Derivat adamantana. O supstanci u suštini: adamantane i rimantadin

Jedinstvena struktura ligand-vezujućih regiona receptora koji prelaze membranu sedam puta omogućava vezivanje liganada različite prirode i molekularne težine u širokom rasponu od 32 za Ca2+ do više od 102 kDa za glikoproteine.

Najčešći hormoni niske molekularne težine (kao što su adrenalin i acetilholin) vezuju se za mjesta unutar hidrofobnog jezgra (a). Peptidni i proteinski ligandi se vežu za vanjsku površinu receptora (b, c). Neki ligandi male molekularne težine, Ca2+ i aminokiseline (glutamat, GABA) vezuju se za dugačke dijelove na N-kraju, indukujući njihov prijelaz u novu konformaciju u kojoj dugi dio stupa u interakciju s receptorom (d). U slučaju receptora koji se aktiviraju rezanjem proteaze (e), novi N-terminus djeluje kao autoligand. Izrezani peptid također može stupiti u interakciju s drugim receptorom.

1.3. Biološka aktivnost derivata adamantana

Derivati adamantana kao fiziološki aktivne supstance su u širokoj upotrebi od 70-ih godina 20. veka. Sam adamantan (triciklodekan, C10H16) spada u triciklične naftene tipa mosta (slika 6).

Rice. 6. Struktura molekula adamantana.

Njegov molekul se sastoji od tri spojena cikloheksanska prstena u konformaciji stolice. Prostorni model molekule adamantana je visoko simetrična struktura sa malom površinom i beznačajnim silama međumolekulske interakcije u kristalnoj rešetki. Od svih tricikličkih ugljovodonika, adamantan je najstabilniji, što se objašnjava tetraedarskom orijentacijom veza svih atoma ugljika i njihovim fiksnim položajem.

Biološka aktivnost derivata adamantana je posljedica simetrije i volumena prostorne strukture, značajne lipofilnosti krutog ugljovodoničnog okvira adamantana, što im omogućava da lako prodiru kroz biološke membrane. Stoga, modifikacija organskih spojeva adamantil radikalom značajno mijenja njihovu biološku aktivnost, često je pojačavajući. Metodom spin labela pokazalo se da adamantane, ulazeći u lipidni dvosloj, može uništiti heksagonalno pakiranje metilenskih grupa karakteristično za dvosloj fosfolipida i poremetiti aksijalni raspored alkilnih lanaca fosfolipida, modificirajući tako funkcionalna svojstva. ćelijskih membrana. Uzimajući u obzir važnost redosleda rasporeda metilenskih grupa lipida bioloških membrana kao faktora u funkcionisanju enzima povezanih sa membranom, može se uočiti indirektan uticaj adamantana na njihovu aktivnost.

Do danas je sintetizirano više od 1000 novih derivata adamantana. Farmakološka studija je pokazala prisustvo među njima supstanci sa izraženim psihotropnim, imunotropnim, antivirusnim, kurareolikim, antikataleptičkim, antialergijskim delovanjem, kao i jedinjenja koja utiču na enzimski sistem jetre. Amidi Adamantankarboksilne kiseline pokazuju antibakterijsku aktivnost.

Postoje podaci o rezultatima modifikacije molekule enkefalina aminokiselinama iz reda adamantana. (S)-adamantilanin uveden u poziciju 5 molekule enkefalina daje otpornost opioidnog peptida na enzime koji lako uništavaju nemodificirani enkefalin (kimotripsin, pronaza, neutralna proteaza, termolizin).

Pokazalo se da derivati koji sadrže dušik imaju fiziološku aktivnost. Prvi koji je ušao u medicinsku praksu 1966. godine bio je 1-aminoadamantan hidrohlorid, koji ima antivirusnu aktivnost protiv sojeva virusa tipa A2: midantan, symmetrel, amantadin; Ovi lijekovi se koriste za prevenciju respiratornih bolesti, jer imaju sposobnost da blokiraju prodor virusa u ćeliju. Pretpostavlja se da ovi lijekovi mogu djelovati u početnim fazama reprodukcije virusa, blokirajući sintezu virusno specifične RNK. Antivirusna aktivnost nekih amino derivata adamantana povezana je s njihovom sposobnošću da inhibiraju PKC. Remantadin (polirem, flumadin), kao lipofilna slaba baza, može povećati pH endosomalnog sadržaja i spriječiti deproteinizaciju virusa.

U kliničkoj praksi za liječenje se koriste i lijekovi kao što su aciklovir (virolex, herpesin, zovirax, lizavir, supraviran), didanozin, foskarnet (triapten), ganciklovir (cimevene), lamivudin, ribavirin (virazol, ribamidil), stavudin, trifluridin virusnih bolesti, vidarabin, zalcitabin (hivid), zidovudin (azidotimidin, retrovir). Međutim, većina ovih lijekova ima relativno uzak spektar antivirusnog djelovanja, njihov nedostatak je prisutnost različitih nuspojava, pojava rezistentnih sojeva virusa, itd.

Alkiladamantanski derivati imaju i antivirusno djelovanje protiv sojeva virusa tipa A2: 1-hidroksi-3,5dimetil-7-etiladamantan, 1-metoksi-3,5dimetiladamantan, koji je, za razliku od midantana, pokazao visoko antivirusno djelovanje protiv sojeva virusa rhino simplexa i herpesa. . Brojni hidroksi-, halogen- i merkapto-derivati adamantana amida također imaju antivirusno djelovanje.

Pokazalo se da amantadin može spriječiti razvoj žarišta sarkoma u embrionalnim kulturama, drugi derivati adamantana mogu poslužiti kao hipnotici, lijekovi protiv malarije i insekticidi. Eksperimenti sa HIV-om inficiranim ljudskim limfoblastoidnim ćelijama pokazali su da neki derivati adamantana imaju anti-HIV aktivnost. Midantan se koristi u neurološkoj klinici za liječenje Parkinsonove bolesti i parkinsonovog sindroma. Sličnu aktivnost pokazuju kiseli hloridi 3,5,7-alkil-supstituisanih 1-aminoadamantana, od kojih neki imaju svojstva antagonista dopamina. Neke kvaternarne amonijeve baze sa 2-adamantil radikalom mogu djelovati kao relaksanti mišića perifernog djelovanja (aktivnost slična kurareu). Derivati 1-aminoadamantana i 3,3-diamino-1,1-diadamantila su antikataleptički aktivni adamantankarboksilne kiseline i fosfati adamantanetiola i njihovi derivati imaju bakteriostatski učinak. Dialkilaminski estri adamantiokarboksilne kiseline pokazuju baktericidno, fungicidno i herbicidno djelovanje. Natrijumova so β-(1-adamantan)-propionske kiseline ima holeretski efekat. 1-adamantilamonijum-β-hloretiloksaminoat i neki drugi derivati adamantana tipa 1-AdCH2OCH2CH(OH)CH2NRR΄ imaju anestetički efekat.

N-(nitrofenil)-adamantil-karboksamidi i adamantil-supstituisani N-(1-metilpiridinijum) jodidi imaju antibakterijski efekat uporediv sa antibakterijskim lekom 5-nitro-8-hidroksihinolin.

Perfluorirani adamantane koristi se kao komponenta umjetne krvi. Postoje dokazi o antiagregacijskoj sposobnosti derivata adamantana u odnosu na različite puteve agregacije trombocita.

Kamfor je derivat bicikloteptana. Prirodni kamfor se dobija iz kamforovog drveta (Kina, Japan) destilacijom vodenom parom. Racemični kamfor (3) se sintetiše od a-pinena (1) preko formata (2) Pobuđuje centralni nervni sistem (CNS), stimuliše disanje i metaboličke procese u miokardu (kardiotonični) Prepisuje se kod zatajenja srca, trovanja lekovima i tablete za spavanje, te za trljanje kod reume Uvođenje atoma

brom u -poziciji prema ketonskoj grupi dramatično mijenja farmakološku sliku derivata kamfora. Bromkamfor (4), poboljšava rad srca, stiče sedativna svojstva i smiruje centralni nervni sistem. Koristi se za neurasteniju i neuroze srca:

Derivati policikličkog adamantanskog sistema su predloženi kao antivirusni agensi. 1-Amino-adamantan (8) (midantan, amantadin) se dobija bromiranjem adamantana (5) u prisustvu bakra u 1-bromadamantan (6), koji se pretvara u 1-formil-amino derivat (7) pomoću djelovanje formamida. Hidroliza potonjeg u prisustvu HCI dovodi do midantana (prvi sintetički lijek protiv gripe). Alkilacijom aminoadamantana sa 1-hlorglukuronskom kiselinom u prisustvu baze dobija se njegov glukuronid (9) (gludantan je lekovita supstanca za lečenje parkinsonizma i virusnih očnih oboljenja - konjuktivitisa):

(Drugi lijek protiv fipoze, rimantadin (13), sintetizira se zamjenom broma u spoju (6) s karboksilnom grupom, djelujući s mravljom kiselinom u oleumu (ovaj sistem stvara CO neophodan za supstitutivnu hidroksikarbonilaciju). Dalje, kiselina (10) je pretvara se pomoću tionil hlorida u njegov kiseli hlorid, koji

tretiran etoksimagnezijum malonskim diesterom i konvertovan u acil derivat (11). Hidrolizuje se bez izolacije u dikiselinu, a potonja se dekarboksilira da bi se dobio 4-acetiladamantan (12). Spoj (12) se zatim podvrgava reduktivnoj aminaciji u sistemu formamid/mravlja kiselina, što rezultira rimantadinom (13):

Federalna agencija za obrazovanje

Ruski državni univerzitet

Nafta i gas nazvan po I.M. Gubkinu

Zavod za organsku hemiju i hemiju nafte

Kurs na temu

"Svojstva adamantana"

Završeno:

Art. gr. HT-08-5

Volkova V.S.

Provjereno:

St.pr. Giruts M.V.

Moskva 2010

1. Opće informacije

2. Nomenklatura

3. Račun

3.1 Iz prirodnih izvora

3.2 Sintetičke metode

4. Fizička svojstva

4.1 Pojedinačna supstanca

4.2 Strukturna svojstva

4.3 Spektralna svojstva

5. Hemijska svojstva

5.1 Adamantil kationi

5.2 Reakcije po čvornim pozicijama

5.2.1 Bromiranje

5.2.2 Alkilacija

5.2.3 Fluorizacija

5.2.4 Karboksilacija

5.2.5 Hidroksilacija

5.2.6 Nitracija

5.3 Reakcije na pozicijama za premošćivanje

6. Aplikacija

7. Eksperimentalni dio

Književnost

čvorni most sinteze adamantana ugljikovodika

1. Opće informacije

Adamantan je hemijsko jedinjenje, zasićeni triciklični premošćeni ugljovodonik formule C 10 H 16. Molekul adamantana se sastoji od tri fragmenta cikloheksana koji se nalaze u konformaciji „stolice“. Prostorni raspored atoma ugljika u molekuli adamantana ponavlja raspored atoma u kristalnoj rešetki dijamanta. Adamantane je dobio ime po ἀδάμας ("nepobjediv" - grčki naziv za dijamant).

2. Nomenklatura

Prema pravilima sistematske nomenklature, adamantane treba zvati triciklodekan. Međutim, IUPAC preporučuje korištenje naziva "adamantan" kao poželjnije. Molekul adamantana ima visoku simetriju. Kao rezultat toga, 16 atoma vodika i 10 atoma ugljika koji ga formiraju mogu se klasificirati u samo dva tipa.

Pozicije tipa 1 se zovu pozicije čvorova, a pozicije tipa 2 se zovu pozicije mosta. Postoje četiri čvorna i šest pozicija mosta u molekulu adamantana.

Obično se koriste sljedeće slike strukturne formule molekule adamantana:

Dakle, atomi ugljika u čvoru su 1,3,5,7, a atomi ugljika mosta su 2,4,6,8,9,10.

U disupstituiranim derivatima adamantana s jednim supstituentom za premošćivanje, prostorna orijentacija premošćujućeg supstituenta može biti aksijalna (a) ili ekvatorijalna (e) u zavisnosti od lokacije supstituenta u odnosu na ravan cikloheksanskog prstena zajedničkog za oba supstituenta, ili može biti označeni kao cis- i trans-:

1. U nedostatku čvornih supstituenata, numeriranje atoma ugljika se provodi uzimajući u obzir preferenciju supstituenta na takav način da poželjniji premosni supstituent ima manji broj i da je zbir brojeva ugljikovih atoma minimalan. . Kada se označavaju alkilladamantani, jednostavniji supstituent dobija manji broj.

2. Ako postoji jedan čvorni supstituent, daje mu se broj 1, numerisanje ostalih atoma ugljenika jezgra vrši se u skladu sa odredbama stava 1.

3. U prisustvu nekoliko supstituenata alkilnog čvora, broj 1 se dodjeljuje supstituentu čvora koji je poželjniji prema IUPAC pravilima.

4. Atomi ugljika, označeni brojevima 1-9, prema gornjim pravilima, čine racionalni fragment biciklononane ovog derivata adamantana, dok su pozicije premošćivača atoma ugljika 2,4,6 i 8 definirane kao egzo- ili endo-, ovisno o tome da li je supstituent usmjeren nagore ili naniže, u odnosu na ravan racionalni fragment biciklononana, za atom 10 - kao cis- ili trans- u odnosu na atom 1, a kod 9 - kao sin- ili anti-, ovisno o tome da li je usmjeren udesno ili ulijevo u odnosu na supstituent 1 .

3. Račun

3.1 Iz prirodnih izvora

Trenutno jedini prirodni proizvod koji sadrži adamantane i njegove homologe je ulje. Sadržaj ovog ugljovodonika u nafti je samo 0,0001-0,03% (u zavisnosti od polja), zbog čega je ovaj način proizvodnje adamantana ekonomski neisplativ. Osim samog adamantana, ulje sadrži brojne njegove derivate. Poznato je više od trideset takvih spojeva. Metode za identifikaciju adamantana u uljima i njegovu izolaciju temelje se na njegovim neuobičajenim svojstvima za ugljikovodike ove molekularne težine: visokoj tački topljenja, isparljivosti, niskoj topljivosti i sposobnosti stvaranja stabilnih adukata s tiokarbamidom.

Izolacija adamantana iz nafte koja nema benzinske frakcije vrši se jednim tretmanom destilata destiliranih iz nafte parom tiokarbamidom. Kada se dobijeni ekstrakt tiokarbamida ohladi na –50°C, adamantane kristališe i lako se odvaja filtracijom. Oni dobijaju oko 75% adamantana prisutnog u ulju.

Ako ulje sadrži lake frakcije, a sadržaj adamantana je mali, onda se tretman destilata tiokarbamidom ponavlja uz njegovu malu količinu i dobijaju se visoko selektivni ekstrakti. Dalja kvantitativna izolacija adamantana također se može provesti primjenom preparativnih GLC metoda. Za izolaciju adamantana iz ulja može se koristiti i metoda azeotropne destilacije cikloparafinskog koncentrata sa tri(lefluorobutil)aminom.

Izolacija adamantana iz parafinskih ulja zahtijeva efikasnije metode njegovog koncentriranja, kao što su termička difuzija i preparativni GLC. Istraživanja su pokazala da se najbolji rezultati u izolaciji adamantana postižu metodom koja kombinira destilaciju destilata (pregrijanom parom) nakon čega slijedi izolacija preparativnom GLC.

3.2 Sintetičke metode

Prvu uspješnu sintezu adamantana iz Meerwein etera izveo je V. Prelog 1941. godine. Sinteza je uključivala nekoliko faza, a prinos adamantana nije prelazio jedan posto.

Ova metoda se više ne koristi za sintezu adamantana zbog njegovog visokog intenziteta rada i niskog prinosa konačnog proizvoda. Međutim, ima određenu vrijednost u pripremi različitih derivata adamantana, posebno 1,3-adamantan dikarboksilne kiseline.

Za dobijanje ovog ugljovodonika u laboratorijskim uslovima trenutno se koristi Schleyerova metoda. Dimerciklopentadien (koji je potpuno dostupno jedinjenje) prolazi kroz katalitičku hidrogenaciju, nakon čega se izomerizira u adamantan u prisustvu katalizatora Lewisove kiseline. Metoda opisana u Organic Syntheses uključuje upotrebu oksida platine kao katalizatora hidrogenacije, kao i aluminijum hlorida kao katalizatora za izomerizaciju.

Adamantan je potpuno dostupno hemijsko jedinjenje. Cijena jednog grama različitih proizvodnih kompanija ne prelazi jedan američki dolar.

4. Fizička svojstva

4.1 Pojedinačna supstanca

Hemijski čist adamantane je bezbojna kristalna supstanca sa karakterističnim mirisom kamfora. Praktično je nerastvorljiv u vodi, ali se lako otapa u nepolarnim organskim otapalima, ima neuobičajeno visoku tačku topljenja ugljovodonika (268°C), ali se polako sublimira čak i na sobnoj temperaturi para.

4.2 Strukturna svojstva

Molekul adamantana uključuje tri spojena cikloheksanska prstena u konformaciji "stolice". Parametri molekule adamantana određeni su difrakcijom elektrona i rendgenskih zraka. Utvrđeno je da je dužina svake veze ugljik-ugljik 1,54Å, a svaka veza ugljik-vodik 1,112Å.

Molekul adamantana ima visoku simetriju (tačkasta grupa T d). Kristalni adamantane postoji u obliku kubične rešetke usmjerene na lice (prostorna grupa vrlo rijetka za organska jedinjenja

, a = 9,426 ± 0,008Å, četiri molekula po ćeliji Kada se ovaj oblik ohladi na temperaturu ispod -65 °C, uočava se fazni prijelaz sa formiranjem tetragonalne rešetke usmjerene na tijelo (a = 6,641Å, c). = 8.875Å).

4.3 Spektralna svojstva

NMR spektar radamantana sadrži dva slabo razlučena signala, koji odgovaraju protonima koji se nalaze u blizini premošćivača i atoma ugljenika. U 1 H-NMR spektru snimljenom u CDCl 3, signali protona lociranih u blizini sidrenih atoma ugljika uočeni su na 1,873 ppm, a signali protona na premošćivačkim atomima ugljika uočeni su na 1,756 ppm u 13 C-NMR U spektru, signalni čvorni i mostni atomi ugljenika pojavljuju se na 28,46 i 37,85 ppm, respektivno.

Spektri mase adamantana i njegovih derivata su prilično karakteristični. Položaj glavnog vrha u masenom spektru adamantana je zbog prisustva jona u produktima jonizacije

sa omjerom m/z = 136. Kao rezultat fragmentacije molekularnog jona, detektuju se pikovi sa vrijednostima m/z jednakim 93, 80, 79, 67, 41, 39.

Optička aktivnost

Molekule adamantana koje sadrže četiri različita supstituenta na mjestu atoma ugljika su kiralne i optički aktivne može se primijeniti jednako lako.

Sadržaj članka

ADAMANTHANE– triciklički premošteni ugljovodonik sastava C 10 H 16, čiji se molekul sastoji od tri cikloheksanska prstena; Prostorni raspored atoma ugljika u molekuli adamantana je isti kao u kristalnoj rešetki dijamanta. Prema sistematskoj nomenklaturi, adamantane treba zvati triciklodekan.

Obično se adamantane prikazuje na jedan od sljedećih načina:

Postoji mali broj supstanci u organskoj hemiji koje su privukle ogromno interesovanje hemičara širom sveta. Među takvim spojevima su strukture benzena, ferocena, karborana, fulerena i adamantana, a postoje i druge molekularne strukture koje su pobudile i izazivaju interesovanje organskih hemičara. Ovo je vjerovatno uglavnom zbog neobične strukture samih molekula, posebno njihovog visokog stepena simetrije.

Struktura adamantana.

Ugljični skelet molekule adamantana sličan je strukturnoj jedinici dijamanta.

Zato naziv "adamantan" dolazi od grčkog "adamas" - dijamant. Eksperimentalno dobijene strukturne karakteristike adamantana:

Slična struktura je zadržana u gotovo svim derivatima adamantana, što je posljedica visoke stabilnosti okvira adamantana. Adamantan je osnivač homolognog niza porodice ugljovodonika dijamantske strukture, dijamantana, triamantana, itd.:

Na osnovu hemije adamantana nastala je i razvila se jedna od oblasti moderne organske hemije - hemija organskih poliedrana.

Adamantan, uprkos svojoj maloj molekularnoj težini, ima neobično visoku tačku topljenja zasićenih ugljovodonika - 269°C. Ova nenormalno visoka temperatura je posledica visoke simetrije krutog molekula adamantana nalik dijamantu. Istovremeno, relativno slaba međumolekularna interakcija u kristalnoj rešetki dovodi do toga da ugljovodonik lako sublimira, djelimično čak i na sobnoj temperaturi.

Za razliku od samog adamantana, njegova alkil-supstituirana jedinjenja se tope na mnogo nižim temperaturama (1-metiladamantan - na 103°C, i 1-etiladamantan - na -58°C) zbog narušavanja simetrije molekula i povećanja vibraciona i rotaciona pokretljivost njegovih jedinica.

Uprkos odsustvu asimetričnog atoma ugljika u adamantanu (atom ugljika vezan za četiri različita supstituenta smještena na vrhovima tetraedra), derivati adamantana koji sadrže četiri različita supstituenta na pozicijama čvora su optički aktivni. Središte molekule takvih derivata adamantana igra ulogu hipotetičkog asimetričnog atoma ugljika.

U ovom slučaju, optička aktivnost je posljedica pojave posebne vrste asimetrije - asimetrije molekularnog tetraedra. Količina optičke rotacije za takve veze je mala i rijetko prelazi 1°.

Pored optičkih, supstituisane adamantane karakteriše strukturna izomerija, u zavisnosti od toga da li je supstituent vezan za centralni ili premosni atom ugljenika. Na primjer, mogući su 1- i 2-propyladamantani:

Za disupstituirane derivate adamantana s jednim premošćujućim supstituentom, prostorna orijentacija ovog supstituenta može biti aksijalna ( A) ili ekvatorijalni ( e), u zavisnosti od lokacije supstituenta u odnosu na ravan cikloheksanskog prstena zajedničkog za oba supstituenta (prikazano podebljano na slici), ili se može označiti kao cis- i trans-. Na primjer, za 1,3-dibromoadamantan moguća su dva izomera: 1,3 A -dibromadamantan i 1,3 e -dibromadamantan, odnosno:

Priprema adamantana i njegovih alkil derivata

Jedini prirodni proizvod koji sadrži adamantane i njegove homologe je ulje. Adamantan je prvi put dobijen tokom proučavanja nafte sa polja Hodonin (bivša Čehoslovačka) 1933. godine od strane S. Landa i V. Machaceka. Međutim, zbog niskog sadržaja adamantana u ulju (obično ne prelazi 0,001% masenog udjela), njegova proizvodnja iz ove sirovine je nepraktična. Količina adamantana u različitim vrstama ulja ovisi o njegovoj kemijskoj prirodi ulja. Najveći sadržaj adamantana je u naftenskom ulju. Nasuprot tome, parafinsko ulje sadrži adamantane u mnogo manjim količinama. Ulje takođe sadrži alkil derivate adamantana, posebno 1-metil, 2-metiladamantane i 1-etil adamantane.

Budući da je izolacija adamantana iz ulja komplicirana njegovim niskim sadržajem, razvijene su metode za kemijsku sintezu ove tvari.

Prvi put je adamantane sintetički dobio 1941. godine švicarski Prelog prema sljedećoj shemi:

Međutim, ukupan prinos adamantana bio je samo 1,5%. Predložene su poboljšane verzije gornje sinteze, ali složenost sinteze, kao i praktična nemogućnost sinteze supstituiranih adamantana, ograničava preparativnu vrijednost ove metode.

Industrijski pogodnu metodu za sintezu adamantana iz lako dostupnih sirovina predložio je i implementirao Schleyer 1957. godine. Metoda se sastoji od katalitičke izomerizacije tricikličkog ugljovodonika (prema sistematskoj nomenklaturi - triciklodekan) u adamantan:

Metoda je praktički zanimljiva, jer je ciklopentadien potpuno dostupna supstanca (dobija se krekiranjem naftnih frakcija kao nusproizvod) i lako dimerizira. Ovisno o korištenom katalizatoru, prinosi adamantana variraju u širokom rasponu. Različite jake Lewisove kiseline, kao što su AlCl 3, SbF 5, mogu se koristiti kao katalizatori. Prinosi se kreću od 15 do 40%.

Ova metoda je također prikladna za sintetičku pripremu različitih alkil-supstituiranih adamantana:

Karakteristično je da prisustvo alkil grupa značajno povećava prinos konačnih produkata izomerizacije.

Visoki prinosi alkiladamantana dobijaju se izomerizacijom (preko aluminijum halogenida ili kompleksa na njihovoj bazi) tricikličnih perhidroaromatičnih ugljovodonika sastava C12–C14: perhidroacenaftena, perhidrofluorena, perhidroantracena i drugih ugljovodonika.

Prinos u posljednjoj reakciji je 96%.

Dostupnost polaznih jedinjenja (odgovarajući aromatični ugljovodonici se lako izoluju u značajnim količinama iz tečnih proizvoda koksovanja uglja) i visok prinos finalnih produkata izomerizacije čine ovu metodu industrijski atraktivnom.

U opisanim metodama tekuće faze katalitičke izomerizacije koriste se katalizatori (AlCl 3, SbF 5), koji imaju niz značajnih nedostataka: povećanu korozionu aktivnost, nestabilnost, nemogućnost regeneracije i stvaranje značajnih količina smole tokom reakcije. To je bio razlog za proučavanje izomernih transformacija policikloalkana korištenjem stabilnih heterogenih kiselinskih katalizatora dobivenih na bazi metalnih oksida. Predloženi su katalizatori na bazi aluminijum oksida koji omogućavaju dobijanje alkilladamantana u prinosu do 70%.

Katalitičke metode za izomerizaciju policikloalkana su efikasne metode za proizvodnju ugljovodonika adamantanskog niza, mnoge od njih imaju preparativnu vrednost, a proces dobijanja adamantana izomerizacijom hidrogenizovanog ciklopentadienskog dimera implementira se u industrijskom obimu.

Međutim, kako se povećava molekularna težina i povećava broj ciklusa u matičnom ugljovodoniku, brzina preraspodjele u adamantanoidne ugljikovodike se usporava. U nekim slučajevima metode izomerizacije ne daju željeni rezultat. Dakle, uz njihovu pomoć nemoguće je dobiti 2-supstituirani alkil i arilamantane, osim toga, produkti reakcije se po pravilu sastoje od mješavine nekoliko izomera, te ih je potrebno odvojiti, dakle sintetičkim metodama za proizvodnju; ugljovodonika serije adamantana, na osnovu upotrebe funkcionalnih derivata adamantana kao polaznih materijala, kao i metoda ciklizacije - konstruisanje strukture adamantana na bazi alifatskih mono- i bicikličkih jedinjenja. Sinteze zasnovane na funkcionalnim derivatima se široko koriste za dobijanje pojedinačnih alkil-, cikloalkil- i arilamantana. Metode ciklizacije se obično koriste u sintezi polifunkcionalnih derivata adamantana, ugljovodonika adamantana i njihovih derivata.

Jedna od prvih uspješnih sinteza 1-metiladamantana bila je sinteza u više koraka zasnovana na 1-bromoadamantanu (obično se adamantil radikal u reakcijskim shemama označava kao Ad):

Kasnije su pronađeni i drugi efikasniji načini sinteze 1-metiladamantana.

Dolje navedena metoda može se smatrati općom metodom za sintezu alkiladamantana višestruko supstituiranih na pozicijama čvorova. Omogućava, postupnim povećanjem ugljikovodičnog lanca, da se dobiju alkiladamantani s različitim dužinama alkil grupa normalne strukture.

Direktna sinteza derivata adamantana supstituiranih na premošćujućim pozicijama je teška zbog niske reaktivnosti premošćivača atoma ugljika u jezgri adamantana. Za sintetizaciju 2-alkil derivata adamantana koristi se interakcija Grignardovih reagensa ili derivata alkil litijuma sa lako dostupnim adamantanonom. Dakle, 2-metiladamantan se može dobiti prema sljedećoj shemi:

Što se tiče ostalih metoda za dobijanje adamantanskih struktura, najčešće su metode za sintezu ciklizacijom derivata biciklononana. Iako su takve metode višestepene, one omogućavaju pripremu derivata adamantana sa supstituentima koje je teško sintetizirati na drugi način:

Funkcionalizacija nodalnih pozicija adamanatanskog jezgra.

Poznato je da se zasićeni ugljovodonici, uključujući adamantane, odlikuju nižom reaktivnošću u odnosu na nezasićene i aromatične ugljovodonike. To je zbog ograničavajuće prirode svih C-C veza formiranih od sp 3 -hibridiziranih atoma ugljika. Zasićeni ugljikovodici s okvirnom strukturom također sadrže samo s-veze, međutim takve karakteristike njihove strukture kao što je prisustvo nekoliko tercijalnih ugljikovih atoma koji se naizmjenično smjenjuju s metilenskim mostovima i glomazna struktura kaveza povećavaju reaktivnost ovih spojeva, posebno u ionskim reakcijama . Relativno visoka reaktivnost adamantana u ionskim reakcijama je posljedica njegove osobine da formira prilično stabilan karbokation. Formiranje adamantil karbokationa zabilježeno je, posebno, tijekom djelovanja antimon pentafluorida na 1-fluoroadamantan:

Adamantil kation se takođe stvara iz 1-kloro-, oksiadamantana u superkiselinama (SbF 5) ili u „magičnoj kiselini“ (SbF 5 u HSO 3 F) u okruženju SO 2 i SO 2 ClF.

Najčešće ionske reakcije koje se javljaju na pozicijama čvorova adamantanskog jezgra su:

Adamantan i njegovi derivati se obično bromiraju molekularnim bromom u tečnoj fazi, ionskim procesom kataliziranim Lewisovom kiselinom i neosjetljivim na radikalne inicijatore. Upotreba Friedel-Crafts katalizatora omogućava zamjenu bromom sva četiri atoma vodika na pozicijama čvora adamantanskog jezgra:

U uslovima ionske halogenacije, proces se odvija selektivno na centralnim atomima ugljika adamantanskog jezgra.

Za razliku od ionske halogenacije, halogeniranje slobodnim radikalima samog adamantana i njegovih derivata dovodi do mješavine proizvoda koja se sastoji od 1- i 2-supstituiranih derivata.

Za dobivanje fluoriranih derivata adamantana koristi se 1-adamantanol:

Halogenirani adamantani se široko koriste za sintezu drugih funkcionalno supstituiranih adamantana. Reaktivnost halogenih derivata adamantana je veća od one drugih zasićenih ugljikovodika. Oksidacija adamantana sumpornom kiselinom važna je preparativna metoda, jer omogućava dobijanje adamantanona u velikom prinosu:

Istovremeno, interakcija adamantana s koncentriranom sumpornom kiselinom u trifluoroctenom anhidridnom mediju omogućava dobivanje mješavine 1- i 2-adamantanola, s dominantnim sadržajem prvog od njih:

Za sintezu karboksilnih kiselina adamantanskog niza najčešće se koristi reakcija karboksilacije. Koch i Haaf su prvi izveli direktnu sintezu 1-adamantankarboksilne kiseline na ovaj način 1960. godine. Reakcija se odvija u koncentriranoj sumpornoj kiselini ili oleumu, što osigurava stvaranje adamantil kationa.

Unatoč neobičnoj strukturi adamantana, reakcije u koje on ulazi prilično su tradicionalne za organsku hemiju. Posebnost adamantana očituje se ili zbog steričnih efekata povezanih s velikom veličinom adamantil radikala, ili zbog mogućnosti formiranja relativno stabilnog adamantilnog kationa.

Aplikacija.

Izgledi za korištenje derivata adamantana određuju se nizom specifičnih svojstava: relativno velikom veličinom adamantil radikala (njegov promjer je 5Å), visokom lipofilnošću (topivost u nepolarnim rastvaračima) i konformacionom rigidnošću. Posljednja dva svojstva su posebno važna pri stvaranju novih lijekova. Uvođenje adamantilnog radikala općenito povećava termičku stabilnost tvari i njenu otpornost na oksidaciju i izlaganje zračenju, što je posebno važno kod proizvodnje polimera sa specifičnim svojstvima.

Sve je to podstaklo potragu velikih razmjera za novim lijekovima, polimernim materijalima, aditivima za goriva i ulja, eksplozivima, tekućim raketnim gorivima i stacionarnim fazama za plinsko-tečnu hromatografiju na bazi derivata adamantana.

Sam Adamantan se trenutno ne koristi, ali su brojni njegovi derivati u širokoj upotrebi.

Derivati adamantana se uglavnom koriste u farmaceutskoj praksi.

Tako se lekovi rimantadin (1-(1-adamantil)etilamin hidrohlorid) i adapromin (a-propil-1-adamantil-etilamin hidrohlorid) koriste kao lekovi za efikasnu prevenciju virusnih infekcija, a amantadin (1-aminoadamantan hidrohlorid) i glutantan (1-aminoadamantan glukuronid) su efikasni protiv parkinsonizma uzrokovanog različitim uzrocima, posebno neuroleptičkim i posttraumatskim sindromom.

Polimerni analozi adamantana patentirani su kao antivirusna jedinjenja, uključujući, u odnosu na HIV, polimerne analoge adamantana.

Supstituirani amidi adamantana karboksilne kiseline mogu poslužiti kao hipnotici. Uvođenje adamantilnog ostatka u 2-hidroksinaftohinon dovodi do proizvodnje antimalarijskih lijekova. Adamantil amino alkoholi i njihove soli imaju izražen psihostimulirajući učinak i blago su toksični. Neki N-(adamant-2-il)anilini pokazuju neurotropnu aktivnost, a biološka aktivnost N-(adamant-2-il)heksametilenimina se manifestuje u odnosu na parkinsonov sindrom.

Alkilni derivati adamantana, posebno 1,3-dimetiladamantan, koriste se kao radni fluidi u nekim hidrauličkim instalacijama. Izvodljivost njihove upotrebe objašnjava se visokom termičkom stabilnošću dialkil derivata, njihovom niskom toksičnošću i velikom razlikom između kritične temperature i tačke ključanja.

U hemiji visokomolekularnih jedinjenja, uvođenje adamantilnog supstituenta omogućilo je u mnogim slučajevima poboljšanje karakteristika performansi polimernih materijala. Tipično, polimeri koji sadrže fragment adamantila su otporni na toplinu i njihova tačka omekšavanja je prilično visoka. Prilično su otporni na hidrolizu, oksidaciju i fotolizu. U pogledu ovih svojstava, polimerni materijali koji sadrže adamantane su superiorniji od mnogih poznatih industrijskih polimera i mogu naći primenu u različitim oblastima tehnologije kao što su konstrukcijski, električni izolacioni i drugi materijali.

Vladimir Korolkov

triciklički premošteni ugljovodonik sastava C 10 H 16, čiji se molekul sastoji od tri cikloheksanska prstena; Prostorni raspored atoma ugljika u molekuli adamantana je isti kao u kristalnoj rešetki dijamanta. Prema sistematskoj nomenklaturi, adamantane treba zvati triciklodekan.

Obično se adamantane prikazuje na jedan od sljedećih načina:

Postoji mali broj supstanci u organskoj hemiji koje su privukle ogromno interesovanje hemičara širom sveta. Među takvim spojevima su strukture benzena, ferocena, karborana, fulerena i adamantana, postoje i druge molekularne strukture koje su pobudile i izazivaju interesovanje organskih hemičara. Ovo je vjerovatno uglavnom zbog neobične strukture samih molekula, posebno njihovog visokog stepena simetrije.

Struktura adamantana. Ugljični skelet molekule adamantana sličan je strukturnoj jedinici dijamanta.

Zato naziv "adamantan" dolazi od grčkog "

Adamas " dijamant. Eksperimentalno dobijene strukturne karakteristike adamantana:

Slična struktura je zadržana u gotovo svim derivatima adamantana, što je posljedica visoke stabilnosti okvira adamantana. Adamantan je predak homolognog niza porodice ugljovodonika sa strukturom nalik dijamantu, dijamantana, triamantana, itd.:

Na osnovu hemije adamantana nastala je i razvila se jedna od oblasti moderne organske hemije - hemija organskih poliedrana.

Za razliku od samog adamantana, njegova alkil-supstituirana jedinjenja tope se na mnogo nižim temperaturama (1-metiladamantan na 103°C, i 1-etiladamantan na 58°C) zbog narušavanja simetrije molekule i povećanja vibracijskog i rotacijskog mobilnost njegovih jedinica.

Na primjer:

U ovom slučaju, optička aktivnost je posljedica pojave posebne vrste asimetrije - asimetrije molekularnog tetraedra. Količina optičke rotacije za takve veze je mala i rijetko prelazi 1°.

Priprema adamantana i njegovih alkil derivata Jedini prirodni proizvod koji sadrži adamantane i njegove homologe je ulje. Adamantan je prvi put dobijen tokom proučavanja nafte sa polja Hodonin (bivša Čehoslovačka) 1933. godine od strane S. Landa i V. Machaceka. Međutim, zbog niskog sadržaja adamantana u ulju (obično ne prelazi 0,001% masenog udjela), njegova proizvodnja iz ove sirovine je nepraktična. Količina adamantana u različitim vrstama ulja zavisi od njegove hemijske prirode ulja. Najveći sadržaj adamantana je u naftenskom ulju. Nasuprot tome, parafinsko ulje sadrži adamantane u mnogo manjim količinama. Ulje takođe sadrži alkil derivate adamantana, posebno 1-metil, 2-metiladamantane i 1-etil adamantane.

Budući da je izolacija adamantana iz ulja komplicirana njegovim niskim sadržajem, razvijene su metode za kemijsku sintezu ove tvari.

Prvi put je adamantane sintetički dobio 1941. godine švicarski Prelog prema sljedećoj shemi:

Industrijski prikladnu metodu za sintezu adamantana iz lako dostupnih sirovina predložio je i implementirao Schleyer 1957. Metoda se sastoji od katalitičke izomerizacije tricikličkog ugljovodonika (prema sistematskoj nomenklaturi triciklodekan) u adamantan:

AlCl3, SbF 5 . Prinosi se kreću od 15 do 40%.

Ova metoda je također prikladna za sintetičku pripremu različitih alkil-supstituiranih adamantana:

Karakteristično je da prisustvo alkil grupa značajno povećava prinos konačnih produkata izomerizacije.

Visoki prinosi alkiladamantana dobijaju se izomerizacijom (preko aluminijum-halida ili kompleksa na njihovoj bazi) tricikličnih perhidroaromatičnih ugljovodonika sastava C 12 C 14: perhidroacenaftena, perhidrofluorena, perhidroantracena i drugih ugljovodonika.

Prinos u posljednjoj reakciji je 96%.

U opisanim metodama tekuće faze katalitičke izomerizacije koriste se katalizatori (

AlCl3, SbF 5), koji imaju niz značajnih nedostataka: povećanu korozionu aktivnost, nestabilnost, nemogućnost regeneracije i stvaranje značajnih količina smole tokom reakcije. To je bio razlog za proučavanje izomernih transformacija policikloalkana korištenjem stabilnih heterogenih kiselinskih katalizatora dobivenih na bazi metalnih oksida. Predloženi su katalizatori na bazi aluminijum oksida koji omogućavaju dobijanje alkilladamantana u prinosu do 70%.

Katalitičke metode za izomerizaciju policikloalkana su efikasne metode za proizvodnju ugljovodonika adamantanskog niza, mnoge od njih imaju preparativnu vrednost, a proces proizvodnje adamantana izomerizacijom hidrogenizovanog ciklopentadien dimera implementiran je u industrijskom obimu.

Međutim, kako se povećava molekularna težina i povećava broj ciklusa u matičnom ugljovodoniku, brzina preraspodjele u adamantanoidne ugljikovodike se usporava. U nekim slučajevima metode izomerizacije ne daju željeni rezultat. Dakle, uz njihovu pomoć nemoguće je dobiti 2-supstituirani alkil i arilamantane, osim toga, produkti reakcije se po pravilu sastoje od mješavine nekoliko izomera, te ih je potrebno odvojiti, dakle sintetičkim metodama za proizvodnju; ugljovodonika iz reda adamantana, zasnovanih na upotrebi funkcionalnih derivata adamantana kao polaznih materijala, kao i metodama ciklizacije kojima se konstruiše struktura adamantana na bazi alifatskih mono- i bicikličkih jedinjenja. Sinteze zasnovane na funkcionalnim derivatima se široko koriste za dobijanje pojedinačnih alkil-, cikloalkil- i arilamantana. Metode ciklizacije se obično koriste u sintezi polifunkcionalnih derivata adamantana, ugljovodonika adamantana i njihovih derivata.

Jedna od prvih uspješnih sinteza 1-metiladamantana bila je sinteza u više koraka zasnovana na 1-bromoadamantanu (obično se adamantil radikal u reakcijskim shemama označava kao

Oglas):

Kasnije su pronađeni i drugi efikasniji načini sinteze 1-metiladamantana.

Funkcionalizacija nodalnih pozicija adamanatanskog jezgra. Poznato je da se zasićeni ugljovodonici, uključujući adamantane, odlikuju nižom reaktivnošću u odnosu na nezasićene i aromatične ugljovodonike. To je zbog ograničavajuće prirode svih C-C veza formiranih od sp 3 -hibridiziranih atoma ugljika. Zasićeni ugljikovodici sa strukturom okvira također sadrže samo s -veze, međutim, takve karakteristike njihove strukture kao što je prisustvo nekoliko tercijarnih atoma ugljika koji se izmjenjuju sa metilenskim mostovima i glomazna struktura ćelije povećavaju reaktivnost ovih spojeva, posebno u reakcijama jonskog tipa. Relativno visoka reaktivnost adamantana u ionskim reakcijama je posljedica njegove osobine da formira prilično stabilan karbokation. Formiranje adamantil karbokationa zabilježeno je, posebno, tijekom djelovanja antimon pentafluorida na 1-fluoroadamantan:

Adamantil kation se takođe stvara iz 1-kloro-, oksiadamantana u superkiselinama (SbF 5) ili u „magičnoj kiselini“ (SbF 5 u HSO 3 F) u okruženju SO 2 i SO 2 ClF.

Najčešće ionske reakcije koje se javljaju na pozicijama čvorova adamantanskog jezgra su:

Crafts vam omogućava da zamijenite sva četiri atoma vodika na pozicijama čvorova adamantanskog jezgra s bromom:

U uslovima ionske halogenacije, proces se odvija selektivno na centralnim atomima ugljika adamantanskog jezgra.

Za razliku od ionske halogenacije, halogeniranje slobodnim radikalima samog adamantana i njegovih derivata dovodi do mješavine proizvoda koja se sastoji od 1- i 2-supstituiranih derivata.

Za dobivanje fluoriranih derivata adamantana koristi se 1-adamantanol:

Pogodnije je dobiti 1-aminoadamantan Ritterovom reakcijom u jednom koraku, koja se sastoji od interakcije samog adamantana ili 1-bromadamantana s nitrilom (obično acetonitrilom) u prisustvu trlja-butil alkohol pod uticajem broma u sumpornoj kiselini:

Naknadna hidroliza rezultirajućeg amida dovodi do 1-aminoadamantana.

Među reakcijama funkcionalizacije adamantana, zanimljiva je metoda za aktiviranje C-H veze u adamantanskom jezgru, koju je predložio Ola koristeći aluminij hlorid u metilen hloridu u prisustvu fosfor trihlorida. Kao rezultat reakcije nastaju dihlorfosforilirani derivati u prinosu od 40-60%.

Aplikacija. Izgledi za korištenje derivata adamantana određeni su skupom specifičnih svojstava: relativno velikom veličinom adamantilnog radikala (njegov promjer je 5Å), visoka lipofilnost (topljivost u nepolarnim rastvaračima), konformaciona rigidnost. Posljednja dva svojstva su posebno važna pri stvaranju novih lijekova. Uvođenje adamantilnog radikala općenito povećava termičku stabilnost tvari i njenu otpornost na oksidaciju i izlaganje zračenju, što je posebno važno kod proizvodnje polimera sa specifičnim svojstvima.

Sam Adamantan se trenutno ne koristi, ali su brojni njegovi derivati u širokoj upotrebi.

Derivati adamantana se uglavnom koriste u farmaceutskoj praksi.

Dakle, lijekovi remantadin (1-(1-adamantil)etilamin hidrohlorid) i adapromin (

a -propil-1-adamantil-etilamin hidrohlorid) se koriste kao lekovi za efikasnu prevenciju virusnih infekcija, a amantadin (1-aminoadamantan hidrohlorid) i gludantan (1-aminoadamantan glukuronid) su efikasni kod parkinsonizma izazvanog različitim uzrocima, a posebno: neuroleptički i posttraumatski sindrom.

Polimerni analozi adamantana patentirani su kao antivirusna jedinjenja, uključujući, u odnosu na HIV, polimerne analoge adamantana.

N -(adamant-2-il)anilini pokazuju neurotropnu aktivnost i biološku aktivnost N -(adamant-2-il)heksametilenimin se manifestuje u odnosu na parkinsonov sindrom.

Vladimir Korolkov

LITERATURA Bagriy E.I. Adamantane: Priprema, svojstva, primjena. M., Nauka, 1989
Morozov I.S., Petrov V.I., Sergeeva S.A. Farmakologija adamantana. Volgograd: Volgogradski med. Akademija, 2001