1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал неорганической химии
  4. T. 67, № 11, 2022

Журнал неорганической химии, 2022, T. 67, № 11, стр. 1562-1566

Нуклеофильное присоединение полифункциональных аминов к ацетонитрильным производным клозо-боратных анионов [BnHn – 1NCCH3]–, где n = 10, 12

А. В. Нелюбин a, М. С. Соколов b, Н. А. Селиванов a, А. Ю. Быков a, И. Н. Клюкин a, А. П. Жданов a, *, К. Ю. Жижин a, Н. Т. Кузнецов a

a Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
119991 Москва, Ленинский пр-т, 31, Россия

b Российский технологический университет
119571 Москва, пр-т Вернадского, 86, Россия

* E-mail: zhdanov@igic.ras.ru

Поступила в редакцию 30.04.2022
После доработки 03.06.2022
Принята к публикации 04.06.2022

Полный текст (PDF)

Аннотация

Разработаны методы получения новых амидин-клозо-боратов на основе процессов нуклеофильного присоединения к нитрилиевым производным клозо-декаборатного и клозо-додекаборатного анионов бифункциональных аминов, содержащих свободные функциональные группы –NH2, –SH. Данные производные потенциально могут выступать в роли агентов для 10B-НЗТ и служить стартовыми соединениями для дальнейшего получения борилированных производных методами органической химии. Структура полученных соединений подтверждена методами 1Н, 11В, 13С ЯМР-спектроскопии, ESI-масс-спектроскопии.

Ключевые слова: клозо-додекаборатный анион, клозо-декаборатный анион, нитрилиевые производные, нуклеофильное присоединение, биологически активные амины

ВВЕДЕНИЕ

Кластерные анионы бора [BnHn]2– (n = 10, 12) занимают одно из важнейших мест в современной химии [1–3]. Спектр областей применения замещенных клозо-боратов включает в себя получение новых координационных соединений, в том числе для использования в качестве катализаторов [4–7]. Высокое содержание водорода в их составе привлекает к ним интерес как к высокоэнергетическим соединениям [8–11], на их основе могут быть получены различные производные для применения в медицине [12–16]. Получение борилированных производных, содержащих активные функциональные группы, и их дальнейшая модификация являются одним из основных направлений исследований в области синтеза замещенных производных клозо-боратных анионов [17–19].

Нитрилиевые производные кластерных анионов бора хорошо зарекомендовали себя как стартовые соединения для получения продуктов с заданными свойствами в реакциях нуклеофильного присоединения к активированной нитрильной группе [20–31]. Для получения борилированных коньюгатов требуется наличие в коньюгируемых соединениях нуклеофильных фрагментов, таких как аминогруппы или гидроксильные группы, это сужает список пригодных для функционализации соединений. Решением данной проблемы может быть получение производных, содержащих свободные функциональные группы. На примере производных аминокислот была показана возможность получения борилированных производных методами пептидного синтеза [32, 33]. В настоящей работе предложен расширенный метод разработанного ранее подхода. Получение производных клозо-боратных анионов, содержащих свободную аминогруппу, позволит осуществлять их дальнейшую модификацию методами пептидного синтеза в качестве аминокомпоненты, в реакциях алкилирования и ацилирования. Производные со свободными тиогруппами также являются важными стартовыми соединениями в реакциях образования дисульфидных связей и получения тиоэфиров.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ИК-спектры соединений записывали на ИК-Фурье-спектрофотометре Инфралюм ФТ-08 (НПФ АП “Люмекс”) в области 4000–600 см–1 с разрешением 1 см–1. Образцы готовили в виде тонких пленок в CH2Cl2.

Спектры ЯМР 1H, 11B, 13C растворов исследуемых веществ в CD3CN или CD2Cl2 записывали на импульсном Фурье-спектрометре Bruker MSL-300 (Германия) на частотах 300.3, 96.3 и 75.5 МГц соответственно с внутренней стабилизацией по дейтерию. В качестве внешних стандартов использовали тетраметилсилан или эфират трехфтористого бора.

ESI-масс-спектры растворов исследуемых веществ в ацетонитриле или метаноле записывали на спектрометре LСМS-IT-TOF (Shimadzu, Japan) в режиме прямого введения в диапазоне m/z от 120 до 700 Да. Напряжение детектора 1.55 кВ, напряжение ЭСИ 4.50 кВ.

Реактивы и растворители марок “х. ч.” и “ос. ч.” производства “Химмед” и Sigma-Aldrich использовали без дополнительной очистки.

Нитрилиевые производные клозо-декаборатного и клозо-додекаборатного анионов получали по известным методикам [26, 31].

(Bu4N)[2-B10H9NHC(CH3)HNCH2CH2NH2] (Bu4N(1a)). К раствору (Bu4N)[2-B10H9NCCH3] (Bu4N(1)) (0.400 г, 1 ммоль) в 10 мл CH2Cl2, охлажденному до 0°С, приливали 0.9 мл 10%-ного раствора этилендиамина в CH2Cl2 (15 ммоль). Температуру реакции повышали до комнатной и перемешивали раствор в течение 10 мин. Реакционную массу упаривали на роторном испарителе и перекристаллизовывали из этилового спирта. Полученный продукт высушивали в вакууме. Получено 0.444 г (Bu4N)[2-B10H9NHC(CH3)HNCH2CH2NH2] (96%).

ИК-спектр (CH2Cl2, см–1): 3394, 3328, 3174 ν(N–H), 2474 ν(B–H), 1631 ν(С=N); 11B–{1H} ЯМР (CD2Cl2, δ, м.д.): –0.6 (c, 1B, B(10)), –8,1 (c, 1B, B(1)), –16.9 (с, 1B, B(2)), –27.4 (c, 3B, B(4,7,8)), –31.1 (c, 4B, B(3,5,6,9); 1Н ЯМР (CD2Cl2, δ, м.д.): –1.51…–1.0 (м, 9Н, В10Н9), 8.40 (с, 1H, NH–C=NH), 6.29 (с, 1H, NH–C=NH), 4.41 (с, 2H NH2), 3.53 (т, 2H, NH–CH2, J = 3.5 Гц), 3.01(м, 8H, Bu4N), 2.75 (с, 2H, CH2–CH2–NH2), 2.02 (с, 3H, NH=C–CH3), 1.57 (м, 8H, Bu4N), 1.32 (м, 8H, Bu4N), 0.92 (м, 12H, Bu4N); 13С ЯМР (CD3CN, δ, м.д.): 166.5 (С=NH), 58.7 (Bu4N), 44.0 (CH2–CH2), 23.7 (Bu4N), 19.7 (Bu4N), 18.6 (CH3–C=NH), 13.2 (Bu4N). MS(ESI) m/z = 218.2666 (найдено для [B10H9NHC(CH3)HNCH2CH2NH2]–, вычислено для {[A]–} 218.2660).

(Bu4N)[B12H11NHC(CH3)HNCH2CH2NH2] (Bu4N(2a)) получали по аналогичной методике. Из 0.425 г (1 ммоль) (Bu4N)[B12H11NCCH3] (Bu4N(2)) и 0.9 мл 10%-ного раствора этилендиамина в CH2Cl2 (1.5 ммоль) получено 0.431 г (Bu4N)[B12H11NHC(CH3)HNCH2CH2NH2] (89%).

ИК-спектр (CH2Cl2, см–1): 3383, 3329, 3173 ν(N–H), 2489 ν(B–H), 1635 ν(С=N); 11B–{1H} ЯМР (CD3CN, δ, м.д.): –6.5 (c, 1B, B(1)), –15.2 (c, 10B, B(2–11)), –16.4 (c, 1B, B(12)); 1Н ЯМР (CD3CN, δ, м.д.): 2.50–0.0 (м, 11Н, В12Н11), 7.96 (с, 1H, NH–C=NH), 6.29 (с, 1H, NH–C=NH), 3.67 (т, 2H, NH–CH2, J = 6.3 Гц), 3.16 (т, 2H, CH2–CH2–NH2, J = 6.1 Гц), 3.01 (м, 8H, Bu4N), 2.17 (с, 3H, NH=C–CH3), 1.60 (м, 8H, Bu4N), 1.35 (м, 8H, Bu4N), 0.96 (м, 12H, Bu4N); 13С ЯМР (CD3CN, δ, м.д.): 166.6 (С=NH), 59.2 (Bu4N), 44.1 (CH2–CH2), 24.3 (Bu4N), 20.2 (Bu4N), 19.2 (CH3–C=NH), 13.7 (Bu4N). MS(ESI) m/z = 242.2990 (найдено для [B12H11NHC(CH3)HNCH2CH2NH2]–, вычислено для {[A]–} 242.3003).

(Bu4N)[2-B10H9NHC(CH3)HNCH2CH2SH] (Bu4N(1b)). Навеску 0.400 г (1 ммоль) Bu4N(1) растворяли в 10 мл CH2Cl2 и добавляли 0.08 г (1.05 ммоль) NH2CH2CH2SH. Реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 30 мин, фильтровали через шприцевой фильтр и упаривали на роторном испарителе. Продукт перекристаллизовывали из этилового спирта и высушивали в вакууме. Получено 0.455 г (Bu4N)[2-B10H9NHC(CH3)HNCH2CH2SH] (95%).

ИК-спектр (CH2Cl2, см–1): 3386, 3280, 3236 ν(N–H), 2474 ν(B–H), 2350 ν(S–H), 1623 ν(С=N); 11B–{1H} ЯМР (CD2Cl2, δ, м.д.): –0.5 (c, 1B, B(10)), –7.5 (c, 1B, B(1)), –17.9 (с, 1B, B(2)), –27.4 (c, 3B, B(4,7,8)), –30, 4 (c, 4B, B(3,5,6,9); 1Н ЯМР (CD2Cl2, δ, м.д.): –1.51…–1.0 (м, 9Н, В10Н9), 8.49 (с, 1H, NH–C=NH), 6.35 (с, 1H, NH–C=NH), 3.39 (т, 2H, NH–CH2, J = 6.4 Гц), 3.06 (м, 8H, Bu4N), 3.36 (т, 2H, CH2–CH2–SH, J = 6.5 Гц), 2.02 (с, 3H, NH=C–CH3), 1.57 (м, 8H, Bu4N), 1.35 (м, 8H, Bu4N), 0.93 (м, 12H, Bu4N); 13С ЯМР (CD3CN, δ, м.д.): 167.7 (С=NH), 59.3 (Bu4N), 44.1 (CH–CH2–SH), 34.2 (CH–CH2–SH), 24.3 (Bu4N), 20.3 (Bu4N), 18.8 (CH3–C=NH), 13.8 (Bu4N); MS(ESI) m/z = 235.2253 (найдено для [B10H9NHC(CH3)HNCH2CH2SH], вычислено для {[A]–} 235.2272).

(Bu4N)[B12H11NHC(CH3)HNCH2CH2SH] (Bu4N(2b)) получали по аналогичной методике. Из 0.427 г (1 ммоль) (Bu4N)[B12H11NCCH3] (Bu4N(2)) и 0.08 г (1.05 ммоль) NH2CH2CH2SH получено 0.461 г (Bu4N)[B12H11NHC(CH3)HNCH2CH2SH] (92%).

ИК-спектр (CH2Cl2, см–1): 3393, 3327, 3177 ν(N–H), 2493 ν(B–H), 1632 ν(С=N); 11B–{1H} ЯМР (CD3CN, δ, м.д.): –6,5 (c, 1B, B(1)), –15.2 (c, 10B, B(2–11)), –16.5 (c, 1B, B(12)); 1Н ЯМР (CD3CN, δ, м.д.): 2.50–0.0 (м, 11Н, В12Н11), 8.09 (с, 1H, NH–C=NH), 6.39 (с, 1H, NH–C=NH), 3.62 (т, 2H, NH–CH2, J = 6.4 Гц), 3.36 (т, 2H, CH2–CH2–SH, J = 6.9 Гц), 3.01 (м, 8H, Bu4N), 2.14 (с, 3H, NH=C–CH3), 1.60 (м, 8H, Bu4N), 1.35 (м, 8H, Bu4N), 0.96 (м, 12H, Bu4N); 13С ЯМР (CD3CN, δ, м.д.): 167.3 (С=NH), 59.3 (Bu4N), 44.5 (CH–CH2–SH), 34.3 (CH–CH2–SH), 24.3 (Bu4N), 20.3(Bu4N), 19.3 (CH3–C=NH), 13.8 (Bu4N); MS(ESI) m/z = 259.2597 (найдено для [B12H11NHC(CH3)HNCH2CH2NH2], вычислено для {[A]–} 259.2615).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Как показано в работе [31], процесс присоединения аминов, содержащих две различные нуклеофильные группы, протекает селективно с образованием продукта нуклеофильного присоединения по атому азота. Реакция присоединения этилендиамина и цистеамина протекает по схеме:

Данные 11В–{1H} ЯМР-спектроскопии свидетельствуют о том, что указанные реакции протекают при комнатной температуре. На примере реакции ацетонитрильного производного клозо-додекаборатного аниона с этилендиамином установлено, что использование больших избытков аминокомпоненты (>5 экв.) в присутствии следовых количеств воды снижает выход целевых продуктов за счет гидролиза исходного нитрилиевого производного с образованием продукта амидной структуры. Однако для получения целевых продуктов в виде свободных оснований по атому азота и предотвращения образования димерных продуктов необходимо использование избытка (1.5 экв.) этилендиамина. Реакция нитрилиевых производных с цистеамином также протекает в присутствии незначительного избытка амина, который может быть легко удален при перекристаллизации.

Полноту протекания реакции и строение полученных производных устанавливали с помощью мультиядерной ЯМР-спектроскопии. В 11В ЯМР-спектрах производных клозо-декаборатного аниона сигналы от апикальных атомов бора проявляются в диапазонах –0.6…–0.5 м.д. [B(10), I = 1] и –8.0…–7.5 м.д. [B(1), I = 1], сигнал от замещенного атома бора наблюдается при –16.9… ‒17.9 м.д. [B(2), I = 1]. Сигналы от незамещенных экваториальных вершин борного кластера наблюдаются в сильном поле в области –27…–31 м.д. В спектре продукта присоединения цистеамина наблюдается только один сигнал от замещенного атома бора, что свидетельствует об образовании только продукта присоединения по атому азота. 11В ЯМР-спектры амидинов на основе клозо-додекаборатного аниона соотносятся со спектрами известных соединений: сигналы от замещенных атомов бора лежат в области –6.5 м.д. Сигналы от незамещенных атомов бора представляют собой два синглета при –15.2 и –16.5 м.д. с соотношением интегральных интенсивностей 10 : 1, которые соответствуют незамещенным атомам бора B(2–11) и B(12) соответственно.

В спектрах 1Н ЯМР производных этилендиамина наблюдаются три сигнала атомов водорода, принадлежащих амидиновым фрагментам: от протонов иминогруппы в области 6.35–6.29 м.д. и протонов аминогруппы в области 8.5–8.4 м.д., а также сигнал от протонов метильной группы ацетонитрильного заместителя в области 2.2–2.0 м.д. Положение сигналов протонов метильной группы свидетельствует о стереоселективности реакции присоединения и образовании только продуктов в виде Z-изомеров при двойной связи амидинового фрагмента [31, 34]. В спектрах 1Н ЯМР-производных цистеамина амидиновый фрагмент также представлен группой из трех сигналов: протонов иминогруппы в области 6.39–6.29 м.д., протонов аминогруппы в области 8.1–7.9 м.д. и протонов метильной группы ацетонитрильного заместителя в области 2.2–2.0 м.д.

Дополнительно состав и строение полученных продуктов устанавливали методами ESI-масс-спектрометрии высокого разрешения. В отрицательной части масс-спектров продуктов присоединения этилендиамина присутствуют интенсивные пики, соответствующие анионам: m/z = 218.2666 для аниона [B10H9NHC(CH3)HNCH2CH2NH2]– и 242.2990 для аниона [B12H11NHC(CH3)HNCH2CH2NH2]–. При этом не наблюдается пиков, соответствующих анионам с дважды борилированной молекулой этилендиамина. В масс-спектрах продуктов присоединения цистеамина также отсутствуют пики, соответствующие дважды замещенному продукту и продуктам окислительной димеризации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложен эффективный метод синтеза борилированных амидинов, содержащих свободные функциональные группы. Получены четыре новых амидина со свободными амино- и тиогруппами [BnHn–1NHC(CH3)NHCH2CH2X]– (n = 10, 12; X = NH2, SH). Подобные клозо-боратсодержащие продукты могут быть использованы для дальнейшего коньюгирования с различными векторными группами для получения новых агентов для бор-нейтронозахватной терапии, в том числе методами пептидного синтеза или нуклеофильного замещения с образованием тиоэфиров.

Список литературы

  1. Klyukin I.N., Kolbunova A.V., Novikov A.S. et al. // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. № 8. P. 4190. https://doi.org/10.3390/ijms23084190

  2. Druzina A.A., Grammatikova N.E., Zhidkova O.B. et al. // Molecules. 2022. V. 27. № 9. P. 2920. https://doi.org/10.3390/molecules27092920

  3. Avdeeva V.V., Vologzhanina A.V., Korolenko S. et al. // SSRN Electronic J. 2022. https://doi.org/10.2139/ssrn.4078260

  4. Zhao X., Fu Y., Yao C. et al. // ChemCatChem. 2019. V. 11. № 9. P. 2362. https://doi.org/10.1002/cctc.201900281

  5. Wang Z., Wang Z., Ma X. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. № 60. P. 30750. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.06.196

  6. Wang L., Sun W., Duttwyler S. et al. // J. Solid State Chem. 2021. V. 299. № March. P. 122167. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2021.122167

  7. Wang Z., Liu Y., Zhang H. et al. // J. Colloid Interface Sci. 2020. V. 566. P. 135. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.01.047

  8. Rao M.H., Muralidharan K. // Polyhedron. 2016. V. 115. P. 105. https://doi.org/10.1016/j.poly.2016.03.062

  9. Derdziuk J., Malinowski P.J., Jaroń T. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 49. P. 27030. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.08.158

  10. Hagemann H. // Molecules. 2021. V. 26. № 24. P. 7425. https://doi.org/10.3390/molecules26247425

  11. Sharon P., Afri M., Mitlin S. et al. // Polyhedron. 2019. V. 157. P. 71. https://doi.org/10.1016/j.poly.2018.09.055

  12. Sun Y., Zhang J., Zhang Y. et al. // Chem. Eur. J. 2018. V. 24. № 41. P. 10364. https://doi.org/10.1002/chem.201801602

  13. Różycka D., Leśnikowski Z.J., Olejniczak A.B. // J. Organomet. Chem. 2019. V. 881. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.jorganchem.2018.11.037

  14. Avdeeva V.V., Garaev T.M., Breslav N.V. et al. // J. Biol. Inorg. Chem. 2022. https://doi.org/10.1007/s00775-022-01937-4

  15. Turyshev E.S., Kopytin A.V., Zhizhin K.Y. et al. // Talanta. 2022. V. 241. P. 123239. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2022.123239

  16. Avdeeva V.V., Garaev T.M., Malinina E.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. № 1. P. 28. https://doi.org/10.1134/S0036023622010028

  17. Koganei H., Tachikawa S., El-Zaria M.E. et al. // New J. Chem. 2015. V. 39. № 8. P. 6388. https://doi.org/10.1039/C5NJ00856E

  18. Zhang Y., Sun Y., Wang T. et al. // Molecules. 2018. V. 23. № 12. P. 3137. https://doi.org/10.3390/molecules23123137

  19. Ishii S., Sato S., Asami H. et al. // Org. Biomol. Chem. 2019. V. 17. № 22. P. 5496. https://doi.org/10.1039/C9OB00584F

  20. Zhdanov A.P., Polyakova I.N., Razgonyaeva G.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2011. V. 56. № 6. P. 847. https://doi.org/10.1134/S003602361106026X

  21. Mindich A.L., Bokach N.A., Kuznetsov M.L. et al. // Organometallics. 2013. V. 32. № 21. P. 6576. https://doi.org/10.1021/om400892x

  22. Bolotin D.S., Burianova V.K., Novikov A.S. et al. // Organometallics. 2016. V. 35. № 20. P. 3612. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.6b00678

  23. Zhdanov A.P., Klyukin I.N., Bykov A.Yu. et al. // Polyhedron. 2017. V. 123. P. 176. https://doi.org/10.1016/j.poly.2016.11.035

  24. Zhdanov A.P., Nelyubin A.V., Klyukin I.N. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 7. P. 841. https://doi.org/10.1134/S0036023619070180

  25. Burianova V.K., Bolotin D.S., Novikov A.S. et al. // Inorg. Chim. Acta. 2018. V. 482. P. 838. https://doi.org/10.1016/j.ica.2018.07.038

  26. Voinova V.V., Selivanov N.A., Plyushchenko I.V. et al. // Molecules. 2021. V. 26. № 1. P. 248. https://doi.org/10.3390/molecules26010248

  27. Stogniy M.Y., Erokhina S.A., Sivaev I.B. et al. // Phosphorus Sulfur Silicon Relat. Elem. 2019. V. 194. № 10. P. 983. https://doi.org/10.1080/10426507.2019.1631312

  28. Stogniy M.Y., Erokhina S.A., Suponitsky K.Y. et al. // New J. Chem. 2018. V. 42. № 22. P. 17958. https://doi.org/10.1039/c8nj04192j

  29. Stogniy M.Y., Erokhina S.A., Anisimov A.A. et al. // Polyhedron. 2019. V. 174. P. 114170. https://doi.org/10.1016/j.poly.2019.114170

  30. Bogdanova E.V., Stogniy M.Y., Chekulaeva L.A. et al. // New J. Chem. 2020. V. 44. № 37. P. 15836. https://doi.org/10.1039/d0nj03017a

  31. Nelyubin A.V., Selivanov N.A., Bykov A.Yu. et al. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 24. P. 13391. https://doi.org/10.3390/ijms222413391

  32. Nelyubin A.V., Klyukin I.N., Zhdanov A.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 14. P. 1750. https://doi.org/10.1134/S0036023619140043

  33. Nelyubin A.V., Klyukin I.N., Zhdanov A.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 12. P. 1499. https://doi.org/10.1134/S003602361912012X

  34. Laskova J., Ananiev I., Kosenko I. et al. // Dalton Trans. 2022. V. 51. № 8. P. 3051. https://doi.org/10.1039/D1DT04174F

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Журнал неорганической химии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал