Содержание к диссертации
Введение
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)
3.4.3.1. Получение субстратов - органических соединений элементов V-VIIa групп 77
3.4.3.2. Получение свидетелей
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
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 N-фенильных производных пиридина 154
Глава 5. Биологические исследования синтезированных соединений 159
5.1. Индикатор на мембранный потенциал 159
5.2. Антибактериальная активность N-арильных пиридиниевых производных 162
5.2.1. Экспериментальная часть 178
Выводы 181
Список литературы
- Ядерно-химический метод
- Хроматографические методы идентификации и разделения продуктов ион-молекулярных реакций полностью тритированных фенил-катионов с органическими производными элементов V-VIIa групп
- Получение субстратов - органических соединений элементов V-VIIa групп
- Разработка методов хроматографического разделения гетероциклических продуктов ядерно-химического синтеза
Введение к работе
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 (3-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 электрофильных 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 фенилирования атома азота в шестичленных 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 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 тетрафенилфосфония для изучения физико-химических процессов в клетках живого организма, а именно, индикатора на мембранный потенциал в митохондриях клеток (1 Автор. Свид. 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-201ІГ.), (ХХП-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-летию со дня рождения Ан.Н. Несмеянова. Москва, 2011г.; III 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, 2009r.; VIII Finnish-Russian Symposium on Radiochemistry; Turku, Finland, 2009г.; 6-ой Российской конференции по радиохимии «Радиохимия-2009», Московская обл., 2009г; 12 International Electronic Conference on Synthetic Organic Chemistry (ECSOC-12), 2008r.; XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии. Международный симпозиум по современной радиохимии «Радиохимия: достижения и перспективы», Москва, 2007г.; ГХ 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.; VIIIі Fechem Conference on Organometallic Chemistry. Vesrprem-Balatonfured, Hungary, 1989r.; 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.
Ядерно-химический метод
Наряду с большими выходами карбениевых ионов ядерно-химический метод имеет ряд существенных преимуществ перед классическими методами: а) полученные катионы являются «свободными», т.е. не имеют противоиона и сольватной оболочки; б) возможно получение ионов различной структуры и положения заряда; в) при низких температурах карбениевые ионы являются достаточно устойчивыми, поскольку образуются в матрицах атомов гелия (потенциал ионизации благородного газа значительно выше потенциала ионизации углеводородных радикалов); г) ион-молекулярные реакции протекают на поверхности стабилизирующей соли в отсутствие растворителя; д) поскольку процессы р-распада не зависят от температуры, давления и т.п., то на результат реакции мало влияют внешние факторы. Количество генерируемых карбениевых ионов может быть вычислено по формуле: NR+ = kAt, где к - коэффициент, постоянный для данного углеводорода и численно равный доле (3-распадов, приводящих к образованию карбениевых ионов; А -радиоактивность; t - время накопления.
Масс-спектрометрические [73] и теоретические [51, 75-76] исследования указывают на то, что фенилиевый ион, образующийся при [3-распаде, находится в основном электронном состоянии. Экспериментальные результаты, полученные при изучении ион-молекулярных реакций нуклеогенных фенил-катионов (т.е. катионов, генерируемых в результате процессов Р-распада), с различными субстратами полностью поддерживают синглетную форму электронной конфигурации основного состояния фенилиевого иона [47, 77-79].
Источниками карбениевых ионов являются третированные углеводороды: при Р-распаде метана образуется метил-катион, при 3-распаде трития в составе бензола образуется фенил-катион. Но если углеводороды в своем составе содержат только один атом трития, то следить за продуктами взаимодействий карбениевых ионов не представляется возможным. Это связано с тем, что количество таких продуктов чрезвычайно мало, и наиболее удобный метод анализа такого малого количества веществ - это радиометрический. Особенностью радиометрического метода детектирования является не только высокая чувствительность, но и возможность абстрагироваться от всех не меченых продуктов реакции, которых очень много, что осложняет процесс анализа. Поэтому необходимым условием получения свободных карбениевых ионов и изучения их реакций является использование углеводородов, содержащих, по крайней мере, два атома трития. Необходимо отметить, что генерируемые фенил-катионы представляют собой особый интерес вследствие их большей устойчивости по сравнению с алифатическими аналогами, фиксированностью метки, а также известными в классической химии трудно преодолимыми стерическими препятствиями при многих реакциях фенилирования. Наиболее характерной особенностью реакций карбениевых ионов является стремление достроить электронную структуру карбеноидного атома до электронного октета, что достигается путем взаимодействия с участками молекул, имеющими повышенную электронную плотность. Такими участками являются в первую очередь атомы с неподеленными парами электронов - п-доноры: Атомы, имеющие кратные связи - лг-доноры (алкены, алкины, ароматические соединения) и в значительно меньшей степени а-доноры.
Исследования ион-молекулярных реакций нуклеогенных карбокатионов, в том числе и фенилиевых ионов, с момента открытия ядерно-химического метода проводятся параллельно двумя группами ученых - российскими (школа проф. В.Д. Нефедова) и итальянскими (F. Сасасе, М. Speranza). Были изучены ион-молекулярные взаимодействия нуклеогенных фенил-катионов с простейшими углеводородами (метан, этан, пропан) [80], ароматическими производными [81-83], спиртами, алкилгалойдами, эфирами и другими нуклеофилами в газовой и жидкой фазах [84-99].
Изучение фенилиевых ионов и их ион-молекулярных реакций выявило не только большой теоретический интерес, но и важное прикладное значение. Реакции фотолитического генерирования фенил-катионов интенсивно используются при производстве фоторезисторов и компьютерных чипов [100-101]. В последнее время большое значение приобретают исследования механизмов экологических и биологических процессов, протекающих через стадию образования фенил-катионов [102-109].
Перспективным представляется дальнейшее изучение нуклеогенных фенил-катионов и их последующих электрофильных реакций с различных аспектов: а) синтетической органической химии — разработка новых путей синтеза меченных тритием важных фенилзамещенных производных, а также получение неизвестных ранее органических производных; б) детальное изучение механизмов фенилирования в химии, экологии, биологии и медицине с помощью тритиевой метки.
Хроматографические методы идентификации и разделения продуктов ион-молекулярных реакций полностью тритированных фенил-катионов с органическими производными элементов V-VIIa групп
Современные исследования характеризуются возрастающим интересом к синтезу сложных биологических объектов, меченных радиоактивными изотопами.
В органической химии могут быть использованы изотопы следующих элементов: углерода и водорода, азота, серы, кислорода. Стоит сказать, что изотопы серы используются значительно реже, т.к. серосодержащие соединения встречаются реже в органической химии. Периоды полураспада изотопа кислорода О и азота N составляют порядка нескольких минут, поэтому они не могут быть использованы в качестве меченых атомов для изучения путей протекания реакций.
Тритий, радиоактивный изотоп водорода с массовым числом 3, является чистым Р-излучателем с периодом полураспада 12,33 года и максимальной энергией излучения 18,6 кэВ. Пробег (3-частиц, испускаемых ядрами трития, не превышает 4,2 мм для воздуха и 6,2 10" мм для воды. В результате процесса распада тритий превращается в устойчивый изотоп Не. Важнейшее отличие трития от изотопов углерода относится к периоду полураспада и к энергии испускаемых (3-частиц. Для трития период полураспада составляет 12.33 года, а для углерода он на порядки больше ( С Ti/2= 5568 лет). Другими словами, тритий характеризуется значительно более высокой удельной активностью ( 50 кюри/моль) чем углерод. Также имеет место преимущество в средней энергии Р-излучения (0,0057 МэВ), отсюда также следует сравнительно небольшая длина пробега в веществе (90% энергии [3-частиц трития локализуются в тканях живых организмов в сфере радиусом 1 мкм.) Этот факт был учтён также при исследовании важнейших биологических процессов, протекающих в клетках и даже в хромосомах. Сравнительно невысокая стоимость трития и тритированных соединений (при одной и той же активности третированные соединения во много раз дешевле соответствующих соединений с изотопом углерода), наименьшая радиоактивная опасность и биологическая токсичность при попадании трития внутрь организма - все это способствует широкому применению трития в качестве меченого атома при химических, биологических и медицинских исследованиях. [110, 111-112].
Несмотря на большое количество разнообразных методов введения тритиевой метки [112-113] (гидрирование двойной связи, изотопный обмен, гомогенный и гетерогенный катализ, классический синтез с использованием исходных меченых соединений и т.д.), применение каждого из них имеет определенные ограничения и требует специальной разработки в каждом конкретном случае. Восстановление тритием происходит только в случае соединений с двойной связью, в то время как изотопный обмен происходит только в случае подвижного водорода. Кроме того, химические синтезы в большинстве случаев бывают очень сложными и трудоёмкими и не позволяют получать меченые соединения с высокой молярной активностью.
Введение изотопной метки - очень важное средство для идентификации органических соединений в аналитических и биохимических схемах. Тритиевая метка с помощью различных радиохимических исследований может быть обнаружена с большой чувствительностью, что очень существенно в случае изучения сложных многостадийных и нелинейных процессов. Тритий - это самый распространенный радионуклид в химических и биохимических исследованиях, более охотно вводимый в комплексы органических и биоорганических молекул, нежели все остальные радиоизотопы. Кроме того, с помощью новых и уже известных технологий удается осуществлять синтез сложнейших меченых биологически активных веществ и лекарственных препаратов. При помощи изотопа трития были изучены процессы холестеринового обмена, стимулирования синтеза жирных кислот инсулином, строение гормона альдостерона, иммуноглобулина, механизмы терапевтического действия лекарственных веществ [110-128].
В последние годы необходимость внедрения новейших стерео- и региоселективных методов введения тритиевой метки с высокой удельной активностью является наиболее ощутимой в биохимических исследованиях и, как результат, разрабатываются всё более совершенные технологии и подбираются различные альтернативные реагенты, стимулируется процесс поиска экспериментально простых способов получения весьма сложных и трудно синтезируемых соединений, меченных тритием [129-132].
В связи с этим целью настоящей работы является поиск новых путей синтеза меченных тритием органических и гетероциклических производных, представляющих большой теоретический и практический интерес в химии, биологии и медицине.
Получение субстратов - органических соединений элементов V-VIIa групп
Поскольку в Via группе лишь для Ph20 и Ph2Te наблюдается четкое отделение от бифенила, а пятна остальных веществ находятся вблизи последних, хотя и отделяются от него, нами была предложена проверочная методика разделения Ph2S и Ph2Se путем превращения их в другие соединения. Дифенилсера и дифенилселен, нанесенные на силуфол, переводили в соответствующие дихлориды путем хлорирования насыщенным раствором хлора в четыреххлористом углероде непосредственно на хроматографической пластинке. Полученные дихлориды при повторном хроматографировании в гексане в отличие от бифенила остаются на старте. Полноту хлорирования проверяли с помощью Ph275Se, меченого соединения, которое было ПС синтезировано нами из металлического селена Se и дифенилртути [200].
Как уже отмечалось, исследуемые органические ониевые производные являются солеобразными соединениями. Поэтому они могут быть смещены со старта лишь полярными растворителями, либо смесями, содержащими в своем составе полярный компонент. Использование таких полярных растворителей, как хлороформ, ацетон, нитрометан, спирты и т.д., не дает хорошего разделения ониевых соединений (пятна веществ получаются слишком размытыми и растянутыми). В качестве элюентов оказались непригодными и вещества, являющиеся основаниями (аммиак, пиридин), так как в их присутствии происходит частичное превращение некоторых солей в гидроксиды. В ходе исследования было установлено, что наилучшие результаты получаются с системами, содержащими органические кислоты (муравьиную, уксусную). При варьировании содержания кислоты наблюдается сильное изменение величины Rf,. Соотношение всех компонентов элюента подбиралось таким образом, чтобы после хроматографирования пятна находились в средней части хроматограммы. Значения Rf ониевых соединений в изученных системах растворителей [201] представлены в табл. 3.3.
После приготовления элюент выдерживали в течение 3-5 дней для установления равновесия. В системе w-бутиловый спирт - лед. уксусная кислота - вода после установления равновесия для хроматографирования была использована только органическая фаза.
Использование нескольких хроматографических систем дает более чёткую идентификацию исследуемых веществ, что особенно важно в случае получения неизвестных ранее соединений. В качестве стандартной системы была выбрана система бензол - этилацетат - 85% муравьиная кислота, 4:4:1. Лишь в случае галогенониевых производных значения Rf в этой системе очень малы. Для них было использовано иное соотношение растворителей, а именно, 4:4:1,5, что приводит к увеличенным значениям Rf 0,22 и 0,26 для солей бромония и йодония, соответственно.
Необходимо отметить, что изменение анионной части соли практически не сказывается на её хроматографическом поведении. Из данных табл. 3.4 видно, что нет заметного отличия в значениях R/ для борфторидов с одной стороны, и йодидов, хлоридов и перхлоратов с другой.
Для фенилзамещенных ониевых производных ряда элементов (N, О, F, Bi) не представлялось возможным использование в качестве свидетелей изотопных носителей (соединения неизвестны или крайне неустойчивы). В этих случаях нами были использованы 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 Rf для однотипных соединений элементов - ближайших аналогов одной и той же группы (см. табл. 2.3).
Стандартная методика разделения продуктов ядерно-химического синтеза методом ТСХ заключалась в последовательном хроматографировании в неполярном растворителе - гексане (в некоторых случаях используется двойное хроматографирование для лучшего разделения), а затем хроматографирование с использованием полярной системы.
Типичная хроматограмма разделения меченных тритием продуктов в исследуемых ион-молекулярных реакциях нуклеогенных фенил-катионов и фенильных производных элементов V-VIIa групп (на примере реакции СбТ6 -(СбН5)зТе - KBF4) приведена на рисунке 3.1.
Изучение ионообменного поведения фенильных замещенных ониевых катионов - Ph4P+, Ph4As+, Ph4Sb+, Ph3S+, Ph3Se+, Ph3Te+, Ph2Br+ и Ph2I+ осуществляли на колонке 5x100 мм с катионитом Dowex - 5ОН , 200-400 меш. В качестве элюента использовали хлорную кислоту различной концентрации. Растворы солей наносили на слой катионита, колонку промывали дважды дистиллированной водой до отсутствия иона BF4", а затем хлорной кислотой определенной концентрации. Капли собирали на пластинки силуфола. Объём раствора НСЮ4 (в величинах свободных объемов колонки), при котором происходит элюирование ониевых катионов, определяли по обнаружению исследуемых соединений на пластине силуфола после удаления с нее растворителя. Обнаружение проводили с помощью УФ света и путем опрыскивания растворами красителей. В табл. 3.5. представлены результаты ионообменной хроматографии.
В таблице указаны значения свободных объемов кислоты, отвечающие началу и концу вымывания данного ониевого катиона.
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.
Разработка методов хроматографического разделения гетероциклических продуктов ядерно-химического синтеза
Реакционная способность неподеленной электронной пары центральных атомов в исследуемых аминах и фосфинах в ион-молекулярных реакциях с тритированным фенил-катионом может быть оценена на основании сравнения выходов ониевого катиона (Вк+). Выход ониевого катиона определяется как сумма выходов полученного ониевого производного Во и всех продуктов гетеролитического распада Вр: Вк+ =Во + Вр = Во + (Вр(СбН5+) + Вр(С6Т5+)), где Вр(СН3+), Вр(СбН5+) и Вр(С6Т5+) - выходы продуктов распада, образующихся в результате отщепления СН3+, СбН5 и СбТ5 катионов, соответственно.
Оценку выходов немеченых продуктов распада (т.е. неопределяемых по радиоактивности) проводили с учетом равновероятного отщепления меченых и немеченых радикалов, входящих в состав образующегося ониевого катиона. Так, например, в случае распада тритированных тетрафенильных ониевых катионов выходы немеченных тритием трифенильных производных должны быть в три раза меньше, чем полученные выходы тритийсодержащих субстратов (для метилтрифенилониевых катионов только в два раза меньше). Полученные значения также представлены в табл. 3.13.
Увеличение выхода аммониевого катиона при переходе от тетрафенильного к метилтрифенильному, а затем к диметилдифенильному катиону объясняется возрастанием электронодонорных свойств азота в ряду (C6H5)3N (QH NCHs C6H5N(CH3)2 [300-301] и одновременным понижением стерических затруднений для атаки фенил-катиона по атому азота [267]. Оба этих фактора приводят к резкому увеличению выхода катиона Вк (табл. 3.13.) в этом направлении. Можно также предположить, что большое количество неидентифицированных соединений (около 70%), образующихся в результате реакции фенил-катиона с трифениламином, обусловлено изменением направления ион-молекулярного взаимодействия, которое, по-видимому, в этом случае связано с атакой фенил-катиона ароматических колец субстрата.
Нужно сказать, что для фосфорных аналогов способность атома Р к п-ж сопряжению с ароматическими кольцами значительно меньше [253, 274, 302], т.е. неподеленная электронная пара менее зависима от присутствующих ароматических колец в молекуле субстрата. Кроме того, в связи с большим радиусом атома фосфора (по сравнению с атомом азота) меньшую роль будут играть и стерические эффекты, вызываемые объемными ароматическими радикалами. Это находит свое отражение, во-первых, в существенно более высоком выходе тетрафенилфосфониевого катиона (49%) по сравнению с азотным аналогом, а во-вторых, в плавном и небольшом (в отличие от катиона аммония) возрастании выходов катионов фосфония при переходе к метилсодержащим производным. Значительное возрастание выхода диметил-дифениламмониевого катиона ( 100%) по сравнению с аналогичным фосфониевым хорошо согласуется с имеющимися в литературе данными о меньшей величине потенциала ионизации (т.е. о большей электронодонорной способности) ]Ч,М-диметиланилина по отношению к диметилфенилфосфину [303].
Однако выход целевых ониевых производных зависит не только от реакционной способности соответствующих аминов и фосфинов, но и от устойчивости самих ониевых катионов. В качестве характеристики относительной устойчивости органических ониевых катионов Q можно использовать отношение выходов ониевых производных В0 к выходам ониевых катионов Вк+ , выраженное в процентах. Данные по относительной устойчивости аммониевых и фосфониевых катионов также приведены в табл. 3.13. Высокие значения в случае полных фенильных ониевых катионов азота и фосфора свидетельствуют о значительно большей устойчивости по сравнению с моно- и диметилзамещенными ониевыми катионами. Большая стабильность соединений, содержащих при центральном атоме однотипные группировки, согласуется с принципом «симбиоза» теории ЖМКО [304].
Сравнение выходов продуктов гетеролитического распада ониевых катионов (см. табл. 3.13) выявило интересный факт - значительное различие в направлении этого процесса для смешанных метилфенильных ониевых катионов азота и фосфора. Стерическое напряжение в метилтрифениламмониевом катионе приводит к его значительному распаду (наименьшее Q) 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 метильного радикала по сравнению с фенильным [305] в отсутствии больших стерических напряжений в структуре катиона.
