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Dérivés adamantanes. L'influence des dérivés de l'adamantane avec différents types de substituants sur l'agrégation induite - thèse

Comme vous le savez déjà, depuis mars, l'un de nous a commencé à écrire une chronique régulière dans le magazine préféré de notre enfance - « Chimie et vie ». Le texte actuel concerne une substance qui est devenue la « signature » chimique de l’auteur – et la base de certains médicaments antiviraux très courants. Cet article porte donc à la fois sur l’histoire de l’adamantane et sur l’histoire de la rimantadine.

Il me semble qu'à notre époque il est temps d'introduire une version élargie de FION : « nom-prénom-surnom patronymique » au lieu de l'abréviation soviétique FIO. J'avoue, j'ai aussi un surnom. De nombreuses personnes sur Internet me connaissent sous le surnom d'adamanta (ou sous le nom plus familier de damantych). Ce mot est apparu dans ces années lointaines où j'étais un vrai chimiste. En fait, j'ai voulu me donner le surnom d'adamantan en l'honneur de
un bel hydrocarbure, et le mot grec « irrésistible » nous attirait, mais le formulaire papier ne comportait que huit cases pour les lettres... J'utilise toujours cette molécule impeccable comme surnom, unique en ce sens que sa structure, d'une part, est rigide, et d’autre part, il est dépourvu de toutes les tensions spatiales possibles caractéristiques de nombreuses molécules cycliques.

21-27 septembre 1924 à Innsbruck
Un grand congrès de naturalistes a lieu. Entre autres choses, un certain chimiste nommé Dekker y a pris la parole (dans un rapport sur le congrès publié dans la revue faisant autorité Angewante
Chemie", il apparaît uniquement sous le nom de H. Decker d'Iéna) avec un reportage sur "Routes of Diamond Synthesis". Dans ce rapport, il a examiné les possibilités de synthèse d'hydrocarbures ayant une structure similaire à
réseau atomique du diamant et a prédit que les molécules comportant 100 à 200 atomes
le carbone ressemblera déjà fortement au diamant. C'est alors qu'il a mentionné la molécule
le « décaterpène » C 10 H 16, quelque peu surpris qu'il n'ait pas encore été synthétisé.
C’est ainsi que l’hypothétique hydrocarbure adamantane a attiré l’attention des chimistes pour la première fois.

Le plus curieux est qu’une substance ayant exactement la même structure est connue depuis très longtemps. Une substance similaire a été synthétisée par le grand Alexandre Butlerov en 1859 par l'interaction de l'ammoniac et du formaldéhyde. C'est ce qu'on appelle l'urotropine, ou hexaméthylènetétramine. Certes, les unités structurelles de cette molécule ne contiennent pas d'atomes de carbone, mais des atomes d'azote.

Alexandre Butlerov

Urotropine

Cette substance est encore bien connue et utilisée dans la vie quotidienne. La plupart des gens le connaissent sous le nom de combustible sec ; les médecins l’utilisent comme antiseptique et l’appellent « méthénamine ». Soit dit en passant, il s’agit de l’un des rares cas où une drogue médicale synthétique actuellement utilisée a plus d’un siècle d’histoire d’utilisation.

Mais revenons à nos adamantanes. Dans la même année 1924, le célèbre chimiste allemand Hans Meerwein (auteur du célèbre réactif de son nom, le tétrafluoroborate de triéthyloxonium) tenta enfin de synthétiser le « décaterpène ». Il a fait réagir le formaldéhyde avec l'éther malonique en présence de pipéridine. Cependant, une substance a été obtenue qui s’est avérée pas tout à fait adamantane et a été appelée « éther Meerwein ».

Hans Meerwein

L'éther de Meerwein

En 1933, l'intérêt pour l'adamantane s'est encore accru, puisque la substance pure se trouvait dans la nature, dans le pétrole. Les pétrochimistes tchèques Landa et Machacek l'ont isolé des produits du gisement Hodonin. Les tentatives de synthèse se sont poursuivies, mais pendant encore huit ans, rien n'a fonctionné. Un exemple de tentative infructueuse est la synthèse à partir de phloroglucinol et de cyclohexanone.

L'année du début de la Grande Guerre patriotique, le futur lauréat du prix Nobel, chimiste croate-suisse (il n'avait pas encore déménagé à Zurich) Vladimir Prelog entra dans l'entreprise. Il s'est tourné vers l'échec de Hans Meerwein et a continué à « évoquer » le résultat de sa synthèse. En conséquence, en quatre étapes et avec un rendement inférieur à un pour cent, le premier adamantane synthétique au monde a été obtenu.

Vladimir Prélog

Synthèse prélog

Le fait que l’adamantane ait été synthétisé par Prelog est très symbolique. Après tout, c’est lui qui est devenu le fondateur de la stéréochimie moderne, l’homme qui a mis de l’ordre dans la nomenclature chimique des substances optiquement actives. L'adamantane n'est pas seulement remarquable par sa structure : il s'est avéré être la première substance possédant un centre chiral en dehors de la molécule elle-même. Après tout, la molécule entière d’adamantane est semblable à un atome de carbone. Si vous « accrochez » (sans guillemets ?) quatre substituants différents sur les atomes de carbone tertiaires, ils seront situés aux sommets d'un tétraèdre imaginaire, et la molécule sera incompatible avec son image miroir. En 1969, ces composés ont été préparés et séparés en isomères optiques. Et ils ont commencé à être appelés selon le système Kahn-Ingold-Prelog apparu entre 1941 et 1969, dans la création duquel la personne qui a le premier synthétisé l'adamantane a pris la part la plus active.

Les dérivés de l'adamantane peuvent avoir des isomères optiques

Mais nous n’avons encore rien dit sur les bénéfices pratiques de telles molécules. Un peu plus d'un quart de siècle s'est écoulé depuis la première synthèse de l'adamantane, et son simple dérivé - l'aminoadamantane, ou amantadine - a commencé à être utilisé comme agent antiviral.

amantadine

Il s’est avéré que cette petite molécule est très dangereuse pour le virus de la grippe. Un peu plus tard, il s'est avéré que l'amantadine soulage assez bien les symptômes du parkinsonisme - plus rapidement que la lévodopa et avec un minimum d'effets secondaires. La pharmacochimie des adamantanes continue de se développer dans ces directions. Les deux préparations d’adamantane les plus connues entrent dans ces domaines.

Le premier est la rimantadine. Il s'agit également d'un adamantane monosubstitué, auquel est attaché le groupe CH3CHNH2. Il a commencé à être testé comme agent antiviral avant même l'amantadine (si le premier a été reçu en 1967, alors la rimantadine - en 1963). Il est toujours activement utilisé contre divers virus, de la grippe A à l'herpès en passant par l'encéphalite à tiques. Il supprime la reproduction des virus au stade initial - immédiatement après leur entrée dans la cellule.

Rimantadine

La seconde est la mémantine. Comme son nom l’indique, ce médicament affecte la mémoire. Cela l'améliore effectivement chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer, mais ils tentent d'adapter la mémantine pour traiter d'autres types de démence.

Mémantine

Ainsi, l'adamantane, qui est devenu presque accidentellement ma signature chimique, n'est pas seulement une molécule de forme impeccable, mais une substance intéressante et utile avec une biographie vivante.

hydrocarbure ponté tricyclique de composition C 10 H 16 dont la molécule est constituée de trois cycles cyclohexanes ; La disposition spatiale des atomes de carbone dans la molécule d’adamantane est la même que dans le réseau cristallin du diamant. Selon la nomenclature systématique, l'adamantane devrait être appelé tricyclodécane.

L'adamantane est généralement représenté de l'une des manières suivantes :

Il existe un petit nombre de substances en chimie organique qui suscitent un énorme intérêt de la part des chimistes du monde entier. Parmi ces composés figurent les structures du benzène, du ferrocène, du carborane, des fullerènes et de l'adamantane, il existe d'autres structures moléculaires qui ont suscité et suscitent encore l'intérêt des chimistes organiques. Cela est probablement dû en grande partie à la structure inhabituelle des molécules elles-mêmes, notamment à leur degré élevé de symétrie.

La structure de l'adamantane. Le squelette carboné de la molécule d’adamantane est similaire à l’unité structurelle du diamant.

C'est pourquoi le nom « adamantane » vient du grec «

Adama " diamant. Caractéristiques structurelles de l'adamantane obtenues expérimentalement :

Une structure similaire est conservée dans presque tous les dérivés de l'adamantane, en raison de la grande stabilité de la charpente de l'adamantane. L'adamantane est l'ancêtre des séries homologues de la famille des hydrocarbures à structure diamantifère, diamantane, triamantane, etc. :

Sur la base de la chimie de l'adamantane, l'un des domaines de la chimie organique moderne est né et s'est développé : la chimie des polyèdres organiques.

L'adamantane, malgré son faible poids moléculaire, a un point de fusion inhabituellement élevé pour les hydrocarbures saturés - 269°C. Cette température anormalement élevée est due à la symétrie élevée de la molécule rigide d'adamantane semblable à un diamant. Dans le même temps, l'interaction intermoléculaire relativement faible dans le réseau cristallin conduit au fait que l'hydrocarbure se sublime facilement, partiellement même à température ambiante.

Contrairement à l'adamantane lui-même, ses composés alkyl-substitués fondent à des températures beaucoup plus basses (1-méthyladamantane à 103°C et 1-éthyladamantane à 58°C) en raison de la violation de la symétrie de la molécule et d'une augmentation des vibrations et de la rotation. mobilité de ses unités.

Malgré l'absence d'atome de carbone asymétrique dans l'adamantane (un atome de carbone lié à quatre substituants différents situés aux sommets du tétraèdre), les dérivés de l'adamantane contenant quatre substituants différents aux positions des nœuds sont optiquement actifs. Le centre de la molécule de ces dérivés de l'adamantane joue le rôle d'un hypothétique atome de carbone asymétrique.

Par exemple:

Dans ce cas, l'activité optique est due à l'apparition d'un type particulier d'asymétrie - l'asymétrie du tétraèdre moléculaire. La quantité de rotation optique pour de telles connexions est faible et dépasse rarement 1°.

En plus des adamantanes optiques, les adamantanes substitués sont caractérisés par une isomérie structurelle, selon qu'un substituant est attaché à l'atome de carbone central ou pontant. Par exemple, les 1- et 2-propyladamantanes sont respectivement possibles :

Pour les dérivés d'adamantane disubstitués avec un substituant pontant, l'orientation spatiale de ce substituant peut être axiale ( UN) ou équatorial ( e), selon l'emplacement du substituant par rapport au plan du cycle cyclohexane commun aux deux substituants (indiqué en gras sur la figure), ou il peut être désigné par cis- et trans-. Par exemple, pour le 1,3-dibromoadamantane, deux isomères sont possibles : 1,3 UN -dibromadamantane et 1,3 e -dibromadamantane, respectivement :

Préparation de l'adamantane et de ses dérivés alkylés Le seul produit naturel contenant de l'adamantane et ses homologues est l'huile. L'adamantane a été obtenu pour la première fois lors de l'étude du pétrole du champ Hodonin (ex-Tchécoslovaquie) en 1933 par S. Landa et V. Machacek. Cependant, en raison de la faible teneur en adamantane de l'huile (elle ne dépasse généralement pas 0,001 % en poids), sa production à partir de cette matière première n'est pas pratique. La quantité d’adamantane dans différents types d’huile dépend de la nature chimique de l’huile. La teneur en adamantane la plus élevée se trouve dans l’huile de type naphténique. En revanche, l’huile paraffinique contient de l’adamantane en quantités beaucoup plus faibles. L'huile contient également des dérivés alkylés de l'adamantane, en particulier le 1-méthyle, le 2-méthyladamantane et le 1-éthyle adamantane.

L'isolement de l'adamantane du pétrole étant compliqué par sa faible teneur, des méthodes de synthèse chimique de cette substance ont été développées.

Pour la première fois, l'adamantane a été obtenu synthétiquement en 1941 par la société suisse Prelog selon le schéma suivant :

Cependant, le rendement total en adamantane n'était que de 1,5 %. Des versions améliorées de la synthèse ci-dessus ont été proposées, mais la complexité de la synthèse, ainsi que l'impossibilité pratique de synthétiser des adamantanes substitués, limitent la valeur préparative de cette méthode.

Une méthode industriellement adaptée pour la synthèse de l'adamantane à partir de matières premières facilement disponibles a été proposée et mise en œuvre par Schleyer en 1957. La méthode consiste en l'isomérisation catalytique d'un hydrocarbure tricyclique (selon la nomenclature systématique tricyclodécane) en adamantane :

La méthode est pratiquement intéressante, car le cyclopentadiène est une substance totalement accessible (il est obtenu à partir du craquage de fractions pétrolières comme sous-produit) et se dimérise facilement. En fonction du catalyseur utilisé, les rendements en adamantane varient dans une large gamme. Divers acides de Lewis forts peuvent être utilisés comme catalyseurs, tels que

AlCl3, SbF 5 . Les rendements varient de 15 à 40 %.

Cette méthode convient également à la préparation synthétique de divers adamantanes alkyl-substitués :

Il est caractéristique que la présence de groupes alkyles augmente considérablement le rendement en produits finaux d'isomérisation.

Des rendements élevés en alkyladamantanes sont obtenus par isomérisation (sur des halogénures d'aluminium ou des complexes à base d'eux) d'hydrocarbures perhydroaromatiques tricycliques de composition C 12 C 14 : perhydroacénaphtène, perhydrofluorène, perhydroanthracène et autres hydrocarbures.

Le rendement de la dernière réaction est de 96 %.

La disponibilité des composés de départ (les hydrocarbures aromatiques correspondants sont facilement isolés en quantités importantes des produits liquides de la cokéfaction du charbon) et le rendement élevé en produits finaux d'isomérisation rendent cette méthode industriellement attractive.

Dans les méthodes décrites d'isomérisation catalytique en phase liquide, des catalyseurs sont utilisés (

AlCl3, SbF 5), qui présentent un certain nombre d'inconvénients importants : activité de corrosion accrue, instabilité, incapacité à se régénérer et formation de quantités importantes de résine au cours de la réaction. C'est la raison pour laquelle il a été étudié les transformations isomères des polycycloalcanes à l'aide de catalyseurs stables de type acide hétérogène obtenus à base d'oxydes métalliques. Des catalyseurs à base d'oxyde d'aluminium ont été proposés, qui permettent d'obtenir des alkyladamantanes avec des rendements allant jusqu'à 70 %.

Les méthodes catalytiques d'isomérisation des polycycloalcanes sont des méthodes efficaces pour la production d'hydrocarbures de la série adamantane, beaucoup d'entre eux ont une valeur préparative, et le processus de production d'adamantane par isomérisation du dimère de cyclopentadiène hydrogéné est mis en œuvre à l'échelle industrielle.

Cependant, à mesure que le poids moléculaire augmente et que le nombre de cycles dans l’hydrocarbure parent augmente, le taux de réarrangement en hydrocarbures adamantanoïdes ralentit. Dans certains cas, les méthodes d'isomérisation ne donnent pas le résultat souhaité. Ainsi, avec leur aide, il est impossible d'obtenir des alkyles et aryladamantanes 2-substitués ; de plus, les produits de réaction sont généralement constitués d'un mélange de plusieurs isomères et doivent être séparés, c'est pourquoi les méthodes de synthèse pour la production d'hydrocarbures de la série adamantane, basés sur l'utilisation de dérivés fonctionnels de l'adamantane comme matières premières, ainsi que des méthodes de cyclisation construisant la structure de l'adamantane à base de composés mono- et bicycliques aliphatiques. Les synthèses basées sur des dérivés fonctionnels sont largement utilisées pour obtenir des alkyles, cycloalkyles et aryladamantanes individuels. Les méthodes de cyclisation sont généralement utilisées dans la synthèse de dérivés d'adamantane polyfonctionnels, d'hydrocarbures d'adamantane et de leurs dérivés.

L'une des premières synthèses réussies du 1-méthyladamantane était une synthèse en plusieurs étapes basée sur le 1-bromoadamantane (généralement, le radical adamantyle est désigné dans les schémas réactionnels par

Annonce ):

Plus tard, d’autres moyens plus efficaces de synthétiser le 1-méthyladamantane ont été découverts.

La méthode donnée ci-dessous peut être considérée comme une méthode générale pour la synthèse d'alkyladamantanes polysubstitués aux positions nodales. Il permet, en augmentant progressivement la chaîne hydrocarbonée, d'obtenir des alkyladamantanes avec différentes longueurs de groupes alkyles de structure normale.

La synthèse directe de dérivés d'adamantane substitués aux positions de pontage est difficile en raison de la faible réactivité des atomes de carbone de pontage du noyau d'adamantane. Pour synthétiser des dérivés 2-alkyles de l'adamantane, l'interaction de réactifs de Grignard ou de dérivés d'alkyllithium avec de l'adamantane facilement disponible est utilisée. Ainsi, le 2-méthyladamantane peut être obtenu selon le schéma suivant :

Quant aux autres méthodes d'obtention de structures adamantane, les plus courantes sont les méthodes de synthèse par cyclisation de dérivés bicyclononanes. Bien que de telles méthodes soient en plusieurs étapes, elles permettent la préparation de dérivés d'adamantane avec des substituants difficiles à synthétiser autrement :

Fonctionnalisation des positions nodales du noyau adamanatane. On sait que les hydrocarbures saturés, dont l'adamantane, se caractérisent par une réactivité moindre par rapport aux hydrocarbures insaturés et aromatiques. Cela est dû à la nature limitante de toutes les liaisons C-C formées par des atomes de carbone hybrides sp 3. Les hydrocarbures saturés à structure charpente ne contiennent également que s -liaisons, cependant, des caractéristiques de leur structure telles que la présence de plusieurs atomes de carbone tertiaires alternant avec des ponts méthylène et la structure volumineuse de la cellule augmentent la réactivité de ces composés, notamment dans les réactions de type ionique. La réactivité relativement élevée de l'adamantane dans les réactions ioniques est due à sa propriété de former un carbocation assez stable. La formation d'adamantyl carbocation a été enregistrée notamment lors de l'action du pentafluorure d'antimoine sur le 1-fluoroadamantane :

Le cation adamantyle est également généré à partir de 1-chloro-, oxyadamantanes dans des superacides (SbF 5) ou dans « l'acide magique » (SbF 5 dans HSO 3 F) dans un environnement de SO 2 et SO 2 ClF.

Les réactions ioniques les plus courantes se produisant aux positions nodales du noyau adamantane sont :

Crafts vous permet de remplacer les quatre atomes d'hydrogène aux positions nodales du noyau adamantane par du brome :

Dans des conditions d'halogénation ionique, le processus se produit sélectivement au niveau des atomes de carbone centraux du noyau d'adamantane.

Contrairement à l'halogénation ionique, l'halogénation radicalaire de l'adamantane lui-même et de ses dérivés conduit à un mélange de produits constitués de dérivés 1- et 2-substitués.

Pour obtenir des dérivés d'adamantane fluorés, le 1-adamantanol est utilisé :

Les adamantanes halogénés sont largement utilisés pour la synthèse d'autres adamantanes fonctionnellement substitués. La réactivité des dérivés halogénés de l'adamantane est supérieure à celle des autres hydrocarbures saturés. L'oxydation de l'adamantane avec de l'acide sulfurique est une méthode de préparation importante, car elle permet d'obtenir de l'adamantanone avec un rendement élevé :

Parallèlement, l'interaction de l'adamantane avec l'acide sulfurique concentré en milieu anhydride trifluoroacétique permet d'obtenir un mélange de 1- et 2-adamantanols, avec une teneur prédominante du premier d'entre eux :

Pour synthétiser les acides carboxyliques de la série adamantane, la réaction de carboxylation est le plus souvent utilisée. Koch et Haaf ont été les premiers à réaliser ainsi la synthèse directe de l'acide 1-adamantanecarboxylique en 1960. La réaction s'effectue dans de l'acide sulfurique ou de l'oléum concentré, ce qui assure la formation de cations adamantyle.

Il est plus pratique d'obtenir le 1-aminoadamantane par une réaction de Ritter en une étape, qui consiste en l'interaction de l'adamantane lui-même ou du 1-bromoadamantane avec du nitrile (généralement de l'acétonitrile) en présence frotte-l'alcool butylique sous l'influence du brome dans l'acide sulfurique :

L'hydrolyse ultérieure de l'amide résultant conduit au 1-aminoadamantane.

Parmi les réactions de fonctionnalisation de l'adamantane, il existe une méthode intéressante pour activer la liaison C-H dans le noyau adamantane, proposée par Ola utilisant du chlorure d'aluminium dans du chlorure de méthylène en présence de trichlorure de phosphore. À la suite de la réaction, des dérivés dichlorophosphorylés se forment avec des rendements de 40 à 60 %.

Malgré la structure inhabituelle de l'adamantane, les réactions dans lesquelles il entre sont assez traditionnelles en chimie organique. La particularité de l'adamantane se manifeste soit par des effets stériques associés à la grande taille du radical adamantyle, soit par la possibilité de former un cation adamantyle relativement stable.

Application. Les perspectives d'utilisation des dérivés de l'adamantane sont déterminées par un ensemble de propriétés spécifiques : la taille relativement grande du radical adamantyle (son diamètre est de 5Å), haute lipophile (solubilité dans les solvants non polaires), rigidité conformationnelle. Ces deux dernières propriétés sont particulièrement importantes lors de la création de nouveaux médicaments. L'introduction d'un radical adamantyle augmente généralement la stabilité thermique de la substance et sa résistance à l'oxydation et à l'exposition aux radiations, ce qui est important notamment lors de la production de polymères aux propriétés spécifiques.

Tout cela a stimulé la recherche à grande échelle de nouveaux médicaments, de matériaux polymères, d'additifs pour carburants et huiles, d'explosifs, de carburants liquides pour fusées et de phases stationnaires pour la chromatographie gaz-liquide à base de dérivés d'adamantane.

L'Adamantane lui-même n'est pas utilisé actuellement, mais un certain nombre de ses dérivés sont largement utilisés.

Les dérivés de l'adamantane sont principalement utilisés en pratique pharmaceutique.

Ainsi, les médicaments remantadine (chlorhydrate de 1-(1-adamantyl)éthylamine) et adapromine (

un -chlorhydrate de propyl-1-adamantyl-éthylamine) sont utilisés comme médicaments pour la prévention efficace des infections virales, et l'amantadine (chlorhydrate de 1-aminoadamantane) et le gludantan (glucuronide de 1-aminoadamantane) sont efficaces dans le parkinsonisme causé par diverses causes, en particulier, syndrome neuroleptique et post-traumatique.

Les analogues polymères de l'adamantane sont brevetés en tant que composés antiviraux, y compris, en ce qui concerne le VIH, les analogues polymères de l'adamantane.

N -(adamant-2-yl)anilines présentent une activité neurotrope et une activité biologique N -(adamant-2-yl)hexaméthylèneimine se manifeste en relation avec le syndrome parkinsonien.

Les dérivés alkyliques de l'adamantane, en particulier le 1,3-diméthyladamantane, sont utilisés comme fluides de travail dans certaines installations hydrauliques. La faisabilité de leur utilisation s'explique par la grande stabilité thermique des dérivés dialkylés, leur faible toxicité et la grande différence entre la température critique et le point d'ébullition.

Dans la chimie des composés de haut poids moléculaire, l'introduction d'un substituant adamantyle a permis dans de nombreux cas d'améliorer les performances des matériaux polymères. Généralement, les polymères contenant un fragment adamantyle sont résistants à la chaleur et leur point de ramollissement est assez élevé. Ils résistent assez bien à l’hydrolyse, à l’oxydation et à la photolyse. En termes de propriétés, les matériaux polymères contenant de l'adamantane sont supérieurs à de nombreux polymères industriels bien connus et peuvent trouver des applications dans divers domaines technologiques tels que les matériaux structurels, isolants électriques et autres.

Vladimir Korolkov

LITTÉRATURE Bagriy E.I. Adamantane : Préparation, propriétés, application. M., Sciences, 1989
Morozov I.S., Petrov V.I., Sergeeva S.A. Pharmacologie des adamantanes. Volgograd : miel de Volgograd. Académie, 2001

Le contenu de l'article

ADAMANTHANE– hydrocarbure ponté tricyclique de composition C 10 H 16 dont la molécule est constituée de trois cycles cyclohexanes ; La disposition spatiale des atomes de carbone dans la molécule d’adamantane est la même que dans le réseau cristallin du diamant. Selon la nomenclature systématique, l'adamantane devrait être appelé tricyclodécane.

L'adamantane est généralement représenté de l'une des manières suivantes :

Il existe un petit nombre de substances en chimie organique qui suscitent un énorme intérêt de la part des chimistes du monde entier. Parmi ces composés figurent les structures du benzène, du ferrocène, du carborane, des fullerènes et de l'adamantane, ainsi que d'autres structures moléculaires qui ont suscité et suscitent encore l'intérêt des chimistes organiques. Cela est probablement dû en grande partie à la structure inhabituelle des molécules elles-mêmes, notamment à leur degré élevé de symétrie.

La structure de l'adamantane.

Le squelette carboné de la molécule d’adamantane est similaire à l’unité structurelle du diamant.

C'est pourquoi le nom « adamantane » vient du grec « adamas » – diamant. Caractéristiques structurelles de l'adamantane obtenues expérimentalement :

Une structure similaire est conservée dans presque tous les dérivés de l'adamantane, en raison de la grande stabilité de la charpente de l'adamantane. L'Adamantane est le fondateur de la série homologue de la famille des hydrocarbures à structure diamantifère, diamantane, triamantane, etc. :

Sur la base de la chimie de l'adamantane, l'un des domaines de la chimie organique moderne est né et s'est développé : la chimie des polyèdres organiques.

Contrairement à l'adamantane lui-même, ses composés alkyl-substitués fondent à des températures beaucoup plus basses (1-méthyladamantane - à 103°C et 1-éthyladamantane - à -58°C) en raison de la violation de la symétrie de la molécule et d'une augmentation de la mobilité vibratoire et rotationnelle de ses unités.

Dans ce cas, l'activité optique est due à l'apparition d'un type particulier d'asymétrie - l'asymétrie d'un tétraèdre moléculaire. La quantité de rotation optique pour de telles connexions est faible et dépasse rarement 1°.

En plus des propriétés optiques, les adamantanes substitués se caractérisent par des propriétés structurelles isomérie, selon qu'un substituant est attaché à l'atome de carbone central ou pontant. Par exemple, les 1- et 2-propyladamantanes sont respectivement possibles :

Préparation de l'adamantane et de ses dérivés alkylés

Le seul produit naturel contenant de l'adamantane et ses homologues est l'huile. L'adamantane a été obtenu pour la première fois lors de l'étude du pétrole du champ Hodonin (ex-Tchécoslovaquie) en 1933 par S. Landa et V. Machacek. Cependant, en raison de la faible teneur en adamantane de l'huile (elle ne dépasse généralement pas 0,001 % en poids), sa production à partir de cette matière première n'est pas pratique. La quantité d’adamantane dans différents types d’huile dépend de la nature chimique de l’huile. La teneur en adamantane la plus élevée se trouve dans l’huile de type naphténique. En revanche, l’huile paraffinique contient de l’adamantane en quantités beaucoup plus faibles. L'huile contient également des dérivés alkylés de l'adamantane, en particulier le 1-méthyle, le 2-méthyladamantane et le 1-éthyle adamantane.

L'isolement de l'adamantane du pétrole étant compliqué par sa faible teneur, des méthodes de synthèse chimique de cette substance ont été développées.

L'adamantane a été obtenu pour la première fois par synthèse en 1941 par un laboratoire suisse. Prélogue selon le schéma suivant :

La méthode est pratiquement intéressante, car le cyclopentadiène est une substance totalement accessible (il est obtenu à partir du craquage de fractions pétrolières comme sous-produit) et se dimérise facilement. En fonction du catalyseur utilisé, les rendements en adamantane varient dans une large gamme. Divers acides forts peuvent être utilisés comme catalyseurs Louis, tels que AlCl 3, SbF 5. Les rendements varient de 15 à 40 %.

Cette méthode convient également à la préparation synthétique de divers adamantanes alkyl-substitués :

Il est caractéristique que la présence de groupes alkyles augmente considérablement le rendement en produits finaux d'isomérisation.

Des rendements élevés en alkyladamantanes sont obtenus par isomérisation (sur des halogénures d'aluminium ou des complexes à base de ceux-ci) d'hydrocarbures perhydroaromatiques tricycliques de composition C12-C14 : perhydroacénaphtène, perhydrofluorène, perhydroanthracène et autres hydrocarbures.

Le rendement de la dernière réaction est de 96 %.

Les méthodes décrites d'isomérisation catalytique en phase liquide utilisent des catalyseurs (AlCl 3, SbF 5), qui présentent un certain nombre d'inconvénients importants : activité de corrosion accrue, instabilité, impossibilité de régénération et formation de quantités importantes de résine au cours de la réaction. C'est la raison pour laquelle il a été étudié les transformations isomères des polycycloalcanes à l'aide de catalyseurs stables de type acide hétérogène obtenus à base d'oxydes métalliques. Des catalyseurs à base d'oxyde d'aluminium ont été proposés, qui permettent d'obtenir des alkyladamantanes avec des rendements allant jusqu'à 70 %.

Les méthodes catalytiques d'isomérisation des polycycloalcanes sont des méthodes efficaces pour la production d'hydrocarbures de la série adamantane, beaucoup d'entre eux ont une valeur préparative, et le processus d'obtention de l'adamantane par isomérisation du dimère de cyclopentadiène hydrogéné est mis en œuvre à l'échelle industrielle.

Cependant, à mesure que le poids moléculaire augmente et que le nombre de cycles dans l’hydrocarbure parent augmente, le taux de réarrangement en hydrocarbures adamantanoïdes ralentit. Dans certains cas, les méthodes d'isomérisation ne donnent pas le résultat souhaité. Ainsi, avec leur aide, il est impossible d'obtenir des alkyles et aryladamantanes 2-substitués ; de plus, les produits de réaction sont généralement constitués d'un mélange de plusieurs isomères et doivent être séparés, c'est pourquoi les méthodes de synthèse pour la production d'hydrocarbures de la série adamantane, basés sur l'utilisation de dérivés fonctionnels de l'adamantane comme matières premières, ainsi que des méthodes de cyclisation - construction de la structure de l'adamantane à base de composés mono- et bicycliques aliphatiques. Les synthèses basées sur des dérivés fonctionnels sont largement utilisées pour obtenir des alkyles, cycloalkyles et aryladamantanes individuels. Les méthodes de cyclisation sont généralement utilisées dans la synthèse de dérivés d'adamantane polyfonctionnels, d'hydrocarbures d'adamantane et de leurs dérivés.

L'une des premières synthèses réussies du 1-méthyladamantane était une synthèse en plusieurs étapes basée sur le 1-bromoadamantane (le radical adamantyle est généralement désigné par Ad dans les schémas réactionnels) :

Plus tard, d’autres moyens plus efficaces de synthétiser le 1-méthyladamantane ont été découverts.

Fonctionnalisation des positions nodales du noyau adamanatane.

On sait que les hydrocarbures saturés, dont l'adamantane, se caractérisent par une réactivité moindre par rapport aux hydrocarbures insaturés et aromatiques. Cela est dû à la nature limitante de toutes les liaisons C-C formées par des atomes de carbone hybrides sp 3. Les hydrocarbures saturés à structure charpente ne contiennent également que des liaisons S, cependant, des caractéristiques de leur structure telles que la présence de plusieurs atomes de carbone tertiaires alternant avec des ponts méthylène et la structure volumineuse de la cage augmentent la réactivité de ces composés, en particulier dans les réactions ioniques. . La réactivité relativement élevée de l'adamantane dans les réactions ioniques est due à sa propriété de former un carbocation assez stable. La formation d'adamantyl carbocation a été enregistrée notamment lors de l'action du pentafluorure d'antimoine sur le 1-fluoroadamantane :

Les réactions ioniques les plus courantes se produisant aux positions nodales du noyau adamantane sont :

L'adamantane et ses dérivés sont généralement bromés par le brome moléculaire en phase liquide, processus ionique catalysé par un acide de Lewis et insensible aux initiateurs radicalaires. L'utilisation de catalyseurs de Friedel-Crafts permet de remplacer les quatre atomes d'hydrogène aux positions nodales du noyau adamantane par du brome :

Dans des conditions d'halogénation ionique, le processus se produit sélectivement au niveau des atomes de carbone centraux du noyau d'adamantane.

Contrairement à l'halogénation ionique, l'halogénation radicalaire de l'adamantane lui-même et de ses dérivés conduit à un mélange de produits constitués de dérivés 1- et 2-substitués.

Pour obtenir des dérivés d'adamantane fluorés, le 1-adamantanol est utilisé :

Application.

Les perspectives d'utilisation des dérivés de l'adamantane sont déterminées par un ensemble de propriétés spécifiques : la taille relativement grande du radical adamantyle (son diamètre est de 5Å), la lipophilie élevée (solubilité dans les solvants non polaires) et la rigidité conformationnelle. Ces deux dernières propriétés sont particulièrement importantes lors de la création de nouveaux médicaments. L'introduction d'un radical adamantyle augmente généralement la stabilité thermique de la substance et sa résistance à l'oxydation et à l'exposition aux radiations, ce qui est important notamment lors de la production de polymères aux propriétés spécifiques.

L'Adamantane lui-même n'est pas utilisé actuellement, mais un certain nombre de ses dérivés sont largement utilisés.

Les dérivés de l'adamantane sont principalement utilisés en pratique pharmaceutique.

Ainsi, les médicaments rimantadine (chlorhydrate de 1-(1-adamantyl)éthylamine) et adapromine (chlorhydrate d'a-propyl-1-adamantyl-éthylamine) sont utilisés comme médicaments pour la prévention efficace des infections virales, et l'amantadine (chlorhydrate de 1-aminoadamantane) et le glutantane (1-aminoadamantane glucuronide) sont efficaces contre le parkinsonisme provoqué par diverses causes, notamment le syndrome neuroleptique et post-traumatique.

Les analogues polymères de l'adamantane sont brevetés en tant que composés antiviraux, notamment en ce qui concerne VIH, analogues polymères de l'adamantane.

Les amides d'acide adamantane carboxylique substitués peuvent servir d'hypnotiques. L'introduction d'un résidu adamantyle dans la 2-hydroxynaphtoquinone conduit à la production de médicaments antipaludiques. Les alcools aminés adamantyliques et leurs sels ont un effet psychostimulant prononcé et sont légèrement toxiques. Certaines N-(adamant-2-yl)anilines présentent une activité neurotrope et l'activité biologique de la N-(adamant-2-yl)hexaméthylèneimine se manifeste en relation avec le syndrome parkinsonien.

Vladimir Korolkov

La structure de l'adamantane.

Préparation de l'adamantane et de ses dérivés alkylés

Fonctionnalisation des positions nodales du noyau adamanatane.

Application.

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