Введение к работе
Актуальность проблемы. Клозо-полиэдрические гидриды занимают особое место в химии бора и, наряду с фуллеренами, являются одними из немногих примеров кластеров, не содержащих атомов металла. Как само существование, так и химические свойства полиэдрических гидридов бора определяются наличием делокализованых электронов и пространственно-ароматическим характером химической связи в этих системах. С ароматической природой полиэдрических гидридов связаны особенности их свойств, отличающие их от большинства гидридных соединений бора: высокая устойчивость борного остова и ярко выраженная тенденция к реакциям замещения атомов водорода. Декагидро-клозо-декаборатный анион [B10H10]2-, синтез которого был впервые описан в 1959 году, является первым представителем семейства клозо-полиэдрических гидридов. Несмотря на то, что за последние пятьдесят лет производные декагидро-клозо-декаборатного аниона были предметом многочисленных исследований, его химия остается все еще недостаточно изученной по сравнению с другими представителями кластерных гидридов бора, такими как икосаэдрические карбораны C2B10H12, клозо-додекаборатный анион [B12H12]2-, карба-клозо-додекаборатный анион [CB11H12]- и бис(дикарболлид) кобальта [3,3’-Co(1,2-C2B9H11)2]-. Это диктует необходимость дальнейших как теоретических, так и экспериментальных исследований в этой области. Одной из возможных областей применения клозо-полиэдрических гидридов бора является ядерная медицина, в частности бор-нейтронозахватная терапия рака (БЗНТ) и радионуклидная диагностика, развитие которых требует разработки новых методов направленного синтеза соединений на основе клозо-декаборатного аниона, способных селективно накапливаться в клетках опухоли.
Целью настоящей работы является разработка новых методов получения функциональных производных декагидро-клозо-декаборатного аниона, пригодных для создания медицинских препаратов, в том числе, синтез и характеризация борсодержащих кислот и аминокислот на основе аниона [B10H10]2-.
Научная новизна и практическая ценность. В результате работы синтезирован широкий спектр новых производных на основе клозо-декаборатного аниона с заместителями различного типа.
Разработан новый препаративный способ синтеза 2-гидроксипроизводного клозо-декаборатного аниона [2-B10H9OH]2- в виде его калиевой соли, легко растворимой в воде и не содержащей примесей продуктов с более высокой степенью замещения. Изучены реакции алкилирования гидроксипроизводных клозо-декаборатного аниона [1-B10H9OH]2- и [2-B10H9OH]2- различными алкилгалогенидами и получен ряд соответствующих алкоксипроизводных [1-B10H9OR]2- и [2-B10H9OR]2-.
Изучено взаимодействие циклических оксониевых производных клозо-декаборатного аниона [2-B10H9O(CH2)4]- и [2-B10H9O(CH2CH2)2O]- с гидроксибензойными кислотами, выделены и охарактеризованы продукты раскрытия оксониевого цикла двумя различными нуклеофильными центрами. Реакцией циклических оксониевых производных с метиловыми эфирами гидроксибензойных кислот и последующим гидролизом сложных эфиров получен ряд бензойных кислот на основе клозо-декаборатного аниона. Методом спектроскопии ЯМР 1H установлено образование в растворе устойчивых протонированных форм эфиров [2-B10H9O(H)R]-, которые также могут быть выделены в твердом виде. Взаимодействием [2-B10H9O(CH2)4]- с цианид-ионом получен соответствующий нитрил, гидролиз которого приводит к образованию алифатической кислоты [2-B10H9O(CH2)4COOH]2-. Взаимодействием [2-B10H9O(CH2CH2)2O]- с эфирами -аминокислот H2N(CH2)nCOOEt с последующим гидролизом получены соответствующие кислоты [2-B10H9(OCH2CH2)2NH2(CH2)nCOOH]- (n = 1,3).
Раскрытием циклических оксониевых производных клозо-декаборатного аниона этиловым эфиром N-трифторацетил-L-тирозина с последующим снятием N-трифторацетильной и O-этильной защитных групп, получены соответствующие борсодержащие тирозины.
Реакцией диазониевого производного [1-B10H9N2]- c 1,4-диоксаном получено аксиально-замещенное циклическое оксониевое производное [1-B10H9O(CH2CH2)2O]-.
Рассмотрено использование спектроскопии ЯМР не только в качестве инструмента идентификации новых производных на основе клозо-декаборатного аниона, но и как самостоятельный инструмент изучения борных соединений. С помощью спектроскопии ЯМР 1H установлено, что 2-клозо-декаборанильная группа [2-B10H9-]2- проявляет более сильные донорные свойства, нежели 1-клозо-декаборанильная группа [1-B10H9-]2-. С помощью спектроскопии ЯМР 11B изучено влияние различных заместителей в производных аниона [B10H10]2- в процессе замещения протия на дейтерий, как модели простейшей реакции электрофильного замещения. Определена зависимость глубины и последовательности протекания дейтерообмена от электронных свойств и положения заместителя.
Полученные функциональные производные на основе декагидро-клозо-декаборатного аниона могут быть использованы для синтеза препаратов борнейтронозахватной терапии и радионуклидной диагностики рака.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на следующих международных и отечественных конференциях: IV Всеукраинской конференции молодых ученых и студентов по актуальным проблемам химии (Днепропетровск, 2006), V Всероссийской конференции по химии кластеров и полиядерных соединений “Кластеры-2006” (Астрахань, 2006), XV Международной конференции “Физические методы в координационной и супрамолекулярной химии ” (Кишинев, Молдова, 2006), IX научной школы-конференции по органической химии (Москва, 2006), IV Международной конференции по химии бора “EUROBORON 4” (Бремен, Германия, 2007), XIII Международной конференции по химии бора “IMEBORON” (Барселона, Испания, 2008), Конференции молодых ученых по БНЗТ (Майнц, Германия, 2009), Всероссийской конференции по органической химии, посвященной 75-летию со дня основания Института органической химии им. Н.Д.Зелинского (Москва, 2009), Всероссийской научной конференции, посвященной Международному году химии “Успехи синтеза и комплексообразования” (Москва, 2011), IV Конгрессе Европейской ассоциации химических и молекулярных наук EuCheMS (Прага, Чехия, 2012), XV Международном конгрессе по нейтронозахватной терапии рака ICNCT-15 (Цукуба, Япония, 2012).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 научных работ (в том числе 5 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК, 12 тезисов в сборниках докладов научных коференций).
Структура работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, литературного обзора, обсуждения результатов, выводов, экспериментальной части и списка используемой литературы. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 74 схемы, 32 рисунка и 3 таблицы. Библиография содержит 153 литературных ссылки.
