Показано, что наличие тритиевой метки в борфториде К-фенил-4-метилхинолиния сохраняет бактерицидные свойства соли по отношению к музейному тест-штаму Staphylococcus aureus, 906, что является необходимым условием при проведении детальных исследований биологического воздействия препарата с помощью радиоактивной метки (см. табл. 20).

Кроме того, в работе были проведены биологические тесты на бактерицидное действие

четвертичных N-фенилхинолиниевых производных по отношению к дрожжеподобному грибку

Candida albicans. Результаты проведенных исследований представлены в таблице 21.

Таблица 21. Бактерицидное действие N-фенилхиналиниевых солей по отношению к дрожжеподобному грибку Candida albicans

Соединение Candida albicans

МИК МБК

N-фенилхинальдиний перхлорат <500,0>250,0 1000,0

N-фениллепцдиний перхлорат 250,0 <250,0>125,0

Эталон сравнения: Нитроксолин (5-нитро-8-оксихинолин) 5000,0

Крайне важным является то, что N-фениллепидиниевые производные обладают ярко выраженными фунгицидными свойствами по отношению к трудно излечимым патологиям, вызываемым дрожжеподобным грибком Candida albicans (см. табл. 21).

Дополнительно в работе проведено изучение противомикробной активности ряда синтезированных N-фенилышх бензохинальдиниевых соединений и зависимости биологического действия от природы заместителя в фенильном кольце, а также стабилизирующего противоиона для обнаружения эффективных бактерицидных веществ и перспективных соединений для введения тритиевой метки (см. табл. 22).

Полученные данные свидетельствуют о том, что аннелирование дополнительного бензольного кольца (сравнение хинальдиниевых и бензохинальдиниевых соединений) приводит к усилению бактерицидных свойств в отношении, как грамположительных, так и грамотрицагельных бактерий.

Таблица 22. Результаты антибактериальных исследований

№фенил-[5,б]-бензохииальдиниевых производных

Соединение Структурная формула Растворитель Противомикробная активность, мкг/мл

Е. coli St. aureus

мик МБК МИК МБК

1 "•L —сн, n + ö _ BF/ ДМСО >125.0 <250.0 250.0 >15.6 <31.2 31.2

Н20 1000.0 3.9

2 •LJ—сн, N + о _ ^ ДМСО >500.0 <1000.0 1000.0 250.0 500.0

3 IJL J-ch, N + Q ~ сн, ~ bf4- ДМСО >250.0 15.6 62.5

Н20 500.0 1000.0 7.8 15.6

4 сн, N + chj CH3CN >250.0 <500.0 1000.0 >15.6 <31.2 31.2

S сн, N* _ Р_ ochj CH3CN >500.0 <1000.0 1000.0 62.5 125.0

6 CK, N + _ Р^ осл CH3CN >250.0 <500.0 500.0 15.6 31.2

7 ^L-ss-L J—сн, N + _ ф_ CI 1- CH3CN >500.0 <1000.0 1000.0 62.5 125.0

8 C^C-^-CHj - ^ _ BF„- ДМСО >714,0 >1000,0 125,0 <250,0>125,0

Полученные данные свидетельствуют о том, что аннелирование дополнительного бензольного кольца (сравнение хинальдиниевых и бензохинальдиниевых соединений) приводит к усилению бактерицидных свойств в отношении, как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий. При сравнении всего ряда исследованных бензохинальдиниевых солей было установлено, что в отношении Е. coli наиболее эффективным является борфторвд №фенил-[5,6]-бензохинальдиния (соединение 1 в табл. 22). Причем, при сравнении двух разных противоионов йодид показывает результаты чуть хуже, чем борфторид. В отношении грамположительных бактерий St.aureus сразу несколько изученных соединений показывают хорошие результаты (соединения 1, 3, 4, б в табл. 22). Борфторид КГ-фенил-[5,6]-бензохинальдиния является эффективным антисептиком как в отношении грамположительных (St.aweus), так и грамотрицательных бактерий (£. coli). Обнаружено, что в отличие от элекгронодонорных заместителей введение электроноакцегтгорного (С1-) в пара-положение фенильного кольца четвертичной соли несколько снижает антимикробную активность бензохинальдиниевого производного (соединение 7, см. табл. 22). При использовании водных растворов веществ выявлено резкое усиление бактерицидного действия солей по отношению к St.aweus.

Выявление лучших противомикробных свойств у борфторида Ы-фенил-[5,6]-бензохинальдиния позволило расширить противо микробные исследования и поставить

эксперименты на следующих тест-пггаммах: St.sapropbyticus, Salmonella spp., Micrococcus luteus, Proteus vulgaris, Bacillus subtilis, Candida albicans.

Полученные результаты расширенного микробиологического исследования представлены в табл. 23. Как видно из данных таблицы, исследованная соль более активна в отношении кокковых форм бактерий {Staweus, St.saprophyticus, Micrococcus luteus) и менее активна в отношении микроорганизмов, вызывающих заболевания желудочно-кишечного тракта

Таблица 23. Результаты изучения противомикробной активности борфторида Г««т-фенил-[5,6]-бепзохинальдиния

Противомикробная активность, мкг/мл (МИК)

Е. coli St. Aureus St.saprophyticus Salmonella ssp. Micrococcus ¡uterus Proteus vulgaris Bacillus subtilis Candida albicans

125,0-250,0 15,6-31,2 125,0 1000,0 3,9 1000,0 3,9 15,6-31,2

Известно, что особой вирулентностью (патогенностью) обладает дрояокеподобный грибок Candida albicans. Большинство выделяемых штаммов рода Candida нечувствительны к существующим антимикотикам в терапевтических дозах (хинозол, хиноксцдин, энтеросептол, нитроксолин и др.). Поэтому обнаружение фунгицидных свойств у борфторида М-фе1гил-[5,б]-бензохинальдиния в отношении грибка Candida albicans в интервале концентраций 15,6-31,2 мкг/мл представляет существенный интерес. При сравнении полученных нами результатов (см. табл. 22) с данными, ранее представленными в литературе для солей N-фенилхинолиния, можно однозначно сделать вывод, что введение нового бензоаннелированного кольца существенно повышает эффективность действия по отношению практически всех исследованных пгтаммов, выделяя соли Ы-фенил-[5,6]-бензохинальдиния в крайне перспективные препараты широкого спектра бактерицидного действия, а также для последующего ядерно-химического синтеза

Проведен скрининг биологической активности синтезированных нами гетероциклических производных - N-арилпиридиниевых, хинолиниевых и бензохинолиниевых соединений. Антибактериальное действие было изучено на тест-штаммах грамм-отрицательных E.coli и грамм-положительных St. Aureus бактериях, а также дрожжеподобных грибах Candida albicans. Выявлена зависимость изменения бактерицидных свойств от природы заместителя в гетероциклическом кольце, стабилизирующего противоиона, а также органической или водной фазы. По результатам биологического скрининга выявлен перспективный препарат и разработан ядерно-химический синтез меченной тритием соли N-фениллепидиния, как маркера при исследовании механизмов бактерицидного

действия. Показано усиление биологической активности при введении в хинолиниевые производные дополнительной а-метильной группы и аннелированного бензольного кольца. Расширенные противомикробные исследования на тест-штаммах: St.saprophyticus, Salmonella spp., Micrococcus luteus, Proteus vulgaris, Bacillus subtilis, Candida albicans выявили соли N-фенил-[5,6]-бензохинальдиния как весьма перспективные препараты широкого спектра бактерицидного действия, а также для последующего ядерно-химического синтеза.

Выводы

1. Разработан новый и эффективный подход к использованию радиохимического метода для целей уникального органического синтеза

2. Создан новый, не имеющий аналогов, ядерно-химический метод синтеза органических, элеменгоорганических и гетероциклических фенилзамещённых производных, меченных тритием.

3. Метод успешно применен для получения ранее неизвестных в классической химии органических и гетероциклических соединений.

4. Впервые осуществлена неизвестная ранее реакция прямого фенилирования атома азота в шестичленных гетероциклических соединениях. В результате одностадийного синтеза получены различные N-фенилыше производные пиридиния, хинолиния, акридиния, фенантридиния и бензохинолиния, меченные тритием, многие из которых являются перспективными бактерицидными препаратами широкого спектра действия.

5. Высокочувствительный метод меченых атомов применен для детального исследования механизмов протекающих реакций. Изучено влияние агрегатного состояния, природы противоиона, электронных и пространственных факторов на ход ядерно-химического синтеза. Для шестичленных азотистых гетероциклов проведено исследование влияния природы заместителя на механизмы конкурентных реакций элекгрофильного присоединения и замещения, а также, на вариации биологического действия.

6. Ядерно-химический метод применен для получения высокочувствительного и нетоксичного индикатора на мембранный потенциал митохондрий - хлорида тетрафенилфосфония, меченного тритием.

7. В результате скрининга антибактериального действия выявлен и синтезирован перспективный препарат - меченная тритием соль N-фениллепидиния, как маркер при исследовании механизмов бактерицидного действия.

Основные публикации по теме диссертации

1. Щепина НЕ., Аврорин В.В., Шуров С.Н, Бадун Г.А, Васянин АН. Влияние метального заместителя на ход ядерно-химического синтеза, меченных тритием биологических маркеров хинолиниевого ряда //Перспективные материалы 2013. Спец. выпуск, №14. С. 456-461.

2. Щепина RE., Аврорин В В., Александрова ГА, Бадун Г.А., Бойко И.И., Шуров C.R Изучение реакция фенилирования метилзамещенных хшолинов с помощью мечешшх тритием нуклеогенных фенил-катионов //ХГС. 2013. Т. 543. № 3. С. 461-467.

3. Shchepina N.E., Avrorin V.V., Badun G.A, Lewis S.B., Shurov S.N. New way of direct nitrogen atom phenylation in quinoline derivatives //ISRN Organic Chemistry. 2012. V. 2012. P. 1-4.

4. Щепина HE., Аврорин B.B., Бадун Г.А, Бойко И.И. Получение производных N-фешшбензо[Ь]хшолшшя, меченных тритием //ХГС. 2012. Т. 542. № 8. С. 1282-1286.

5. Shchepina N. Е., Avrorin V. V., Badun G. A, Bumagin N. A, Lewis S. В., Shurov S. N. Pathways of ion-molecular interactions of nucleogenic phenyl cations with the nucleophilic centers of picolines //Organic and Medicinal Chemistry Letters. 2012. 2:14.

6. Щепина RE, Аврорин В В., Бадун Г.А, Льюис С.Б., Уханов С.Е. Получение конденсированных Аг-феюгазамещенных пиридиниевых производных реакцией прямого фенилирования нуклеогенными фенил-катионами //ХГС. 2012. Т. 48. № 2. С. 320-327.

7. Щепина RE., Аврорин В.В., Бадун Г.А Способ получения N-фенилзамещенных трициклических азотистых соединений, меченных тритием. Патент РФ № 2439059 от 10.02. 2012 г.

8. Щепина RE., Аврорин В.В., Александрова Г.А, Бадун ГА. Меченные тритием биологически активные N-фениллепидиниевые соли и способ их получения. Патент РФ № 2442776 от 20.02. 2012 г.

9. Щепина RE., Бойко И.И., Александрова Г.А Синтез и противомшсробная активность четвертичных производных №арил[5,6)-бегаохинальдиния //Хим.-фарм. журнал. 2011. Т. 45. №3. С. 30-32.

10 Щепина RE., Аврорин В.В., Александрова Г.А, Бадун Г.А Неизвестная реакция прямого фенилирования атома азота в шестичленных гетероциклических соединениях - одностадийный синтез сложных биологически активных азотистых производных, меченных тритием //Перспективные материалы. 2011. № 10. С. 339-344.

11. Щепина RE., Аврорин В.В., Бадун Г.А Способ получения 2-фенилзамещенных изохинолиниевых производных, меченных тритием. Патент РФ 2405773 от 10.12.2010 г.

12. Щепина RE., Аврорин В.В., Бадун Г.А, Федосеев В.М, Льюис С.Б. Новый метод синтеза труднодоступных стерически затрудненных пиридиниевых производных, меченых тритием //ХГС. 2010. Т. 46. № 5, С. 692-698.

13. Щепина НЕ, Аврорин В В., Александрова Г.А, Кирьянова RH, Бадун Г.А Влияние анионной части соли на ход адерно-химического синтеза и биологическую активность гетероциклических производных азота//Перспективные материалы 2010. № 8. С. 211-215.

14. Щепина Н.Е., Аврорин В.В., Бадун Г.А, Федосеев В.М., Уханов С.Е., Льюис С.Б. Одностадийный синтез четвертичных фенильных изохинолиниевых соединений, меченных тритием //Радиохимия. 2010. Т. 52, № 3. С. 274-276.

15. Щепина Н.Е., Аврорин В.В., Бадун Г.А., Льюис С.Б., Федосеев В.М., Уханов С.Е. Реакция фенилирования нуклеогенными катионами как метод синтеза неизвестных и труднодоступных соединений, меченных тритием //Вестник МГУ, сер. химия. 2009. Т. 50. № 5. С. 311-316.

16. Щепина НЕ., Аврорин В.В., Бадун ГА, Александрова Г.А, Уханов С.Е., Федосеев В.М., Льюис С.Б., Бойко И.И. Получение меченных тритием N-фенилзамещенных производных хинолиния в результате ядернохимичесгого синтеза //ХГС. 2009. № 7. С. 1008-1014.

17. Щепина Н.Е., Аврорин В.В., Бадун Г.А, Федосеев В.М., Уханов С.Е., Льюис С.Б. Влияние природы заместителя в гетероциклическом кольце на ход ядерно-химического синтеза //Радиохимия. 2009. Т. 51 №. 2. С. 167-169.

18. Shehepina N.E., Avrorin V.V., Badun G.A., Lewis S.B, Aleksandrova G.A, Boiko I.I. Direct phenylation of pyridine derivatives by nucleogenic phenyl cations /12е1 International Electronic Conference on Synthetic Organic Chemistry (ECSOC-12). 2008. A0011.

19. Кирьянова И.Н., Щепина HE., Александрова Г.А. Биологический скрининг и целенаправленный ядерно-химический синтез гетероциклических соединений, меченных тритием /Сб. докл. Третьей Российской школы по радиохимии и ядерным технологиям. Oie рек. 2008. С. 118-122.

20. Щепина НЕ., Аврорин В.В., Александрова Г.А, Бадун Г.А Меченные тритием N-фенилхинолиниевые и хинальдиниевые соли и способ их получения. Патент РФ X» 2320647 от 27.03.2008 г.

21. Щепина НЕ., Аврорин В.В., Бадун Г.А, Федосеев В.М., Уханов С.Е., Льюис С.Б. Ядерно-химический синтез фенилзамещенных производных пиколиноз, меченных тритием //Радиохимия. 2007. Т. 49. №6. С. 551-553.

22. Щепина НЕ., Аврорин В.В., Бадун Г.А Способ получения фенилзамещенных производных пиридина, меченых тритием. Патент РФ Кг 2296752 от 10.04.2007 г.

23. Щепина НЕ., Аврорин ВВ., Бадун Г.А, Льюис C.B., Федосеев В.М., Уханов С.Е Применение ядерно-химического метода для изучения механизмов электрофильных реакций /Труды международной научной конференции "Инновационный потенциал естественных наук". Т. 1 Новые материалы и химические технологии, г. Пермь, 4-6 декабря 2006. С. 128-133.

24. Комарницкий АН, Щепина НЕ., Аврорин В.В., Попова НИ, Кайсин АВ. Тонкослойная хроматография N-фенильных ониевых производных пиридина. Актуальные проблемы современной науки /Тр. 2-го Международного форума Естественные науки. Часть 10: Хроматография и хроматографические приборы. 2006. С. 24-26.

25. Щепина Н.Е., Аврорин В.В., Бадун Г.А, Федосеев В.М., Льюис С.Б., Щепин В.В. Ион-молекулярные реакции свободных фенил-катионов с биденгатными центрами азотсодержащих гетероциклических соединений /Сборник докладов X Всероссийской (Международной) научной конференции «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул», октябрь 2005 г., Звенигород. С. 194-197.

26. Щепина НЕ., Аврорин В.В., Бадун Г.А., Агаев Т.Х., Попова НИ. Применение тонкослойной хроматографии для разделения продуктов ядерно-химического синтеза производных пиридина /Груды 1-го Международного Форума «Аггуальные проблемы современной науки». Естественные науки, Ч. 10 Хроматография и хроматографические приборы. Самара, Россия. 2005. С. 38-40.

27. Щешша НЕ., Аврорин В.В., Бадун Г.А., Федосеев В.М., Льюис С.Б., Щепин В.В. Применение ядерно-химического метода для целей синтеза шестичленных гетероциклических производных азота,

меченых тритием /Сборник докл. IX Всероссийской (Международной) научной конференции «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул», Звенигород. 2004. С. 166-171.

28. Щепина НЕ., Нефедов В.Д., Торопова М.А, Бадун Г.А., Аврорин В.В., Федосеев В.М. Ядерно-химический синтез галогеиониевых соединений и природа заместителя в молекуле субстрата //Радиохимия. 2002. Т. 44. № 4. С. 344-345.

29. Shchepina N.E, Badun G.A., Nefedov V.D., Toropova M.A., Fedoseev V.M., Avrorin V.V., Lewis S.B. Synthesis of aiylhalonium compounds {including (4-methylphenyl)phenylfluoronium} by nuclear-chemical method //Tetrahedron Lett. 2002. V. 43. P. 4123-4124.

30. Щепина HE., Нефедов В.Д, Торопова MA., Бадун Г.А, Аврорин В.В., Федосеев В.М. Ядерно-химический метод получения органических производных поливалентного фтора //Радиохимия. 2001. Т. 43. №5. С. 461-463.

31. Щешша НЕ., Нефедов В.Д., Торопова М.А, Аврорин В.В., Льюис С.Б., Мэтсон Б. Ион-молекулярные реакции третированных фенил-катионов с ароматическим и гетероциклическим атомом азота /Перспективы развития естественных наук в высшей школе: Труды межд. науч. конф. /ПТУ, ЕНИ при ПТУ. Пермь 2001. Т. 1. Органическая химия. Биологически активные вещества. Новые материалы. С. 79-80.

32. Щепина НЕ, Нефедов В.Д, Торопова М.А, Бадун ГА, Аврорин В.В., Федосеев В.М. Влияние электронной природы заместителя в молекуле субстрата на ход ядерно-химического синтеза /Перспективы развития естественных наук в высшей школе: Труды межд науч. конфЛЦV, ЕНИ при ПГУ. Пермь. 2001. Т. 1. Органическая химия. Биологически активные вещества. Новые материалы. С. 81-82.

33. Shchepina N.E., Nefedov V.D., Toropova М.А, Avrorin V.V., Lewis S.B., Mattson B. Ion-molecular reactions of free phenylium ions , generated by tritium p-decay with group V-VII elements //Tetrahedron Letters. 2000. V. 41. P. 5303-5306.

34. Shchepina N.E., Nefedov V.D., Toropova M.A, Avrorin V.V., Lewis S.B., Mattson В.. Ion-Molecular Reactions of Free Phenylium Ions Generated by Tritium beta-Decay with Bidentale Arenes //Tetrahedron Lett 2000. V. 41 № 2. P. 25-27.

35. Щепина H.E., Нефедов В.Д, Торопова MA, Аврорин В.В., Гембицкий Д.С., Льюис С.Б. Мэтсон Б. Изучение ион-молекулярных реакций свободных третированных фенил-катионов, генерируемых ядерно-химическим методом, с пиридином //Радиохимия. 1999. Т. 41. № 6. С. 523-525

36. Нефедов В.Д, Торопова М.А, Щепина НЕ., Аврорин В.В., Щепин В.В. Сравнительное исследование ион-молекулярных реакций третированных фенил-катионов с органическими производными азота и фосфора //Радиохимия. 1994. Т. 36. № 4. С. 357-361.

37. Нефедов В.Д, Щепина НЕ., Торопова М. А, Аврорин В.В., Ромеро AM. Ион-молекулярные реакции фенил-катионов, генерируемых ядерно-химическим методом, с галогенбензолами //Радиохимия. 1992. Т. 34. №4. С. 77-82.

38. Кузнецова Е.В., Щепина НЕ. Электролит блестящего никелирования. Авторское свидетельство СССР, №1693130,1991 г.

39. Кузнецова Е.В., Щепина Н.Е Ингибиторы кислотной коррозии стали и меди. Авторское свидетельство СССР, №1593289,1990 г.

40. Нефедов В.Д, Торопова М.А., Щепина НЕ., Аврорин В.В., Журавлев В.Е, Трофимова Н.И. Ядерно-химический метод получения тритийсодержащих элементоорганических соединений. I Получение третированных органических производных элементов У-УПа групп //Радиохимия. 1989. Т. 31. № 5. С. 69-71.

41. Нефедов В.Д, Торопова М.А., Щепина НЕ., Аврорин В.В., Щепин В.В. Ядерно-химический метод получения тритийсодержащих элементоорганических соединений. П Ядерно-химический синтез и сравнительная характеристика элементоорганических соединений //Радиохимия. 1989. Т. 31. № 5. С. 7274.

42. Нефедов В.Д., Торопова М.А., Щепина НЕ, Аврорин В.В., Журавлев В.Е, Щепин В.В., Трофимова НИ. Ядерно-химический синтез фенильных ониевых производных кислорода, серы, селена и теллура, меченных тритием //Радиохимия. 1988. Т. 30. № 4. С. 576-578.

43. Нефедов В.Д., Торопова М.А., Щепина НЕ, Аврорин В.В., Журавлев В.Е, Щепин В.В. Ядерно-химический синтез смешанных метилфенилзамещенных ониевых производных фосфора, меченных тритием //Радиохимия. 1987. Т. 29. № 2. С. 237-241.

44. Нефедов В.Д., Торопова М.А., Щепина НЕ, Скульский И.А, Аврорин В.В., Трофимова Н.И. Меченный тритием хлорид тетрафенилфосфония в качестве индикатора на мембранный потенциал. Авторское свидетельство СССР, №1217861, 1985 г.

45. Щепина НЕ, Журавлев В.Е., Щепин В.В., Нефедов В.Д, Торопова М.А. Синтез пространственнозатрудненных ониевых производных //Синтетические методы на основе элементоорганических соединений. Межвузовский сб. науч. трудов. Пермь. 1982. С. 75-79.

46. Нефедов В.Д., Торопова М.А., Щепина Н.Е., Аврорин В.В., Журавлев В.Е. Применение ядерно-химического метода для синтеза неизвестных ониевых соединений //Радиохимия. 1982. Т. 24. № 3. С. 394-396.

47. Щепина НЕ, Нефедов В.Д., Торопова М.А., Аврорин В В., Щепин В.В., Журавлев В.Е. Синтез неизвестных фенилзамещенных ониевых производных азота с помощью направленных ион-молекулярных реакций //Химия органических соединений азота. Межвузовский сб. научн. трудов. Пермь. 1981. С. 106-110.

48. Торопова М.А., Нефедов В.Д., Аврорин В. В., Щепина НЕ, Синотова ЕН, Журавлев В.Е. Способ получения меченных тритием борфторидов фенилзамещенных ониевых соединений элементов У1а группы. Авторское свидетельство СССР № 860443,1981 г.

49. Щепина НЕ, Нефедов В.Д, Торопова. М.А Ядерно-химический метод получения третированных фенильных ониевых производных элементов Уа группы //Синтезы на основе магний и цинкорганических соединений. Межвузовский сб. Пермь. 1980. С. 116-119.

50. Щепина НЕ., Сухов С.Г., Нефедов В.Д., Торопова М.А Хроматография на силуфоле некоторых фенильных производных элементов VI а группы /Синтезы на основе магний- и цинкорганических соединений. Межвузовский сб. Пермь. 1980. С. 113-116.

51. Нефедов В.Д., Торопова МА, Щепина НЕ., Журавлев В.Е., Молчанова КГ. Хроматографическое разделение некоторых фенильных производных фосфора, мышьяка и сурьмы на силуфоле //Химия элементоорганических соединений П, IV, V, VI групп период, системы. Мезвузовский сборник научных трудов. Пермь. 1978. С. 147-149.

52. Нефедов В.Д., Торопова М.А., Щепина НЕ., Синотова Е.Н, Аврорин В В., Журавлев В.Е Способ получения фенилзамещенных ониевых соединений элементов Va группы, меченных тритием. Ангорское свидетельство СССР №689196,1978 г.

53. Нефедов В.Д, Торопова М.А., Аврорин В.В., Щепина Н.Е., Васильев В.К Получение третированных фенилзамещенных ониевьк производных сурьмы, теллура и йода методом ион- молекулярных реакций //Радиохимия. 1976. Т. 18. С. 305-308.

54. Нефедов В. Д., Торопова, М. А Аврорин В.В., Щепина НЕ., Васильев В.К. О возможности получения меченных тритием фенилзамещенных ониевых галогенов с помощью ион-молекулярных реакций. //Радиохимия. 1976. Т. 18. С. 302-305.

55. Щепина НЕ, Нефедов В.Д, Торопова М.А, Аврорин В.В. Получение меченных тритием фенилзамещенных ониевых производных элементов V-VII групп. /Депонировано в ВИНИТИ if» 2045-76 Деп. От 8 июня 1976 г.

56. Нефедов В.Д., Торопова М.А., Щепина НЕ., Синотова Е.Н, Аврорин В.В., Журавлев В.Е. Способ получения дифенилгалогенониевых соединений, меченных тритием. Авторское свидетельство СССР №542389. 1975 г.

Конференции

1. Shchepina N.E., Avrorin V.V., Badun G.A., Boiko I.I., Alexandrova G.A Nuclear-Chemical Synthesis of Tritium Labeled Biological Markers Containing Benzoquinolinium Fragment /VI Intern. Conference CNCH-2012,2012, Kharkov, Ukraine. P-10.

2. Щепина HE., Аврорин B.B., Шуров C.H, Бадун Г.А., Васянин АН. Влияние метального заместителя на ход ядерно-химического синтеза, меченных тритием биологических маркеров хинолшшевого ряда /Сб. аннотаций XV Международной научной конференции «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул», 2012 г., г. Звенигород. С. 38.

3. Щепина НЕ, Аврорин ВВ., Бадун Г.А., Попова Н.И. Изучение влияния а-алифатического и ароматического заместителя в хинолинах на механизм реакции прямого фенилирования атома азота нуклеогенными фенил-катионами /Сб. тезисов докл. XXIV конференции «Современная химическая физика», 2012 г., г. Туапсе. С. 309-310.

4. Shchepina N.E., Avrorin V.V., Alexandrova G.A., Badun G.A., Boiko I.I. One-step nitrogen atom phenylation in quinoline derivatives by nucleogenic phenyl cations /Abstracts of the 3d IntemConference on Heterocyclic Chemistry, University of Rajasthan, Jaipur, India, 20 U. OL- 6.

5. Щепина HE., Аврорин B.B., Бадун Г.А., Попова НИ, Уханов С.Е. Изучение влияния электронных и пространственных факторов заместителей на механизмы конкурентных алектрофильных реакций нуклеогенных фенил-катионов с рядом метилзамещенных хинолннов /Сб. материалов XXIII научно-практического симпозиума «Современная химическая физика», Туапсе, 2011. С. 295-296.

6. Щепина НЕ., Александрова Г.А., Бойко И.И. Соединения N-фенилбензохинолиниевого ряда -перспективные противомикробные маркеры /Тезисы докл. научно-практической конференции «Биологически активные вещества: фундаментальные и прикладные вопросы получения и применения» Новый Свет, Крым, Украина, 2011. С. 219.

7. Щепина Н. Е., Аврорин В.В., Бадун Г.А, Льюис С.Б., Федосеев В.М. Реакции нуклеогенных фенил-катионов - путь синтеза неизвестных фенилзамещенных органических и гетероциклических ониевых соединений / Сб. тезисов. Всероссийская конференция «Радиохимия — наука настоящего и будущего» посвященная 100-летию со дня рождения АаН Несмеянова. Москва, 2011. С. 31-33.

8. Щепина Н.Е., Аврорин В.В., Бадун Г.А., Попова НИ., Уханов С.Е. Изучение механизмов электрофильпых реакций ряда шестичленных азотистых производных при ион-молекулярных реакциях нуклеогенных фенил-катионов /Тезисы докл. XXII Симпозиума «Современная химическая физика», Туапсе. 2010. С. 287-288.

9. Щепина НЕ., Аврорин В В., Александрова Г.А, Кирьянова ПН, Бадун Г.А. Прямое фенилирование нуклеогенными фенил катионами атома азота в конденсированных производных пиридина - синтез меченных тритием важных биологически акшвных веществ /Сб. тезисов Ш Международной конференции "Химия гетероциклических соединений" посвященная 95-летию со дня рождения профессора АН. Коста, Москва, 2010. С. У 71.

10. Shchepina N.E., Avrorin V.V., Badun G.A, Alexandrova G.A., Lewis S.B., Boiko 1.1. Application of Nucleogenic Cations for Direct Phenylation of Nitrogen in Six Member Heterocyclic Derivatives /V Intern. Conference "Chemistry of Nitrogen Containing Heterocycles", 2009, Kharkov, Ukraine. Book I. P-165.

11. Щепина H.E., Аврорин B.B., Бадун Г.А., Федосеев В.М, Уханов С.Е. Нуклеогенные меченные тритием фенил-катионы - инструмент прямого изучения механизмов электрофильных реакций /Сб. тезисов докл. XXI Симпозиум «Современная химическая физика», Туапсе, 2009. С. 372.

12. Shchepina N.E., Avrorin V.V., Badun G.A, Aleksandrova G.A, Lewis S.B., Boiko 1.1., Fedoseev V.M. Synthesis of tritium labeled biologically active condensed pyridinium derivatives by nuclear-chemical method /Abstracts of Vin Finnish-Russian Symposium on Radiochemistry, Turku, Finland, 2009, P. 100-101.

13. Shchepina N.E., Avrorin V.V., Badun G.A, Alexandrova G.A, Boiko I.I., Makhmudov R.R. Nuclear-chemical method for preparation of tritium labeled syntones for biological and medical investigations /Abstracts. Scientific Conference "Biologically Active Substrates: Fundamental and Applied Problems", Novy Svet, AR Crimea, Ukraine, 2009. P. 170.

14. Щепина RE, Аврорин B.B., Бадун Г.А, Уханов С.Е., Попова НИ Ядерно-химический синтез труднодоступных стерически затрудненных пиридиниевых производных, меченных тритием /Тезисы докл. VI Российская конференция по радиохимии «Радиохимия-2009», Москов. обл., 2009. С. 379-380.

15. Щепина Н.Е., Аврорин ВВ., Бадун Г.А., Льюис С.Б., Александрова Г.А Реакция прямого фенилирования нуклеогенными катионами как метод синтеза неизвестных и труднодоступных гетероциклических соединений, меченных тритием /Сб. тезисов. Международная конференция «Новые направления в химии гетероциклических соединений», Кисловодск, 2009. С. 4S5.

16. Щепина Н.Е., Аврорин В.В. , Бадун Г.А. , Александрова Г.А., Махмудов P.P. Ядерно-химический синтез противомикробных фенильных производных пиридиния, меченных тритием /Сб. докл. ХП Международной научной конференции «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул и в лазерных, плазменных и нано-технологиях», Звенигород, 2008. С. 320 -325.

17. Щепина Н.Е., Аврорин В.В., Бадун Г.А., Уханов С.Е., Александрова Г.А Ядерно-химический синтез биологически активных пиридиниевых производных и природа заместителя в кольце гетероцикла. /Тезисы докл. XX Симпозиум «Современная химическая физика», Сочи, 2008. С. 416-417.

18. Щепина Н.Е., Аврорин В.В., Бадун Г.А, Федосеев В.М., Льюис С.Б. Ядерно-химический синтез фенильных производных пиридинового ряда /Тезисы докл. IX научной школы-конференции по органической химии. Москва, 2006. С. 424.

19. Щепина Н.Е., Аврорин В В., Бадун Г.А, Федосеев В.М, Уханов С.Е Генерирование фенил-катионов методом бета-распада трития - путь целенаправленного синтеза и изучения механизмов электрофильных реакций /Сб. тезисов докл. 5 Российской конференции по радиохимии "Радиохимия-2006", Дубна, 2006.С. 332.

20. Щепина НЕ., Аврорин В.В., Бадун ГА., Федосеев В.М., Льюис С.Б., Щепин В.В. Применение метода бета-распада трития для синтеза меченых шестичленных азотсодержащих гетероциклических соединений /Тезисы докл. Международной конференции по химии гетероциклических соединений посвященной 90-летию со дня рождения профессора А.Н Коста, Москва, 2005. С.373.

21. Щепина Н.Е., Аврорин В.В., Бадун Г.А., Федосеев В.М., Льюис С.Б, Уханов С.Е. Ядерно-химический синтез меченных тритием замещенных пиколинов /Тезисы докл. VII Симпозиума "Современная химическая физика", Туапсе, 2005. С. 219.

22. Щепина НЕ., Аврорин В.В., Бадун Г.А., Федосеев В.М., Уханов С.Е., Льюис С.Б. Реакция аршшрования свободными фенил-катионами - новый путь синтеза неизвестных органических соединений /Тезисы доил. 4-ой Международной конференции молодых ученых по органической химии, С-Петербург, 2005. С. 256.

23. Щепина НЕ., Бадун Г.А., Аврорин ВВ., Федосеев В.М., Льюис С.Б., Попова НИ. Изучение электрофильных реакций свободных фенил-катионов с шестичленными гетероциклическими соединениями азота /Тезисы докл. XVI Симпозиума «Современная химическая физика», Туапсе. 2004. С. 206.

24. Щепина НЕ., Бадун Г.А., Аврорин В В., Торопова MA, Льюис С.Б., Федосеев В.М Перспективы использования ядерно-химического метода для целенаправленного органического синтеза /Тезисы докл. VII Школы-конференции по органической химии, Екатеринбург, 2004. С. 335.

25. Щепина Н.Е., Нефедов В.Д., Торопова М.А, Бадун Г.А, Аврорин В.В., Льюис С Б., Федосеев В.М. Ядерно-химический метод и возможность исследования механизмов электрофильных реакций с участием бидентатных соединений /Тезисы докл. 4 Российской конференции по радиохимии «Радиохимия -2003». Озерск, 2003. С. 285.

26. Shchepina N.E., Badun G.A., Toropova М.А., Lewis S.B., Fedoseev V.M, Avrorin V.V. Synthethis of halonium compounds and the influence of the substiuents nature on products yields using nuclear-chemical

method /Abstracts of the VIII International Symposium on "The Synthesis and Applications of Isotopes and Isotopically Labelled Compounds", Boston, USA 2003. P. 59.

27. Shchepina N.E., Nefedov V.D., Toropova M.A, Avrorin V.V., Gembitsky D.S., Lewis S.B., Mattson B. Nuclear-chemical Synthesis of tritium labeled pyridinium compounds /VII International Symposium on "The Synthesis and Applications of Isotopes and Isotopically Labelled Compounds", Dresden, Saxony. 2000. P. 58.

28. Щепина H.E., Нефедов В.Д., Торопова M.А, Бадун Г.А., Федосеев В.М., Аврорин В.В. Применение ядерно-химического метода синтеза для получения ароматических производных поливалентного фтора /Сб. тезисов дохл. «Третьей Российской конференции по радиохимии. Радиохимия-2000». С-Петербург, 2000. С. 88-89.

29. Щепина Н.Е., Нефедов В.Д, Торопова М.А., Аврорин В.В. Ядерно-химический синтез меченных тритием липофильных катионов для решения экологических проблем /Тезисы докл. Респуб. конференции «Естественные науки в решении экологических проблем народного хозяйства», Пермь, 1991. С. 348.

30. Нефедов В.Д., Торопова М.А, Щепина НЕ., Аврорин В.В. Изучение процессов радиолиза полных фенильных производных элементов Va группы /Тезисы докл. V Всесоюзной конференции по металлоорганической химии, Рига (Юрмала), 1991. С. 63.

31. Нефедов В.Д., Торопова М.А., Щепина Н.Е., Аврорин В.В. Ядерно-химический синтез органических онисвых производных азота, меченных тритием /Тезисы докл. Ш Всесоюзного совещания по проблеме: «Физиологически активные соединения, меченные радиоактивными и стабильными изотопами». Звенигород, 1991. С. 17.

32. Nefedov V.D., Toropova M.A, Shchepina N.E., Avrorin V.V. Nuclear-chemical Method as a Way of Synthesis of Organic Derivatives of V-VI Groups of Nontransfer Metals /Abstracts of Vinth Fechem Conference on Organometallic Chemistry. Vesrprem-Balatonfured, Hungary, 1989. P. 45.

33. Нефедов В Д., Торопова MA., Щепина Н.Е., Трофимова Н.И., Журавлев В.Е. Ядерно-химический метод для целей синтеза органических ониевых производных серы /Тезисы докл. XVII Всесоюзной конференции «Синтез и реакционная способность органических соединений серы», Тбилиси, 1989. С. 183.

34. Нефедов ВД, Торопова М.А., Щепина Н.Е., Журавлев В.Е., Трофимова НИ. Ядерно-химический метод синтеза производных тетрафенилвисмутония /Тезисы докл. IV Всесоюзной конференции по металлоорганической химии, Казань, 1988. С. 161.

35. Нефедов В.Д., Торопова М.А., Скульский И.А, Щепина Н.Е., Аврорин В.В., Журавлев В.Е., Трофимова НИ. Меченный тритием хлорид тетрафенилфосфония /Тезисы докл. П Всесоюзного совещания по проблеме «Физиологически активные соединения, меченные радиоактивными и стабильными изотопами», Москва, 1988. С. 161.

36. Shchepina N.E., Nefedov V.D., Toropova MA., Zhuravlev V.E. p-Decay as Method of Synthesis of Organic Onium Derivatives of V-VII Group Elements, Labeled by Tritium /Abstracts of XII International Symposium on Chemistiy of Hot Atoms, Balatonfiired, Hungary, 1984. P. 22.

Подписано в печать 2.07.2013 г. Тираж 100 экз. Заказ № 70 Отпечатано на ризографе ООО Учебный центр «ИНФОРМАТИКА» 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВПО Пермский государственный национальный исследовательский университет Естественнонаучный институт ПГНИУ

052013^1826

На правах рукописи

Щепина Надежда Евгеньевна

Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук

ЯДЕРНО-ХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД ГЕНЕРИРОВАНИЯ НУКЛЕОГЕННЫХ ФЕНИЛ-КАТИОНОВ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ В

ОРГАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ

Специальности: 02.00.14 -радиохимия

02.00.03 — органическая химия

Пермь 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................2

Глава 1. Фенил-катионы (литературный обзор).....................................6

1.1. Методы получения и структура фенил-катионов .........................6

1.1.2. Ядерно-химический метод ...............................................13

Глава 2. Преимущества тритиевой метки (литературный обзор) ...............19

Глава 3. Исследование ион-молекулярных реакций нуклеогенных фенил-катионов с органическими производными элементов главной подгруппы V-VII групп периодической системы ...........................................................................22

3.1. Органические ониевые соединения (Литературный обзор) ............22

3.2. Ядерно-химический синтез фенильных производных элементов V-VIIa групп, меченных тритием ................................................24

3.2.1. Хроматографические методы идентификации и разделения продуктов ион-молекулярных реакций полностью тритированных фенил-катионов с органическими производными элементов

V-VIIa групп .........................................................................27

3.2.2. Результаты ядерно-химического синтеза полностью замещенных фенильных ониевых производных элементов

V-VIIa групп .........................................................................35

3.3. Ядерно-химический синтез неизвестных органических ониевых соединений ...........................................................................46

3.3.1. Получение органических производных четвертичного аммония ................................................................................46

3.3.2. Фенильные ониевые производные азота, кислорода и

фтора .................................................................................55

3.3.2.1. Хроматографическое поведение тритированных ониевых соединений ..........................................................................55

3.3.2.2. Метод изоморфной сокристаллизации .............................56

3.3.2.2.1. Определение растворимости борфторидов фенильных ониевых соединений ................................................................57

3.3.2.2.2. Изучение эффекта сокристаллизации для ониевых соединений азота, кислорода и фтора ........................................60

3.3.3. Ядерно-химический синтез галогенониевых производных ..........62

3.3.3.1. Изучение механизмов конкурентах электрофильных реакций нуклеогенных фенил-катионов с галогенбензолами ..........63

3.3.3.2. Ониевые соединения поливалентного фтора .....................68

3.4. Экспериментальная часть ....................................................73

3.4.1. Синтез многократно меченного тритием бензола ...................73

3.4.2. Основная методика ядерно-химического синтеза ......................75

3.4.3. Получение немеченых субстратов и носителей (свидетелей).......76

3.4.3.1. Получение субстратов - органических соединений элементов V-VIIa групп...........................................................77

3.4.3.2. Получение свидетелей...................................................79

3.4.3.2.1. Синтез галогендифенилов.......................................................79

3.4.3.2.2. Получение органических ониевых производных элементов V-VIIa групп .........................................................80

3.4.4. Хроматографические методы разделения ..............................85

3.4.4.1. ТСХ ........................................................................85

3.4.4.2. Ионообменная хроматография .......................................85

3.4.4.3. ВЭЖХ ......................................................................86

3.4.5. Приготовление сцинтилляционных растворов .......................86

Глава 4. Исследование ион-молекулярных реакций нуклеогенных фенил-

катионов с шестичленными гетероциклическими

производными азота ...........................................................87

4.1. Производные пиридина ........................................................87

4.1.1. Ион-молекулярные реакции свободных фенил-катионов с пиридином ...........................................................................88

4.1.1.1. Разработка методов хроматографического разделения гетероциклических продуктов ядерно-химического синтеза .............90

4.1.1.2. Обсуждение результатов ион-молекулярных реакций фенил-катионов с пиридином ..................................................91

4.1.2. Ион-молекулярные реакции свободных фенил-катионов

с метилпиридинами ................................................................94

4.1.2.1. Хроматографические методы идентификации и

выделения ..........................................................................97

4.1.2.2. Конкурентные реакции по нуклеофильным центрам пиколинов .........................................................................100

4.1.3. Ион-молекулярные реакции свободных фенил-катионов

с полиметилпиридинами ........................................................105

4.1.3.1. Осуществление ядерно-химического синтеза .....................107

4.1.3.2. Обсуждение результатов ион-молекулярных реакций нуклеогенных фенил-катионов с полиметилзамещенными пиридинами ......................................................................109

4.1.4. Ион-молекулярные реакции нуклеогенных фенил-катионов

с бензопиридинами ..................................................................111

4.1.4.1. Реакции фенил-катионов с хинолином и

хинальдином .....................................................................111

4.1.4.2. Ион-молекулярные реакции свободных фенил-катионов

с метилхинолинами ............................................................118

4.1.5. Влияние заместителей в гетероциклическом субстрате на

ход ядерно-химического синтеза ................................................124

4.1.6. Реакции нуклеогенных фенил-катионов с

изохинолином .....................................................................129

4.1.7. Ион-молекулярные реакции нуклеогенных фенил-катионов

с конденсированными пиридиновыми производными .....................134

4.1.7.1. Реакции с акридином и фенантридином ..........................134

4.1.7.2. Реакции с бензохинолином ............................................143

4.1.8. Экспериментальная часть ..................................................146

4.1.8.1. Синтезы источников нуклеогенных фенил-катионов .........146

4.1.8.1.1. Синтез двукратно меченного тритием бензола ...............146

4.1.8.1.2. Синтез четырехкратно меченого бензола ........................149

4.1.8.2. Основная методика ядерно-химического синтеза ..............149

4.1.8.3. Получение немеченых субстратов и носителей (свидетелей) ......................................................................151

4.1.8.3.1. Получение субстратов и свидетелей шестичленных гетероциклических производных азота ....................................151

4.1.8.3.2. Получение И-фенильных производных пиридина...........154

Глава 5. Биологические исследования синтезированных соединений ........159

5.1. Индикатор на мембранный потенциал ....................................159

5.2. Антибактериальная активность Ы-арштьных пиридиниевых производных ...........................................................................162

5.2.1. Экспериментальная часть................................................178

ВЫВОДЫ .......................................................................................181

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ...............................................................182

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Расширение арсенала новых методов синтеза сложных органических веществ, получение ранее неизвестных или труднодоступных соединений с важным прикладным значением всегда остается актуальной задачей. Введение же радиоактивной метки, а именно, тритиевой приводит к расширению возможностей исследования и применения перспективных органических производных. И хотя получен целый ряд меченных тритием органических веществ, применяемых в различных областях химии, биологии и медицины, широкое использование преимуществ меченых соединений во многом тормозится из-за сложности, многостадийности и трудоёмкости способов их получения, а также малого ассортимента исходных меченых прекурсоров. Разработка нового пути введения тритиевой метки в органические молекулы в результате ядерно-химического метода и последующих ион-молекулярных реакций свободных нуклеогенных фенил-катионов, полученных при процессах Р-распада, создание простого и эффективного синтеза меченных тритием биологически активных соединений, изучение путей протекания реакций органической химии и биохимии с помощью метода меченых атомов в настоящее время является насущной и актуальной задачей. Цель работы заключалась:

• В разработке нового и эффективного подхода к использованию радиохимического метода для целей уникального органического синтеза;

• В создании нового нетрадиционного метода синтеза фенилзамещенных органических, элементоорганических и гетероциклических производных, меченных тритием;

• В получении ранее неизвестных в классической химии органических соединений;

• В осуществлении неизвестной реакции прямого фенилирования атома азота в шестичленных гетероциклических соединениях и разработке

одностадийного синтеза важных биологически активных объектов, меченых тритием;

• В применении метода меченых атомов для исследования путей протекания электрофильных реакций. Новизна

• Создан уникальный, не имеющий аналогов ядерно-химический метод синтеза органических, элементорганических и гетероциклических фенилзамещенных производных, меченых тритием.

• Метод успешно применен для получения ранее неизвестных в классической химии органических и гетероциклических соединений.

• Изучено влияние агрегатного состояния, природы противоиона, электронных и пространственных факторов на ход ядерно-химического синтеза.

• Впервые осуществлена неизвестная ранее реакция прямого фенилирования атома азота в шестичленних гетероциклических соединениях. В результате одностадийного синтеза получены различные N-фенильные производные пиридина, хинолина, акридина, фенантридина и бензохинолина, меченные тритием, многие, из которых являются перспективными бактерицидными препаратами широкого спектра действия.

• Высокочувствительный метод меченых атомов применен для исследования механизмов протекающих реакций. Для шестичленных азотистых гетероциклических соединений проведено исследование влияния природы заместителя на механизмы конкурентных реакций электрофильного присоединения и замещения, а также, на вариации биологического действия. Практическая ценность

Разработаны способы простого одностадийного получения полных фенильных ониевых производных элементов V-VIIa групп, меченных тритием (получено 3 авторских свидетельства СССР). Создан оригинальный метод получения тритий содержащего препарата хлорида тетрафенилфосфония с высокой удельной активностью для изучения физико-химических процессов в

клетках живого организма, а именно индикатора на мембранный потенциал в митохондриях клеток (1 авторское свидетельство СССР). Ряд синтезированных ониевых соединений предложены в качестве эффективных ингибиторов кислотной коррозии стали и меди, а также электролитов блестящего никелирования (2 авторских свидетельства СССР). Осуществлена неизвестная ранее реакция прямого фенилирования гетероциклического атома азота в производных пиридина и разработаны способы получения важных биологически активных соединений, меченных тритием (5 патентов РФ).

По материалам работы опубликовано 92 печатные работы, из них: 45 статей (из списка ВАК); 5 патентов Российской Федерации; 6 авторских свидетельств СССР; 36 тезиса докладов на международных и российских конференциях.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований - проекты № 04-03-32348-а, № 07-03-00881-а и № 10-03-00685-а.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из 5-ти тематических глав, каждая из которых содержит автономные: литературный обзор, обсуждение результатов и экспериментальную часть, выводы. Нумерация ссылок является единой для всей диссертации. Диссертация изложена на 256 страницах и содержит 45 таблиц и 26 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 712 ссылку.

Глава 1. Фенил-катионы (литературный обзор) 1.1. Методы получения и структура фенил-катионов

Карбениевые ионы играют исключительно важную роль в радиационной, фото-, плазмохимии органических соединений. Достаточно сказать, что 2/3 всех превращений органических веществ, протекают с участием таких катионов. Характерно, что эти превращения охватывают все важнейшие типы реакций [1-3]. По классификации Г.А. Ола [4] это трёхвалентные «классические» карбениевые ионы, содержащие sp -гибридизированный электронодефицитный центральный атом углерода (с шестью электронами на валентной оболочке), который стремится расположиться в одной плоскости (или близко к этому) с тремя непосредственно связанными с ним атомами, если этому не препятствуют жесткость скелета или пространственные факторы. Фенил-катионы (или фенилиевые ионы), простейшие ароматические шести тс-электронные ионы вызывают значительный теоретический и экспериментальный интерес с момента их постулирования 70 лет тому назад W.A. Waters [5]. Методы генерирования фенил-катионов можно схематически разделить на химические, физические и метод ядерного распада [6]. Считается, что первым методом получения фенил-катионов является гетеролиз связи C-N в фенилдиазониевых солях, приводящий к отщеплению азота и образованию фенил-катионов, по схеме [7-11]:

+

Ph— N=N Ph+N2 -- Ph+ + N2

Принято, что фундаментальный процесс разложения солей диазония протекает как по гетеролитическому и гомолитическому механизмам, где арил-катион и арил-радикал являются образующимися интермедиатами [9]. Причем оба механизма могут проявляться одновременно или быть конкурентными в зависимости от экспериментальных условий, при которых происходит разложение диазониевых солей [12-14]. Было найдено, что механизм расщепления во многом зависит от природы стабилизирующего аниона [15-17].

Галогениды фенилдиазония, а также и гидроксиды, существующие только в растворе, как это было показано Уотерсом (. W. A. Waters), претерпевают гомолитический распад с образованием фенил-радикала [18-19]. Гетеролиз борфторидов, первых солей устойчивых в изолированном состоянии, как термический, так и фотолитический приводит к получению фенил-катионов [20-23]. Подобная зависимость механизма распада от аниона была подтверждена затем и на дифенилйодониевых солях [24]. Помимо диазониевых солей большое значение для получения фенил-катионов имеет гетеролитический распад дифенилйодониевых [24-27] и трифенилсульфониевых солей [28-32].

Одним из методов генерирования фенил-катионов является фотолиз галогенбензолов. Этим методом впервые в начале 21 века был получен фенил-катион в твердой аргоновой матрице [33-34]. В качестве прекурсоров в процессах фотосольволиза для получения фенил-катионов могут быть использованы также фенилазосульфоны [35], арилтрифлаты или другие арилпроизводные [23, 36-37].

Физические методы генерирования фенил-катионов, основным из которых является метод электронного удара, позволили провести детальные исследования газофазных реакций арил-катионов с различными субстратами

Одной из интереснейших особенностей фенил-катионов является то, что они имеют два близко лежащих электронных спиновых состояния. Структура синглетного и триплетного состояний может быть представлена виде: а) синглет

Сингл ет - локализованный карбокатион. Замкнутая оболочка сингл етного состояния это такое состояние, в котором ароматическое кольцо имеет свои

[38-43].

обычные 6 л-электронов, и имеющийся заряд формально ассоциирующийся со свободной плоской о-орбиталью на дикоординированном атоме углерода, б) триплет

X

Триплетное состояние характеризуется наличием только 5 л>электронов и с-подобной орбитали, содержащей еще один неспаренный электрон. В триплетном состоянии заряд делокализован по кольцу, и носит характер карбена на двухвалентном атоме углерода.

Впервые Вассерман предположил, что фенилиевый ион может существовать не только в основном более энергетически низком синглетном, но и в триплетном состоянии, что позволяет осуществить лучшую делокализацию заряда в исключительном случае, когда л-электрон переходит с кольца на свободную яр орбиталь [44]. Большое количество теоретических расчетов и экспериментальных работ посвящено установлению структуры фенилиевого иона [45-56]. Анализ фотоэлектронного спектра привел к заключению, что синглетное состояние фенил-катиона на 31к1/то1 ниже по энергии, чем триплетное состояние, а квантовохимические расчеты предсказали даже более большую разницу между синглетным и триплетным состоянием 75-80 Ы/шо1 [33, 45-46]. При исследовании гетеролиза борфторидов фенилдиазония было установлено, что в зависимости от заместителя разрыв связи (Ж происходит либо в синглетной возбужденной форме, давая синглетный фенил-катион и молекулу азота, либо из триплетной формы, давая триплетный фенил-катион и азот. Потеря азота приводит к синглетному арил-катиону в случае заместителя 4-Я = Н (фенил), ¿-Ви, ЫМе2. С другими 4-Х = Вг, СЫ, СОМе, М)2 частично или полностью образуется триплетное состояние, а с я-аминозамещенными -

только триплетный фенил-катион [57-60]. Кроме того, было показано, что структура фенил-катиона во многом определяется методом генерирования частиц. Основное состояние - синглетные фенилиевые ионы - предпочтительно образуются при низкоэнергетических процессах, в то время как высокоэн�