Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Синтез и свойства метанофуллеренов (Литературный обзор) 10
1.1. Присоединение диазосоединений к С6о 13
1.2. Присоединение карбенов к Сбо 17
1.3. Реакции, протекающие по механизму присоединения элиминирования. Реакция Бингеля-Хирша 17
1.3.1. Карбанионные прекурсоры для получения метано фуллеренов, отличные от малонатных 19
1.3.2. Альтернативные условия реакции Бингеля 22
1.3.3 . Реакция Бингеля-Хирша - путь к новым материалам на основе фуллерена 23
1.4. Бис - и полициклоаддукты 28
1.5. Электрохимические свойства метанофуллеренов 35
Глава 2. Обсуждение результатов 40
2.1. Синтез монофосфорилированных метанофуллеренов 40
2.2. Синтез дифосфорилированных метанофуллеренов 45
2.3. Взаимодействие фуллерена С70 с бис(диэтоксифосфорил) бромметаном 49
2.4. Синтез региоизомеров бис-метанофуллерена, содержащих диэтоксифосфонатные группы 53
2.5. Синтез малонатных и фосфорилированных метанофуллеренов, содержащих нитроксидные радикалы 62
2.6. Синтез метанофуллерена, содержащего тиофеновые группы 75
2.7. Электрохимическое и ЭПР-исследование метанофуллеренов 78
2.7.1. Фосфорилированные метанофуллерены. Ретро-реакция Бингеля 79
2.7.2. Изомерные бис [бис(диэтоксифосфорил)метано] [60] фуллерены 85
2.7.3. Фосфорилированные метанофуллерены, содержащие один или два нитроксидных радикала 88
2.8. Взаимодействие бис-метанофуллеренов со свободными радикалами 90
2.9.Монослои Ленгмюра на основе фосфорилированного метанофуллерена 96
2.10. Межмолекулярные взаимодействия в смешанных монослоях на основе фосфорилированного метанофуллерена и лецитина. Влияние ионов меди на поведение монослоев 99
2.11. Биологическая активность малонатного биснитроксидного метанофуллерена 103
Глава 3. Экспериментальная часть 107
Основные результаты и выводы 126
Литература 128
- Реакции, протекающие по механизму присоединения элиминирования. Реакция Бингеля-Хирша
- Реакция Бингеля-Хирша - путь к новым материалам на основе фуллерена
- Синтез региоизомеров бис-метанофуллерена, содержащих диэтоксифосфонатные группы
- Межмолекулярные взаимодействия в смешанных монослоях на основе фосфорилированного метанофуллерена и лецитина. Влияние ионов меди на поведение монослоев
Введение к работе
Фуллерены, новая аллотропная форма углерода, открытые в 1985 г., привлекают внимание исследователей своими возможностями практического применения в науке, в биологии и медицине, в полупроводниковой технике и наноэлектронике, в качестве материалов для нелинейной оптики, включением фуллеренов в полимерные системы. Основные направления получения новых материалов и биологически активных соединений на основе фуллеренов связаны с их функционализацией при помощи различных реагентов. В химии фуллерена наиболее широко изучаются фуллеропирролидины, получаемые по реакции Прато и метанофуллерены, получаемые по реакции Бингеля-Хирша, а также взаимодействием диазопроизводных с фуллеренами и через производные фосфоний - и сульфонийилидов. Необходимо отметить, что фуллеропирролидины и метанофуллерены являются до последнего времени наиболее часто применяемыми производными фуллеренов при получении биологически активных препаратов и материалов для создания наноустройств. Методы их синтезов достаточно хорошо разработаны для получения в количествах, достаточных для проведения широких испытаний их свойств. На основе метанофуллеренов созданы элементы для получения «солнечных ячеек» и соединения с потенциальными фармакологическими свойствами. Изучение литературных данных показало, что до наших исследований практически отсутствовали сведения о фосфорорганических производных фуллерена. Поэтому актуальным является разработка методов получения новых метанофуллеренов, в том числе содержащих фосфорильные, нитроксидные и тиофеновые фрагменты, изучение строения и свойств полученных соединений. Подобные соединения могут быть полезны при получении новых биологически активных соединений и компонентов для создания наноустройств.
Цель работы :
- Разработать эффективные методы получения различных фосфорорганичес-
ких производных фуллеренов, изучить их строение и свойства.
Разработать методы получения метанофуллеренов, содержащих нитроксидные группы, изучить их свойства и биологическую активность.
Разработать методы получения метанофуллерена, содержащего тиофеновые группы и изучить его свойства.
- Изучить способность метанофуллеренов образовывать пленки Ленгмюра-
Блоджетт на границе вода-воздух и свойства этих пленок.
Научная новизна работы: 1). Впервые разработан метод получения ранее неизвестных фосфорорганических метанофуллеренов взаимодействием фуллерена Сбо и С70 с производными бромфосфонуксусной кислоты и дифосфонметана в присутствии гидрида натрия в качестве основания на основе реакции Бингеля. Этот метод имеет преимущество перед другими в выходе целевых продуктов (до 80%) и относительной быстроте протекания реакции. 2). Рассмотрен механизм протекания ретро-реакции Бингеля в условиях электрохимического восстановления метанофуллеренов и установлены основные параметры этого процесса.
3). Впервые получены метанофуллерены, содержащие в своем составе от одного до четырех нитроксидных фрагментов, изучена их биологическая активность и строение при помощи спектральных методов. 4). Впервые синтезирован 3-тиенилметиловый эфир малоновой кислоты и на его основе соответствующий метанофуллерен.
5). Впервые выявлены способность синтезированных метанофуллеренов к образованию пленок Ленгмюра-Блоджетт на границе вода-воздух и условия их формирования.
Практическая полезность работы:
Разработанные методы позволяют получать ранее неизвестные метано-фуллерены в количествах, достаточных для обеспечения биологических исследований.
В данной работе показана возможность получения высокоэффективных антилейкемических комбинированных препаратов на основе бис-нитроксидного малонатного метанофуллерена и известного цитостатика ЦИКЛОФОСФАМИД, позволяющих вылечивать около 70% зараженных лейкемией Р-388 мышей без сохранения симптомов лейкемии.
При исследовании строения бис-нитроксидных метанофуллеренов методом время-разрешенной ЭПР спектроскопии впервые установлена сверхтонкая структура возбужденного квинтетного состояния, что имеет значение для исследования строения вещества в жидких растворах.
Апробация работы:
Материалы диссертации докладывались в качестве стендовых и устных докладов и обсуждались на международном симпозиуме «Фуллерены и атомные кластеры», Санкт-Петербург, Россия, 2003г., 2005г., 2007г.; XVIII Менделеевском съезде, Москва, 2007г.; международной конференции «Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологии.», С-Петербург, 2004 г.; Third International symposium Molecular design and synthesis of supramolecular architectures, Kazan, Russia, 2004 г.; XIY International conference on chemistry of phosphorus compounds, Kazan, Russia, 2005г., Российская конференция с международным участием «Масс-спектрометрия и ее прикладные проблемы», Москва, 2005г., III международная конференция «Высокоспиновые молекулы и молекулярные магнетики», Иваново, 2006г., VI Всероссийский научный семинар «Химия и медицина», Уфа, 2007г.
Публикации:
По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ в рецензируемых российских и международных журналах и тезисы 18 докладов на различных всероссийских и международных конференциях
Объем и структура диссертации:
Диссертация изложена на 145 страницах и включает введение, литературный обзор, обсуждение собственных результатов, экспериментальную часть, выводы и список использованной литературы (154 наименования). Текст диссертации проиллюстрирован 37 рисунками, 6 таблицами, 44 схемами.
Диссертационная работа выполнена в лаборатории Химии углеродных наноматериалов Учреждения Российской академии наук Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты № 02-03-32900, № 05-03-32633, № 01-03-32181-а, № 09-03-00931-а) и Академии наук Республики Татарстан (№ 03-03-96246, № 07-7.3-142, № 07-7.3.2).
Автор выражает благодарность научному руководителю-заведующему лабораторией, профессору, доктору химических наук, члену-корреспонденту АН РТ Нуретдинову И.А. за предложенную тему диссертации, внимание и неоценимую помощь в разъяснениии всех вопросов, возникших в процессе работы.
Автор выражает благодарность с.н.с. Губской В.П. за полезные советы в ходе выполнения работы, выявление особенностей в условиях проведения синтезов, помощь в выделении сложных фуллереновых соединений, анализы, проведенные методом ВЭЖХ, а также благодарность всем остальным сотрудникам лаборатории за поддержку;
сотрудникам лаборатории электрохимического синтеза:
д.х.н. Янилкину В.В. и к.х.н. Настаповой Н.В. за проведенные электрохимические исследования синтезированных соединений, изучение процессов восстановления фосфорилированных метанофуллеренов;
д.ф-м. наук лаборатории дифракционных методов исследования Губайдуллину А.Т. за получение кристаллических структур синтезированных соединений; сотрудникам лаборатории радиоспектроскопии:
зав. лабораторией д.х.н. Латыпову Ш.К., Баландиной А.А. за снятие и помощь в обсуждении спектров ЯМР;
к.х.н. Морозову В.И. за исследование полученных соединений методом ЭПР и обсуждение спектров;
к.х.н. Звереву В.В. за квантово-химические расчеты модельных соединений для синтезированных соединений;
сотрудникам лаборатории физико-химического анализа:
к.х.н.
Ефремову Ю.Я, к.х.н. Шарафутдиновой Д.Р. за снятие масс-
спектров соединении;
д.б.н., проф. Коноваловой Н.П. и сотрудникам за проведение экспериментов по изучению биологической активности полученных соединений (Институт проблем химической физики РАН, г. Черноголовка, Московская область);
д.т.н., проф. Мельниковой Н.Б. и сотрудникам за получение и исследование монослоев Ленгмюра на основе фосфорилированных метанофуллеренов (Нижегородская медицинская государственная академия);
д.х.н., проф. Гасанову Р.Г. и д.х.н. Туманскому Б.Л. за исследования взаимодействий полученных соединений со свободными радикалами (Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова)
Условные обозначения:
ТЕМПОЛ - 4 — гидрокси - 2,2,6,6 - тетраметилпиперидин - 1 - оксил DBU - 1,8 - диазабицикло[5,4,0]ундец - 7 - ен
Реакции, протекающие по механизму присоединения элиминирования. Реакция Бингеля-Хирша
Фуллерены - полиэдрические кластеры из атомов углерода, получили свое название по имени известного американского архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера, проектировавшего геодезические купола. Фуллерен Сбо был открыт в 1985 году при масс-спектрометрическом исследовании паров углерода, полученных при лазерном облучении графита [1]. В 1996 году Г.Крото, Р.Керлу и Р.Смолли - авторам открытия была присвоена Нобелевская премия по химии. Фуллерены стали доступны в макроскопических количествах в 1990 году [2] и это положило начало развитию трехмерной химии этих уникальных сферических и полифункциональных молекул.
Фуллерены - замкнутые углеродные многогранники с шести- и пятиугольными гранями, причем все пятичленные циклы изолированы друг от друга шестичленными. Правилу изолированных пентагонов подчиняются все известные фуллерены [3].
Фуллерен Сбо — полая сфероидальная молекула диаметром 7.2 А, состоящая из 20-шести- и 12 пятичленных циклов. Все шестьдесят атомов углерода в молекуле эквивалентны, каждый из них имеет координационное число 3, а связи делятся на два основных типа. Тридцать связей находятся между двумя гексагонами (6,6-связи) и являются двойными, и шестьдесят связей между гексагоном и пентагоном (6,5-связи) имеют характер одинарной связи. Двойные связи в фуллерене Сбо короче (1.38 А), чем одинарные (1.45 А).
Молекула С70 состоит из 25 шести — и 12 пятичленных углеродных циклов и имеет структуру эллипсоидальной формы с более низкой симметрией, чем у Сбо- Атомы углерода в молекуле С7о неэквивалентны. Экваториальная часть С70 имеет диаметр 6.94 А и сужена на 0.05 А. «Высота» молекулы равна 7.8 А. Длины связей С-С меняются в пределах от 1.37 до 1.47 А [4].
Из-за сферической природы фуллерена атомы углерода не лежат на одной плоскости [5], и поэтому частично пирамидализованы. Это возникающее напряжение в молекуле отвечает за повышенную реакционноспособность фуллерена С6о, вследствие чего фуллерен претерпевает большое разнообразие химических превращений. По реакционной способности фуллерен подобен электронодефицитным полиолефинам. Реакции экзоэдрального присоединения к фуллереновой оболочке - основной метод функционализации фуллерена. Химия фуллерена включает в себя исследования нуклеофильного и радикального присоединения, циклоприсоединения, гидрирования, образования комплексов с переходными металлами, окисления и галогенирования, фуллерен способен последовательно и обратимо принимать 6 электронов при электрохимическом восстановлении [6-9]. Все известные химические реакции, характерные для фуллеренов исследованы для наиболее доступного.
Уникальные особенности строения и необычные свойства фуллерена делают его интересным объектом для исследования. Они открывают широкие возможности для получения самых различных соединений с практически полезными свойствами. Многочисленные работы по химии фуллеренов посвящены разнообразным методам функционализации фуллереновой сферы [10]. Это обусловлено тем, что на основе фуллерена могут быть получены новые материалы и биологически активные препараты. Последнее на сегодня является одним из наиболее перспективных направлений. Показано, что производные фуллерена проявляют различные виды биологической активности [11 — 19]. Среди производных фуллерена найдены антивирусные и антираковые препараты; они способны выступать в роли ловушек для свободных радикалов, проявляя антиоксидантные свойства; фотофизические свойства фуллерена и его производных основаны на способности под действием облучения видимым или УФ-светом к генерированию синглетного кислорода, являющимся «окислителем» в биологических системах. Синтез биологически активных соединений достигается функционализацией фуллереновой сферы путем введения различных «фармакофорных» и реакционноспособных групп. Наиболее широко применяемыми в этом плане являются реакции [2+п] — циклоприсоединения, когда п = 1,2,3,4. Реакции [2+1]— циклоприсоединения приводят к образованию метанофуллеренов, фуллереноазиридинов и фуллеренооксиранов. Особенно большое значение имеет синтез метанофуллеренов, так как они служат исходными веществами для получения функциональных производных фуллерена в результате их модификации путем введения заместителей в боковые цепи аддуктов. Такие соединения могут быть потенциальными биологически активными веществами.
Синтетические методы, применяющиеся в настоящее время для получения метанофуллеренов, можно разделить на три группы: термическое присоединение диазосоединений к Сбо с последующим термолизом или фотолизом; присоединение свободных карбенов к фуллерену Сбо также ведет к образованию метанофуллеренов, равно как и реакции, которые протекают по механизму присоединения-элиминирования (реакции Бингеля-Хирша). Реакция Бингеля-Хирша является одним из лучших и широко применяемых методов циклопропанирования.
Реакция Бингеля-Хирша - путь к новым материалам на основе фуллерена
Измерения потенциалов восстановления и сродства к электрону показывают, что фуллерены являются умеренными электроноакцепторами. Фуллерены способны в зависимости от среды и условий эксперимента обратимо постадийно принимать до шести электронов на молекулу с образованием, в конечном счете, гесаанионов. Анионные интермедиаты характеризуются достаточно высокой стабильностью. Здесь необходимо учитывать, что речь идет о кратковременной (секунды) стабильности, которая определяется методами вольтамперометрии. В течение времени интермедиаты фуллеренов и их производных вступают в различные реакции. В отличие от процессов восстановления, реакции окисления для фуллеренов менее характерны. Катионные интермедиаты фуллеренов нестабильны, поэтому в обычных условиях в большинстве используемых сред наблюдается только одна необратимая стадия окисления.
В настоящее время изучено электровосстановление моно-, бис-, трис-, тетракис-, пентакис- и гексакисметанофуллеренов. Большой вклад в изучение электрохимических свойств метанофуллеренов внесла группа Л. Эчегойена, исследовавшая реакцию ретро-циклопропанирования и возможность синтетического приложения электрохимических реакций метанофуллеренов. Метано[60]фуллерены в целом восстанавливаются при тех же потенциалах или несколько труднее самого фуллерена Сбо-Метано[70]фуллерены изучены в меньшей степени, но можно сказать, что влияние метаногрупп на потенцилы электровосстановления той же направленности, что и для Сбо [80]. Для метанофуллеренов, имеющих электроноакцепторные заместители существуют свои особенности. Для анионных интермедиатов таких метанофуллеренов характерно раскрытие трехчленного цикла, что ведет к примечательным превращениям: элиминирование адденда (ретро-реакция Бингеля), перегруппировка в фуллеродигидрофуран, перенос адденда на фуллереновую сферу другой молекулы с образованием бисметанофуллеренов (диспропорционирование), перемещение аддендов по фуллереновой сфере для бисметанофуллеренов (изомеризация). Впервые элиминирование метаногруппы наблюдал М.Кешаварц с сотрудниками [81] при электрохимическом восстановлении дициано- и циано(этоксикарбонил) метано[60]фуллеренов. Они обратили внимание, что анион-радикалы этих соединений претерпевают быстрые последующие превращения и, проведя препаративное восстановление, в продуктах обнаружили Сбо (схема 29).
Для метанофуллеренов, получаемых по реакции Бингеля, элиминирование метаногруппы происходит при переносе двух и трех электронов на молекулу. Отщепление адденда из дианиона зарегистрировали для монозамещенного бис(этоксикарбонил)метано[60]фуллерена [82]. При восстановлении этого аддуктапри потенциалах второго пикай последующем окислении был выделен фуллерен Сбо с 60 %-ным выходом. Авторы назвали этот процесс ретро-реакцией Бингеля, хотя механизм отщепления метаногруппы от фуллерена не был выяснен. При электровосстановлении некоторых карбонилсодержащих метанофуллеренов элиминирование аддендов не происходит, а наблюдается индуцированная электронным переносом перегруппировка в фуллеродигидрофураны, которая протекает по механизму цепной реакции [83, 84]. Методами циклической вольтамперометрии, ЭПР, в сочетании с in situ электролизом впервые были изучены процессы электрохимического восстановления метанофуллеренов, содержащих в молекуле фосфонатные и фенильную группы, а в качестве второго заместителя электроноакцепторную кето-группу (данные соединения синтезированы сотрудниками нашей лаборатории) (схема 30).
Образование пятичленного цикла заключается в наличии у экзо-углерода групп с более ярко выраженными электроноакцепторными свойствами, способных к эффективной делокализации отрицательного заряда. Это обстоятельство, видимо и обусловливает расщепление С-С связи экзо-углерода с фуллереновой сферой уже на стадии анион-радикала. Наличие кето-группы непосредственно у экзо-углеродного атома не только стабилизирует продукты раскрытия трехчленного цикла в анионных интермедиатах метанофуллеренов, но и создает возможность их циклизации с образованием фуллеродигидрофурановых производных.
В случае других метанофуллеренов, имеющих кето-группы в а-положении к экзоуглеродному атому; а в качестве второго заместителя фосфонатную и сложноэфирную группы, одноэлектронный перенос на фуллереновую сферу приводит к раскрытию трехчленного цикла, приводящего к сложным процессам ретро-циклопропанирования, переносу адденда на фуллереновую сферу другой молекулы с образованием бисметанофуллеренов и перегруппировкой в фуллеродигидрофуран. Наблюдается конкуренция между ретро-циклопропанированием и перегруппировкой в фуллеродигидрофуран с преобладанием первого процесса. Все это свидетельствует об особой роли карбонильной, группы введенной в а-положение к. экзоуглеродному атому в электрохимических превращениях метанофуллеренов.
Таким образом, анионные интермедиаты с раскрытым трехчленным циклом определяют многообразие продуктов; электролиза. Реакции с их участием являются конкурентными и выход того или иного продукта зависит не, только от природы заместителей, но и от экспериментальных условий реакции (среды, потенциала электрода, количества электричества, температуры).
Синтез региоизомеров бис-метанофуллерена, содержащих диэтоксифосфонатные группы
Известно, что энергетически наиболее выгодным для метанофуллеренов является присоединение карбанионов галогенорганических соединений, в частности производных броммалоновой кислоты с образованием циклоаддуктов по 6,6-связи Сбо- Согласно результатам полуэмпирических расчетов методом РМ-3, различие в энергиях образования по 6,6 и 6,5-связи достигает 21 ккал-моль"1 [89]. Выполненные нами полуэмпирические расчеты методами АМ-1 и РМЗ (пакет программ GAMESS) также показали, что образование закрытой и открытой структур по 5.6-связи, соответственно на 22.5 и 9.6 ккал-моль"1 менее выгодно, чем образование аддукта по 6,6-связи [90]. Изучение методом РСА некоторых производных метанофуллеренов подтверждает образование 6,6-аддуктов [91]. Исследование строения полученных фосфорилированных метанофулленов 7-9 свидетельствует об образовании продуктов циклоприсоединения по 6.6-связи фуллерена Сбо- Так, для всех полученных веществ в УФ спектрах наблюдается полоса поглощения в области 430 нм, которая является характерной для производных Сбо по 6,6-связи [48, 53, 84, 92] (рис.2), в отличие от аддуктов Сбо с 5,6-открытой связью электронные спектры которых практически идентичны спектрам Сбо- Наличие острой полосы поглощения средней интенсивности при 427 нм является простым и надежным критерием образования метанофуллеренов по 6,6-закрытой связи. В ИК-спектрах имеются полосы поглощения в области 528, 576, 1180, 1430 см"1, характерные для фуллеренового ядра и полосы, соответствующие колебаниям связей групп Р=0 и С=0 при 1230 и 1730 см"1 соответственно. В спектрах ЯМР 31Р этих соединений имеется один сигнал в области 8 13-14 м. д. В спектрах ЯМР !Н имеются сигналы от протонов эфирных групп у атома фосфора и в карбоксильной группе.
Спектроскопия ЯМР С наиболее широко используется для исследования строения производных фуллерена Сбо, так как присоединение тех или иных реагентов приводит к нарушению симметрии фуллереновой оболочки и, соответственно к различию в экранировании ядер углерода в производных Сбо- В спектре ЯМР 13С полученных соединений 7-9 имеются сигналы в области 5 54 м. д., принадлежащие атомам углерода СН3ОР-групп. Для соединения 8 характерны сигналы 5 при 14.14 и 63.43 м. д. (СН3-С и СН20), принадлежащие углеродам этоксигруппы. Для соединения 9 в области 15-79 м. д. проявляются сигналы ментоксигруппы. Сигналы в области 69 м. д. принадлежат sp - углеродам фуллеренового ядра. Для [61] углерода метанофуллеренового фрагмента соединений 7 и 8 характерны сигналы 8 при 48 м. д. с jPc 150-170 Гц. Сигнал от этого углерода в соединении 9 не удалось зафиксировать. Интенсивность сигнала в соединении 9 уменьшена вдвое из-за спин-спинового взаимодействия JP C, что также может затруднять его обнаружение. Сигналы в области 5 136-147 м. д. принадлежат sp -углеродам фуллеренового фрагмента (рис. 3), а в области 164 м. д.- углероду карбоксильной группы. Можно отметить, что сравнение спектров ЯМР С полученных нами фосфорилированных метанофуллеренов и соответствующих производных малоновой кислоты свидетельствует о том, что асимметричные фрагменты, присоединенные к фуллереновому ядру, приводят к большим различиям в экранировании его углеродов, поскольку число сигналов для наших соединений больше, чем для симметричных производных метанофуллеренов на основе эфиров малоновой кислоты.
Таким образом, нами были получены новые фосфорилированные метанофуллерены, их строение подтверждено спектральными методами. Показано, что мягкие условия синтеза позволяют ввести в молекулу фуллерена различные функциональные группы, и тем самым модифицировать свойства новых органических производных фуллерена.
Продолжением работ по фосфорилированным метанофуллеренам стал синтез бис(диалкоксифосфорил)метанофуллеренов Сбо и С7о [93]. Такие производные фуллеренов, содержащие фрагмент бис(диалкоксифосфорил) метана, могут быть использованы при получении новых материалов и биологически активных соединений. Бис(диалкоксифосфорил)бромметаны получали бромированием соответствующих эфиров метилендифосфоновой кислоты в присутствии гидрида натрия. Полученные соединения были охарактеризованы спектральными методами и элементным анализом. При взаимодействии бис(диалкоксифосфорил)бромметанов с фуллереном Сбо в присутствии гидрида натрия в растворе толуола образуются соответствующие бис(диалкоксифосфорил)метанофуллерены 13 и 14 (схема 33).
Межмолекулярные взаимодействия в смешанных монослоях на основе фосфорилированного метанофуллерена и лецитина. Влияние ионов меди на поведение монослоев
Следует отметить, что вместе с нашей работой появились другие синтетические разработки по фосфорилированным метанофуллеренам (F. Cheng, е.а. [52], R. Pellichiari, е.а. [35]). Так, в работе [52] описан синтез дифосфонатного метанофуллерена с выходом 38% при взаимодействии фуллерена Сбо с продуктом иодирования бис(диэтоксифосфорил)метана иодом в присутствии NaH в течение 9 часов.
В литературе [94, 95] обсуждается вопрос о различиях в реакционной способности фуллеренов Сбо и С70 в реакциях циклоприсоединения, в том числе Дильса — Альдера с привлечением расчетных методов. Показано, что
реакция фуллерена Сбо с циклопентадиеном в среде толуола проходит в 7 раз быстрее, чем с фуллереном С7о [94]. В то же время для взаимодействия фуллеренов с бутадиеном в газовой фазе расчеты показывают некоторую предпочтительность фуллерена С70 [95]. Из этих работ следует, что важно учитывать в этих реакциях орбитальные взаимодействия, в том числе, энергии низших свободных МО (НСМО и НСМ01) фуллерена и высших занятых МО (ВЗМО и ВЗМОІ) диена, а также вклад эффекта среды (сольватационных факторов) на протекание реакций фуллеренов с различными реагентами. Рассматривая реакционную способность фуллеренов С60 и С70 при взаимодействии с карбанионами бис (диалкоксифосфорил)бромметана, необходимо учитывать, что образование соответствующего метанофуллерена происходит по 6,6-связи. Это подтверждают как спектральные данные, так и расчет теплот образования метанофуллеренов по 6,6- и 5,6-связям, что было показано выше. В молекуле фуллерена С7о имеется три типа неэквивалентных 6,6-связей (а—Ь, с—с и d—е), вследствие чего могут образовываться три продукта - А, В и С. Связи a—b и с—с в фуллерене С7о несколько короче (на -0.03 А), чем связи d—е, расположенные ближе к экваториальной области (схема 34). В молекуле фуллерена Сбо имеется 30 эквивалентных 6,6-связей.
Нами изучено взаимодействие бис(диэтоксифосфорил)бромметана с фуллереном С70 в присутствии гидрида натрия в качестве основания в растворе толуола [93]. Реакция протекает при комнатной температуре и приводит к образованию бис(диэтоксифосфорил)метанофуллерена С70 (15) (схема 35).
Ход реакции контролировался методом ВЭЖХ. На хроматограмме было отмечено образование трех продуктов с различными временами удерживания.
Сопоставляя эти результаты с данными работы [96], в которой изучена реакция циклоприсоединения N-метилазометина к фуллерену С7о и выделены продукты присоединения по связям а—Ь, с—с и d—е, можно было сделать предварительный вывод об образовании продуктов присоединения карбаниона бис(диэтоксифосфорил)бромметана к фуллерену С70 по трем типам 6,6-связей (А, В и С). Судя по данным расчета, теплоты образования метанофуллеренов А и В по связям a—b и с—с отличаются мало (582.89 и 583.96 ккал-моль"1, соответственно). В то же время для образования циклоаддукта С по связи d—е требуется 600.6 ккал-моль"1, т.е. более предпочтительно образование продуктов присоединения к фуллерену С70 по 6-6 связям типа a—b и с—с (расчеты с использованием пакета программ GAMESS, выполненные для бис(диметоксифосфорил)метанофуллерена [С7о] как модельного соединения [90]).
Соединение 15 было выделено хроматографически в количестве, достаточном для исследования спектральными методами. Сопоставив данные спектров с результатами расчетов и литературными аналогиями, метанофуллерену 15 приписали структуру А, отвечающую присоединению по типу а—Ь. В спектре ЯМР 31Р полученного вещества имеется один сигнал при 14 м.д. В спектре ЯМР С имеется сигналов углеродов фуллеренового фрагмента и 2 сигнала углеродов присоединенного фрагмента. Известно, что в спектре ЯМР С незамещенного фуллерена С70 имеется 5 сигналов, отличающихся интенсивностью (соотношение 1:2:1:2:1) [97]. Сопоставление с этими данными спектра ЯМР С соединения 15 позволяет проследить за изменениями в экранировании ядер углерода в производных С70- Наиболее четко выражены изменения в экранировании углеродов экваториального пояса. Так, в спектре ЯМР С фуллерена С70 углероды экваториальной области имеют сигналы при 130 м.д., тогда как для соединения 15 в этой области наблюдаются 5 сигналов практически равной интенсивности (130.86, 131.13, 131.17, 133.26 и 133.55 м.д.). Отметим, что в спектре ЯМР ,JC соединения 15 наблюдается сигнал в виде дублет дублета при 143.8 м.д., подобного тому, что наблюдается в спектрах соединений 13 и 14. По-видимому, здесь также проявляется спин-спиновое взаимодействие ядер С углеродов фуллереновой оболочки с двумя атомами фосфора заместителя. Кроме того, имеются два сигнала sp -гибридизованных атомов углерода фуллеренового ядра (5 64.10 и 65.01 м.д., Jp,c = 5.0 и JP;C = 4.7 Гц соответственно). В спектре ЯМР Н соединения 15 имеются сигналы протонов этоксигрупп, связанных с атомом фосфора. При этом в спектре наблюдаются два триплета равной интенсивности от протонов метальных групп, химические сдвиги которых различаются на 0.14 м.д. Протоны метиленовых групп проявляются в виде двух дублетов квартетов равной интенсивности, химические сдвиги которых различаются также на 0.14 м.д. Нами было сделано предположение, что различие в экранировании протонов этоксигрупп в бис(диэтоксифосфорил)метанофуллерене С70 обусловлено влиянием фуллереновой оболочки. Проведенный анализ зарядов на атомах метоксигрупп в бис(диметоксифосфорил)метанофуллерене [С7о] (модельное соединение при квантово-химических расчетах) как по а—Ь,- так и по с—с-связи свидетельствует о том, что заряды на этих группах, связанных с одним и тем же атомом фосфора, отличаются. Вероятно, это и является причиной различия в экранировании протонов этокси-групп, связанных с атомом фосфора в соединении 15.
![9-фурилнафто[2,3-b]фураны : Синтез, свойства и реакции](/i/i/4412/311908.png "9-фурилнафто[2,3-b]фураны : Синтез, свойства и реакции Мельчин Владимир Викторович")
