Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Взаимодействие соединений германия с карбоновыми кислотами 9
1.1. Ацилоксигерманы 9
1.2. Карбоксиорганилгермсесквиоксаны 14
1.3. 1-Ацилоксигерматраны 19
1.4. «Комплексы» герматранов с карбоновыми кислотами 20
1.5. Герматраны, содержащие в органическом радикале у атома германия оксикарбонильные и амидные группы 22
1.5.1. Синтез 1-органилгерматранов со сложноэфирными и амидными заместителями 22
1.5.2. (Герматран-1-ил)карбоновые кислоты 25
1.6. Комплексы германия(IV) с полидентатными карбоновыми кислотами на основе диоксида, тетрахлорида и алкоксидов германия 27
Глава 2. Взаимодействие 1-герматранола с моно-, поликарбоновыми и оксикарбоновыми кислотами 39
2.1. 1-Ацилоксигерматраны 39
2.2. Взаимодействие 1-герматранола, бис(герматран-1-ил)оксана с поликарбоновыми кислотами и их триметилсилиловыми эфирами 50
2.2.1. Взаимодействие 1-герматранола со щавелевой кислотой 51
2.2.2. Взаимодействие 1-герматранола и бис(герматран-1-ил)оксана с малоновой кислотой 55
2.2.3. Взаимодействие 1-герматранола, бис(герматран-1-ил)оксана с янтарной кислотой и её триметилсилиловым эфиром 58
2.2.4. Взаимодействие 1-герматранола с малеиновой кислотой 62
2.2.5. Взаимодействие 1-герматранола с пробковой и себациновой кислотами 63
2.2.6. Взаимодействие 1-герматранола с молочной кислотой 65
2.2.7. Реакция диоксида германия с триэтаноламмониевыми солями карбоновых кислот 67
2.3. Реакции 1-герматранола с яблочной, лимонной и винной кислотами 69
2.3.1. Реакция 1-герматранола с D,L-яблочной кислотой 69
2.3.2. Реакция 1-герматранола с лимонной кислотой 71
2.3.3. Взаимодействие 1-герматранола с винной кислотой 73
2.4. Метанолиз бис(герматран-1-ил)оксана 2.5. Влияние 1-герматранола на выживаемость проростков пшеницы в условиях
повышенной температуры 79
Глава 3. Экспериментальная часть 91
3.1. 1-Ацилоксигерматраны 92
3.2. Взаимодействие 1-герматранола, бис(герматран-1-ил)оксана с карбоновыми кислотами 99
3.2.1. Взаимодействие 1-герматранола с муравьиной кислотой в водной среде 99
3.2.2. Взаимодействие 1-герматранола со щавелевой кислотой 99
3.2.3. Взаимодействие 1-герматранола, бис(герматран-1-ил)оксана с
малоновой кислотой 102
3.2.4. Взаимодействие 1-герматранола, бис(герматран-1-ил)оксана с янтарной
кислотой и её триметилсилиловым эфиром 104
3.2.5. Взаимодействие 1-герматранола с малеиновой кислотой 108
3.2.6. Взаимодействие 1-герматранола с пробковой и себациновой кислотами 110
3.2.7. Взаимодействие 1-герматранола с молочной кислотой 111
3.2.8. Реакции диоксида германия с триэтаноламмониевыми солями карбоновых кислот в воде 112
3.3. Реакции 1-герматранола с яблочной, лимонной и винной кислотами 114
3.3.1. Взаимодействие 1-герматранола с D,L-яблочной кислотой 114
3.3.2. Взаимодействие 1-герматранола с лимонной кислотой в воде 115
3.3.3. Взаимодействие 1-герматранола с винной кислотой в водной среде 116
3.4. Взаимодействие герматранола-1 и бис(герматран-1-ил)оксана с метанолом 118
Выводы 119
Список литературы 122
- «Комплексы» герматранов с карбоновыми кислотами
- Взаимодействие 1-герматранола, бис(герматран-1-ил)оксана с поликарбоновыми кислотами и их триметилсилиловыми эфирами
- Взаимодействие 1-герматранола со щавелевой кислотой
- Взаимодействие 1-герматранола с малеиновой кислотой
Введение к работе
Актуальность исследования. Открытие академиком М.Г. Воронковым в 1963
году необычно высокой специфической физиологической активности 1-
арилсилатранов ArSi(OCH2CH2)3N заставило усомниться в доминировавших в науке представлениях о биологической инертности соединений кремния по отношению к живым организмам, привело к переосмыслению роли этого элемента в живой природе и явилось отправным пунктом создания новой области науки на стыке химии, биологии и биохимии – биокремнийорганической химии.
Большое сходство элементов Si и Ge по электроотрицательности, атомному радиусу обусловливает их близкие химические свойства и изоморфность соединений этих элементов. Однако, в отличие от кремния, содержание которого в земной коре уступает только кислороду, германий присутствует в почве и горных породах не выше 1.5 г/т, а в природных водах – от 0.01 до 0.07 мкг/л. Тем не менее, японский исследователь доктор К. Асаи и сотр. обнаружили, что в некоторых живых растениях и грибах содержание германия гораздо выше, чем в окружающей среде, а больше всего этого элемента – в растениях, с древних времён известных как лекарственные (чеснок, женьшень).
В 1967 г. доктор Асаи начал исследования биологической активности соединения германия – -(карбоксиэтил)гермсесквиоксида, синтезированного В.Ф. Мироновым с сотр. По результатам исследований уже через два года в Японии был создан Исследовательский институт германия (Germanium Research Institute).
Среди органических соединений германия найдены вещества, проявляющие противоопухолевый, иммуностимулирующий, радиозащитный эффекты, лечебное действие при атеросклерозе, остеопорозе, герпесе, фиброзе легких, катаракте, гепатите и циррозе печени.
Внутрикомплексные трициклические соединения кремния и германия –
соответственно силатраны и герматраны, как правило, обладают одинаковой по
характеру биологической активностью. Склонность силатранов к гидролизу
обусловливает их расщепление в водной среде организма вплоть до кремнекислоты,
которая, возможно, в связанной форме транспортируется плазмой крови в органы и
ткани. Поскольку химические и биологические свойства герматранов и силатранов
близки, можно полагать, что их ассимиляция биологическими системами
осуществляется сходным образом. Наиболее изученный и технически
легкодоступный 1-герматранол обладает широким спектром биологической активности и может быть полезен живым организмам от растений до человека. Однако в отличие от силатранов 1-герматранол в нейтральной водной среде устойчив к гидролизу и, на первый взгляд, усвоение его в организме осуществляется иначе. Запатентованы аддукты герматранов, в т. ч., 1-герматранола с карбоновыми кислотами, проявляющие высокую физиологическую активность. На основании отдельных спектральных характеристик эти аддукты заявлены как комплексы герматранов. В то же время гидролитическая стабильность 1-герматранола в кислотной среде до сих пор не исследована.
В связи с изложенным представлялось интересным и актуальным исследовать реакции 1-герматранола с карбоновыми, оксикарбоновыми и поликарбоновыми кислотами, в том числе с молочной, яблочной, лимонной, являющимися компонентами плазмы крови и митохондрий клеток.
Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ Иркутского государственного технического университета (ИрГТУ) (госбюджет 47) и является продолжением исследований, проводимых в Иркутском институте химии им. А. Е. Фаворского СО РАН и ИрГТУ по разработке эффективных методов синтеза биологически активных соединений кремния и германия.
Цель работы. Разработка методов синтеза 1-ацилоксигерматранов из 1-герматранола и карбоновых кислот, изучение реакций 1-герматранола в неполярных, полярных протонных и апротонных растворителях с поликарбоновыми и оксикарбоновыми кислотами, в том числе образующими би-, три- и тетрадентатные лиганды в координационных комплексах атома Ge(IV).
Научная новизна и практическая значимость. Разработаны методы синтеза 1-ацилоксигерматранов из 1-герматранола. Получен ряд ранее неизвестных 1-ацилоксигерматранов RCOOGe(OCH2CH2)3N (R = С1СН2, 2-СН3С6Н4ОСН2, 2-HOC6H4, 3-HOC6H4, 3-C2H5OC6H4, C6H5CH=CH, 3-BrC6H4, 2-FC6H4) - перспективных синтонов и потенциально биологически активных веществ для сельского хозяйства, медицины и косметологии.
Установлено, что взаимодействие 1-герматранола с моно-, поли- и оксикарбоновыми кислотами является обратимым. Равновесные превращения могут смещаться в направлении этерификации и конденсации 1-герматранола за счёт реакций в твёрдой фазе. Топохимическое завершение обратимых процессов, в которых наряду с твёрдым целевым продуктом образуются летучие побочные продукты, может оказаться полезным в химической технологии для увеличения селективности реакции и выхода целевых продуктов.
Продуктами прямой реакции 1-герматранола с монокарбоновыми и ,-дикарбоновыми кислотами, содержащими удалённые друг от друга карбокси-группы, являются моно- и ди(герматран-1-ил)оксикарбонилзамещённые алканы. В случае топохимической реакции побочно образуется бис(герматран-1-ил)оксан. Бис(герматран-1-ил)оксан расщепляется по связи Ge-0-Ge янтарной кислотой с образованием продуктов Ge-карбоксилирования с выходом до 78%, а метанолом - с образованием 1-метоксигерматрана с выходом 84%.
Ge-Карбоксилирование 1-герматранола щавелевой, малоновой и молочной кислотами осуществляется по двум направлениям: а) с замещением гидроксильной группы у атома германия с образованием соответствующих карбоксизамещённых герматрана; б) с расщеплением экваториальных (циклических) связей Ge-O, протонированием атома азота и образованием промежуточных спироциклических соединений.
В водной кислотной среде атрановый цикл 1-герматранола и продуктов реакции Ge-карбоксилирования щавелевой, малоновой, янтарной, молочной, малеиновой и монокарбоновыми кислотами обратимо расщепляется с образованием триэтаноламмониевых солей соответствующих кислот.
Реакция 1-герматранола с яблочной, лимонной и винной кислотами, образующими в качестве три- и тетрадентатных лигандов комплексные соединения с германием, отчасти или нацело приводит к триэтаноламмониевым солям комплексных германиевых кислот.
Личный вклад автора. Автором лично выполнены все экспериментальные исследования по синтезу, установлению строения соединений. Автор принимала непосредственное участие в разработке планов исследований, анализе, интерпретации
полученных результатов, формулировке выводов и подготовке публикаций по теме диссертационной работы.
Апробация работы и публикации. Результаты проведённых исследований представлены на следующих научных конференциях: Второй Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2012), XV Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике» (Санкт-Петербург, 2013), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Перспективы развития технологии углеводородных и минеральных ресурсов» (Иркутск, 2013), Всероссийской научной конференции «Факторы устойчивости растений в экстремальных природных условиях и техногенной среде» (Иркутск, 2013).
По материалам диссертационной работы опубликовано 2 статьи в рецензируемых научных журналах, 1 статья в сборнике статей Международной научно-практической конференции и тезисы 3 докладов.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы. Она состоит из введения, трех глав, выводов и списка цитируемой литературы из 157 наименований. Первая глава представлена анализом литературных данных об известных методах синтеза ацилоксизамещённых германийорганических соединений, Gе-замещённых карбоновых кислот и аддуктов реакции герматранов с органическими кислотами. Во второй главе обсуждаются результаты собственных исследований. Третья глава состоит из экспериментальных подробностей.
«Комплексы» герматранов с карбоновыми кислотами
Большое сходство элементов Si и Ge по электроотрицательности, атомному радиусу обусловливает близкие химические свойства и изоморфность соединений этих элементов. Однако, в отличие от кремния, содержание которого в земной коре уступает только кислороду, германий присутствует в почве и горных породах не выше 1.5 г/т, а в природных водах – от 0.01 до 0.07 мкг/л. Тем не менее, японский исследователь доктор К. Асаи и сотр. обнаружили, что в некоторых живых растениях и грибах содержание германия гораздо выше, чем в окружающей среде, а больше всего этого элемента – в растениях, с древних времён известных как лекарственные (чеснок, женьшень).
В 1967 г. доктор Асаи начал исследования биологической активности -соединения германия – карбоксиэтилгермсесквиоксида, синтезированного В.Ф. Мироновым с сотр. [6]. По результатам исследований уже через два года в Японии был создан Исследовательский институт германия (Germanium Research Institute) [7].
Среди органических соединений германия найдены вещества, проявляющие противоопухолевый, иммуностимулирующий, радиозащитный эффекты, лечебное действие при атеросклерозе, остеопорозе, герпесе, фиброзе легких, катаракте, гепатите и циррозе печени [8-18].
Внутрикомплексные трициклические соединения кремния и германия – соответственно силатраны и герматраны, как правило, обладают одинаковой по характеру биологической активностью [19]. Склонность силатранов к гидролизу обусловливает их расщепление в водной среде организма вплоть до кремнекислоты, которая, возможно, в связанной форме транспортируется плазмой крови в органы и ткани. Поскольку химические и биологические свойства герматранов и силатранов близки, можно полагать, что их ассимиляция биологическими системами осуществляется сходным образом. Наиболее изученный и технически легкодоступный 1-герматранол обладает широким спектром биологической активности и может быть полезен живым организмам от растений до человека. Однако в отличие от силатранов, 1-герматранол в нейтральной водной среде устойчив к гидролизу и, на первый взгляд, усвоение его в организме осуществляется иначе. Запатентованы аддукты герматранов, в т. ч., 1-герматранола с полидентатными карбоновыми кислотами, проявляющие высокую физиологическую активность [20-24]. На основании отдельных спектральных характеристик эти аддукты заявлены как комплексы герматранов. В то же время гидролитическая стабильность 1-герматранола в кислотной среде до сих пор не исследована.
В связи с изложенным представлялось актуальным исследовать реакции 1-герматранола с карбоновыми, оксикарбоновыми и поликарбоновыми кислотами, в том числе молочной, яблочной, лимонной, являющимися компонентами плазмы крови и митохондрий клеток.
Диссертационная работа является продолжением исследований, проводимых в ИрИХ СО РАН и ИрГТУ по разработке эффективных методов синтеза новых соединений кремния и германия.
Цель работы. Разработка методов синтеза 1-ацилоксигерматранов из 1 герматранола и карбоновых кислот, изучение реакций 1-герматранола в неполярных, полярных протонных и апротонных растворителях с поликарбоновыми и оксикарбоновыми кислотами, в том числе образующими би-, три- и тетрадентатные лиганды в координационных комплексах атома Ge(IV).
Научная новизна и практическая значимость. Разработаны методы синтеза 1-ацилоксигерматранов из 1-герматранола. Впервые получен ряд ранее неизвестных 1-ацилоксигерматранов RCOOGe(OCH2CH2)3N (R = СlCH2, 2-CH3C6H4OCH2, 2-HOC6H4, 3-HOC6H4, 3-C2H5OC6H4, C6H5CH=CH, 3-BrC6H4, 2-5 FC6H4) _ перспективных синтонов и потенциально биологически активных веществ для сельского хозяйства, медицины и косметологии.
Взаимодействие 1-герматранола с моно-, поли- и оксикарбоновыми кислотами является обратимым. Равновесные превращения могут смещаться в направлении этерификации и конденсации 1-герматранола за счёт реакций в твёрдой фазе. Топохимическое завершение обратимых процессов, в которых наряду с твёрдым целевым продуктом образуются летучие побочные продукты, может оказаться полезным в химической технологии для увеличения селективности реакции и выхода целевых продуктов.
Продуктами прямой реакции 1-герматранола с монокарбоновыми и , дикарбоновыми кислотами, содержащими удалённые друг от друга карбокси-группы, являются моно- и ди(герматран-1-ил)оксикарбонилзамещённые алканы. В случае топохимической реакции побочно образуется бис(герматран-1-ил)оксан. Бис(герматран-1-ил)оксан расщепляется по связи Ge-O-Ge янтарной кислотой с образованием продуктов Ge-карбоксилирования с выходом до 78%, а метанолом -с образованием 1-метоксигерматрана с выходом 84%.
Ge-карбоксилирование 1-герматранола щавелевой, малоновой и молочной кислотами осуществляется по двум направлениям: а) с замещением гидроксильной группы у атома германия с образованием соответствующих карбоксизамещённых герматрана; б) с расщеплением экваториальных (циклических) связей Ge-O, протонированием атома азота и образованием промежуточных спироциклических соединений.
В водной кислотной среде атрановый цикл 1-герматранола и продуктов реакции Ge-карбоксилирования щавелевой, малоновой, янтарной, молочной, малеиновой и монокарбоновыми кислотами обратимо расщепляется с образованием триэтаноламмониевых солей соответствующих кислот.
Реакция 1-герматранола с яблочной, лимонной и винной кислотами, образующими в качестве три- и тетрадентатных лигандов комплексные соединения с германием, отчасти или нацело приводит к триэтаноламмониевым солям комплексных германиевых кислот. Личный вклад автора. Автором лично выполнены все экспериментальные исследования по синтезу, установлению строения соединений. Автор принимал непосредственное участие в разработке планов исследований, анализе и интерпретации полученных результатов, формулировке выводов и подготовке публикаций по теме диссертационной работы.
Апробация работы и публикации. Результаты проведённых исследований представлены на следующих научных конференциях: Второй Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2012), XV Международной научно практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике» (Санкт-Петербург, 2013), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (Иркутск, 2013), Всероссийской научной конференции «Факторы устойчивости растений в экстремальных природных условиях и техногенной среде (Иркутск, 2013).
По материалам диссертационной работы опубликовано 2 статьи в рецензируемых научных журналах, 1 статья в сборнике статей Международной научно-практической конференции и тезисы 3 докладов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы. Она состоит из введения, трех глав, выводов и списка цитируемой литературы (157 наименований). Первая глава представлена анализом литературных данных об известных методах синтеза ацилоксизамещённых германийорганических соединений, Gе-замещённых карбоновых кислот и аддуктов реакции герматранов с органическими кислотами. Во второй главе обсуждаются результаты собственных исследований. Третья глава состоит из экспериментальных подробностей.
Взаимодействие 1-герматранола, бис(герматран-1-ил)оксана с поликарбоновыми кислотами и их триметилсилиловыми эфирами
Аддукты, полученные при перемешивании герматранов с лекарственными препаратами в спиртовой или водно-спиртовой среде при 4-25оС, в том числе, содержащими карбонильную группу, заявлены как комплексы, расширяющие спектр действия лекарств, усиливающие лечебный эффект и снижающие токсическое действие лекарства и исходного герматрана [20]. Авторы предположили, что взаимодействие герматранов с лекарственными средствами и биологически активными веществами (L) может осуществляться по следующим трём основным путям
1. За счет образования водородных связей между гидроксильной группой (в 1-гераматраноле) и гидрокси-, карбокси-, оксо-, амино-, сульфо-, меркапто- и другими группами, а также их тиоаналогами и анионами органических и неорганических солей и другими группами лекарственных средств и биологически активных веществ (38а).
2. За счет расширения координационной сферы атома германия до 6 в результате донорно-акцепторного взаимодействия с атомом германия перечисленных выше функциональных групп лекарственных средств и биологически активных веществ.
3. За счет донорно-акцепторного взаимодействия атома азота в молекуле органического соединения германия с карбоксильной (тиокарбоксильной) группой лекарственного препарата или биологически активного вещества.
4. Одновременно за счёт более, чем одного типа координационного взаимодействия (38б). Аналогичные аддукты 1-гидроксигерматрана с окси-, кето- и дикарбоновыми кислотами (яблочная, -кетоглутаровая, щавелевоуксусная, янтарная, фумаровая и лимонная) 39а-е получены из водных и водноспиртовых растворов 1-герматранол-гидрата и соответствующих кислот при комнатной температуре или при нагревании до 45-80оС с последующим выпариванием растворителя при 50-60оС и пониженном давлении (15-20 мм рт. ст.) и выдерживанием в вакууме 2-5 мм рт. ст. (30 мин) [21, 22]. В спектрах ЯМР 1Н в D20 соединений 39а-е химические сдвиги протонов атрановых групп CH2N и OCH2 практически не отличаются (д, м.д., 3.41-3.42 (т) и 3.88-3.89 (т), соответственно).
При исследовании смесей 1-герматранол-гидрата с лимонной кислотой в соотношении от 80 : 20 до 20 : 80 методом РФА обнаружена топохимическая реакция между этими реагентами, приводящая к образованию аморфной фазы [24]. Доля этой фазы возрастает с увеличением содержания кислоты и продолжительности реакции (от 1 до 3 недель при комнатной температуре). Предполагается, что в этой реакции образуется межмолекулярный аморфный комплекс 39е. Низкочастотный сдвиг на 27 см"1 (от 1754 до 1727 см"1) полосы валентных колебаний карбонильной группы в ИК-спектре аддукта по сравнению с самой лимонной кислотой послужило аргументом в пользу наличия в комплексах 39а-е координационного взаимодействия группы С=О с неподелённой электронной парой мостикового атома азота. оксикарбонильные и амидные группы
С целью поиска новых фармацевтических препаратов среди органических соединений германия был синтезирован ряд герматранов, содержащих в органическом радикале сложноэфирную группу [8, 19, 64]. Они были получены на основе сложных эфиров и амидов ряда С-(трихлоргермил)карбоновых кислот [65-67].
Синтез герматранов, содержащих амидные и оксикарбонильные группы впервые осуществили из германийорганических соединений, содержащих трихлоргермильную группировку с использованием трис(2-триметилсилок сиэтил)амина [68]: Существенным недостатком данного метода является необходимость длительной перекристаллизации целевого продукта. Более удачным оказался классический путь получения герматранов через триалкоксигермилпроизводные [56, 60, 68-71]:
Взаимодействие 1-герматранола со щавелевой кислотой
При взаимодействии гидрата 1-герматранола 1 с малеиновой кислотой в среде ацетонитрила с последующим выдерживанием твёрдого реакционного остатка при 50оС в вакууме образуется до 41% мол. продукта монокарбоксилирования 25. Выход бис(герматран-1-ил)малеината 26 втрое ниже (12.8%, табл. 9). В спектре ЯМР 1Н (в ДМСО-d6) наблюдаются также широкие синглетные сигналы при 3.30 и 3.74 м.д. соответственно групп N+CH2 и ОСН2. Эти значения практически соответствуют центрам триплетных сигналов соответствующих групп в спектре малеината триэтаноламмония 27. По интегральной интенсивности его выход составляет 8.6%.
Реакция между гидратом 1-герматранола 1 и малеиновой кислотой в водной среде с последующим выдерживанием при 50оС в вакууме (табл. 9) приводит к продукту 25 с вчетверо меньшим выходом, чем в ацетонитриле. При этом почти вдвое возрастает доля продукта 27 (16.6%). В спектрах ЯМР 1Н этой реакционной смеси, вновь растворённой в воде (D2O), наблюдаются только химические сдвиги, принадлежащие 1-герматранолу и триэтаноламмониевой соли малеиновой кислоты 27.
Взаимодействие 1-герматранола с пробковой и себациновой кислотами Взаимодействие гидрата 1-герматранола с пробковой и себациновой кислотами в среде метанола с последующим удалением растворителя и выдерживанием реакционного остатка при 50оС в вакууме (№ 1, 3, табл. 10), также как в случае реакции 1-герматранола с коричной кислотой, приводит к образованию 1-метоксигерматрана 12, бис(герматран-1-ил)оксикарбонил-замещенным [N(CH2CH20)3GeOC(0)(CH2)n/2]2 (28: п= 6, 29: п = 8) и бис(герматран-1-ил)оксану 13 (схемы 17, 2б, 2в):
Хотя химические свойства пробковой и себациновой кислот различаются незначительно, выход бис(герматран-1-ил)себацината 29 в сравнении с бис(герматран-1-ил)субиратом 28 почти вдвое ниже (2.4 и 9.1% соответственно).
При осуществлении реакции 1-герматранола с пробковой кислотой в водном метаноле (соотношение MeOH / H2O 9 : 1 об.) выход карбоксизамещённого герматрана 28 снижается почти вчетверо (2.4%), а 1-метоксигерматрана 12 – в 10 раз. Однако выдерживание реакционной смеси из водного метанола в вакууме при 50оС приводит к увеличению выхода 28 до 17.7% мол., а 12 – до 6.7%. При этом, даже после реакции в водном метаноле в реакционной смеси отсутствуют продукты гидролитического распада герматранового остова. Это подтверждает схему 5, согласно которой экваториальные связи Ge-O в 1-герматраноле расщепляются кислотами, и доля продуктов расщепления возрастает с увеличением силы кислоты и ионизирующей способности растворителя. Если щавелевая и малеиновая кислоты (рКа(I) 1.27 и 1.92 соответственно [149]) расщепляют экваториальные связи Ge-O в протонных (Н2О) и апротонных растворителях (ДМСО, CH3CN), малоновая (рКа(I) 2.86 [149]) – лишь в протонных (Н2О). Янтарная кислота (рКа(I) 4.21 [149]), по-видимому, не расщепляет эти связи непосредственно или промежуточные соединения с её участием мало устойчивы.
Реакция гидрата 1-герматранола 1 с молочной кислотой в среде ацетонитрила с последующим удалением растворителя и выдерживанием реакционного остатка при 50оС в вакууме приводит к образованию (герматран-1-ил)--оксипропионату 30, -(герматран-1-окси)пропионовой кислоте 31 и неидентифицированным продуктам 32а-г с ониевым атомом азота с выходами 42.9, 12.9 и 29.1%, соответственно (№ 1, табл. 11). В то же время продуктами аналогичной реакции в воде после топохимической реакции являются лишь 30 и продукты с ониевым атомом азота 32а-г (№ 2, табл. 11). При растворении этой смеси в D2O (герматран-1-окси)пропионовая кислота 30 и ониевые продукты преимущественно гидролизуются до триэтаноламмониевой соли молочной кислоты 33, а бис(герматра-1-ил)оксан 13 восстанавливается до 1-герматранола (№ 3, табл. 11).
В главе 1 упоминалось, что продуктом реакции диоксида германия с гликолевой кислотой в соотношении 1 : 2 в воде является кристаллический октаэдрический комплекс германия-IV – дигидрат бис(оксоацетато О,О )германия-IV [Ge(C2H2O3)2(H2O)2] [116]. В водной среде зарегистрированы также менее стабильные комплексы состава 1 : 3 [114, 115]. Для сравнения с неидентифицированными продуктами взаимодействия гидрата 1-герматранола с молочной кислотой нами осуществлён синтез трис(лактато)германиевой кислоты из диоксида германия и молочной кислоты, который затем нейтрализовали двумя эквивалентами триэтаноламина. По интегральной интенсивности протонов в спектре ЯМР 1Н (в ДМСО-d6) высушенный реакционный остаток соответствует 89.3% трис(лактато)германату бис(триэтаноламмония) 34, 8.0% молочной кислоты, 1.8% (герматран-1-ил)--оксипропионата 30 и 0.9% 1-герматранола (схема 18). Резонансные сигналы групп ОСН2 и N+CH2 в соединении 34 представлены в виде выраженных триплетов при 3.72 и 3.26 м.д. соответственно. В то же время химические сдвиги N+CH2-группы в спектре ЯМР 1Н (в ДМСО-d6) в реакционной смеси, полученной при взаимодействии 1-герматранола и молочной кислоты, наблюдаются в виде широких синглетов при 3.29, 3.30 и 3.33 м.д.
Взаимодействие 1-герматранола с малеиновой кислотой
ИК спектры записаны на спектрометре Bruker Vertex-70 в микрослое и в таблетках с KBr. Спектры ЯМР 1Н и 13С зарегистрированы на приборе Bruker DPX-400 (400.13 и 101.62 МГц соответственно) в ДМСО-а6, CD3CN или D2O (внутренний стандарт - ацетонитрил CH3CN).
Элементный анализ продуктов реакции выполнен на газоанализаторе “Thermo Finigan” FlashEA 1112.
Температуру плавления определяли на приборе Micro-Hot-Stage PolyTherm A.
Все растворители (диэтиловый эфир, ацетон, ацетонитрил, изоамиловый спирт, о-ксилол, метанол, хлороформ) использовали сырыми и абсолютированными по методикам, описанным в [155].
Диоксид германия, бензойную, 2-фтор-, 3-бром-, 3-гидрокси- и 3-этоксибензойную, салициловую, окрезоксиуксусную, коричную, хлоруксусную, янтарную, малоновую, малеиновую, винную, яблочную, лимонную, пробковую и себациновую кислоты марки «ч» использовали без дополнительной очистки. Ледяную уксусную кислоту марки «ч» дополнительно перегоняли при атмосферном давлении. Щавелевую кислоту перекристаллизовывали из воды. D,L-молочную кислоту перегоняли в вакууме 2 мм рт. ст. при 89-90оС.
Триэтаноламин марки «ч» дополнительно перегоняли при 162-163оС и 2 мм рт. ст.,dl=1.1242,nDl = 1.4852. Гидрат 1-гидроксигерматрана 1 был синтезирован по методике [156]: т. разл. 240-265оС. Бис(герматран-1-ил)оксан 13 получен с чистотой 98.1% мол. (1.9% мол. 1-герматранола) из гидрата 1-герматранола при его нагревании до 220оС в вакууме 2 мм рт. ст. в течение 3 ч [144]. Бис(триметилсилил)сукцинат получили по методу [157]: т. кип. 90оС (2 мм рт. ст.), т. пл. 50-51оС. 3.1. 1-Ацилоксигерматраны 1-(Хлорацетокси)герматран 2
1. Смесь 1.000 г (3.940 ммоля) гидрата 1-гидроксигерматрана 1, 0.372 г (3.940 ммоля) хлоруксусной кислоты в 40 мл ацетонитрила нагревали до кипения в течение 6 ч. Ацетонитрил упаривали при 80оС до остаточного объема 2-3 мл. Остаток ацетонитрила и образовавшейся воды удалили при пониженном давлении 2 мм рт. ст. Бесцветный твердый остаток выдерживали при этом же давлении при 50оС в течение 1 ч. Получено 1.203 г бесцветного твердого вещества, состоящего из 83.4% (здесь и далее: % по ЯМР 1Н) 1-(хлорацетокси)герматрана 2, 8.5% 1 и 8.1% хлоруксусной кислоты.
2. Увеличение продолжительности нагревания до 12 часов привело к следующему составу реакционной смеси: 85.5% 1-(хлорацетокси)герматрана 2, 7.0% 1 и 7.5% хлоруксусной кислоты. Перекристаллизацией из ацетонитрила получено 0.950 г (77.2% мас.) 2 с т.пл. 178-180оС. Найдено, %: С 30.50, H 4.33, N 4.81, Ge 23.05, Cl 11.11. C8H14ClGeNО5. Вычислено, %: С 30.77, H 4.52, N 4.49, Ge 23.25, Cl 11.35. 1-(2 -Крезоксиацетокси)герматран 3
Смесь 1.660 г (0.01 моля) о-крезоксиуксусной кислоты и 2.538 г (0.01 моля) гидрата 1-герматранола в 200 мл о-ксилола кипятят в течение 4 ч с насадкой Дина Старка. Выпавшие по охлаждении реакционной массы кристаллы отфильтровали, объединяли с выпавшим мелкокристаллическим порошком, полученным после упаривания фильтрата, промывали сухим диэтиловым эфиром и сушили в эксикаторе под вакуумом 15-20 мм рт. ст. (2 ч). Получено 3.62 г (94.3% мас.) 1-(2 -крезоксиацетокси)герматрана 3 с т. пл. 183-184оС.
Найдено, %: С 47.11, H 5.78, N 3.65, Ge 19.16. C15H21GeNО6. Вычислено, %: С 46.93, H 5.51, N 3.65, Ge 18.91. 1-(Бензилиденацетато)герматран 4
В среде изоамилового спирта
1. Смесь 1.000 г (3.940 ммоля) гидрата 1-гидроксигерматрана, 0.584 г (3.940 ммоля) коричной кислоты в 40 мл изоамилового спирта нагревали до кипения с насадкой Дина-Старка в течение 6 ч. Удаляли изоамиловый спирт при 130оС до остаточного объема 5 мл, к концентрату, охлаждённому до 25оС, добавляли 10 мл сухого диэтилового эфира и оставляли на ночь. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали дважды сухим диэтиловым эфиром по 10 мл и сушили 2 ч в вакууме 2 мм рт. ст. Получено 1.440 г бесцветного осадка, содержащего (по данным ЯМР 1Н в смеси ДМСО-d6 / CCl4 (1 : 1 об.)): 50.6% 1-(бензилиденацетато)герматрана 4, 5.1% 1-изоамилоксигерматрана 11, 26.5% 1-герматранола 1, 3.2% бис(герматран-1-ил)оксана 13 и 14.6% коричной кислоты.
2. Увеличение продолжительности нагревания до 15 часов привело к следующему составу реакционной смеси (по данным ЯМР 1Н в смеси ДМСО-d6 / CCl4 (1 : 1 об.)): 66.3% 4, 5.5% 11, 17% 1, 2.2% 13 и 9% коричной кислоты.
В среде метанола
3. Смесь 0.500 г (2.121 ммоля) 1-гидроксигерматрана 1, 0.314 г (2.121 ммоля) коричной кислоты в 5 мл метанола нагревали до кипения в течение 3 ч. Затем испаряли метанол и образующуюся воду в вакууме 2 мм рт. ст. Получено 0.740 г вязкой массы I, содержащей (по данным ЯМР 1Н в смеси ДМСО-d6): 6% 4, 4.1% 1 метоксигерматрана 12, 40.7% 1, 2.5% 13 и 46.7% коричной кислоты.
После выдерживания массы I в вакууме 2 мм рт. ст. при 50оС в течение часа, её содержания изменяется: 39.3% 4, 9.5% 12, 18.2% 1, 2.0% 13 и 31.0% коричной кислоты.
В среде метанол/ вода
4. Раствор 0.314 г (2.121 ммоля) коричной кислоты и 0.500 г (2.121 ммоля) гидрата 1-герматранола 1 в 5 мл смесь МеОН / Н2О (9 : 1 об.) нагревали до кипения метанола в течение 3 ч. После удаления метанола и образовавшейся воды в вакууме 2 мм рт. ст. досуха получили 0.800 г бесцветного осадка I. Его состав: 3.5% 4, 4.8% 12, 41.6% 1, 0.9% 13 и 49.2% коричной кислоты.
После выдерживания осадка I в вакууме 2 мм рт. ст. при 50оС в течение 1 ч, его содержания изменяется: 17.8% 4, 0.6% 12, 40.7% 1, 1.1% 13 и 39.7% коричной кислоты. В среде ацетонитрила
5. Смесь 1.000 г (3.940 ммоля) гидрата 1-гидроксигерматрана 1, 0.584 г (3.940 ммоля) коричной кислоты в 40 мл ацетонитрила нагревали до кипения в течение 6 ч. Ацетонитрил упаривали при 80оС до остаточного объема 2-3 мл. Остаток ацетонитрила и образовавшейся воды удалили при пониженном давлении 2 мм рт. ст. до образования бесцветного твердого остатка. После выдерживания остатка в вакууме 2 мм рт. ст. при 50оС (1 ч) получили 1.450 г реакционной смеси, в которой содержится 81.7% 4, 4.41% 1, 10.1% коричной кислоты и 3.8% 13. Коричную кислоту из реакционной смеси удаляли промывкой смеси сухим диэтиловым эфиром. Перекристаллизацией сухого остатка из ацетонитрила получен 1-(бензилиденацетато)герматран 4 с выходом 1.180 г (81.8% мас.) в виде бесцветных иглистых кристаллов. Т. пл. 189-190оС.
