д.х.н., профессор Казанцев А.В.

м.т.н. Емельянова О.В.

Казахстан

Синтез и некоторые превращения гидрокси- и меркаптопроизводных о- и м-карборанов

1-Гидрокси- и меркаптопроизводные о- и м- карборанов, обладающие выраженной Н-кислотностью и рядом других практически полезных свойств, до последнего времени были исследованы недостаточно систематично [1-5].

В связи с этим, а также с все возрастающей необходимостью утилизации серы, запасы которой неуклонно растут, изыскания доступных синтонов для получения новых функциональных производных о- и м- карборанов, потенциально обладающих противоопухолевой активностью и другими практически полезными свойствами, нами исследованы реакции литий- и магнийпроизводных о- и м- карборанов с кислородом, воздухом и серой в обычно применяемых и жестких условиях.

При этом установлено, что литий- о- и м- карборанов, полученные действием бутиллития на соответствующие карбораны в бензоле или смеси эфир-бензол, при взаимодействии с молекулярным кислородом и сухим воздухом при умеренном охлаждении (5-10⁰С) образуют с выходами соответственно 45 и 30 % 1-гидрокси- о- и м- карбораны (1,2):

Магнийпроизводные о- и м- карборанов, полученные действием этилмагнийбромида на соответствующие карбораны в ТГФ, реагируют с кислородом значительно медленнее и дают искомые 1-гидрокси-о- и м- карбораны с выходом не более 30%:

Синтезированные нами 1-гидрокси- о- и м- карбораны (1,2) представляют собой кристаллические вещества с выраженной кислотностью [рК_а(1) -5,05; рК_а(2) -8,12], легко растворяющиеся в водных растворах щелочей и умеренно – в органических растворителях.

С целью разработки препаративно удобного метода синтеза меркаптопроизводных о- и м- карборанов, ранее полученных действием натрийкарборанов на серу в жидком аммиаке [4], нами исследованы реакции литий- о- и м- карборанов с серой в эфирно-бензольной среде при нагревании и умеренном охлаждении.

Установлено, что взаимодействие литий о-карборанов с серой в эфирно-бензольной среде при нагревании до 50-60⁰С приводит в основном к образованию дисульфидов (3,4) и исходных о- карборанов:

Ожидаемые меркапто- о- карбораны образуются при этом с незначительным выходом, не превышающим 10-15%. При действии серы на литий-о- карбораны при умеренном охлаждении (5-10⁰С) основными продуктами реакции являются меркапто-о- карбораны (5,6):

Реакции 1,2-дилитий-о-карборана с серой в эфирно-бензольной среде при нагревании приводят к сложным смесям продуктов, а при охлаждении до 5-10⁰С – к 1,2-бисмеркапто- о-карборану (7):

По аналогичным схемам реагируют с серой в эфирно-бензольной среде моно- и дилитиевые производные м- карборанов, дающие при нагревании до 50-60⁰С сложные смеси, а при комнатной температуре и охлаждении до 5-10⁰С – 1-меркапто – 1,7-бисмеркапто-м- карбораны (8,9):

Синтезированные меркапто- о- и м- карбораны (5-9) представляют собой слегка окрашенные кристаллические вещества с четкой температурой плавления, практически не имеющие характерного для обычных меркаптанов запаха. Они легко растворяются в водных щелочных растворах с образованием меркаптидов, что свидетельствует о высокой кислотности меркаптогрупп, обусловленной влиянием ароматических электронодефицитных карборановых ядер, и могут служить удобными синтонами при получении разнообразных серосодержащих производных о- и м- карборанов, обладающих широким спектром биологической активности.

С целью выявления специфических особенностей химического поведения синтезированных меркапто- о- и м- карборанов и синтеза на их основе новых серосодержащих производных карборанов с широким спектром фармакологических свойств нами изучены реакции полученных меркаптанов и их меркаптидов с бутиллитием, иодистым метилом, иодом и перекисью водорода в уксусной кислоте.

Установлено, что меркаптопроизводные о- и м- карборанов при действии бутиллития в бензоле легко превращаются в меркаптиды лития, которые при нагревании до 70-80⁰С претерпевают расщепление С-S связи и металлирование карборанового ядра по месту разрыва связи:

Свидетельством тому служат вышеприведенные схемы реакций и образование исходных карборанов в реакциях литий о- и м- карборанов с серой при нагревании.

Алкилирование меркаптида лития (10) иодистым метилом при 20⁰С протекает неоднозначно и приводит к смеси сульфида (II) с дисульфидом (3) в соотношении ~ 9:1:

При действии на меркаптид (10) кристаллического иода образуется с количественным выходом дисульфид (3):

Действие перекиси водорода на 1-изопропил-2 меркапто- о- карборан (5) в уксусной кислоте приводит в основном к дисульфиду (3).

Реакция, по-видимому, протекает по нижеприведенной схеме, предусматривающей промежуточное образование меркаптидного катиона и взаимодействие его с оставшимся меркаптаном.

Характерной особенностью дисульфидов является повышенная устойчивость к действию галогенов и перекиси водорода в уксусной кислоте.

Состав и строение синтезированных соединений подтверждены данными элементного анализа и ИК-спектров.

Экспериментальная часть

ИК-спектры снимали на приборе «Specord 75IR» в KBr. Ход реакций и чистоту продуктов контролировали методом ТСХ на пластинках “Silufol” и “Sorbfil АФ-А”.

1-Гидрокси-2-изопропил-о-карборан (1). К бензольному раствору изопропил-о- карбораниллития, полученному из 1,86 г (0,01 моль) изопропил-о-карборана и 0,011 моль бутиллития в атмосфере аргона, добавили 10 мл абсолютного эфира для растворения осадка и затем через раствор при 5-10°С пропускали кислород (1 час) или сухой воздух (24 часа). Затем реакционную смесь обработали водой при интенсивном перемешивании и проэкстрагировали эфиром. Органический слой отделили и промыли два раза слабым раствором щелочи. Водные вытяжки объединили, подкислили разбавленной НСl и проэкстрагировали бензолом. Бензольный экстракт отделили, высушили над Na₂SО₄ и упарили. Получили 0,9 г (45 %) 1-гидрокси-2-изопропил-о-карборана (1), т.пл. 217-219°С (гексан). Литературные данные [3]: т. пл. 218-220°С

1-Гидрокси-м-карборан (2). а. Через эфирно-бензольный раствор литий-м-карборана, полученный из 1,44 г (0,01 моль) м-карборана и 0,011 моль BuLi, пропускали в течение 2 часов кислород. После обычной обработки реакционной массы получили с выходом 30% 1-гидрокси-м-карборан (2), т.пл. 301-303°С (гептан).

b. Через тетрагидрофурановый раствор м-карборанилмагнийбромида, полученный из 1,44 г (0,01 моль) м-карборана и 0,011 моль этилмагнийбромида, пропускали в течение 4 часов кислород. После соответствующей обработки реакционной смеси получили с выходом 28 % 1-гидрокси-м-карборан, т.пл. 302-303°С (гексан). Литературные данные [3]: т.пл. 302-304°С.

Бис(изопропил-о-карборанил)дисульфид (3). К эфирно-бензольному раствору изопропил-о-карбораниллития, полученному из 1,86 г (0,01 моль) изопропил-о-карборана и 0,011 моль бутиллития, добавили 0,4 г серы. Реакционную массу перемешивали при 60°С в течение 2 ч, затем охладили до комнатной температуры, обработали разбавленной НС1 и проэкстрагировали эфиром. Экстракт высушили над сернокислым натрием и упарили. Остаток кристаллизовали из гептана. Получили 1,32 г (60%) бис(изопропил-о-карборанил)дисульфида (3), т.пл. 186-187°С.

ИК- спектр (v, см^-1): 3010 (С-Н), 2595 (В-Н), 680 (C-S).

Найдено, %: С 27,48; Н 8,06; В 49,29; S 14,82. С₁₀Н₃₄В₂₀S₂.

Вычислено, %: С 27,65; Н 7,83; В 49,77; S 14,74.

Аналогично предыдущему опыту из 2,2 г (0,01 моль) фенил-о-карборана, 0,011 моль бутиллития и 0,4 г серы получили с выходом 65 % бис(фенил-о-карборанил)дисульфид (4), т.пл. 211-212°С. Лит. Данные [4]: т.пл. 212-213°С.

1-Изопропил-2-меркапто-о-кар6оран (5). К бензольному раствору изопропил-о- карбораниллития, полученному из 1,86 г (0,01 моль) изопропил-о-карборана и 0,011 моль бутиллития в атмосфере аргона, добавили абсолютный эфир для растворения осадка и затем при 5-10°С и интенсивном перемешивании 0,4 г серы. Реакционную смесь перемешивали при охлаждении в течение 2 ч, затем обработали разбавленной НСl и проэкстрагировали эфиром. Эфирно - бензольный слой отделили, высушили над сернокислым натрием и упарили. Остаток кристаллизовали из гептана. Получили 1,74 г (80%) меркапто-о-карборана (5), т.пл. 54-55°С.

ИК- спектр (v, см^-1): 3000 (С-Н), 2600 (В-Н), 2580 (S-H), 695 (C-S).

Найдено, %: С 27,95; Н 8,37; В 49,16; S 14,48. C₅H₁₈B₁₀S.

Вычислено, %: С 27,52; Н 8,26; В 49,54; S 14,69.

1-Меркапто-2-фенил-о-карборан (6). По аналогичной методике из 2,2 г (0,01 моль) фенил-о-карборана, 0,011 моль бутиллития и 0,4 г серы получили 2,1 г (83%) меркапто-о-карборана (6), т.пл. 68-69°С.

ИК- спектр (v, см^-1): 3015 (С-Н), 2595 (В-Н), 2560 (S-H), 685 (C-S).

Найдено, %: С 38,51; Н 6,21; В 42,53; S 13,03. C₈H₁₆B₁₀S.

Вычислено, %: С 38,09; Н 6,34; В 42,85; S 12,69.

1,2-Бисмеркапто-о-карборан (7). К эфирно-бензольному раствору 1,2-дилитий-о- карборана, полученному из 1,44 г (0,01 моль) о-карборана и 0,024 моль бутиллития в атмосфере аргона, добавили при 5-10°С и интенсивном перемешивании 0,8 г серы. Реакционную смесь перемешивали при охлаждении в течение 2 ч, затем обработали разбавленной НСl и проэкстрагировали эфиром. Эфирный слой отделили, высушили над Na₂SО₄ и упарили. Остаток закристаллизовали в гептане. Получили 1,4 г (70%) 1,2-бисмеркапто-о-карборана (7), т.пл. 263-265°С. Литературные данные [5]: т.пл. 265-268 °С.

1-Меркапто-7-метил-м-карборан (8). К эфирно-бензольному раствору метил-м-карборанлития, полученному из 1,58 г (0,01 моль) метил-м-карборана и 0,011 моль бутиллития, добавили при 5-10°С 0,4 г серы. Реакционную смесь перемешивали в течение 4 ч, затем обработали по вышеприведенной методике. Получили 1,2 г (62 %) 1-меркапто-7-метил-м-карборана (8), т.пл. 163-164°С. Литературные данные [5]: т пл. 162-164 °С.

Бис(метил-м-карборанил)дисулъфид выделен из смеси веществ, полученной при нагревании метил-м-карбораниллития с серой до 50-60 °С. Выход 55 %, т.пл. 195-196 °С.

ИК- спектр (v, см^-1): 3050 (С-Н), 2590 (В-Н), 2575 (S-H), 690 (C-S).

Найдено, %: S 17,25. C₆H₂₆B₂₀S₂.

Вычислено, %: S 16,90.

1,7-Бисмеркапто-м-карборан (9). К эфирно-бензольному раствору 1,7-дилитий-м- карборана, полученному из 1,44 г (0,01 моль) м-карборана и 0,024 моль бутиллития в атмосфере аргона, добавили при 10-20°С и интенсивном перемешивании 0,8 г серы. Реакционную смесь перемешивали в течение 4 ч, обработали разбавленной НС1 и проэкстрагировали эфиром. Эфирный слой отделили, высушили над Na₂SО₄ и упарили. Остаток закристаллизовали в гептане. Получили 1,3 г (65%) 1,7-бисмеркапто-м-карборана (9), т.пл. 163-164°С (гептан). Литературные данные [5]: т.пл. 164- 165 °С.

Действие бутиллития на меркапто-о- и м-карбораны. К бензольному раствору (0,01 моль) меркапто-о- или м-карборана добавили при 20 °С эквимолярное количество (0,01 моль) бутиллития и реакционную смесь кипятили в течение часа. Затем реакционную массу охладили, обработали разбавленной НС1 и проэкстрагировали эфиром. Экстракт отделили, высушили над Na₂SО₄ и упарили. Остаток закристаллизовали в гексане. Получили с количественными выходами соответствующие о- и м-карбораны.

При обработке промежуточно образующего фенил-о-карбораниллития иодистым метилом при умеренном нагревании (40-50 °С) образуется с хорошим выходом 1-метил-2-фенил-о-карборан, т.пл. 97-99 °С. Литературные данные [6]: т.пл. 99-100 °С.

Действие иодистого метила на меркаптид лития (10). К эфирно-бензольному раствору меркаптида лития (10), полученному из 1,86 г (0,01 моль) изопропил-о-карборана, 0,011 моль бутиллития и 0,4 г серы, добавили при 20 °С 1,56 г (0,011 моль) иодистого метила. Реакционную смесь перемешивали при указанной выше температуре в течение 3 ч, обработали разбавленной НСl и проэкстрагировали эфиром. Экстракт отделили, высушили над Na₂SО₄ и упарили. Остаток закристаллизовали в гексане. Получили 1,62 г (80%) изопропил-о-карборанилметилсульфида (II), т.пл. 38-39 °С.

ИК-спектр (v, см^-1): 3008 (С-Н), 2600 (В-Н), 675 (C-S).

Найдено, %: С 30,79; Н 9,05; В 46,88; S 13,52. C₆H₂₀B₁₀S.

Вычислено, %: С 31,03; Н 8,62; В 46,55; S 13,79.

Кроме того, дробной кристаллизацией полученной смеси выделили 0,47 г (10 %) бис(изопропил-о-карборанил)дисульфида (3), т. пл. 186-187 °С.

Действие иода на меркаптид лития (10). К эфирно-бензольному раствору меркаптида лития (10), полученному по вышеприведенной методике, добавили 1,3 г иода в бензоле. Реакционную смесь перемешивали до исчезновения окраски иода и обработали разбавленной НСl. Органический слой отделили, промыли раствором щелочи, высушили над MgSО₄ и упарили. Получили с выходом 82% бис(изопропил-о-карборанил)дисульфид (3), т.пл. 186-187°С.

Действие перекиси водорода на 1-изопропил-2-меркапто-о-карборан (5). К раствору, приготовленному из 1 г 1-изопропил-2-меркапто-о-карборана и 10 мл уксусной кислоты, прикапали 10 мл 30 %-ной перекиси водорода. Реакционную смесь кипятили в течение 0,5 ч., затем охладили и отфильтровали выпавший осадок. Получили с выходом 65% бис(изопропил-о-карборанил)ди-сульфид (3), т. пл. 186-187 °С.

Литература:

1. Л.И. Захаркин, Г.Г. Жигарева. Получение 1-окси-о- и м-карборанов при окислении кислородом литий-о- и м-карборанов // Журнал общей химии. - 1970. - Т. XL (СП). –С.2333-2334.

2. Л.И. Захаркин, Г.Г. Жигарева. Получение и свойства 1-оксикарборанов// Изв. АН СССР. Сер. хим.- 1970, - № 10. – С. 2290-2294.

3. Л.И. Захаркин, А.В. Казанцев. Исследование реакции алкилирования С-металлических производных баренов // Изв. АН СССР. Сер. хим. - 1965. - № 12. -С.2190-2193.

4. Р. Граймс. Карбораны // - М.: Мир. - 1966. - 264 с.