«Ат-комплексы бора с циклотримерами оксимов – новый тип гетероадамантанов» тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.03, кандидат наук Голованов Иван Сергеевич

• Голованов Иван Сергеевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Голованов Иван Сергеевич

Оглавление

Список использованных сокращений

1. Введение

2. Гетероциклические соединения, содержащие Б,0,К-фрагмент 9 (Литературный обзор)

2.1. Пятичленные гетероциклы, содержащие группу Б,0,К с 10 трехвалентным атомом бора

2.1.1. Оксодиазаборолы

2.2. Пятичленные гетероциклы, содержащие группу Б,0,Ы с 17 четырехвалентным атомом бора

2.2.1. Ы-замещенные диоксазаборолы

2.2.2. Ы-незамещенные диоксазаборолы

2.2.3. Диоксазаборолидины

2.3. Пятичленные гетероциклы, с фрагментом БОКБО

2.4. Другие пятичленные гетероциклы

2.5. Шестичленные гетероциклы, содержащие группу Б,0,К с 36 трехвалентным атомом бора

2.6. Шестичленные гетероциклы, содержащие группу Б,0,К с 42 четырехвалентным атомом бора

2.6.1. Ы-замещенные диоксазаборинаны

2.6.2. Диоксазаборинины

2.6.3. Шестичленные гетероциклы, содержащие фрагменты Ы,Б,0,Ы или 47 С,Б,0,Ы

2.6.4. Шестичленные гетероциклы с 0,Б,0,Ы-фрагментом

2.7. Шестичленные гетероциклы с BONBON каркасом

2.8. Гетероциклы с В,0^-фрагментом, содержащие семь и более 56 атомов в цикле

3. Обсуждение результатов

3.1. Исследование конденсации моно-оксимов с бороновыми 64 кислотами

3.2. Изучение механизма межмолекулярной конденсации модельных 70 оксимов с бороновыми кислотами

3.3. Изучение реакции конденсации трис-оксимов с бороновыми 74 кислотами

3.4. Конденсация 1,3,5-триформальдоксимилциклогексана с 81 фенилбороновой кислотой

3.5. Механизмы образования диамантанов 9 и внутримолекулярной 82 циклотримеризации трис-оксимов

3.6. Синтез функционализированных производных 84 В,0^-диамантанов

3.6.1. Трехкомпонентная конденсация бороновых кислот с первичными 84 галоген-производными и трис-оксимами

3.6.2. Изучение гидролиза аддуктов 17 и боронат-триольного 89 равновесия

3.6.3. Синтез «триадных» молекул

3.6.4. Генерация динамических комбинаторных библиотек

3.6.5. Синтез модифицированных полимерных материалов

3.6.6. Получение ковалентных органических каркасных материалов

3.7. Исследование полученных ат-комплексов бора как реагентов в 112 реакции кросс-сочетания Сузуки

4. Экспериментальная часть 116 4.1. Общая часть

4.2. Синтез исходных веществ

4.3. Эксперимент к разделу

4.4. Эксперимент к разделу

4.5. Эксперимент к разделу

4.6. Эксперимент к разделу

4.7. Эксперимент к разделу

4.8. Эксперимент к разделу

4.9. Эксперимент к разделу

4.10. Эксперимент к разделу

4.11. Эксперимент к разделу

4.12. Эксперимент к разделу

4.13. Эксперимент к разделу

4.14. Эксперимент к разделу

5. Выводы

6. Список литературы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

А - кипячение

Alk - алкил

cAlk - циклоалкил

Ar - арил/гетероарил

Bn - бензил

raBu - н-бутил

'Bu - трет^-бутил

DFT - теория функционала плотности Me - метил

MIDA - N-метилиминодиуксусная кислота Et - этил

БЕНА - бис(окси)енамин

БЭТ - метод Брунауэра, Эммета,Теллера. Метод математического описания

Фи и и / и и \

изическои адсорбции, основанный на теории полимолекулярнои (многослойной) адсорбции.

ДМСО - диметилсульфоксид ДМФА - диметилформамид ТААД - «тетраазаадамантан»

3

(3,5,7-триметил-1,4,6,10-тетраазатрицикло[3.3.1.1 ' ]декан-4,6,10-триол)

ТГФ - тетрагидрофуран

ТСХ - тонкослойная хроматография

РСА - рентгеноструктурный анализ

экв. - эквивалент

ЯМР - ядерный магнитный резонанс

Введение диссертации (часть автореферата) на тему ««Ат-комплексы бора с циклотримерами оксимов – новый тип гетероадамантанов»»

1. Введение

Ат-комплексы бора многие годы являются пристальными объектами внимания химиков. Они находят применение как реагенты в различных реакциях кросс-сочетания с образованием связей углерод-углерод или углерод-гетероатом

1-4 г 5

как катализируемых переходными металлами, так и проходящих без катализа. Борные ат-комплексы успешно заменяют токсичные оловоорганические реагенты в реакциях аллилирования иминов и карбонильных соединений.6,7 Радикальные реакции винилборонатов открывают доступ к перфторалкильным спиртам, у-лактонам и у-гидроксинитрилам.8 Борные ат-комплексы выступают в качестве

1 л 9

органокатализаторов в реакциях 1,4-присоединения и реакциях альдольно-

10

кротоновой конденсации.

Связь B-O самая известная на сегодняшний момент «динамическая ковалентная связь» (dynamic covalent bond).11 Благодаря этому факту ат-комплексы

бора (полученные, как правило, конденсацией диолов с бороновыми кислотами)

12

широко используются для создания динамических систем и материалов. Образование ат-комплексов бора при взаимодействии бороновых кислот с диолами находит свое применение в биохимии,13 синтезе самоорганизующихся супрамолекулярных ансамблей и наноматериалов,14 получении ковалентных органических каркасных материалов, «умных»15 и «самозаживляющихся»16 полимеров.

Ат-комплексы, в которых атом бора заключен в адамантановый каркас интересны благодаря своей повышенной устойчивости к гидролизу и другим химическим реакциям. Пример такого ат-комплекса - производное сциллитола и борной кислоты A1 - согласно данным РСА, обладает необычной диамантановой структурой (Рисунок 1).17 Боронатный фрагмент схожей структуры (например,

диамантан A2) нашел применение в качестве защитной группы для

18

галоарилбороновых кислот в реакции кросс-сочетания по Сузуки. Эти комплексы являются одними из немногих примеров соединений бора, обладающих адамантановым каркасом.19 Стоит отметить, что в литературе приводится мало сведений о подобных гетерокаркасных веществах.19 Наиболее изученными из них являются 1-борадамантаны типа Б, которые находят применение в органическом

20,21 - 22 23

синтезе, медицинском химии, получении жидких кристаллов и

супрамолекулярных ансамблей (Рисунок 1). 24

Рисунок 1

Вг

Вг А2

В подобной ситуации направленный дизайн новых классов борадамантанов выглядит весьма актуальным. Так, совершенно неизвестным на начало выполнения исследований оставался класс 3-бора-2,4,10-триокса-1,5,7-триазаадамантанов (тип В), которые можно рассматривать как аддукты бороновых кислот с циклотримерами оксимов (1,3,5-тригидрокситриазинов I). Принадлежность этих соединений к ат-комплексам бора со связями В -О, позволяет априори надеяться на возможность их использования в органическом синтезе и дизайне функционализированных молекул и динамических систем. А наличие в их структуре сразу 7 гетероатомов делает их интересными объектами для фундаментальных исследований, связанных со стабильностью, структурой и реакционной способностью гетерокаркасных соединений адамантанового ряда.

Таким образом, конкретной целью настоящей диссертации стала разработка методов синтеза и изучение возможностей практического применения

новых_гетерокаркасных_ат-комплексов_бора,_а_именно:

3-бора-2,4,10-триокса-1,5,7-триазаадамантанов, а также их производных диамантановой структуры.

В процессе выполнения диссертационной работы нами решались следующие конкретные задачи:

• Изучение ранее не известной реакции конденсации оксимов и их тримеров с бороновыми кислотами (в том числе современными

квантово-химическими методами), а также исследование соответствующего боронат -триольного равновесия.

• Синтез новых B,O,N-гетерокаркасных ат-комплексов бора, имеющих адамантановую или диамантановую структуру, исходя из моно- и трис-оксимов соответственно.

• Синтез функциональных молекул и материалов на основе конденсации бороновых кислот с оксимами и их тримерами.

Так как ключевые соединения в данной работе могут быть рассмотрены как гетероциклические соединения бора, содержащие в цикле B,O,N-фрагмент, литературный обзор посвящен методам синтеза и свойствам подобных гетероциклов.

2. Гетероциклические соединения, содержащие В,0^-фрагмент

(Литературный обзор)*

Методам синтеза, химическим свойствам и практическому применению гетероциклических соединений бора в медицине, материаловедении и органической электронике в последние годы было уделено большое внимание

25

химиков.

Среди всего многообразия этих веществ, присутствуют гетероциклы, содержащие B,O,N-фрагмент. Они представляются довольно перспективными соединениями, химические свойства и практические характеристики которых к

настоящему моменту изучены недостаточно полно. Тем не менее, биологическая

26 28

активность (соединения А-В, Рис.1) - некоторых из них позволяет рассматривать B,O,N-гетероциклы в качестве потенциальных скаффолдов для медицинской химии. Кроме того, показана теоретическая возможность применения В,0^-гетероциклов для создания высокоэнергетических материалов.29 Существуют и примеры их применения в органическом синтезе: в реакциях фотоциклизации и кросс-сочетания (Г, Д Рис.1),30'31 в качестве защитной группы для атома бора (Е, Рис.1),32 а также как источник стерически-затрудненныой нескомпенсированной

Льюисовской пары «Frustrated Lewis Pair» (Ж, Рис.1).

Рисунок 1

33

Б в

оксодиазаборолы 2,8,9-триокса-4-аза- 3,8-дигидро-оксазабороцины 1-борабициклононаны

Ph4© ^ В"

\\ н3с

О N©

СН3

диоксазаборолы

VJ

Е

диоксазаборинаны

Ж

диоксазафосфаборепины

В данной главе используется независимая нумерация соединений, таблиц, схем и рисунков.

Все вышесказанное делает гетероциклы с Б,0,К-фрагментом потенциально интересными для химиков, специализирующихся в различных областях. Эти гетероциклические соединения, безусловно, заслуживают обобщения известных о них сведений, чему и посвящен данный литературный обзор. Разделы обзора систематизированы по размеру гетероцикла, в составе которого присутствует указанный Б,0,К-фрагмент, а также по валентности атома бора. 2.1. Пятичленные гетероциклы, содержащие группу В,0^ с трехвалентным атомом бора 2.1.1. Оксадиазаборолы

Оксадиазаборолы - гетероциклы общего вида I (Рисунок 2):

Рисунок 2

О'

Синтез гетероциклов подобного строения (1а,б) с атомом водорода у азота в положении 4 был осуществлен в 1961 году с целью изучения их фармакологической активности (Схема 1).34 Подход к синтезу первых представителей оксадиазаборолов из К-гидроксиамидинов и производных бороновых кислот, описанный в данной работе, применим для синтеза почти всех известных соединений I, независимо от наличия и типа заместителей Я, Я1 и Я2.

Схема 1 1) л,

ксилол

Мон • В(ОМе)3 2> ■

н^-в

он

1а

выход не указан

НО. ДЭН В

НХ

ОН +

толуол

16

выход не указан

тг 35,44

Позже эти же авторы целенаправленно синтезировали серию гетарил-замещенных гетероциклов 2, особо отметив их неустойчивость к этанолизу. А

г 36,37

незадолго до этого были синтезированы первые представители

оксадиазаборолов 5, содержащие заместитель

Я2 у атома азота в четвертом положении (Схема 2). В случае бензгидроксимоилхлорида 3 (Схема 2, уравнение 3) превращение протекает через образование промежуточного нитрилоксида 4, который затем реагирует с замещенным боримидом. Проведение обсуждаемого превращения при охлаждении исключает реакцию димеризации соединения 4.

Схема 2

КВ(ОН)2

толуол или ксилол

.М^в

Н К 2 30-95% 25 примеров

X = СН или N У = СН;СН3;ОСН3;СНа1; СМ(СН3)2;СМ02 или 14; Р = ОН; нафтил;фенил; мезитил; о- или п-толил

ур-е 1

ОН

Р11-В

^ОН

о

РЬ-В

он

бензол

2'М-Вх ^ С6Н5

5а-г 76-87%

К1 - СеН5; СО2С2Н5 К = С@Н5| СН2СО2С2Н5

ур-е 2

ЕЫЧ

-25°С, Е120

// \

© © =N-0

ур-еЗ

-25°С, Е120

К = С6Н5; 1Ч2 = Сдр5 К2 К = Сер5;

Я2 = р-СН30-С6Н4

На протяжении следующей четверти века было получено около двух десятков оксадиазабороловых производных.38-41 Особенностью некоторых из них являются заместители у атома бора (Схема 3). Так при замене ангидрида фенилбороновой кислоты (Схема 2, ур-е 2) на гексаэтилтриаминборан, получен продукт 6, содержащий амино-фрагмент у атома бора (Схема 3, ур-е 1). Показана возможность трансформации оксадиазаборолов 7 в триметилсилильные производные 8, путем гидролиза с последующим силилированием (Схема 3, ур-е 2). Сплавление 7а с бис-трибутилоксидом олова (IV) приводит к гетероциклу 9а (Схема 3, ур-е 3). Продукты 9 можно также получить и из К-гидроксиамидинов кипячением в бензоле (Схема 3, ур-е 4).

он +

I

А,5 ч

N14^ Р2 = Н; "Рг

ЕК /В\К1.Е1 бензол N N

I I

Е1

Н2 = "Рг; 40% УР-е 1

К2 = Н; 70% !МЕЬ

№в о и°м + Мв,ЗЮ| Н2°1Е'зМ, 2

\\

N

РК

к2 &

,мЛ

РЬ

К2 = фенил; м-толил

10ч

Т. КОМН. бензол/ТГФ

Л

N В-О-В N

К2 081Ме3 8 90%

РК

N

Р11РК 7а

/

мА

+ ("Ви3Зп)20

120°С, 5 ч сплавление

Р11

08п"Ви3

РК

9а

выход не указан

УР-е 2

ур-еЗ

М.он+ (ХзЗпН)20 + 2В(ОН)3 бАенз5ол' 2

N14^

К2 = фенил; /и-толил X = РК "Ви

ур-е 4

□2 \ к ОЭпХз 9 90-95%

42,43

Недавно были синтезированы еще две серии оксадиазаборолов 10 и 11. Отличительная черта соединений 10 и 11 - наличие замещенных тиофена или фурана в третьем положении (Схема 4 ур-е 1). Оксодиазаборолы 13, содержащие индолизиновый фрагмент, связанный с атомом бора, были получены конденсацией МГОА-боронатов 12 с ^гидроксиамидинами (Схема 4 ур-е 2).

PhB(OH)2

Л, 6-8 ч толуол

v

ур-е 1

10: X = S;Y = H,Cl; Z = H,Me,OMe,Hal; 8 примеров, выходы: 45-75%

11: X = 0;Y = Cl; Z = H,Me,OMe,Hal; 7 примеров, выходы: 40-75%

12

1) 1М NaOH, ТГФ

2)фосфатный 6y<£ep/Et20

3) N'OH "

16 ч, 100°С, толуол

Ar NH2

ур-е 2

МеО,

В

M I Н Т м I HT м I

лК sK. siK ^Me ^CN ^COOEt

N-4 N-4 N-4 N-

i ) К ) k //

Br Cl

13a 95% 136 88% 13в94% 13г81% 13д87% 13e 65% 13ж64% 13з89%

Строение оксадиазаборолов изучено достаточно подробно. За все время исследований данного класса гетероциклов, было проведено четыре

39,41-44 ту

рентгеноструктурных исследования. Длины связей в цикле и порядки связей, вычисленные с помощью квантово -химических расчетов45 приведены в Таблице 1 и на Рисунке 3.

Таблица 1

Атомы Длина связи А Порядок связи

O(/)-N(2) 1.45 0.87

N(2)-C(3) 1.30 1.59

C(3)-N(4) 1.36 1.07

N(4)-B(5) 1.41 1.08

B(5)-O(7) 1.39 1.13

Длина связи 0(7)-Ы(2) близка к таковой в 4,5-дигидро-1,2-оксазолах.

^ 47

Расстояние В(5)-0(7) сравнимо с длиной связи В-0 в эфирах борной кислоты, а

48

величина связи К(4)-В(5) схожа с аминоборанами. Следует отметить, что длины связей С(3)-Ы(4), Ы(4)-В(5) и В(5)-0(7) значительно меньше, чем для оксазаборолидинов49 (насыщенных пятичленных гетероциклов, содержащих функциональную группу Ы,В,0), при этом связи В-0 и В-Ы обладают значительным п характером (Рисунок 3). Таким образом, весь оксодиазаборольный

цикл является ароматическим.

42

Рисунок 3

Ег

............с ^

4

5 V

О

N.

©

N—8

Н2 ®

Я?

М^в?)

Р ,х К

Метод ЯМР и масс-спектрометрия также предоставляют некоторые важные данные о строении оксодиазаборолов. Так, при помощи 1Н ЯМР спектроскопии40 выяснена невозможность вращения вокруг связи Е^Ы-В в одном из продуктов 6 см. Схему 3). Отмечается аномальная термическая стабильность данного соединения. Химический сдвиг атома бора (32-33 м.д.) в 11В ЯМР спектрах,42 свидетельствует, что бор в рассматриваемых гетероциклах является 8р2-гибридизованным.50 Приведены данные о фрагментации гетероцикла при масс -спектрометрии электронного удара (Схема 5). Наблюдаемая экспериментально в масс-спектре высокого разрешения 100% интенсивность молекулярного иона является еще одним свидетельством стабильности гетероцикла оксодиазоборолов.

Схема 5

Ы

N

Я*

I

РИ

Ь

К1-С=М-Р2 N=8

К сожалению, данные о химических реакциях с участием рассматриваемых соединений весьма отрывочные. Нигамом была показана38 возможность обмена окси-групп у атома бора в соединениях 14 (Схема 6, ур-е 1). Крагом и Миллером40 была предпринята попытка расширить гетероцикл 3,4-дизамещенных-оксодиазаборолов 14' путем их взаимодействия с фенилизоционатом или тозилизоционатом, однако желаемых продуктов 15 получено не было. Данный результат авторы объясняют высокой стабильностью исходного гетероцикла (Схема 6, ур-е 2).

Схема 6

Vb Vb Ä Vb 1

OAc OEt O'Bu

14

выходы: 92% R2 = фенил; м-толил выходы: 90%

Alk

PhNCO 0=C

Ph м бензол ' N

aiu-' В толуол Ph

i. А, несколько недель Ph

14' 15

В начале XXI века свойства оксадиазаборолов, были исследованы более

44,26 г 44 v

детально. Были определены константы основности KBH+ некоторых 3,5-дизамещенных-1,2,4,5-оксадиазаборолов 2 методом потенциометрического титрования. Значения pKBH+ лежат в интервале от 2.89 до 3.63. В работе44 утверждается, что оксадиазаборолы подобного строения протонируются по атому азота, в положение 4, Это связано с большей доступностью неподеленной пары

32

электронов sp -гибридизованного атома N(4) в сравнении с sp атомом N(2) иминогруппы (Рисунок 4).

Рисунок 4

© К.эД Т 01 Т© о 1

И-^В

5ph н 54ph

2

Также была обнаружена

четкая корреляция между значениями KBH+ и соответствующими константами Гаммета заместителей на атоме С(3) (Рисунок 4).

Авторы44 ожидали, что наличие в молекуле электронодонорных заместителей увеличит электронную плотность в молекуле, что приведет к локализации неподеленой электронной пары на атоме азота в четвертом положении и, следовательно, к увеличению его основности. Это было подтверждено экспериментальными данными.

Кроме того, совсем недавно, проведено полноценное исследование

/-*»-» »-» тт 26

биологической активности данного класса соединений. Пир и соавторы синтезировали две серии оксадиазаборолов 16 и 17 (Схема 7), протестировали их противобактериальную (5 штаммов бактерий) и противогрибковую активности (одна разновидность грибка).

Схема 7

R = ХС6Н4 или "Ви

X = Н; р-СН3; р-СН30;р-СН3С0; p-(CH3)2N; Y = Н\ p-CF3; p-N02; Z = Н; p-N(CH3)2; р-ОСН3; p-CH3S02; p-02N; p-CI; p-Br; p-HO; p-F; p-CI; p-Br; p-CI; p-Br;m-CI;

m-CH3; m-CH30; m-(CH3)2N; m-CN; m-CI; m-Br; m-N02. m-CH3; m-CF3; m-OCH3.

m-02N; m-CI; m-Br.

Наилучшие результаты были показаны одним из соединений 17 (Y = p-Cl, Z = m-CF3) против бактерии S. aureus и рядом соединений 16 (R = m-ClC6H4; m-BrC6H4; m-O2NC6H4) против грибка С. albicans. Выяснено что все соединения 16 проявляют антибактериальную активность против P. aeruginosa. Также в работе26 приведено несколько QSAR моделей, с помощью которых могут быть синтезированы оксодиазаборолы, подобные 16 и 17 обладающие еще большей активностью. Эти модели основаны на нескольких параметрах, в числе которых константа полярного влияния заместителя Гаммета и константа липофильности.

На основе боролового кольца был синтезирован51 аналог препарата Valdecoxib 18а (селективного ингибитора 2-циклооксигеназы, Схема 8). К сожалению, выяснилось, что данное вещество (и другие синтезированные в работе боролы 18, Cхема 8) чрезвычайно легко гидролизуется во влажных ацетонитриле,

метаноле и диметилсульфоксиде, что исключает его применение в медицине. Следует подчеркнуть, что в статье51 ставятся под сомнение результаты биологической активности, упомянутые выше.26

Схема 8

18ж 78% 18з 83% 18и 67% 18к78% 18л 69% 18м 85%

2.2. Пятичленные гетероциклы, содержащие группу В,0^ с четырехвалентным атомом бора 2.2.1 ^-замещенные диоксазаборолы

Наиболее распространёнными представителями B,O,N пятичленных гетероциклов с четырехвалентным атомом бора, являются ^-замещенные

52

диоксазаборолы (II), первое упоминание о которых относится к 1965 году, когда был синтезирован их первый представитель - 19а (Схема 9). К сожалению, каких-либо сведений о нем, кроме температуры плавления, авторами не приводится.

Схема 9

РЬ © ри

АсОН(КаТ) V™

ОН д, 30 мин. О ч

N

1. этанол

РЬ

20а 19а

Как видно из приведенной схемы, гетероциклы II представляют собой циклические комплексные соединения, которые могут быть получены в результате взаимодействия гидроксамовых кислот 20 с различными борорганическими соединениями. Значительная часть53-61 ^-замещенных диоксазаборолов имеют в своем составе фенильные заместители (Я и Я1) у атома бора (19). Они получены конденсацией гидроксамовых кислот с ангидридом дифенилбориновой кислоты (Схема 10).

Схема 10

0 рьЯрь о-в, I о

3Л .ОН (РЬ2В)20)

к У Д, 15-30 мин 1Ч2 этанол

К о2

20 19 Р

196: & = Р3 = СН3 (87%);

Л

РЧ©РИ

ь

19в: (Г (81%); 19г:

СВН

6П11

рЩрь

О-в

о N0

СНа

(90%);

НО-^1 НО

19д: [Ч2 = [ | К3 = РЬ (76%); 19е: Я2

А

Р3 = РИ (73%); ОСН3

нсЬк РЬ

19ж:Р2= [ ]ц3 = )—^ (83%); 19з: Р3= НО-

НОН2С

(72%);

ОСН3

Р2=СН3;СзН7;2-СзН7;С6Н11;РЬ;Вп;|| ];[ ] Р3=СН3;РИ;

С1 С1 N02

19а,19и-19х

выходы:71-99%

Необходимо отдельно отметить работу, опубликованную в 1983 году Клигелем и соавторами.61 В ней было представлено наибольшее количество из известных на данный момент диоксаборолов, в том числе четырнадцать примеров продуктов 19, включая и вышеупомянутый 19а (см. выделенную область на схеме). Следует упомянуть, что для соединения 19в существует модифицированная62

методика получения из тетрафенилбората аммония и соответствующего 2-гидроксипиридин-^-оксида (Схема 11).

Схема 11

© 0 [МН4][ВР114] ,

Д, 15 ч толуол

РК®РЬ 19в 93%

После кипячения реагентов в толуоле в течение 15 часов, продукт реакции удается выделить с выходом 93%. Преимуществом, по отношению к изображенному на Схеме 10 способу получения 19в, является более широкая доступность и большая стабильность тетрафенилбората по сравнению с бисоксидифенилбораном (Ph2B)2O.

Следует также отметить, что при проведении обсуждаемой реакции с дигидроксамовой кислотой 21, вместо производного 22 образуется бициклический продукт 23, структура которого подтверждена РСА (Схема 12).

Схема 12

63

ргк Р11

о®о

РК >11 23 86%

(Р1п2В)20

А,20 мин этанол

О

(Р112В)20

X

А,20 мин этанол

©М,

РГ1Ч©

РИ

.В-О

о

V©

О Е1 ________

Р1Г "V © РИ

21 22

2,2-Дифтор-замещенные диоксаборолы (24) также являются давно известными представителями гетероциклов II. Для их синтеза соответствующую гидроксамовую кислоту кипятят в диэтиловом эфире в течение 30 минут с 1.5-2-х кратным избытком эфирата трехфтористого бора.61,64-67 В качестве заместителей у атомов 4 и 5 обычно выступают алкильный или арильный заместители. Выходы продуктов составляют 70-75%.

Существуют примеры использования комплексов 24 в реакциях фотоциклизации, как в присутствии окислителя, так и без него. Так с их помощью осуществлен синтез фенантридинов 25 (Схема 13, ур-е 1).68 и аза[и]гелиц,енов 26, 27 (Схема 13, ур -я 2,3).30

ур-е 1

24а Р1 = И2 = ОМе; X = Н,У = С1 246 = ОСН20; X = Вг.У = Н

24а1 76% 246' 99%

25а 66% 256 99%

24в

О" \ 2,воздух

1 _ Р проточный

-М©

ур-е 2

ур-еЗ

24г 24г' 27 16%

Среди преимуществ использования данных гетероциклических соединений для реакций фотоциклизаций отмечается их фиксированная Ъ конформация, а также их термическая стабильность. Оба этих фактора способствуют протеканию реакций фотоциклизации в мягких условиях и с высокими выходами (по сравнению с более распространёнными предшественниками соединений 25 и 26, 27). Для успешного получения азагелицена 27 был применен проточный реактор. Это связано, по мнению авторов, с быстрым разрушением полупродукта 24г' под действием ультрафиолетового света в условиях стационарного облучения, что приводит к низкому выходу целевого азагелицена 27. Однако, в отношении остальных соединений 24' подобной нестабильности к ультрафиолетовому облучению не отмечалось.

В литературе известен пример образования пятичленного гетероцикла типа

3 1

28, имеющего у атома бора одновременно фенильный заместитель и фтор (Схема

3 1

14). Авторами статьи изучалась реакция кросс-сочетания производных гидроксамовых кислот с органическими трифторборатами. В ходе изучения

механизма этого процесса было сделано предположение, что соединения подобные 28 являются в нем ключевыми промежуточными веществами. Соединение 28 было успешно синтезировано (Схема 14, ур -е 1), и введено в соответствующую реакцию кросс-сочетания (Схема 14, ур -е 2). Однако было выяснено, что без добавления эфирата трехфтористого бора продукт реакции 29 не образуется. Таким образом, использование гетероцикла 28 не имеет преимуществ над основным подходом, описанным в статье (Схема 14, ур-е 3).

Схема 14

О Р1\© р

.. Д^.^отмэ PhBF3K.BF3.Et2O о-вГ

Ме N -I О ур-е 1

I СН2С12,60 мин, 23°С

Ме Ме N0

00 Ме 28

ВР3«Е^О

РГ1Ч© Р О о

0'ВС , Р

60 мин, 0°С

о + Ме -^—Л ] ур-е 2

О-^РИ 60 сн2С12ОС Ме Ме СН2С12 '-^о^РИ

29 28 29

полная конверсия выход не указан

О

Ме'' , ВР3.Е120 (2 экв)

Ме + РМВРзК(2ЭКВ) СН2С12,5 мин, 0°С' УР"е 3

О Р11 29, 97%

Борную и фенилбороновую кислоты также можно ввести в реакцию с

61,69 х-, г

гидроксамовыми кислотами. В случае борной кислоты используются дополнительные комплексообразователи, такие как пирокатехин и щавелевая кислота (Схема 15).

rA^OH PhB(OH)2

,2 A. 3-4 ч бензол

Ph.©

О

В'

ОН

О R2 - С6Н5;2-СН3С6Н4; 4-СН3С6Н4; 4-CIC6H4.

R2

-n©

R3= C6H5;2-IC6H4; 3,5-(N02)2C6H3.

ЗОа-з

50-75%

о

>

О©

о

о

в

о

со2н

СР2Н, В(ОН)3 А, 6 ч бензол

R - С6Н5;СН3 2-С3Н/

^ О

R R2 31 и: R2 = R3 = CH3 (41 %) 31 к: R2 = С6Н5; R3 = СН3 (20%) 31л: R2 = R3 = С6Н5 (92%)

R - CgH5;CH3

Реакцию проводят в бензоле, отгоняя образующуюся воду, и используя только свежеосушенные растворители для перекристаллизации так как продукты 30 и 31 легко подвергаются гидролизу. Известен пример использования некоторых представителей 30 и 31 в качестве модельных соединений при описании структуры сложных биоконьюгатов фенилбороновой и салицилгидроксамовой кислот.70

71

Существует два примера N-замещенных диоксазаборолов (32а, б) полученных не из гидроксамовых кислот, а довольно необычной реакцией сочетания СO и NO при участии «Frustrated Lewis Pair» в отсутствии металлов (Схема 16, предполагаемый механизм Схема 17). Продукты 32 полностью охарактеризованы, включая рентгеноструктурный анализ и эксперименты с меченым монооксидом углерода. В работе также приведена возможная схема их образования. Термодинамика каждой стадии рассчитана с помощью методов квантовой химии (Схема 17).

Схема 16

c6f5©

R VIСбРб + NO (1.5 бар) °тО°Сдот.комн

f? ©ЧО. с толуол r©An

0 0,

c6f5 © c6f5 О

н,с

R =

R®

сн3 Н3С

CrF,

6Г5

в-

crf;

6Г5

Crfi

32

'6Г5

32а 55%

[РГ ©9©

©V ЛВ]

©

[В] {17.7}

[Р]

©

©

[В] О [В]

{-1.4},

[В] О

[Р]

©

9 £12^1 У©

[В]

©

©

л.

[РГ ч©

[Р]=Н3С-

сн3 н3с

/ЬСН3 ; [В] = В(С6Р5)2

+ N0 -Н1\Ю

{-37.0}

сн3 Н3С {Ав стадии, ккал/моль}

©

Т о [Р]^М©

Основными объектами для определения структуры диоксазаборолов типа II, служили представители продуктов 19 и 24. Длины связей в гетероцикле 19е представлены на Рисунке 5.58 Длины связей В-0 заметно отличаются друг от друга (на величину 0.03 А).58 Авторы считают, что такое различие связано с меньшей донирующей способностью карбонильной группы гидроксамовой кислоты. Так, в продукте 19з разница между длинами соответствующих связей составляет уже более 0.08 А).60

Рисунок 5

РИ ©

Аг^^М©

Р11

К©

О

Аг

ОН

В

\

О N0

к2

РСА 19е

19е

Аг = 4-МеОС6Н4 19з

24

Сам гетероцикл имеет конформацию «конверт» с атомом бора, отклоняющимся от плоскости остальных атомов, однако величина этого отклонения мала и составляет для различных веществ 0.2 -3°.

Для гетероциклов типа II возможно две резонансные структуры с двойной связью между атомами N(^-0(5) или С(5)-0(7) (см. Рисунок 6).

к © ы 'О-Л

и о

КЗ

511 "Я3

Лм

М.А II.Б

Показано, что порядок п-связи С=N составляет 0.80,60 что означает меньший вклад резонансной структуры П.Б с двойной связью С=0 в общую геометрию гетероцикла. Соотношение вклада резонансных структур составляет примерно 3:1 в пользу резонансной структуры II.А с двойной связью С=^53,65 Главным структурным отличием между 19 и 24, влияющим на геометрию всей структуры II,

о

являются более короткие связи B-0 (1.49 А) в соединениях 24. 2.2.2. ^-незамещенные диоксазаборолы

Данные гетероциклы, в отличие от II, не имеют заместителя R у атома азота. Они получаются при реакции борной кислоты с незамещенными по азоту гидроксамовыми кислотами в слабощелочной среде, необходимой для перевода гидроксамовой кислоты в форму дианиона. В зависимости от условий проведения

-72 73,74

реакции получаются аддукты с одной или двумя гидроксамовыми кислотами в качестве лигандов (Схема 18). Моноэфиры 33 образуются в этаноле, а диаддукты 34 - в бензоле. При использовании четвертичных алкиламмониевых бромидов с оксидом серебра (I), выделение продуктов 34 из реакционной смеси облегчается, так как выпадает легко удаляемый осадок бромида серебра.74

Схема 18

м'0Н

I + В(ОН)3 Н

основание

А, 5 ч 80% этанол

© N3

К = Н; о-М02; п-Ы02\ о-С1; л-С1; о-ОСН3; л-ОСН3.

О

II пы основание рГ%-иН + В(ОН)з д| 8 ч '

Н бензол

© са1

N

О© 34а-д

К

© © © ©

сак Н N1-1Е13 К К = С6Н5 74% 85% 74% К = СН3 - 68% 86%

Следует отметить, что соединения 33 водорастворимы и при этом не растворимы в большинстве органических растворителей, что отличает их от ат-комплексов 30, 31 и 34. К сожалению, выходов продуктов 33 в явном виде не приведено. В условиях проведения реакции B(OH)3 с гидроксамовыми кислотами в этаноле получить комплекс с двумя гидроксамовыми лигандами не удается даже при большом избытке гидроксамовой кислоты.72 Авторы работы75 установили, что, в случае ацетогидроксамовой кислоты (R = CH3) в водном растворе при pH 8-10 образуется примерно 80% моно -эфира 33 и менее 5% диэфира 34. Более того, доля 34 в реакционной смеси не поднимается выше 5% ни при каких значениях pH.

Соединения 34 были исследованы с помощью методов квантовой химии.76 Была дана оценка их энтальпии образования, а также проведено сравнение экспериментального и теоретического ИК -спектров, которое позволило соотнести ИК-частоты с конкретными колебаниями, чего ранее для 34 не было сделано. РСА 34е (R = C6H5, cat+ = [N(raC3H7)4],74 не выявил существенных структурных отличий пятичленного гетероцикла 1,3-диокса-4-аза-2-боронато-4-циклопентенов от II. 2.2.3. Диоксазаборолидины

Данный класс насыщенных гетероциклов типа III можно синтезировать по реакции между дизамещеными гидроксиламинами, карбонильными соединениями (формальдегидом или ацетоном) и борорганическими соединениями общей формулы Ph2BX (Схема 19).77-80

Схема 19

RtN.OH СН20(водн.) этанол

9 Л©

r2©o

N

r1 ^он 35

Ph2BX

Ph

Ph ©

о-в,

L

N©

r1 r2

36' 79-99%

R — CH3; 2-C3H7

OH

R2=

yp-e 1

X = OBPh2; Ph; 0(CH2)2NH2; 0(CH2)2N(CH3)2

НОч©,СН3 @ (Ph B)20 N Cl ——— H3C H ачетон

H3C.N.0-BPh2 CH3 37

1M NaOH ацетон

H3C

Ph.® Ph О

. -N© н3сНз, -СН3

36 94% (тип III)

yp-e 2

В случае уравнения 1 для образования продукта реакции необходимо, чтобы в качестве нуклеофила, атакующего формальдегид выступил атом азота гидроксиламина, так как иначе в качестве конечного продукта реакции образуется изомерный гетероцикл 36'' со связью B-N (Схема 20).

Схема 20

R. .ОН СН20

N . .--

I А, 5 мин

СН3 этанол

"-■Л

сн3 он

Phs©Ph

PhzBQH, R=hcH2CO-NH-C6H5

-н2о ^CH-,

о опз

35" 36" 34%

В работе77 приводятся несколько аргументов, почему данная реакция протекает именно через промежуточную структуру ^-оксида 35, изображенную на Схеме 19. В числе этих аргументов: алкилирование гидроксиламинов обычно приводит к третичным ^-оксидам; N-оксиды являются более основными, чем изомерные им N-алкилоксиамины 35'', также они обладают более сильными нуклеофильными и донорными свойствами; образование соединений 36' более выгодно с точки зрения стерических факторов, чем образование 36''. Если принять

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Голованов Иван Сергеевич, 2019 год

,ОН -

М-^ГМ

но Конон

А.М

Механизм [(2+2)+2]

Ав Ккал/моль

Р=Н (1*=СНз)

ПС А.1 +56.3 (+63.3)

О ,

(О)/

А.1

-7.3 (+4.6)

А.М

но

"но "^СН!*

он

в.и

* N-2^

но конон

в.ш

Ав Ккал/моль Р=Н (К=сн3)

ПС В.1 +49.4 (+56.8)

+43.9 (+51.0)

В.И

ур-е 1

ПС - переходное состояние

ПС В.2

+49.1 (+54.2)

0 / (0);' В.1

\ yp-e 2

\ -7.3 '(+4.6)

В.Ш

Однако был найден шестистадийный механизм с высокими, но допустимыми барьерами наиболее медленных стадий (Схема 12). Скорость-лимитирующими стадиями являются атака нуклеофильного атома азота С=К связи по электрофильному углеродному центру другой молекулы оксима. Первая такая атака проходит наиболее тяжело. Затем следует конформационный переход частицы С.11' в С.11, атака третьей молекулы оксима и вращение Н-Ы-ОН фрагмента. Завершается механизм замыканием шестичленного цикла переносом протона с атома азота на атом кислорода.

Схема 12

но..

у ?

е о

но

,ОН '

1-У

N4

С.1

С.1Г

ГМ^н N

I 'Я

он 0°

С.Н

Ц^он

у-н I "¿сни он

С.Ш'

НО.

н о©

С.Ш

нп

© I кон* е н о

С.1У

ноч

г М"ГГМ

конЬн

С .V

Ав Ккал/моль

|*=н (|*=сн3)

ПС С.1 +26.1 (+27.7)

о / (0)/

С.1

-0.2 (+1-6) С.1Г

ПС С.2 +4.0 (+9.6)

ПС С.З +22.8 (+28.1)

+1.2 (+8.1)

С.Ш'

ПС С .4

+4.4 (+12.6)

+2.4 (+8-8)

С.Ш

ПС С.5 +18.5 (+25.8)

ПС С.6 +10.7 +8.4 (+215) (+19.2) \

С.1У

. -4.6 \.(+6-6) С.У

Термодинамически невыгодным (практически исключающим его

протекание), является и реакционный путь образования частицы С.11' через четырехчленный гетероцикл С.У1 (схема 13).

Схема 13

дв

Ккап/моль (R=CHз)

ПС С.7 +64.5 (+65.4)

ПС С.8 +64.2 (+63.6)

О / (0)/ С.1

+18.7 (+24.9)

СЛЛ

\ +0.9 (+1-6) С.Н'

Из полученных расчетных данных также следует, что тримеризация оксима ацетальдегида протекает несколько труднее. Это согласуется с экспериментом, так как к данному моменту в литературе не имеется сведений о выделении в чистом виде тримера ацетоксима или его солей, в отличие от производных тримера формальдоксима (в поставленных нами ЯМР экспериментах, нам не удалось наблюдать сигналы оксима тримера ацетальдегида в диапазоне концентраций 0.2-10 М в хлороформе).

3.3. Изучение реакции конденсации трис-оксимов с бороновыми кислотами

Можно предположить, что циклотримеризация оксимов и, соответственно, сборка адамантанов I будет протекать значительно легче и термодинамически предпочтительнее, если три оксимино-группы будут находиться в одной молекуле - трис-оксиме подходящей структуры. В таких субстратах три оксиминоалкильные группы могут быть связаны как через один атом, так и через цикл.

Нами были проведены квантово-химические расчеты термодинамики внутримолекулярной циклотримеризации оксимино-групп в серии трис-оксимов различной структуры (Схема 14, • - атом или цикл). Как видно из этих результатов, циклотримеризация оказывается возможной, если в ее результате получается устойчивый гетероадамантановый каркас с относительно небольшими атомами в

узловом положении (• - азот, углерод, фосфор). В остальных случаях расчеты предсказывают меньшую устойчивость получающихся каркасов по сравнению с исходными трис-оксимами 1У.5-1У.8.

Схема 14

н Н н н

Vой нам гДг0Н гДг0Н Н%

?г А. ..АА .АА

н- - 1 н—. > н 1 н ^

м^н

он ОН он он

IV. 1 -3.8 ХУЛ -4.1 1У.З-2.2 1У.4-1.3

ОН

н Н

А-он н% А-™

" .¿к .А Ре

н

г/ н Мх/ н н

он он

+6.7 1У.6 +9.4 1Л/.7 +6.6 1У.8 +33.2

ОН

Наиболее доступными на настоящее время соединениями этого типа являются трис(оксиминоалкил)амины 6, пути получения которых как с симметричным, так и с несимметричным замещением, были разработаны в нашей лаборатории (Схемы 15 и 16).

Процедура синтеза симметричных трис-оксимов 6 включает в себя 2 стадии: синтез ^,^-бис(силокси)енаминов (БЕНА, 5) при помощи реакции двойного силилирования алифатических нитросоединений 4 действием Ме381Иа1 в присутствии триэтиламина и последующее взаимодействие 5 с аммиаком, что приводило к целевым трис-оксимам 6 (Схема 15, ур-е 1).166,168

Также была разработана методика препаративного синтеза трис-оксима 6б из хлорацетона и гидроксиламина (Схема 15, ур-е 2).

К^СНз Мез8|На|/Еу^ Я ОН2С12

N02 4

На1 = С1, Вг

N4,

М(081Ме3)2 5 60-90%

НО-

ОН

N

СН3ОН К

N

м-он

I Р = Н; Ме; РЬ; Вп УР-е 1 К ОО2О2Н5

6 37-75%

О

С1

1ЧН2ОН-НС1 МН3 > т.комн., 1 ч Н20

Ме

но-м

I

Ме

ОН

I

N

N

N

-ОН

Ме

66 30%

(препаративный синтез)

УР-е 2

Несиметричные трис-оксимы 6г (Схема 16 ур -е 1) и 6ж (Cхема 16, ур-е 2)

Г ~ 169 т/-

были получены по литературной методике. Кроме того, в рамках

диссертационной работы нами был синтезирован ранее неизвестный трис-оксим 6в

реакцией взаимодействия а-аминооксима 8б и БЕНА 5в в 1,4-диоксане, с

последующим добавлением метанола (Схема 16, ур-е 3).169

Схема 16

Ме02С(Н2С)2

М(081Ме3)2 5г

но-

ме

N

-ОН

I 1) диоксан/СН2С12 Ме 2) СН3ОН '

Ме02С(Н2С)2 N

НО-

ГГ

ОН

I

N

II к

N

Ме

N

6г 46%

-ОН

Ме

ур-е 1

РИ

М(081Ме3)2 5ж

Вп

НО'

1ЧН,

8а

1) диоксан/СН2С12 2) СН3ОН

НО

Вп

ОН РИ^М

N

II

-ОН

РЬ

6ж 92%

ур-е 2

РМ

1Ч(081Ме3)2

5в

Ме

МН,

НО

N

86

1) диоксан/СН2С12 2) СН3ОН

НО-

ОН

I

к

Ме 6в61%

-ОН

РИ

ур-еЗ

Большинство из полученных трис-оксимов 6 в реакции с бороновыми кислотами в метаноле гладко и с хорошими выходами давали необычные диамантаны 9 (выходы 64-99%), содержащие в своей структуре 3-бора-2,4,10-триокса-1,5,7-триазаадамантан, конденсированный с 1,4,6,10 -тетраазаадамантаном. Благодаря наличию в структуре трис -оксимов 6 третичного атома азота

реакция конденсации проводилась без добавления дополнительного основания, что приводило к продуктам бетаиновой структуры (Схема 17).

Схема 17

14

он ¿е>о

нп ПН КВ(ОН)2 ЛО ^,1,©

Н°-мТ М'ОН ---„1 Лп^Н

II к.. II МеОН или Н20 КТ"мГЬр2 6 9а-9м

Н3С

о А О

01 О Р^.

9в 64%

Н3С02С(Н2С)2^мТ^

9г 72%

Вп

В®

Оо' О ©| 9вп

. / мТ /

Вп

9д 76%

©>9 / л

^ I м I /

гг

9к 99%

9л 98%

9м 83%

ОН ОН ОН

-м-, р-ГК ОгПкиэ^. ^г*

НО-мТ М'ОН НО^у НО^Т м-ОН

бе 6ж 6з

_______________________________нет реакции___________________________________

Природа заместителей у оксимино -групп влияла главным образом лишь на время достижения полной конверсии исходного трис -оксима 6 - с увеличением объема заместителей время реакции обычно возрастало. Исключение составляли трис-оксим 6е, содержащий три фенильные группы, 6з, содержащий три карбоксиэтильные группы и 6ж, содержащий два фенильных и бензильный заместитель. В этих случаях конверсии исходных оксимов вообще не наблюдалось. Нагревание, а также проведение реакции в присутствии кислоты или основания (которые могут катализировать реакцию циклотримеризации) не приводило к положительному результату в этих случаях. Следует отметить, что трис-оксим 6в, содержащий два фенильных заместителя давал несимметрично-замещенный диамантан 9в с выходом 64%. Можно заключить, что конденсация трис-оксимов 6 с бороновыми кислотами значительно менее чувствительна к замещению у оксимино-группы по сравнению с аналогичной реакцией моно -оксимов (сравни со Схемой 7). В частности, в нее практически одинаково эффективно вступают альдо-и кето-трис-оксимы, в том числе содержащие достаточно объемные бензильные и фенильные группы.

Образование диамантанов 9 не чувствительно к природе заместителя R на атоме бора - помимо фенилбороновой кислоты в конденсацию с модельным трис-оксимом 6б были успешно вовлечены метилбороновая, циклопропилбороновая, транс-стирилбороновая кислоты, а также В(ОН)3 (продукты 9е-и, Схема 17). Кроме того в данную реакцию вступали гетероциклические бороновые кислоты (пиридинил-3-бороновая и тиенил-2-бороновая) и бензол-1,4-дибороновая кислота (продукты 9к-м, Схема 17). Все полученные гетеродиамантаны 9 являются довольно устойчивыми соединениями, активно разлагающимися лишь при плавлении при температурах 130-160°С.

При использовании в реакции конденсации карбонатов щелочных металлов в качестве оснований, удается выделить термически более стабильные соли 9н-с (Схема 18). Температура разложения соли 9н на 100°С выше, чем у чем цвиттер-ионной И-формы 9б. Вероятной причиной несколько меньшей стабильности диамантанов 9 по сравнению с их солями является присутствие кислого КИ протона, который может способствовать разрушению аминальных центров.

но

N [

II ^

ОН

I

N

N

66

N

-ОН

КВ(ОН)2

МеОН 24 ч

затем М2С03 т. комн.,24 ч

®В

Оо' 0

|0 , I

Тг

141 м

9н-с

V-

'V5

N

N

-В®

0 О' , ? N

К®

9о 94%

М-

с,

9п 98%

N К®

N-0

О-М

Т N\-о?веГу^еВСоN

N-0 , .© , .© О-М 1_1 1-1

9р 93%

\

N

© Ыа

м^о'/е 8 ©V*

© N3

N

9с 95%

Все продукты 9н, 9п-с, за исключением комплекса с 3-тиенилбороновой кислотой 9о, стабильны по отношению к влаге воздуха и могут храниться в течение долгого времени. Таким образом, соединения типа 9 могут служить стабильными производными неустойчивых циклических, и гетероциклических бороновых кислот, являясь, таким образом, аналогами, например, МГОА-боронатов.170

Структура и чистота продуктов 9 подтверждена методами 'Н, С (БЕРТ 135, HSQC) и 11В ЯМР спектроскопии, данными элементного анализа и масс-спектрометрии высокого разрешения. Для диамантанов 9б и 9и (в виде соответствующих кристаллогидратов) был выполнен рентгеноструктурный анализ (Рисунок 3).

А (С3) Б

(96 в кристалле) 1 (9и в кристалле)

Отдельным вопросом является положение кислого протона в диамантанах 9а-м. В кристалле продукта 9и кислый протон локализован на узловом третичном атоме азота N(1) и диамантановый каркас имеет С^ симметричную структуру Б.§ В кристалле диамантана 9б кислый протон расположен на атоме азота N(2), связанном с кислородом, вследствие чего теряется С^-симметричность 3-бора-2,4,10-триокса-1,5,7-триазаадамантанового каркаса (структура А, Рисунок 3). Соответственно, в диамантане 9б наблюдается искажение триазинового цикла за счет удлинения связей ^4)^(2)+ и ^5)^(2)+ (на 0.03-0.04 А) и укорочения связей ^4)^(3) и ^5)-Ы(4) (на 0.02-0.03 А) по сравнению с аналогичными связями в структуре диадамантана 9и, где положительный заряд локализован на атоме азота N(1). Подобное искажение является следствием появления взаимодействий 1р(1Ч)—>ст*с М(2)+, приводящих к переносу заряда от неподеленных элетронных пар атомов азота N(3) и N(4) на о* орбиталь связи ^N(2)+, что согласуется с данными квантово-химических расчетов и NBO анализа, проведенных для диамантана 9б (DFT, B3LYP/CC-PVTZ+D, газовая фаза). Кроме того, появление положительного заряда на атоме азота N(2) в 9б приводит к ожидаемому укорочению связи ^2)+^(1) (на 0.03 А) и удлинению связи В^(1) (на 0.02-0.03 А) по сравнению с соответствующими связями для атомов N(3) и N(4). В растворе для диамантанов 9а-м скорее всего имеет место равновесие между цвиттер-ионными формами типа А и Б, что приводит к наблюдаемому уширению сигналов в их спектрах ЯМР.

§ При указании здесь групп симметрии для продуктов 9б и 9и молекулы воды, входящие в состав кристаллов не рассматриваются. Группа симметрии как 9б, так и 9и с учетом молекул воды - С

3.4. Конденсация 1,3,5-трисформальдоксимилциклогексана с фенилбороновой кислотой

В реакции конденсации с бороновыми кислотами был также протестирован карбоциклический трис -оксим 10 (1У.8), имеющий высокую положительную АОг° циклотримеризации оксимино -групп. Нами была предложена методика синтеза, ранее неизвестного субстрата 10, основанная на постадийном восстановлении триэтилового эфира тримезиновой кислоты 11 с последующим окислением 1,3,5-три(гидроксиметил)циклогексана 13 по Сверну171,172 и оксимированием альдегидных групп (Схема 19, ур-е 1). Стоит отметить, что из-за высокой склонности промежуточного 1,3,5-циклогексанкарбальдегида 14 к реакциям олигомеризации, в реакцию оксимирования он вводился без дополнительной очистки. К сожалению, продукт конденсации 10 с фенилбороновой кислотой не был выделен, однако вещество 15 было зафиксировано в следовых количествах в масс-спектре высокого разрешения (Схема 19, ур-е 2).

Нельзя полностью исключить возможность существования 15 в форме раскрытого орто-эфира фенилбороновой кислоты.

СН2ОН

UAIH4, ТГФ

(СОС1)2, дмсо Et3N, -78°С

НОН2СГ ^ ^СН2ОН 13 97%

Н О

14 30%

NH2OH

водн

сн3он

УР-е 1

PhB(OH)2

МеОН 24 ч

затем К2СОэ т. комн.,48 ч затем А, 2 ч

к®

©, К

'О 1

„ nY^N

^N^ ур-е 2

15

ESI-HRMS (m/z): [М-К]"

рассчитано для [С15Н17ВМ30з]", 298.1360

найдено,298.1363

3.5. Механизмы образования диамантанов 9 и внутримолекулярной циклотримеризации трис-оксимов 6

Особенностью большинства трис-оксимов 6 является сравнительная легкость внутримолекулярной циклотримеризации в них оксимино-групп с образованием 4,6,10-тригидрокси-1,4,6,10-тетраазаадамантанов типа 16. Как и в случае трис-оксима 6б, взаимодействие относительно стабильного адамантана 16 с фенилборной кислотой приводит к диамантану 9б (Схема 20). Интересно, что эта реакция протекает значительно быстрее, чем с трис-оксимом 6б - полная конверсия 16 наблюдается за 30 минут, в то время как для полного превращения 6б требуется порядка 24 часов. Стоит отметить, что трис -оксимы 6е-з, не образующие аддуктов

с бороновыми кислотами (Схема 17), не претерпевают внутримолекулярную реакцию тримеризации оксимино -групп.166'167 Эти данные подтверждают, что образование 3-бора-2'4Д0-триокса-1Д7-триазаадамантанового каркаса протекает через первоначальное образование тримеров оксимов 16 (Схема 20).

Схема 20

он

I

но. он, рн

^ХДм Р1пВ(ОН)2

НО-мТ М'ОН АсОН СН3ОН, 0.5 ч

66 16 95%

|_РИВ(ОН)2, СН3ОН, 24 ч_

87%

Изучение механизма процесса внутримолекулярной циклотримеризации с помощью квантовой химии, на примере трис-оксимов 6а и 6б, показало, что

и и и и

начальной стадией является взаимодействие оксиминовой группы молекулы О.Х с фенилбороновой кислотой, что повышает электрофильность связи С=К за счет образования иминиевого катиона

Б.И. п Данная стадия является скорость-лимитирующей, причем протонирование трис-оксима 6б, согласно расчету имеет значительно более низкий энергетический барьер. Превращение катиона Б.И в Б.У протекает с низкими барьерами, причем каждая следующая нуклеофильная атака проходит легче предыдущей (Схема 21). Депротонирование конечной частицы Б.У фенилборонат анионом с образованием тетраазаадамантана и фенилбороновой кислоты очень термодинамически выгодно.

++ Значение рН метанольного раствора в реакции трис-оксима 6б и фенилбороновой кислоты через 30 минут после смешения реагентов ~ 5.

Ккал/моль 14= Н 14= СН3

АЕ = +18.6 ДЕГ = +4.4 АСГ° = +15.8 дсг° = +5.3

''он

N // N1-

R

ОН

ОН

о.и

н. м//

I к © он

о.ш

R

ОН

□.IV

н ©Л м^м

он

РЛ/

он

Н ©Л +

-0

=\ о

он

□.V

Р.У!

Ккал/моль R = Н R = СН3

АЕ =-25.2 ДЕГ =-21.8 Ав° =-25.0 ДС; =-23.6

дв

(ДЕ) Ккал/моль

ПС 0.1 +4.5 (+5.8)

ПС 0.2 +3.0 (+£5)

О 10) й.М

-0.7 (+05) 0.111

ПС 0.3 -5.9 -7.3 (-1.8) (-3-9) ~

0.1У

дв

(ДЕ) Ккал/моль

ПС 0.1 +8.7 (+7.1)

ПС 0.2 +10.6 (+7.0)

О

о.и

о.ш

|» = сн3

+1.7 (-2.8)

0.№

ПС 0.3 +4.7 (-0.4)

-2.2 (-7-6)

Р.У

-14.8 (-10.7) йЛ/

3.6. Синтез функционализированных производных B,O,N-диамантанов

3.6.1. Трехкомпонентная конденсация бороновых кислот с первичными галоген-производными и трис-оксимами

В последние годы бороновые кислоты часто рассматриваются как билдинг-блоки в конструировании различных функциональных молекул, супрамолекулярных ансамблей и полимерных материалов (например, т.н. "умных полимеров"). В стратегиях сборки таких молекул используется обратимая реакция между бороновыми кислотами и диолами, приводящая к эфирам бороновых кислот

то же время, конденсация между бороновыми кислотами и триолами, приводящая к боронатам КБ-(ОЯ1)3 для этой цели никогда не использовалась, хотя можно ожидать, что боронаты триолов будут более гидролитически стабильны. В этой связи, конденсацию бороновых кислот с

подходящим образом функционализированными трис-оксимами 6 можно рассматривать как новый подход к сборке гибридных молекул и материалов, в которых функциональные фрагменты связаны через Б,0,К-содержащий бетаиновый диамантан 17 (Схема 22).^

Схема 22

Ч__^ 1

V

аддукт, связанный через линкер 17

Нам удалось реализовать данный процесс в трехкомпонентном варианте, путем конденсации бороновой кислоты, трис-оксима 6б и галоген-производного R1Hal (18) Исследуемый мультистадийный процесс включает в себя внутримолекулярную циклотримеризацию оксимино -групп, кватернизацию третичного атома азота в трис-оксиме и на последней стадии боронат-триольную конденсацию. Превращение было успешно осуществлено по схеме «one pot» при комнатной температуре в метаноле в качестве растворителя (в присутствии карбонатов лития или натрия). Соответствующие неорганические примеси (Nal или LiBr), как и в случае трехкомпонентной конденсации были отделены от 17 промыванием реакционной смеси ацетоном (Схема 23).

НО /

К

0-В,ОН)2 ■ НО—N N '.......... 1^-КЛИК"

\ Электрофильная связь боронат - триол Н0 N

★

кватернизация