Производно на адамантана. Влияние на адамантанови производни с различен характер на заместителите върху индуцираната агрегация - теза. Биологична активност на адамантановите производни

Съдържанието на статията

АДАМАНТАН– трицикличен мостов въглеводород със състав С 10 H 16 , чиято молекула се състои от три циклохексанови пръстена; пространственото разположение на въглеродните атоми в адамантановата молекула е същото като в кристалната решетка на диаманта. Според систематичната номенклатура адамантанът трябва да се нарича трициклодекан.

Обикновено адамантанът се изобразява по един от следните начини:

В органичната химия има малък брой вещества, които са предизвикали голям интерес сред химиците по света. Сред тези съединения са структурите на бензен, фероцен, карборан, фулерени и адамантан, има и други молекулни структури, които са привличали и продължават да привличат интереса на органичните химици. Това вероятно се дължи до голяма степен на необичайната структура на самите молекули, особено на високата степен на тяхната симетрия.

Структурата на адамантана.

Въглеродният скелет на адамантановата молекула е подобен на структурната единица на диаманта.

Ето защо името „адамантан” идва от гръцкото „адамас” – диамант. Експериментално получени структурни характеристики на адамантана:

Подобна структура се запазва в почти всички адамантанови производни, което се дължи на високата стабилност на адамантановата рамка. Адамантанът е предшественик на хомоложната серия от семейството въглеводороди с диамантеноподобна структура диамантан, триамантан и др.:

Въз основа на химията на адамантана възниква и се развива една от областите на съвременната органична химия, химията на органичните полиедри.

Адамантанът, въпреки ниското си молекулно тегло, има необичайно висока точка на топене за наситени въглеводороди - 269 ° C. Тази необичайно висока температура се дължи на високата симетрия на твърдата диамантена адамантанова молекула. В същото време относително слабо междумолекулно взаимодействие в кристалната решетка води до факта, че въглеводородът лесно се сублимира, частично вече при стайна температура.

За разлика от самия адамантан, неговите алкил-заместени се топят при много повече ниски температури(1-метиладамантан - при 103°C и 1-етиладамантан - при -58°C) поради нарушаване на симетрията на молекулата и увеличаване на вибрационната и ротационната подвижност на нейните звена.

Въпреки липсата на асиметричен въглероден атом в адамантана (въглероден атом, свързан с четири различни заместителя, разположени във върховете на тетраедър), адамантановите производни, съдържащи четири различни заместителя в възловите позиции, са оптически активни. Центърът на молекулата на такива адамантанови производни играе ролята на хипотетичен асиметричен въглероден атом.

В този случай оптичната активност се дължи на появата на особен вид асиметрия - асиметрията на молекулярния тетраедър. Стойността на оптичното въртене за такива съединения е малка и рядко надвишава 1°.

В допълнение към оптичната, структурната изомерия е характерна за заместените адамантани, в зависимост от това дали заместителят е прикрепен към възловия или мостовия въглероден атом. Например, възможни са съответно 1- и 2-пропиладамантани:

За дизаместени адамантанови производни с един мостов заместител, пространствената ориентация на този заместител може да бъде аксиална ( А) или екваториален ( д), в зависимост от местоположението на заместителя спрямо равнината на циклохексановия пръстен, общ за двата заместителя (удебелен на фигурата) или може да бъде означен като цис- и транс-. Например за 1,3-дибромоадамантан са възможни два изомера: 1,3 А -дибромоадамантан и 1,3 д -дибромоадамантан, съответно:

Получаване на адамантан и неговите алкилови производни

Единственият естествен продукт, съдържащ адамантан и неговите хомолози, е петролът. За първи път адамантанът е получен при изследване на нефт от Ходонинското находище (бивша Чехословакия) през 1933 г. от С. Ланда и В. Махачек. Въпреки това, поради ниското съдържание на адамантан в маслото (обикновено не надвишава 0,001% тегловни), не е препоръчително да се получава от тази суровина. Количеството адамантан в различни видовемасло зависи от неговата химическа природа на маслото. Най-високо съдържание на адамантан в маслото от нафтенов тип. Напротив, парафиновото масло съдържа адамантан в много по-малки количества. Маслото също съдържа алкилови производни на адамантан, по-специално 1-метил, 2-метиладамантан и 1-етиладамантан.

Тъй като изолирането на адамантан от маслото се усложнява от ниското му съдържание, са разработени методи за химичен синтез на това вещество.

За първи път адамантанът е синтетично получен през 1941 г. от швейцарския Прелог по следната схема:

Общият добив на адамантан обаче е само 1,5%. Предложени са подобрени версии на горния синтез, но сложността на синтеза, както и практическата невъзможност за синтезиране на заместени адамантани, ограничава препаративната стойност на този метод.

Индустриално подходящ метод за синтез на адамантан от леснодостъпни суровини е предложен и внедрен от Schleyer през 1957 г. Методът се състои в каталитична изомеризация на трицикличен въглеводород (според систематичната номенклатура - трициклодекан) до адамантан:

Методът е практически интересен, тъй като циклопентадиенът е доста достъпно вещество (получава се чрез крекинг на петролни фракции като страничен продукт) и лесно се димеризира. В зависимост от използвания катализатор, добивите на адамантан варират в широк диапазон. Различни силни киселини на Луис като AlCl3, SbF5 могат да се използват като катализатори. Добивите варират от 15 до 40%.

Този метод е подходящ и за синтетично получаване на различни алкил-заместени адамантани:

Характерно е, че наличието на алкилови групи значително повишава добива на крайните продукти на изомеризацията.

Висок добив на алкиладамантани се получава чрез изомеризация (върху алуминиеви халиди или комплекси на тяхна основа) на трициклични перхидроароматни въглеводороди със състав C 12-C 14: перхидроаценафтен, перхидрофлуорен, перхидроантрацен и други въглеводороди.

Добивът при последната реакция е 96%.

Наличието на изходни съединения (съответните ароматни въглеводороди лесно се изолират в значителни количества от течни продукти от коксуване на въглища) и високият добив на крайните продукти на изомеризацията правят този метод индустриално привлекателен.

В описаните методи за течнофазова каталитична изомеризация се използват катализатори (AlCl 3 , SbF 5 ), които имат редица съществени недостатъци: повишена корозивност, нестабилност, невъзможност за регенерация, образуване на значителни количества смола по време на реакцията. Това е причината за изследването на изомерни трансформации на полициклоалкани с помощта на стабилни хетерогенни киселинни катализатори, получени на базата на метални оксиди. Предложени са катализатори на базата на алуминиев оксид, които правят възможно получаването на алкиладамантани с добиви до 70%.

Каталитичните методи за изомеризация на полициклоалкани са ефективни методи за получаване на въглеводороди от адамантановата серия, много от тях са с препаративно значение и процесът на получаване на адамантан чрез изомеризация на хидрогениран циклопентадиенов димер се прилага в промишлен мащаб.

Въпреки това, тъй като молекулното тегло се увеличава и броят на циклите в първоначалния въглеводород се увеличава, скоростта на пренареждане в адамантаноидни въглеводороди се забавя. В някои случаи методите на изомеризация не дават желания резултат. Така че с тяхна помощ е невъзможно да се получат 2-заместени алкил- и ариладамантани, освен това реакционните продукти, като правило, се състоят от смес от няколко изомера и те трябва да бъдат разделени, така че синтетични методиполучаване на въглеводороди от серията адамантан, базирано на използването на функционални производни на адамантана като изходни материали, както и методи на циклизация - изграждане на структурата на адамантана, на базата на алифатни моно- и бициклични съединения. Синтези, базирани на функционални производни, се използват широко за получаване на отделни алкил-, циклоалкил- и ариладамантани. Методите на циклизиране обикновено се използват при синтеза на полифункционални адамантанови производни, адамантаноидни въглеводороди и техните производни.

Един от първите успешни синтези на 1-метиладамантан беше многоетапен синтез на базата на 1-бромоадамантан (обикновено адамантилният радикал се обозначава като Ad в реакционните схеми):

По-късно, други повече ефективни начинисинтез на 1-метиладамантан.

Методът по-долу може да се разглежда като общ метод за синтез на алкиладамантани, полизаместени в възловите позиции. Позволява да се получат алкиладамантани с различна дължина на нормалните алкилови групи чрез постепенно увеличаване на въглеводородната верига.

Директният синтез на адамантанови производни, заместени в мостови позиции, е труден поради ниската реактивност на мостовите въглеродни атоми на адамантановия пръстен. За синтеза на 2-алкилови производни на адамантан се използва взаимодействието на реагентите на Гринярд или алкиллитиеви производни с лесно достъпен адамантанон. И така, 2-метиладамантан може да се получи по схемата:

Що се отнася до други методи за получаване на адамантанови структури, най-често срещаните методи са синтез на бициклононанови производни чрез циклизация. Въпреки че такива методи са многоетапни, те правят възможно получаването на адамантанови производни със заместители, които трудно могат да се синтезират по друг начин:

Функционализация на възловите позиции на адамантановото ядро.

Известно е, че наситените въглеводороди, включително адамантанът, са по-малко реактивоспособни от ненаситените и ароматните въглеводороди. Това се дължи на ограничаващия характер на всички C-C връзкиобразувани от sp3-хибридизирани въглеродни атоми. Въглеводородите с наситена рамкова структура също съдържат само s-връзки, но такива характеристики на тяхната структура като наличието на няколко третични въглеродни атома, редуващи се с метиленови мостове, и обемната структура на клетката повишават реактивността на тези съединения, особено при реакции от йонен тип. Относително високата реактивност на адамантана в реакции от йонен тип се дължи на способността му да образува доста стабилен карбокатион. Образуването на адамантил карбокатион е регистрирано, по-специално, под действието на антимонов пентафлуорид върху 1-флуороадамантан:

Адамантилният катион също се генерира от 1-хлоро-, хидроксиадамантани в суперкиселини (SbF 5) или "магическа киселина" (SbF 5 в HSO 3 F) в SO 2 и SO 2 ClF.

Най-честите йонни реакции, протичащи в възловите позиции на адамантановото ядро:

Адамантанът и неговите производни обикновено се бромират с молекулярен бром в течната фаза, това е йонен процес, катализиран от киселина на Луис и нечувствителен към инициатори от радикален тип. Използването на катализатори Friedel-Crafts прави възможно заместването на всички четири водородни атома в възловите позиции на адамантановото ядро с бром:

В условията на йонно халогениране процесът протича селективно по отношение на възловите въглеродни атоми на адамантановото ядро.

За разлика от йонното халогениране, свободнорадикалното халогениране на самия адамантан и неговите производни води до смес от продукти, състояща се от 1- и 2-заместени производни.

За получаване на флуорни производни на адамантана се използва 1-адамантанол:

Халогенираните адамантани се използват широко за синтеза на други функционално заместени адамантани. Реактивоспособността на адамантановите халогенни производни е по-голяма от тази на другите наситени въглеводороди. Окисляването на адамантан със сярна киселина е важен подготвителен метод, тъй като прави възможно получаването на адамантан с висок добив:

В същото време взаимодействието на адамантан с концентрирана сярна киселина в среда на трифлуорооцетен анхидрид позволява да се получи смес от 1- и 2-адамантаноли, с преобладаващо съдържание на първия от тях:

За синтеза на карбоксилни киселини от адамантановата серия най-често се използва реакцията на карбоксилиране. Koch и Haaf за първи път през 1960 г. извършват директен синтез на 1-адамантанкарбоксилна киселина по този начин. Реакцията се провежда в среда от концентрирана сярна киселина или олеум, което осигурява образуването на адамантилови катиони.

Въпреки необичайната структура на адамантана, реакциите, в които влиза, са доста традиционни за органичната химия. Особеността на адамантана се проявява поради или пространствени ефекти, свързани с големия размер на адамантиловия радикал, или с възможността за образуване на относително стабилен адамантилов катион.

Приложение.

Перспективите за използване на адамантановите производни се определят от множеството специфични свойства: относително голям размер на адамантилния радикал (диаметърът му е 5Å), висока липофилност (разтворимост в неполярни разтворители), конформационна твърдост. Последните две свойства са особено важни при създаване на нови лекарства. Въвеждането на адамантилния радикал повишава като цяло термичната стабилност на веществото и неговата устойчивост на окисление и излагане на радиация, което е важно по-специално при получаването на полимери със специфични свойства.

Всичко това стимулира широкомащабно търсене на нови лекарства, полимерни материали, добавки за горива и масла, експлозиви, течни ракетни горива, неподвижни фази за газо-течна хроматография на основата на адамантанови производни.

Сега самият адамантан не се използва, но редица негови производни се използват широко.

В най-голяма степен производните на адамантана се използват във фармацевтичната практика.

Така лекарствата римантадин (1-(1-адамантил)етиламин хидрохлорид) и адапромин (а-пропил-1-адамантил-етиламин хидрохлорид) се използват като лекарства за ефективна профилактика на вирусни инфекции, а амантадин (1-аминоадамантан хидрохлорид) и глудантан (1-аминоадамантан глюкуронид) са ефективни при паркинсонизъм, генериран от различни причини, по-специално неврол птичен и посттравматичен синдром.

Полимерните аналози на адамантана са патентовани като антивирусни съединения, включително, във връзка с HIV, полимерните аналози на адамантана.

Заместените амиди на адамантанкарбоксилната киселина могат да служат като хипнотици. Въвеждането на адамантилов остатък в 2-хидроксинафтохинон води до производството на антималарийни лекарства. Адамантиламино алкохолите и техните соли имат изразен психостимулиращ ефект и в същото време не са токсични. Някои N-(адамант-2-ил)анилини проявяват невротропна активност, а биологичната активност на N-(адамант-2-ил)хексаметиленимин се проявява във връзка с паркинсонизъм.

Алкилови производни на адамантана, по-специално 1,3-диметиладамантана, се използват като работни течности в някои хидравлични инсталации. Целесъобразността на тяхното използване се обяснява с високата термична стабилност на диалкиловите производни, тяхната ниска токсичност и голямата разлика между критичната температура и точката на кипене.

В химията на макромолекулните съединения въвеждането на адамантилов заместител в много случаи направи възможно подобряването на експлоатационните характеристики на полимерните материали. Обикновено полимерите, съдържащи адамантилова част, са устойчиви на топлина и тяхната точка на омекване е доста висока. Те са доста устойчиви на хидролиза, окисление, фотолиза. По отношение на тези свойства адамантан-съдържащите полимерни материали превъзхождат много известни промишлени полимери и могат да се използват в различни области на технологията като структурни, електроизолационни и други материали.

Владимир Королков

трицикличен мостов въглеводород със състав C 10 H 16, чиято молекула се състои от три циклохексанови пръстена; пространственото разположение на въглеродните атоми в адамантановата молекула е същото като в кристалната решетка на диаманта. Според систематичната номенклатура адамантанът трябва да се нарича трицикло декан.

Обикновено адамантанът се изобразява по един от следните начини:

В органичната химия има малък брой вещества, които са предизвикали голям интерес сред химиците по света. Сред тези съединения - структурите на бензен, фероцен, карборан, фулерени и адамантан, има и други молекулни структури, които са привличали и продължават да привличат интереса на органичните химици. Това вероятно се дължи до голяма степен на необичайната структура на самите молекули, особено на високата степен на тяхната симетрия.

Структурата на адамантана. Въглеродният скелет на адамантановата молекула е подобен на структурната единица на диаманта.

Ето защо името "адамантан" идва от гръцки "

адамас » диамант. Експериментално получени структурни характеристики на адамантана:

Подобна структура се запазва в почти всички адамантанови производни, което се дължи на високата стабилност на адамантановата рамка. Адамантан е основателят на хомоложната серия от семейството на въглеводородите с диамантеноподобна структура диамантан, триамантан и др.:

Адамантанът, въпреки ниското си молекулно тегло, има необичайно висока точка на топене за наситени въглеводороди, 269 ° C. Тази необичайно висока температура се дължи на високата симетрия на твърдата диамантена адамантанова молекула. В същото време относително слабото междумолекулно взаимодействие в кристалната решетка води до факта, че въглеводородът лесно се сублимира, частично дори при стайна температура.

За разлика от самия адамантан, неговите алкил-заместени се топят при много по-ниски температури (1-метиладамантан при 103 ° C и 1-етиладамантан при 58 ° C) поради нарушаване на симетрията на молекулата и увеличаване на вибрационната и ротационната подвижност на нейните връзки.

Например:

В този случай оптичната активност се дължи на появата на специален вид асиметрия, асиметрията на молекулярния тетраедър. Стойността на оптичното въртене за такива съединения е малка и рядко надвишава 1°.

Получаване на адамантан и неговите алкилови производни Единственият естествен продукт, съдържащ адамантан и неговите хомолози, е петролът. За първи път адамантанът е получен при изследване на нефт от Ходонинското находище (бивша Чехословакия) през 1933 г. от С. Ланда и В. Махачек. Въпреки това, поради ниското съдържание на адамантан в маслото (обикновено не надвишава 0,001% тегловни), не е препоръчително да се получава от тази суровина. Количеството на адамантана в различните видове масло зависи от неговата химическа природа на маслото. Най-високо съдържание на адамантан в маслото от нафтенов тип. Напротив, парафиновото масло съдържа адамантан в много по-малки количества. Маслото също съдържа алкилови производни на адамантан, по-специално 1-метил, 2-метиладамантан и 1-етиладамантан.

За първи път адамантанът е синтетично получен през 1941 г. от швейцарския Прелог по следната схема:

Индустриално подходящ метод за синтез на адамантан от лесно достъпни суровини е предложен и приложен от Schleyer през 1957 г. Методът се състои в каталитична изомеризация на трицикличен въглеводород (според систематичната номенклатура трициклодекан) до адамантан:

Методът е практически интересен, тъй като циклопентадиенът е доста достъпно вещество (получава се чрез крекинг на петролни фракции като страничен продукт) и лесно се димеризира. В зависимост от използвания катализатор, добивите на адамантан варират в широк диапазон. Различни силни киселини на Луис могат да се използват като катализатори, като напр

AlCl3, SbF 5. Добивите варират от 15 до 40%.

Този метод е подходящ и за синтетично получаване на различни алкил-заместени адамантани:

Висок добив на алкиладамантани се получава чрез изомеризация (върху алуминиеви халогениди или комплекси на тяхна основа) на трициклични перхидроароматни въглеводороди със състав C 12 C 14: перхидроаценафтен, перхидрофлуорен, перхидроантрацен и други въглеводороди.

Добивът при последната реакция е 96%.

Описаните методи за каталитична изомеризация в течна фаза използват катализатори (

AlCl3, SbF 5), които имат редица съществени недостатъци: повишена корозивност, нестабилност, невъзможност за регенерация, образуване на значителни количества смола по време на реакцията. Това е причината за изследването на изомерни трансформации на полициклоалкани с помощта на стабилни хетерогенни киселинни катализатори, получени на базата на метални оксиди. Предложени са катализатори на базата на алуминиев оксид, които правят възможно получаването на алкиладамантани с добиви до 70%.

Въпреки това, тъй като молекулното тегло се увеличава и броят на циклите в първоначалния въглеводород се увеличава, скоростта на пренареждане в адамантаноидни въглеводороди се забавя. В някои случаи методите на изомеризация не дават желания резултат. Така че, с тяхна помощ е невъзможно да се получат 2-заместени алкил- и ариладамантани, освен това реакционните продукти, като правило, се състоят от смес от няколко изомери и те трябва да бъдат разделени, следователно, синтетични методи за получаване на въглеводороди от серията адамантан, базирани на използването на функционални производни на адамантан като изходни материали, както и методи за циклизация на изграждане на структурата на адамантан, базирани на алифатни моно- и бициклични съединения, са получили широко развитие. Синтези, базирани на функционални производни, се използват широко за получаване на отделни алкил-, циклоалкил- и ариладамантани. Методите на циклизиране обикновено се използват при синтеза на полифункционални адамантанови производни, адамантаноидни въглеводороди и техните производни.

Един от първите успешни синтези на 1-метиладамантан беше многоетапен синтез на базата на 1-бромоадамантан (обикновено адамантилният радикал се обозначава в реакционните схеми като

реклама):

По-късно са открити други по-ефективни пътища за синтез на 1-метиладамантан.

Функционализация на възловите позиции на адамантановото ядро. Известно е, че наситените въглеводороди, включително адамантанът, са по-малко реактивоспособни от ненаситените и ароматните въглеводороди. Това се дължи на ограничаващия характер на всички C-C връзки, образувани от sp 3 хибридизирани въглеродни атоми. Въглеводородите с наситена рамкова структура също съдържат самос -връзки обаче, такива характеристики на тяхната структура като наличието на няколко третични въглеродни атома, редуващи се с метиленови мостове, и обемната структура на клетката повишават реактивността на тези съединения, особено при йонни реакции. Относително високата реактивност на адамантана в реакции от йонен тип се дължи на способността му да образува доста стабилен карбокатион. Образуването на адамантил карбокатион е регистрирано, по-специално, под действието на антимонов пентафлуорид върху 1-флуороадамантан:

Най-честите йонни реакции, протичащи в възловите позиции на адамантановото ядро:

Crafts ви позволява да замените всичките четири водородни атома в възловите позиции на адамантановото ядро с бром:

За получаване на флуорни производни на адамантана се използва 1-адамантанол:

По-удобно е да се получи 1-аминоадамантан може да се получи чрез едноетапна реакция на Ритер, която се състои във взаимодействието на самия адамантан или 1-бромоадамантан с нитрил (обикновено ацетонитрил) в присъствието на трет-бутилов алкохол под действието на бром в сярна киселина:

Последващата хидролиза на получения амид води до 1-аминоадамантан.

Сред реакциите на функционализиране на адамантана има интересен начин на активиране C-H връзкив адамантановото ядро, предложено от Ola, използвайки алуминиев хлорид в метиленхлорид в присъствието на фосфорен трихлорид. В резултат на реакцията се образуват дихлорофосфорилирани производни с добиви 40–60%.

Приложение. Перспективите за използване на адамантановите производни се определят от набор от специфични свойства: относително големият размер на адамантилния радикал (диаметърът му е 5Å), висока липофилност (разтворимост в неполярни разтворители), конформационна твърдост. Последните две свойства са особено важни при създаването на нови лекарства. Въвеждането на адамантилния радикал повишава като цяло термичната стабилност на веществото и неговата устойчивост на окисление и излагане на радиация, което е важно по-специално при получаването на полимери със специфични свойства.

Всичко това стимулира широкомащабно търсене на нови лекарства, полимерни материали, горивни и маслени добавки, експлозиви, течни ракетни горива, стационарни фази за газо-течна хроматография на базата на адамантанови производни.

Сега самият адамантан не се използва, но редица негови производни се използват широко.

В най-голяма степен производните на адамантана се използват във фармацевтичната практика.

И така, лекарствата ремантадин (1-(1-адамантил)етиламин хидрохлорид) и адапромин (

а -пропил-1-адамантил-етиламин хидрохлорид) се използват като лекарства за ефективна превенция на вирусни инфекции, а амантадин (1-аминоадамантан хидрохлорид) и глудантан (1-аминоадамантан глюкуронид) са ефективни при паркинсонизъм, генериран от различни причини, по-специално невролептичен и посттравматичен синдром.

н -(адамант-2-ил)анилините проявяват невротропна активност и биологична активностн - (адамант-2-ил) хексаметиленимин се проявява във връзка с паркинсонизъм.

Владимир Королков

ЛИТЕРАТУРА Багрий Е.И. Адамантани: получаване, свойства, приложение. М., Наука, 1989
Морозов I.S., Петров V.I., Сергеева S.A. Фармакология на адамантаните. Волгоград: Волгоградски мед. академия, 2001г

Федерална агенция за образование

Руски държавен университет

Нефт и газ на името на И. М. Губкин

Катедра по органична химия и нефтохимия

Курсова работа по темата

"Свойства на адамантана"

Завършено:

Изкуство. гр. XT-08-5

Волкова V.S.

Проверено:

Св.пр. Гируц М.В.

Москва 2010 г

1. Обща информация

2. Номенклатура

3. Разписка

3.1 От естествени източници

3.2 Синтетични методи

4. Физични свойства

4.1 Индивидуално вещество

4.2 Структурни свойства

4.3 Спектрални свойства

5. Химични свойства

5.1 Адамантилови катиони

5.2 Реакции по нодални позиции

5.2.1 Бромиране

5.2.2 Алкилиране

5.2.3 Флуориране

5.2.4 Карбоксилиране

5.2.5 Хидроксилиране

5.2.6 Нитриране

5.3 Мостови реакции

6. Приложение

7. Експериментална част

Литература

адамантанов въглеводороден синтез нодално мостово свързване

1. Обща информация

Адамантанът е химично съединение, наситено с трицикличен мостов въглеводород с формула C 10 H 16. Молекулата на адамантана се състои от три-циклохексанови фрагменти в конформация "стол". Пространственото разположение на въглеродните атоми в адамантановата молекула повтаря разположението на атомите в кристалната решетка на диаманта. Адамантанът получава името си от ἀδάμας („непобедим“ – гръцкото име на диамант).

2. Номенклатура

Според правилата на систематичната номенклатура адамантанът трябва да се нарича трициклодекан. Въпреки това, IUPAC препоръчва използването на името "адамантан" като предпочитано име. Молекулата на адамантана има висока симетрия. В резултат на това 16 водородни атома и 10 въглеродни атома, които го образуват, могат да бъдат приписани само на два вида.

Позиции от тип 1 се наричат възлови позиции, а позиции от тип 2 се наричат мостови позиции. Има четири възлови и шест мостови позиции в молекулата на адамантана.

Обикновено се използват такива изображения на структурната формула на адамантановата молекула:

Така възловите въглеродни атоми са 1,3,5,7, а мостовите са 2,4,6,8,9,10.

В дизаместени адамантанови производни с един мостов заместител, пространствената ориентация на мостовия заместител може да бъде аксиална (a) или екваториална (e), в зависимост от местоположението на заместителя спрямо равнината на циклохексановия пръстен, общ за двата заместителя, или може да бъде означена като цис- и транс-:

1. При отсъствие на нодални заместители, номерирането на въглеродните атоми се извършва, като се вземе предвид предпочитанието на заместителя, така че по-предпочитаният мостов заместител има по-нисък брой и сумата от броя на въглеродните атоми е минимална. При обозначаването на алкиладамантаните по-простият заместител получава по-ниското число.

2. Ако има един възлов заместител, той се обозначава с номер 1, докато номерирането на останалите въглеродни атоми на ядрото се извършва в съответствие с разпоредбите на параграф 1.

3. Ако има няколко нодални алкилови заместители, номер 1 получава нодалния заместител, който е по-предпочитан според правилата на IUPAC.

4. Въглеродните атоми, които според горните правила имат номера 1-9, съставляват рационален фрагмент бициклононанна това адамантаново производно, докато позициите на мостовите заместители на въглеродни атоми 2,4,6 и 8 се определят като екзо- или ендо- в зависимост от това дали заместителят е насочен съответно нагоре или надолу по отношение на равнината на рационалния бициклононанов фрагмент, при атом 10 - като цис- или транс- по отношение на атом 1 и при 9 - като син- или анти-, в зависимост от това дали е насочен надясно или вляво спрямо заместител 1.

3. Разписка

3.1 От естествени източници

В момента единственият естествен продукт, съдържащ адамантан и неговите хомолози, е маслото. Съдържанието на този въглеводород в нефта е само 0,0001-0,03% (в зависимост от находището), поради което този метод за получаване на адамантан е икономически неизгоден. В допълнение към самия адамантан, има многобройни негови производни в маслото. Познати са повече от тридесет такива съединения. Методите за идентифициране на адамантан в масла и неговото изолиране се основават на неговите необичайни свойства за въглеводороди с това молекулно тегло: висока точка на топене, летливост, ниска разтворимост и способност да образува стабилни адукти с тиокарбамид.

Отделянето на адамантан от масло, което няма бензинови фракции, се извършва чрез еднократна обработка с тиокарбамид на дестилати, дестилирани от масло с водна пара. Когато полученият тиокарбамиден екстракт се охлади до –50°C, адамантанът кристализира и лесно се отделя чрез филтруване. Те получават около 75% от адамантана, присъстващ в маслото.

Ако маслото съдържа леки фракции и съдържанието на адамантан е ниско, тогава обработката на дестилата с тиокарбамид се повтаря с малко количество от него и се получават високоселективни екстракти. По-нататъшно количествено изолиране на адамантан може също да се извърши чрез препаративна GLC. Методът на азеотропна дестилация на циклопарафинов концентрат с три(лерфлуоробутил)амин може също да се използва за изолиране на адамантан от масло.

Изолирането на адамантан от парафинови масла изисква повече ефективни методинеговата концентрация, като термична дифузия и препаративна GLC. Проучванията показват, че най-добрите резултати при изолирането на адамантан се получават чрез метод, който комбинира дестилация на дестилат (с прегрята водна пара), последвана от изолиране чрез препаративна GLC.

3.2 Синтетични методи

Първият успешен синтез на адамантан от етера на Meerwein е извършен от V. Прелог през 1941 г. Синтезът включва няколко етапа, а добивът на адамантан не надвишава един процент.

Този метод вече не се използва за синтеза на адамантан поради високата трудоемкост и ниския добив на крайния продукт. Въпреки това, той има известна стойност по отношение на получаването на различни адамантанови производни, по-специално 1,3-адамантан дикарбоксилна киселина.

За да се получи този въглеводород в лабораторията, в момента се използва методът на Schleyer. Димерциклопентадиен (което е доста достъпно съединение) претърпява каталитично хидрогениране, след което се изомеризира до адамантан в присъствието на катализатор Люис киселина. Методът, описан в Organic Syntheses, включва използването на платинов оксид като катализатор за хидрогениране, както и алуминиев хлорид като катализатор за изомеризация.В този случай добивът е 13-15%.

Адамантанът е напълно достъпно химично съединение. Цената на един грам от различни производствени компании не надвишава един щатски долар.

4. Физични свойства

4.1 Индивидуално вещество

Химически чистият адамантан е безцветно кристално вещество с характерен мирис на камфор. Той е практически неразтворим във вода, но е лесно разтворим в неполярни органични разтворители.Адамантанът има необичайно висока точка на топене за въглеводороди (268 ° C), но в същото време бавно сублимира вече при стайна температура.Освен това може да се дестилира с водна пара.

4.2 Структурни свойства

Молекулата на адамантана включва три кондензирани циклохексанови пръстена в конформация "стол". Параметрите на молекулата на адамантана са определени чрез рентгенова електронна дифракция. Установено е, че дължината на всяка въглерод-въглеродна връзка е 1,54Å, а на всяка въглерод-водородна връзка 1,112Å.

Молекулата на адамантана има висока симетрия (точкова група T d). Кристалният адамантан съществува под формата на лицево-центрирана кубична решетка (много рядка пространствена група за органични съединения

, a = 9,426 ± 0,008Å, четири молекули на клетка).Когато тази форма се охлади до температура под −65 °C, се наблюдава фазов преход с образуването на телецентрирана тетрагонална решетка (a = 6,641Å, c = 8,875Å).

4.3 Спектрални свойства

ЯМР спектърът на адамантана съдържа два слабо разрешени сигнала, които съответстват на протони, разположени близо до мостовите и възловите въглеродни атоми. В спектъра на 1 H-NMR, записан в CDCL 3, сигналите на протони, разположени в близост до възловите въглеродни атоми, се наблюдават при 1.873 ppm, а сигналите на протони при мостови въглеродни атоми се наблюдават при 1,756 ppm. В 13 C-NMR спектъра, сигналите на възлите и мостовите въглеродни атоми се появяват при 28.46 и 37.85 ppm, съответно се появяват в спектъра на 13 C-NMR, сигналите на възлите и мостовите въглеродни атоми.

Масспектрите на адамантана и неговите производни са доста характерни. Позицията на основния пик в масовия спектър на адамантана се дължи на присъствието на йона в йонизационните продукти

с отношение m/z = 136. В резултат на фрагментация на молекулния йон се откриват пикове с m/z стойности, равни на 93, 80, 79, 67, 41, 39.

оптична дейност

Молекулите на адамантана, съдържащи четири различни заместителя при възловите въглеродни атоми, са хирални и оптически активни. В този случай центърът на хиралност, както при оптически активните бифенили, не пада върху нито един конкретен атом. R,S номенклатурата може да се приложи също толкова лесно в този случай.

Уникалната структура на лиганд-свързващите места на седемкратните рецептори за пресичане на мембраната прави възможно свързването на лиганди от различно естество и молекулно тегло в широк диапазон от 32 за Ca2+ до повече от 102 kDa за гликопротеини.

Най-често срещаните хормони с ниско молекулно тегло (като адреналин и ацетилхолин) се свързват с места в хидрофобното ядро (a). Пептидните и протеиновите лиганди се прикрепват към външната повърхност на рецептора (b, c). Някои лиганди с ниско молекулно тегло, Ca2+ и аминокиселини (глутамат, GABA) се свързват с дългите региони в N-края, като ги карат да преминат към нова конформация, в която дългият регион взаимодейства с рецептора (d). В случай на рецептори, активирани от прекъсващата протеаза (е), новият N-край действа като автолиганд. Скъсеният пептид може също да взаимодейства с друг рецептор.

1.3. Биологична активност на адамантановите производни

Адамантановите производни като физиологично активни вещества са широко използвани от 70-те години на ХХ век. Самият адамантан (трициклодекан, C10H16) е един от мостовите трициклични нафтени (фиг. 6).

Ориз. 6. Структура на адамантанова молекула.

Молекулата му се състои от три слети циклохексанови пръстена в конформация стол. Пространственият модел на адамантановата молекула е силно симетричен дизайн с малка повърхност и незначителни сили на междумолекулно взаимодействие в кристалната решетка. От всички трициклични въглеводороди адамантанът е най-стабилен, което се обяснява с тетраедричната ориентация на връзките на всички въглеродни атоми и тяхната фиксирана позиция.

Биологичната активност на адамантановите производни се дължи на симетрията и обема на пространствената структура, значителната липофилност на твърдия въглеводороден скелет на адамантана, което им позволява лесно да проникнат през биологичните мембрани. Следователно, модификацията на органични съединения с помощта на адамантил радикал променя значително тяхната биологична активност, често я засилва. С помощта на метода на въртене на етикета беше показано, че адамантанът, попадайки в липидния двоен слой, е в състояние да разруши хексагоналната опаковка на метиленовите групи, характерна за двойния слой на фосфолипидите, и да наруши аксиалното разположение на алкиловите вериги на фосфолипидите, като по този начин модифицира функционалните свойства на клетъчните мембрани. Като се има предвид значението на реда на подреждане на метиленовите групи на липидите в биологичните мембрани като фактор за функционирането на мембранно-асоциираните ензими, може да се отбележи индиректен ефект на адамантана върху тяхната активност.

На този моментса синтезирани повече от 1000 нови адамантанови производни. Фармакологично изследване показва наличието сред тях на вещества, които имат изразена психотропна, имунотропна, антивирусна, куриформна, антикаталептична, антиалергична активност, както и съединения, които засягат ензимната система на черния дроб. Амидите на адамантанкарбоксилните киселини проявяват антибактериална активност.

Има данни за резултатите от модификацията на молекулата на енкефалин с аминокиселини от серията адамантани. (S)-адамантилаланинът, въведен в позиция 5 на молекулата на енкефалина, придава устойчивост на опиоидния пептид към ензими, които лесно разрушават немодифицирания енкефалин (химотрипсин, проназа, неутрална протеаза, термолизин).

Доказано е, че азотсъдържащите производни имат физиологична активност. Първият, който навлиза в медицинската практика през 1966 г., е 1-аминоадамантан хидрохлорид, който има антивирусна активност срещу щамове на вируси А2, търговските му наименования: мидантан, симетрел, амантадин. Тези лекарства се използват за предотвратяване на респираторни заболявания, тъй като имат способността да блокират проникването на вируса в клетката. Предполага се, че тези лекарства са в състояние да работят в началните етапи на възпроизводството на вируса, блокирайки синтеза на вирус-специфична РНК. Антивирусната активност на някои аминопроизводни на адамантана е свързана със способността им да инхибират PCC. Ремантадин (полирем, флумадин), като липофилна слаба основа, е в състояние да повиши рН на ендозомалното съдържание и да предотврати депротеинизацията на вируса.

В клиничната практика за лечение на вирусни заболявания се използват и лекарства като ацикловир (виролекс, херпесин, зовиракс, лизавир, суправиран), диданозин, фоскарнет (триаптен), ганцикловир (цимевен), ламивудин, рибавирин (виразол, рибамидил), ставудин, трифлуридин, видарабин, залцитабин (чивид), зидовудин (азидотим). дин, ретровир). Повечето от тези лекарства обаче имат сравнително тесен спектър на антивирусна активност, техният недостатък е наличието на различни нежелани реакции, появата на резистентни щамове на вируси и др.

Производните на алкил адамантана също имат антивирусна активност срещу щамове на вируси А2: 1-хидрокси-3,5-диметил-7-етиладамантан, 1-метокси-3,5-диметиладамантан, които, за разлика от мидантан, показват висока антивирусна активност срещу щамове на рино вируси и херпес симплекс. Редица хидрокси-, халоген- и меркапто производни на адамантановите амиди също имат антивирусна активност.

Доказано е, че амантадинът е в състояние да предотврати развитието на огнища на саркома върху ембрионалната култура, други адамантанови производни могат да служат като хипнотици, антималарийни лекарства и инсектициди. Експерименти с използване на инфектирани с ХИВ човешки лимфобластоидни клетки показват, че някои производни на адамантана имат анти-ХИВ активност. Мидантан се използва в неврологична клиника за лечение на болестта на Паркинсон и синдрома на Паркинсон. Подобна активност проявяват киселинните хлориди на 3,5,7-алкил-заместени 1-аминоадамантани, някои от които имат допаминови антагонистични свойства. Някои кватернерни амониеви бази с 2-адамантилов радикал са способни да действат като периферни мускулни релаксанти (курареподобна активност). Производните на 1-аминоадамантан и 3,3-диамино-1,1-диадамантил са антикаталептично активни, адамантанкарбоксилните киселини и фосфатите на адамантантиолите и техните производни имат бактериостатичен ефект. Диалкиламиновите естери на адамантантиокарбоксилната киселина проявяват бактерицидна, фунгицидна, хербицидна активност. Натриевата сол на β-(1-адамантан)-пропионовата киселина има холеретичен ефект. 1-адамантиламониев-β-хлоретилоксаминоат и някои други производни на адамантана от типа 1-AdCH2OCH2CH(OH)CH2NRR΄ имат анестетичен ефект.

Антибактериално действие, сравнимо с антибактериалното лекарство 5-нитро-8-хидроксихинолин, се упражнява от N-(нитрофенил)-адамантил-карбоксамиди и адамантил-заместени N-(1-метилпиридиний) йодиди.

Перфлуорираният адамантан се използва като компонент на изкуствената кръв. Има данни за антиагрегационната способност на адамантановите производни по отношение на различни пътища на тромбоцитна агрегация.

Както вече знаете, от март един от нас започна да води постоянна колонка в любимото списание от детството ни - "Химия и живот". Настоящият текст е за вещество, което се е превърнало в химически "подпис" на автора - и в основата на някои много често срещани антивирусни лекарства. Така че тази публикация е както за историята на адамантана, така и за историята на римантадина

Струва ми се, че в наше време е време да се въведе, вместо пълното име на съветската абревиатура, разширена версия на FION: „фамилия-име-отчество-прякор“. Признавам, и аз си имам прякор. Мнозина в мрежата ме познават под псевдонима adamanta (добре, или под по-познатия damantych). Тази дума възникна в онези далечни години, когато бях истински химик. Всъщност исках да си взема прякора адамантан в чест на
красив въглеводород, а гръцката дума „неустоим“ беше примамлива, но в хартиения въпросник имаше само осем полета за букви ... Все още използвам тази безупречна молекула като псевдоним, уникален с това, че структурата му, от една страна, е твърда, а от друга, тя е лишена от всички възможни пространствени напрежения, които са характерни за много циклични молекули.

21-27 септември 1924 г. в Инсбрук
се проведе голям конгрес на естествените учени. Между другото, определен химик на име Деккер говори на него (в доклад за конгреса, публикуван в авторитетното списание Angewante
Chemie“, той се появява само като Х. Декер от Йена) с доклад „Пътища за синтез на диаманта“. В този доклад той разглежда възможността за синтезиране на въглеводороди със структура, подобна на
диамантена атомна решетка и прогнозира, че молекули със 100-200 атома
въглеродът вече силно ще прилича на диамант. Тогава той спомена молекулата
"декатерпен" C 10 H 16, донякъде изненадан, че все още не е синтезиран.
Така за първи път хипотетичният въглеводород адамантан попада в полезрението на химиците.

Най-любопитното е, че вещество с абсолютно същата структура е известно от много отдавна. Подобно вещество беше синтезирано велик АлександърБутлеров през 1859 г. чрез взаимодействието на амоняк и формалдехид. Нарича се уротропин или хексаметилентетрамин. Вярно е, че в структурните възли на тази молекула няма въглеродни атоми, а азотни атоми.

Александър Бутлеров

Уротропин

Това вещество все още е добре познато и използвано в ежедневието. Повечето хора го познават като сухо гориво, лекарите го използват като антисептик и го наричат "метенамин". Между другото, това е един от малкото случаи, когато използваният в момента синтетичен медицински препарат има повече от век история на употреба.

Но да се върнем към нашите адаманти. През същата 1924 г. известният немски химик Ханс Меервайн (авторът на известния реактив със собственото си име, триетилоксониев тетрафлуороборат) все пак прави опит да синтезира "декатерпен". Той накара формалдехида да реагира с малонов естер в присъствието на пиперидин. Получило се обаче вещество, което се оказало не съвсем адамантаново и било наречено „Меервайнов етер“.

Ханс Меервайн

Етер на Meerwein

През 1933 г. интересът към адамантана нараства още повече, защото чисто веществосреща се в природата – в маслото. Чешките нефтохимици Ланда и Махачек го изолират от продуктите на находището Ходонинское. Опитите за синтез продължават, но нищо не се получава още осем години. Като пример неуспешен опитможе да се даде вариант на синтез от флороглюцинол и циклохексанон.

В годината на началото на Великия Отечествена войнабъдещето влезе в игра Нобелов лауреат, хърватско-швейцарски химик (тогава още не се е преместил в Цюрих) Владимир Прелог. Той се обърна към провала на Hans Meerwein и продължи да се „заклина“ с резултата от неговия синтез. В резултат на това на четири етапа и с добив под процент е получен първият в света синтетичен адамантан.

Владимир Прелог

Синтез на Prelog

Фактът, че именно Прелог е синтезирал адамантана, е много символичен. В края на краищата той стана основателят на съвременната стереохимия, човекът, който въведе ред в химическата номенклатура на оптически активните вещества. Адамантанът е забележителен не само със структурата си - той се оказа първото вещество с хирален център извън самата молекула. В края на краищата, цялата адамантанова молекула е като единичен въглероден атом. Ако „закачите“ (без кавички?) върху него четири различни заместителя при третични въглеродни атоми, тогава те ще бъдат разположени във върховете на въображаем тетраедър и молекулата ще бъде несъвместима с огледалния си образ. През 1969 г. такива съединения са получени и разделени на оптични изомери. И започнаха да ги наричат според системата Kahn-Ingold-Prelog, възникнала между 1941 и 1969 г., в създаването на която най-активно участва човекът, който първи синтезира адамантан.

Адамантановите производни могат да имат оптични изомери

Но все още не сме казали нищо за практическите ползи от такива молекули. Измина малко повече от четвърт век от първия синтез на адамантан и неговото просто производно - аминоадамантан или амантадин - започна да се използва като антивирусно средство.

амантадин

Оказа се, че тази малка молекула е много опасна за грипния вирус. Малко по-късно се оказа, че амантадинът облекчава добре симптомите на паркинсонизъм - по-бързо от леводопа и с минимален странични ефекти. Фармакохимията на адамантаните все още се развива в тези насоки. Двата най-известни адамантанови препарата са точно в тези райони.

Първият е ремантадин. Това също е монозаместен адамантан, към който е прикрепена CH3CHNH2 група. Започва да се тества като антивирусно средство още преди амантадин (ако първият е получен през 1967 г., след това римантадин - през 1963 г.). Все още се използва активно срещу голямо разнообразие от вируси - от грип А и херпес до енцефалит, пренасян от кърлежи. Той потиска размножаването на вирусите в началния етап - веднага след проникването им в клетката.

ремантадин

Вторият е мемантин. Както подсказва името, това лекарство засяга паметта. Той го подобрява при пациенти с Алцхаймер, но мемантинът се опитва да лекува и други видове деменция.

мемантин

Така че адамантанът, който почти случайно се превърна в мой химически подпис, е не само безупречна молекула, но и интересно и полезно вещество с ярка биография.