Domov » Směsi a materiály » Deriváty adamantanu. Vliv derivátů adamantanu s různými typy substituentů na indukovanou agregaci - diplomová práce

Deriváty adamantanu. Vliv derivátů adamantanu s různými typy substituentů na indukovanou agregaci - diplomová práce

Jak už víte, od března jeden z nás začal psát pravidelnou rubriku do oblíbeného časopisu našeho dětství - „Chemie a život“. Současný text je o látce, která se stala chemickým „podpisem“ autora – a základem některých velmi běžných antivirotik. Tento příspěvek je tedy jak o historii adamantanu, tak o historii rimantadinu

Zdá se mi, že v naší době je čas zavést rozšířenou verzi FION: „příjmení-křestní jméno-patronymická přezdívka“ místo sovětské zkratky FIO. Přiznám se, taky mám přezdívku. Mnoho lidí na internetu mě zná pod přezdívkou adamanta (nebo pod známějším damantychem). Toto slovo vzniklo v těch vzdálených letech, kdy jsem byl skutečným chemikem. Ve skutečnosti jsem si na počest chtěl dát přezdívku adamantan
krásný uhlovodík a řecké slovo „neodolatelný“ lákalo, ale papírová forma měla jen osm políček na písmena... Tuto bezvadnou molekulu dodnes používám jako přezdívku, unikátní v tom, že její struktura je na jedné straně tuhá, a na druhé straně postrádá všechna možná prostorová napětí, která jsou charakteristická pro mnoho cyklických molekul.

21. – 27. září 1924 v Innsbrucku
Konal se velký sjezd přírodovědců. Vystoupil na něm mimo jiné jistý chemik jménem Dekker (ve zprávě o kongresu publikované v autoritativním časopise Angewante
Chemie“, vystupuje pouze jako H. Decker z Jeny) se zprávou o „Routes of Diamond Synthesis“. V této zprávě se zabýval možnostmi syntézy uhlovodíků se strukturou podobnou
atomovou mřížku diamantu a předpověděl, že molekuly se 100-200 atomy
uhlík bude již silně připomínat diamant. Tehdy se zmínil o molekule
„dekaterpen“ C 10 H 16, poněkud překvapen, že ještě nebyl syntetizován.
Tak se hypotetický uhlovodík adamantan poprvé dostal do pozornosti chemiků.

Nejkurióznější je, že látka s naprosto stejnou strukturou je známá již velmi dlouho. Podobnou látku syntetizoval velký Alexander Butlerov v roce 1859 interakcí amoniaku a formaldehydu. Říká se mu urotropin nebo hexamethylentetramin. Je pravda, že strukturní jednotky této molekuly neobsahují atomy uhlíku, ale atomy dusíku.

Alexandr Butlerov

Urotropin

Tato látka je dodnes dobře známá a používaná v každodenním životě. Většina lidí ho zná jako suché palivo; lékaři ho používají jako antiseptikum a nazývají ho „methenamin“. Je to mimochodem jeden z mála případů, kdy má aktuálně užívaná syntetická léčivá látka více než stoletou historii užívání.

Ale vraťme se k našim adamantanům. Ve stejném roce 1924 se slavný německý chemik Hans Meerwein (autor slavného činidla svého jména, triethyloxoniumtetrafluoroborátu) konečně pokusil syntetizovat „dekaterpen“. Způsobil reakci formaldehydu s malonovým etherem v přítomnosti piperidinu. Byla však získána látka, která se ukázala jako ne zcela adamantanová a byla nazvána „Meerwein ether“.

Hans Meerwein

Meerweinův éter

V roce 1933 se zájem o adamantan ještě zvýšil, protože čistá látka byla nalezena v přírodě - v oleji. Čeští petrochemici Landa a Macháček jej izolovali z produktů hodonínského ložiska. Pokusy o syntézu pokračovaly, ale dalších osm let nic nefungovalo. Příkladem neúspěšného pokusu je syntéza z floroglucinolu a cyklohexanonu.

V roce, kdy začala Velká vlastenecká válka, vstoupil do podnikání budoucí laureát Nobelovy ceny, chorvatsko-švýcarský chemik (ještě se nepřestěhoval do Curychu) Vladimir Prelog. Obrátil se k selhání Hanse Meerweina a pokračoval ve „kouzlení“ výsledku své syntézy. Výsledkem bylo, že ve čtyřech stupních a s výtěžkem menším než jedno procento byl získán první syntetický adamantan na světě.

Vladimír Prelog

Syntéza prelogu

Skutečnost, že adamantan byl syntetizován Prelogem, je velmi symbolická. Vždyť to byl on, kdo se stal zakladatelem moderní stereochemie, muž, který vnesl řád do chemického názvosloví opticky aktivních látek. Adamantane je pozoruhodný nejen svou strukturou – ukázalo se, že je to první látka s chirálním centrem mimo samotnou molekulu. Koneckonců, celá molekula adamantanu je podobná jednomu atomu uhlíku. Pokud „zavěsíte“ (bez uvozovek?) čtyři různé substituenty na terciární atomy uhlíku, budou umístěny ve vrcholech pomyslného čtyřstěnu a molekula bude nekompatibilní se svým zrcadlovým obrazem. V roce 1969 byly takové sloučeniny připraveny a rozděleny na optické izomery. A začalo se jim říkat podle systému Kahn-Ingold-Prelog, který vznikl v letech 1941 až 1969, na jehož vzniku se nejaktivněji podílel člověk, který jako první syntetizoval adamantan.

Deriváty adamantanu mohou mít optické izomery

Ale stále jsme neřekli nic o praktických výhodách takových molekul. Od první syntézy adamantanu uplynulo něco málo více než čtvrt století a jeho jednoduchý derivát – aminoadamantan neboli amantadin – se začal používat jako antivirotikum.

amantadin

Ukázalo se, že tato malá molekula je pro chřipkový virus velmi nebezpečná. O něco později se ukázalo, že amantadin docela dobře zmírňuje příznaky parkinsonismu – rychleji než levodopa a s minimem vedlejších účinků. Farmakochemie adamantanů se v těchto směrech stále vyvíjí. Do těchto oblastí spadají dva nejznámější přípravky adamantanu.

První je rimantadin. Toto je také monosubstituovaný adamantan, ke kterému je připojena skupina CH3CHNH2. Začal se testovat jako antivirotikum ještě před amantadinem (pokud první dostal v roce 1967, tak rimantadin - už v roce 1963). Stále se aktivně používá proti řadě virů – od chřipky A a herpesu až po klíšťovou encefalitidu. Potlačuje reprodukci virů v počáteční fázi - ihned po vstupu do buňky.

Rimantadin

Druhým je memantin. Jak název napovídá, tato droga ovlivňuje paměť. U pacientů s Alzheimerovou chorobou ji sice zlepšuje, ale snaží se adaptovat memantin na léčbu jiných typů demence.

memantin

Takže adamantan, který se téměř náhodou stal mým chemickým podpisem, není jen bezvadná molekula ve tvaru, ale také zajímavá a užitečná látka s živým životopisem.

tricyklický přemostěný uhlovodík o složení C 10 H 16, jehož molekula se skládá ze tří cyklohexanových kruhů; Prostorové uspořádání atomů uhlíku v molekule adamantanu je stejné jako v krystalové mřížce diamantu. Podle systematické nomenklatury by se adamantan měl nazývat tricyklodekan.

Typicky je adamantan zobrazen jedním z následujících způsobů:

V organické chemii existuje malý počet látek, které vzbudily obrovský zájem chemiků z celého světa. Mezi takové sloučeniny patří struktury benzenu, ferrocenu, karboranu, fullerenů a adamantanu, existují další molekulární struktury, které vzbudily a vzbuzují zájem organických chemiků. To je pravděpodobně z velké části způsobeno nezvyklou strukturou samotných molekul, zejména jejich vysokou mírou symetrie.

Struktura adamantanu. Uhlíkový skelet molekuly adamantanu je podobný strukturní jednotce diamantu.

Proto název „adamantan“ pochází z řeckého „

Adamas " diamant. Experimentálně získané strukturní charakteristiky adamantanu:

Podobná struktura je zachována u téměř všech derivátů adamantanu, což je způsobeno vysokou stabilitou adamantanové struktury. Adamantane je předchůdcem homologní řady rodiny uhlovodíků s diamantovou strukturou, diamantan, triamantan atd.:

Na základě chemie adamantanu vznikla a rozvinula se jedna z oblastí moderní organické chemie - chemie organických mnohostěnů.

Adamantane má navzdory své nízké molekulové hmotnosti neobvykle vysoký bod tání pro nasycené uhlovodíky - 269 °C. Tato abnormálně vysoká teplota je způsobena vysokou symetrií tuhé molekuly adamantanu podobné diamantu. Relativně slabá mezimolekulární interakce v krystalové mřížce zároveň vede k tomu, že uhlovodík snadno sublimuje, částečně i při pokojové teplotě.

Na rozdíl od samotného adamantanu se jeho alkyl-substituované sloučeniny taví při mnohem nižších teplotách (1-methyladamantan při 103 °C a 1-ethyladamantan při 58 °C) v důsledku narušení symetrie molekuly a zvýšení vibračních a rotačních mobilitu svých jednotek.

Navzdory nepřítomnosti asymetrického atomu uhlíku v adamantanu (atom uhlíku vázaný na čtyři různé substituenty umístěné ve vrcholech čtyřstěnu) jsou deriváty adamantanu obsahující čtyři různé substituenty v polohách uzlů opticky aktivní. Střed molekuly takových adamantanových derivátů hraje roli hypotetického asymetrického atomu uhlíku.

Například:

V tomto případě je optická aktivita způsobena výskytem zvláštního typu asymetrie - asymetrie molekulárního čtyřstěnu. Velikost optické rotace pro taková spojení je malá a zřídka přesahuje 1°.

Kromě optických jsou substituované adamantany charakterizovány strukturní izomerií v závislosti na tom, zda je substituent připojen k centrálnímu nebo můstkovému atomu uhlíku. Například jsou možné 1- a 2-propyladamantany:

U disubstituovaných derivátů adamantanu s jedním můstkovým substituentem může být prostorová orientace tohoto substituentu axiální ( A) nebo rovníkové ( E), v závislosti na umístění substituentu vzhledem k rovině cyklohexanového kruhu společné pro oba substituenty (na obrázku znázorněno tučně), nebo může být označen jako cis- a trans-. Například pro 1,3-dibromoadamantan jsou možné dva izomery: 1,3 A -dibromadamantan a 1,3 E -dibromadamantan, respektive:

Příprava adamantanu a jeho alkylderivátů Jediným přírodním produktem obsahujícím adamantan a jeho homology je olej. Adamantane byl poprvé získán při studiu ropy z hodonínského pole (bývalé Československo) v roce 1933 S. Landou a V. Macháčkem. Vzhledem k nízkému obsahu adamantanu v oleji (většinou nepřesahuje 0,001 % hmotnosti) je však jeho výroba z této suroviny nepraktická. Množství adamantanu v různých typech oleje závisí na jeho chemické povaze oleje. Nejvyšší obsah adamantanu je v oleji naftenického typu. Naproti tomu parafinový olej obsahuje adamantan v mnohem menším množství. Olej také obsahuje alkylderiváty adamantanu, zejména 1-methyl, 2-methyladamantan a 1-ethyladamantan.

Protože izolace adamantanu z ropy je komplikována jeho nízkým obsahem, byly vyvinuty metody chemické syntézy této látky.

Poprvé byl adamantan získán synteticky v roce 1941 švýcarským Prelogem podle následujícího schématu:

Celkový výtěžek adamantanu byl však pouze 1,5 %. Byly navrženy vylepšené verze výše uvedené syntézy, ale složitost syntézy, stejně jako praktická nemožnost syntetizovat substituované adamantany, omezuje preparativní hodnotu této metody.

Průmyslově vhodnou metodu pro syntézu adamantanu ze snadno dostupných surovin navrhl a zavedl Schleyer v roce 1957. Metoda spočívá v katalytické izomeraci tricyklického uhlovodíku (podle systematické nomenklatury tricyklodekanu) na adamantan:

Metoda je prakticky zajímavá, protože cyklopentadien je zcela dostupná látka (získává se krakováním ropných frakcí jako vedlejší produkt) a snadno dimerizuje. V závislosti na použitém katalyzátoru se výtěžky adamantanu mění v širokém rozmezí. Jako katalyzátory lze použít různé silné Lewisovy kyseliny, jako např

AlCl3, SbF 5. Výtěžky se pohybují od 15 do 40 %.

Tato metoda je také vhodná pro syntetickou přípravu různých alkylem substituovaných adamantanů:

Je charakteristické, že přítomnost alkylových skupin významně zvyšuje výtěžek finálních produktů izomerace.

Vysoké výtěžky alkyladamantanů se získávají izomerací (nad halogenidy hliníku nebo komplexy na nich založených) tricyklických perhydroaromatických uhlovodíků o složení C 12 C 14: perhydroacenaften, perhydrofluoren, perhydroanthracen a další uhlovodíky.

Výtěžek v poslední reakci je 96 %.

Dostupnost výchozích sloučenin (odpovídající aromatické uhlovodíky se snadno izolují ve významných množstvích z kapalných produktů koksování uhlí) a vysoký výtěžek finálních produktů izomerace činí tento způsob průmyslově atraktivním.

V popsaných metodách katalytické izomerace v kapalné fázi se používají katalyzátory (

AlCl3, SbF 5), které mají řadu významných nevýhod: zvýšenou korozní aktivitu, nestabilitu, neschopnost regenerace a tvorbu značného množství pryskyřice během reakce. To byl důvod pro studium izomerních přeměn polycykloalkanů pomocí stabilních heterogenních katalyzátorů kyselého typu získaných na bázi oxidů kovů. Byly navrženy katalyzátory na bázi oxidu hlinitého, které umožňují získat alkyladamantany ve výtěžcích až 70 %.

Katalytické metody pro izomeraci polycykloalkanů jsou účinnými metodami pro výrobu uhlovodíků adamantanové řady, mnohé z nich mají preparativní hodnotu a proces výroby adamantanu izomerizací hydrogenovaného cyklopentadienového dimeru je implementován v průmyslovém měřítku.

S rostoucí molekulovou hmotností a zvyšujícím se počtem cyklů v mateřském uhlovodíku se však rychlost přesmyku na adamantanoidní uhlovodíky zpomaluje. V některých případech izomerizační metody neposkytují požadovaný výsledek. S jejich pomocí tedy není možné získat 2-substituované alkyl a aryladamantany, navíc reakční produkty zpravidla sestávají ze směsi několika izomerů a je třeba je separovat, proto syntetické metody výroby uhlovodíky adamantanové řady, založené na použití funkčních adamantanových derivátů jako výchozích materiálů, a také cyklizačních metod konstruujících strukturu adamantanu na bázi alifatických mono- a bicyklických sloučenin. Syntézy založené na funkčních derivátech se široce používají k získání jednotlivých alkyl-, cykloalkyl- a aryladamantanů. Cyklizační metody se obvykle používají při syntéze polyfunkčních derivátů adamantanu, adamantanových uhlovodíků a jejich derivátů.

Jednou z prvních úspěšných syntéz 1-methyladamantanu byla vícestupňová syntéza založená na 1-bromoadamantanu (obvykle je adamantylový radikál v reakčních schématech označován jako

Reklama):

Později byly nalezeny další účinnější způsoby syntézy 1-methyladamantanu.

Níže uvedený způsob lze považovat za obecný způsob syntézy alkyladamantanů polysubstituovaných v polohách uzlů. Umožňuje postupným navyšováním uhlovodíkového řetězce získat alkyladamantany s různou délkou alkylových skupin normální struktury.

Přímá syntéza adamantanových derivátů substituovaných v můstkových polohách je obtížná kvůli nízké reaktivitě můstkových atomů uhlíku adamantanového jádra. K syntéze 2-alkyl derivátů adamantanu se využívá interakce Grignardových činidel nebo alkyllithných derivátů se snadno dostupným adamantanem. 2-methyladamantan lze tedy získat podle následujícího schématu:

Co se týče jiných metod získávání adamantanových struktur, nejběžnější jsou metody syntézy cyklizací derivátů bicyklononanu. I když jsou tyto metody vícestupňové, umožňují přípravu adamantanových derivátů se substituenty, které se jinak obtížně syntetizují:

Funkcionalizace uzlových poloh jádra adamatanu. Je známo, že nasycené uhlovodíky, včetně adamantanu, se vyznačují nižší reaktivitou ve srovnání s nenasycenými a aromatickými uhlovodíky. To je způsobeno limitující povahou všech C-C vazeb tvořených sp3-hybridizovanými atomy uhlíku. Nasycené uhlovodíky s rámovou konstrukcí obsahují také pouze s -vazby, nicméně takové rysy jejich struktury, jako je přítomnost několika terciárních atomů uhlíku střídajících se s methylenovými můstky, a objemná struktura buňky zvyšují reaktivitu těchto sloučenin, zejména v reakcích iontového typu. Relativně vysoká reaktivita adamantanu v iontových reakcích je způsobena jeho vlastností tvořit poměrně stabilní karbokation. Vznik adamantylkarbokationtu byl zaznamenán zejména při působení pentafluoridu antimonitého na 1-fluoradamantan:

Adamantylový kationt je také generován z 1-chlor-, oxyadamantanů v superkyselinách (SbF 5) nebo v „magické kyselině“ (SbF 5 v HSO 3 F) v prostředí SO 2 a SO 2 CIF.

Nejběžnější iontové reakce vyskytující se v uzlových polohách jádra adamantanu jsou:

Crafts umožňuje nahradit všechny čtyři atomy vodíku v uzlových polohách jádra adamantanu bromem:

Za podmínek iontové halogenace probíhá proces selektivně na centrálních atomech uhlíku adamantanového jádra.

Na rozdíl od iontové halogenace, halogenace volnými radikály samotného adamantanu a jeho derivátů vede ke směsi produktů sestávající z 1- a 2-substituovaných derivátů.

K získání fluorovaných derivátů adamantanu se používá 1-adamantanol:

Halogenované adamantany jsou široce používány pro syntézu jiných funkčně substituovaných adamantanů. Reaktivita halogenderivátů adamantanu je vyšší než u jiných nasycených uhlovodíků. Oxidace adamantanu kyselinou sírovou je důležitou preparativní metodou, protože umožňuje získat adamantanon ve vysokém výtěžku:

Současně interakce adamantanu s koncentrovanou kyselinou sírovou v prostředí anhydridu kyseliny trifluoroctové umožňuje získat směs 1- a 2-adamantanolů s převažujícím obsahem prvního z nich:

K syntéze karboxylových kyselin adamantanové řady se nejčastěji používá karboxylační reakce. Koch a Haaf jako první provedli v roce 1960 přímou syntézu kyseliny 1-adamantankarboxylové tímto způsobem. Reakce se provádí v koncentrované kyselině sírové nebo oleu, což zajišťuje tvorbu adamantylových kationtů.

Výhodnější je získat 1-aminoadamantan jednostupňovou Ritterovou reakcí, která spočívá v interakci samotného adamantanu nebo 1-bromoadamantanu s nitrilem (obvykle acetonitrilem) v přítomnosti drhne-butylalkohol pod vlivem bromu v kyselině sírové:

Následná hydrolýza výsledného amidu vede k 1-aminoadamantanu.

Mezi adamantanovými funkcionalizačními reakcemi existuje zajímavá metoda pro aktivaci C-H vazby v adamantanovém jádru, navržená Ola pomocí chloridu hlinitého v methylenchloridu v přítomnosti chloridu fosforitého. V důsledku reakce vznikají dichlorfosforylované deriváty ve výtěžcích 40–60 %.

Navzdory neobvyklé struktuře adamantanu jsou reakce, do kterých vstupuje, pro organickou chemii zcela tradiční. Zvláštnost adamantanu se projevuje buď v důsledku sterických účinků spojených s velkou velikostí adamantylového radikálu, nebo s možností tvorby relativně stabilního adamantylového kationtu.

Aplikace. Vyhlídky na použití adamantanových derivátů jsou dány souborem specifických vlastností: relativně velká velikost adamantylového radikálu (jeho průměr je 5Å), vysoká lipofilita (rozpustnost v nepolárních rozpouštědlech), konformační rigidita. Poslední dvě vlastnosti jsou zvláště důležité při vytváření nových léků. Zavedení adamantylového radikálu obecně zvyšuje tepelnou stabilitu látky a její odolnost vůči oxidaci a radiaci, což je důležité zejména při výrobě polymerů se specifickými vlastnostmi.

To vše podnítilo rozsáhlé hledání nových léků, polymerních materiálů, aditiv do paliv a olejů, výbušnin, kapalných raketových paliv a stacionárních fází pro chromatografii plyn-kapalina na bázi derivátů adamantanu.

Adamantane sám se v současné době nepoužívá, ale řada jeho derivátů je široce používána.

Deriváty adamantanu se většinou používají ve farmaceutické praxi.

Léky remantadin (1-(1-adamantyl)ethylamin hydrochlorid) a adapromin (

A -propyl-1-adamantyl-ethylamin hydrochlorid) se používají jako léky k účinné prevenci virových infekcí a amantadin (1-aminoadamantan hydrochlorid) a gludantan (1-aminoadamantan glukuronid) jsou účinné u parkinsonismu způsobeného různými příčinami, zejména neuroleptický a posttraumatický syndrom.

Polymerní analogy adamantanu jsou patentovány jako antivirové sloučeniny, včetně, ve vztahu k HIV, polymerních analogů adamantanu.

N -(adamant-2-yl)aniliny vykazují neurotropní aktivitu a biologickou aktivitu N -(adamant-2-yl)hexamethylenimin se projevuje ve vztahu k parkinsonskému syndromu.

Alkylové deriváty adamantanu, zejména 1,3-dimethyladamantan, se používají jako pracovní kapaliny v některých hydraulických zařízeních. Schopnost jejich použití se vysvětluje vysokou tepelnou stabilitou dialkylderivátů, jejich nízkou toxicitou a velkým rozdílem mezi kritickou teplotou a bodem varu.

V chemii vysokomolekulárních sloučenin umožnilo zavedení adamantylového substituentu v mnoha případech zlepšit výkonnostní charakteristiky polymerních materiálů. Polymery obsahující adamantylový fragment jsou typicky tepelně odolné a jejich bod měknutí je poměrně vysoký. Jsou poměrně odolné vůči hydrolýze, oxidaci a fotolýze. Pokud jde o tyto vlastnosti, polymerní materiály obsahující adamantan jsou lepší než mnohé dobře známé průmyslové polymery a mohou najít uplatnění v různých oblastech technologie jako konstrukční, elektroizolační a jiné materiály.

Vladimír Korolkov

LITERATURA Bagriy E.I. Adamantane: Příprava, vlastnosti, aplikace. M., Science, 1989
Morozov I.S., Petrov V.I., Sergeeva S.A. Farmakologie adamantanů. Volgograd: Volgogradský med. Akademie, 2001

Obsah článku

ADAMANTHANE– tricyklický přemostěný uhlovodík o složení C 10 H 16, jehož molekula se skládá ze tří cyklohexanových kruhů; Prostorové uspořádání atomů uhlíku v molekule adamantanu je stejné jako v krystalové mřížce diamantu. Podle systematické nomenklatury by se adamantan měl nazývat tricyklodekan.

Typicky je adamantan zobrazen jedním z následujících způsobů:

V organické chemii existuje malý počet látek, které vzbudily obrovský zájem chemiků z celého světa. Mezi takové sloučeniny patří struktury benzenu, ferrocenu, karboranu, fullerenů a adamantanu a existují další molekulární struktury, které vzbudily a vzbuzují zájem organických chemiků. To je pravděpodobně z velké části způsobeno nezvyklou strukturou samotných molekul, zejména jejich vysokou mírou symetrie.

Struktura adamantanu.

Uhlíkový skelet molekuly adamantanu je podobný strukturní jednotce diamantu.

Proto název „adamantan“ pochází z řeckého „adamas“ – diamant. Experimentálně získané strukturní charakteristiky adamantanu:

Podobná struktura je zachována u téměř všech derivátů adamantanu, což je způsobeno vysokou stabilitou adamantanové struktury. Adamantane je zakladatelem homologní řady rodiny uhlovodíků s diamantovou strukturou, diamantan, triamantan atd.:

Na základě chemie adamantanu vznikla a rozvinula se jedna z oblastí moderní organické chemie - chemie organických mnohostěnů.

Na rozdíl od samotného adamantanu se jeho alkyl-substituované sloučeniny taví při mnohem nižších teplotách (1-methyladamantan - při 103 °C a 1-ethyladamantan - při -58 °C) v důsledku porušení symetrie molekuly a zvýšení vibrační a rotační pohyblivost jejích jednotek.

Kromě optických vlastností se substituované adamantany vyznačují strukturou izomerie v závislosti na tom, zda je substituent připojen k centrálnímu nebo můstkovému atomu uhlíku. Například jsou možné 1- a 2-propyladamantany:

Příprava adamantanu a jeho alkylderivátů

Jediným přírodním produktem obsahujícím adamantan a jeho homology je olej. Adamantane byl poprvé získán při studiu ropy z hodonínského pole (bývalé Československo) v roce 1933 S. Landou a V. Macháčkem. Vzhledem k nízkému obsahu adamantanu v oleji (většinou nepřesahuje 0,001 % hmotnosti) je však jeho výroba z této suroviny nepraktická. Množství adamantanu v různých typech oleje závisí na jeho chemické povaze oleje. Nejvyšší obsah adamantanu je v oleji naftenického typu. Naproti tomu parafinový olej obsahuje adamantan v mnohem menším množství. Olej také obsahuje alkylderiváty adamantanu, zejména 1-methyl, 2-methyladamantan a 1-ethyladamantan.

Protože izolace adamantanu z ropy je komplikována jeho nízkým obsahem, byly vyvinuty metody chemické syntézy této látky.

Adamantane byl poprvé synteticky získán v roce 1941 Švýcarem Prelog podle následujícího schématu:

Průmyslově vhodnou metodu syntézy adamantanu ze snadno dostupných surovin navrhl a zavedl Schleyer v roce 1957. Metoda spočívá v katalytické izomeraci tricyklického uhlovodíku (podle systematické nomenklatury - tricyklodekanu) na adamantan:

Tato metoda je také vhodná pro syntetickou přípravu různých alkylem substituovaných adamantanů:

Je charakteristické, že přítomnost alkylových skupin významně zvyšuje výtěžek finálních produktů izomerace.

Vysoké výtěžky alkyladamantanů se získávají izomerací (nad halogenidy hliníku nebo komplexy na nich založených) tricyklických perhydroaromatických uhlovodíků o složení C12–C14: perhydroacenaften, perhydrofluoren, perhydroanthracen a další uhlovodíky.

Výtěžek v poslední reakci je 96 %.

Popsané způsoby katalytické izomerace v kapalné fázi využívají katalyzátory (AlCl 3, SbF 5), které mají řadu podstatných nevýhod: zvýšenou korozní aktivitu, nestabilitu, nemožnost regenerace a tvorbu značného množství pryskyřice během reakce. To byl důvod pro studium izomerních přeměn polycykloalkanů pomocí stabilních heterogenních katalyzátorů kyselého typu získaných na bázi oxidů kovů. Byly navrženy katalyzátory na bázi oxidu hlinitého, které umožňují získat alkyladamantany ve výtěžcích až 70 %.

Katalytické metody pro izomeraci polycykloalkanů jsou účinnými metodami pro výrobu uhlovodíků adamantanové řady, mnohé z nich mají preparativní hodnotu a proces získávání adamantanu izomerizací hydrogenovaného cyklopentadienu dimeru je implementován v průmyslovém měřítku.

S rostoucí molekulovou hmotností a zvyšujícím se počtem cyklů v mateřském uhlovodíku se však rychlost přesmyku na adamantanoidní uhlovodíky zpomaluje. V některých případech izomerizační metody neposkytují požadovaný výsledek. S jejich pomocí tedy není možné získat 2-substituované alkyl a aryladamantany, navíc reakční produkty zpravidla sestávají ze směsi několika izomerů a je třeba je separovat, proto syntetické metody výroby uhlovodíky adamantanové řady, založené na použití funkčních derivátů adamantanu jako výchozích látek a také cyklizačních metod - konstrukce struktury adamantanu na bázi alifatických mono- a bicyklických sloučenin. Syntézy založené na funkčních derivátech se široce používají k získání jednotlivých alkyl-, cykloalkyl- a aryladamantanů. Cyklizační metody se obvykle používají při syntéze polyfunkčních derivátů adamantanu, adamantanových uhlovodíků a jejich derivátů.

Jednou z prvních úspěšných syntéz 1-methyladamantanu byla vícestupňová syntéza založená na 1-bromoadamantanu (adamantylový radikál je v reakčních schématech obvykle označován jako Ad):

Později byly nalezeny další účinnější způsoby syntézy 1-methyladamantanu.

Funkcionalizace uzlových poloh jádra adamatanu.

Je známo, že nasycené uhlovodíky, včetně adamantanu, se vyznačují nižší reaktivitou ve srovnání s nenasycenými a aromatickými uhlovodíky. To je způsobeno limitující povahou všech C-C vazeb tvořených sp3-hybridizovanými atomy uhlíku. Nasycené uhlovodíky s rámcovou strukturou také obsahují pouze s-vazby, avšak takové rysy jejich struktury, jako je přítomnost několika terciárních atomů uhlíku střídajících se s methylenovými můstky a objemná struktura klece, zvyšují reaktivitu těchto sloučenin, zejména při iontových reakcích. . Relativně vysoká reaktivita adamantanu v iontových reakcích je způsobena jeho vlastností tvořit poměrně stabilní karbokation. Vznik adamantylkarbokationtu byl zaznamenán zejména při působení pentafluoridu antimonitého na 1-fluoradamantan:

Adamantylový kationt je také generován z 1-chlor-, oxyadamantanů v superkyselinách (SbF 5) nebo v „magické kyselině“ (SbF 5 v HSO 3 F) v prostředí SO 2 a SO 2 CIF.

Nejběžnější iontové reakce vyskytující se v uzlových polohách jádra adamantanu jsou:

Adamantan a jeho deriváty jsou obvykle bromovány molekulárním bromem v kapalné fázi, což je iontový proces katalyzovaný Lewisovou kyselinou a necitlivý na radikálové iniciátory. Použití Friedel-Craftsových katalyzátorů umožňuje nahradit všechny čtyři atomy vodíku v uzlových polohách adamantanového jádra bromem:

Za podmínek iontové halogenace probíhá proces selektivně na centrálních atomech uhlíku adamantanového jádra.

Na rozdíl od iontové halogenace, halogenace volnými radikály samotného adamantanu a jeho derivátů vede ke směsi produktů sestávající z 1- a 2-substituovaných derivátů.

K získání fluorovaných derivátů adamantanu se používá 1-adamantanol:

Aplikace.

Perspektivy použití derivátů adamantanu jsou určeny souborem specifických vlastností: relativně velká velikost adamantylového radikálu (jeho průměr je 5Á), vysoká lipofilita (rozpustnost v nepolárních rozpouštědlech) a konformační rigidita. Poslední dvě vlastnosti jsou zvláště důležité při vytváření nových léků. Zavedení adamantylového radikálu obecně zvyšuje tepelnou stabilitu látky a její odolnost vůči oxidaci a radiaci, což je důležité zejména při výrobě polymerů se specifickými vlastnostmi.

Adamantane sám se v současné době nepoužívá, ale řada jeho derivátů je široce používána.

Deriváty adamantanu se většinou používají ve farmaceutické praxi.

Léčiva rimantadin (1-(1-adamantyl)ethylamin hydrochlorid) a adapromin (a-propyl-1-adamantyl-ethylamin hydrochlorid) se tedy používají jako léky pro účinnou prevenci virových infekcí a amantadin (1-aminoadamantan hydrochlorid) a glutantan (1-aminoadamantan glukuronid) jsou účinné proti parkinsonismu způsobenému různými příčinami, zejména neuroleptickým a posttraumatickým syndromem.

Polymerní analogy adamantanu jsou patentovány jako antivirové sloučeniny, včetně ve vztahu k HIV, polymerní analogy adamantanu.

Substituované amidy adamantankarboxylové kyseliny mohou sloužit jako hypnotika. Zavedení adamantylového zbytku do 2-hydroxynaftochinonu vede k produkci antimalarických léků. Adamantylaminoalkoholy a jejich soli mají výrazný psychostimulační účinek a jsou mírně toxické. Některé N-(adamant-2-yl)aniliny vykazují neurotropní aktivitu a biologická aktivita N-(adamant-2-yl)hexamethyleniminu se projevuje ve vztahu k parkinsonskému syndromu.

Vladimír Korolkov

Struktura adamantanu.

Příprava adamantanu a jeho alkylderivátů

Funkcionalizace uzlových poloh jádra adamatanu.

Aplikace.

Podobné články