Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Граймс Р. Карбораны

.pdf
Скачиваний:
17
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
10.71 Mб
Скачать

о-Карборановая

(1,2-СгВхйН^)

система

153

 

 

 

 

Таблица 6-3

Константы кислотности галогенкарборанов в 50%-ном этаноле [444]

Соединение

 

 

Соединение

 

о - С 2 Н 2 В 1 0 С 1 1 0

6,89

/z-NH2 0-СН3—С6 Н3 СООН

6,83

О- С 2 Н 2 В 1 0 С1 8 Вг 2

6,95

л-М02 —СяНлСООН

7,68

о-С2 Н (СН,) В,0 С1,о

6,90

C 6 H 5 SH

 

7,78

•/K-Cgb^BioCliQ

9,19

n-ClC6 H4 SH

7,06

 

 

С Н 3 ( С Н = С Н ) 2 С О О Н

7,00

участвует водородная мостиковая связь [192]. Однако при взаимо­ действии CH3 MgI с В-декахлор-о-карбораном в эфире выделяется два моля метана [461]

НС

СН

IMgC

CMgl

 

\ 0 /

+ 2CH3 MgI

>

\ 0 /

+

2 С Н "

В 1 0 С1| 0

 

ВюС1ю

 

В-Декахлор-о-карборан

растворяется

в

водных

растворах

NaOH или КОН, образуя соли как с одним, так и с двумя ато­ мами щелочных металлов [443, 460]. Эти соли, так же как и соли, полученные из С-алкнл-о-карборанов, в водных растворах не гид-

ролизуются, но в водно-спиртовом

растворе вступают в реакцию

с галогеналкилами. Йодистый метил

дает только 1,2-диметил-В-де-

кахлор-о-карборан независимо от того, применялось ли моноили динатриевое производное. Однако монометилпроизводное легко получают из алкилмагнийиодида в тетрагидрофуране

Н С — C N a

, с н .

 

Н з С С — С С Н

3

 

 

\о/

 

 

 

Н

+

Nal

 

В1 0 С1ю

 

 

 

В1 0 С1ю

 

 

Н С — С Н

 

т

г

ф

 

Н С — C M g l

С Н ) 1

Н С — С С Н ,

О/

+ С Н , М « 1 ^

 

 

\ 0

 

\ 0 /

В1 0 С!ю

 

 

 

 

'

B1 0 CI|o

 

B10CJ|o

В отличие

от

йодистого

метила йодистый

этил при реакциях

с моно- и динатриевыми

 

производными В-декахлор-о-карборана

образует только моноэтильное

производное

 

 

 

НС

CNa

 

.

Н С — С С 2 Н 5

 

 

B,0 Clio

 

 

 

H 1 0 C I 1 0

 

 

154 Глава 6

Для получения 1-аллил-, 1-бензил- и 1,2-дибензилпроизводных применяли аналогичные реакции динатриевого производного о-кар­ борана с бромистым аллилом и хлористым бензилом [443].

Хлор-о-карбораны, содержащие менее десяти атомов хлора, го­ раздо менее слабые кислоты, чем В-декахлорсодержащие соеди­ нения: лишь один октахлор-о-карборан, образующий устойчивый аддукт с триэтиламином, может титроваться в водном растворе эта­ нола. Производные, содержащие шесть или менее атомов галогена, не титруются даже сильными основаниями [260].

В-Бром-о-карбораны вступают в те же реакции металлирования,

алкилирования и галогенирования, что и о-карбораны

и их В-хлор-

производные [281]. Однако о-карбораны, содержащие

больше четы­

рех атомов брома, до сих пор не известны.

 

НС\о/СН

., ..

 

LiC\о/CLi

 

, r H , Н0 СС\о/ССН 3

BioH|o-„Br„

 

 

В|оНю-п Вг,

В| 0 Н| 0 - л Вг а

 

 

 

п=

1,2,3

 

 

 

 

Ch

-

НС\о/СН

 

 

 

 

 

 

В|0 ВгА С1л Н|о-п

 

 

 

 

 

л = 2.

/п =

8;

 

 

 

 

 

п = 3. т = 5

 

Важным характерным

свойством

В-галогенированных-о-карбо-

ранов является

их участие

в реакциях

нуклеофильного замещения

с хлоридом меди(1). Как

уже указывалось в предыдущих главах,

обычно электрофильной

атаке

подвергается о-карборановое ядро,

но нуклеофильный обмен, как правило, наблюдался очень редко.

Было, однако, установлено, что все

атомы

галогена

в 9-бром-,

9-иод-, 9,12-дибром-

и 9,12-дииод-о-карборанах замещаются хло­

ром

при обработке

этих

соединений

CuCI

при 250—350 °С [393,

395].

Кроме того, в

тех же

условиях

1 -метил- 12-иод- и

1-фенил-12-

иод-о-карборан гладко превращаются в соответствующие производ­ ные, не образуя никаких побочных продуктов реакции и не затра­ гивая ни алкильную, ни арильную группы

\о/

\о/ -

Н С — С Н

'

НС СН

В|оН|о-л Хц

 

В|0 Н|0 -а С1„

с « н , с — с н

^

С б Н з С \ 0 / С Н

B10H9I

 

В| 0 Н,С!

 

X = Br, I;

 

 

л = I, 2

 

о-Карборановая

(1,2-С2В10Н]2)

система

155

Как ни странно, реакция

8,9,10,12-тетраиод-о-карбораиа

с избы­

точным количеством CuCl приводит к замещению хлором только

трех атомов иода [395].

Механизм

этих реакций замещения еще

не установлен; Захаркин

и Калинин

[395] предполагают существо­

вание четырехцентрового переходного состояния при атаке CuCl связи В—Вг(1) с последующим отщеплением CuBr.

Важным для синтеза открытием [308] является реакция по Ульману 9-иод-о-карборана с медным порошком, при которой обра­

зуется 9,9'-бис- (о-карборанил)

*. Аналогичная реакция 8-иод-о-

карборана требует более жестких условий.

 

2НС СН

^

НС СН

Н С с н

\р/

\о/

\о/

BioHpl

 

ВюНо-

B I 0 H 9

По сравнению с галогенпроизводными бензола и металлоценов, связи бор—галоген в о-карборановых производных гораздо менее реакционноспособны к нуклеофильному замещению (сообщение об изотопном обмене атомов иода в В-иод-о-карборанах [309] не уда­ лось проверить; по-видимому, это сообщение ошибочно [395]).

Атомы галогена в В-галоген-о-карборанах можно заместить во­ дородом под действием щелочных металлов в жидком аммиаке [421]. Так, 9-иод- и 9,12-дииод-о-карборан легко превращаются в о-карборан:

\ 0 /

+ 2Na

\ 0 / + 2 N a l

В,0 Н8 1?

 

В,оН,о

В аналогичных реакциях с 9-бром-

и 9-хлор-о-карбораном о-кар­

боран получается только с небольшим выходом, по-видимому, за счет одновременного образования динатриевого производного ЫааСгВцНю. Это находится в Соответствии с результатами поляро­

графического

восстановления [422] о-карборана и

его

В-галоген-

производных

(в табл. 6-4 приведены величины потенциалов полу­

волны). Следует отметить, что легкость восстановления

уменьша­

ется в следующем порядке: С 1 > В г > 1 и является

максимальной

в случае восстановления наиболее высокогалогенированных сое­ динений. Очевидно, замещение водородных атомов галогеном в по­ ложениях 9,12 и 8(10) увеличивает сродство о-карборанового ядра к электрону.

* Попытки других исследователей воспроизвести эту реакцию не увенчались успехом. Им не удалось получить быс-карборанилы даже в ничтожном количе­ стве [275а].

156

Глава 6

Таблица 6-4

Полярографические потенциалы восстановления галогенпроизводных о-карборана "

Заместитель

 

-Е,, В

 

Заместитель

 

Незамещенный

о-карборан

2,51

8,9,12-Вгз

1,66

9-С1

 

 

2,34

8,9Д2-13

1,41

9-Вг

 

 

2,21

1

-СН=СН2 -12-1

1,52

9-1

 

 

2,13

1

-СН=СНо-9-1

1,52

9, 12-С12

 

 

2,03

1,2-(СН3 )2 "-9-1

2,01

9, 12-Вг2

 

 

1,90

1

6 Н5 -12-Вг

1,63

9, 12-1,

 

 

1,81

1

6 Н5 -2-Вг

2,01

8, 9,12-С13

 

 

1,71

 

 

 

а Измерены

в 2 • 10—3 М

растворе диметилформамнда, с о д е р ж а щ е м 0.1 М

(QiHshNClOj

(по данным Захаркнна и сотр.

 

[422]).

 

 

 

Значительная кислотность водородных атомов, связанных с уг­ леродом, в галогенпроизводных о-карборана навела Захаркина и

Подвисоцкую [447] на

мысль, о том, что атомы галогена,

связан­

ные с о-карборанильными

атомами углерода,

могут иметь электро­

положительный характер,

как и в 1-галогеналкинах.

Для

бром-

и иодпроизводных это

было подтверждено

реакциями

1-фенил-2-

галоген-о-карборанов

с горячим спиртовым

раствором

основания,

в результате которых атом галогена замещается водородом с об­

разованием 1-фенил-о-карборана

[447]

 

 

\ 0 /

+ NaOH

*

\ 0 /

+ NaOX

BioHio

 

 

 

B i 0 H I 0

 

X = B r . 1

 

 

С-Хлор-о-карбораны в таких реакциях не участвуют, так как они расщепляются даже слабыми основаниями с образованием С-хлор- производных дикарбаундекаборана (разд. 9-1). При действии KCN и Na2S на бром- и иодпроизводные также образуется. 1-фе- нил-о-карборан; никаких цианоили тиопроизводных получено при этом не было. С другой стороны, 1-феиил-2-хлор-о-карборан рас­ щепляется сульфидом натрия с образованием натриевой соли фенилхлордикарбаундекабората

С 6 Н 3 С — с о

CJHJOH

 

+

\о/ + Na>s

>

С6 Н5 С2 С1В,Н7о N a + Н;

NaOH

ВюН ю

 

 

 

о-Карборановая

(7,2-C2 B|0 #i2.) система

157

При реакциях С-бром и С-иод-о-карборанов с бутиллитием и этилмагнийбромидом [299, 423] также происходит металл-галоген­ ный обмен

R C — С Х

 

RC

CMgSr

\ 0 /

+ C,H,MgBr - Щ .

\QJ

+ C i H j X

B ioHio

 

В 1 0 Н 1 0

В С-бром- или С-хлор-о-карборанах, в которых галоген нахо­ дится в боковой алкильной группе или присоединен к карборано-

вому

ядру, при

умеренных температурах

(200—300 °С) наблюда­

ется

миграция

галогена,

что показано

на

примере

превращения

1-хлорметил- и

1-бромметил-о-карборана в соответствующие 1-ме-

тил-В-галогенпроизводные,

в которых

положения 9,

12, 8, 4 и 7

в значительной

степени галогенированы

[424]. Использование низ­

ких температур

указывает

на то, что в этих реакциях

термической

перегруппировки в самом карборановом ядре не происходит и про­

цесс носит скорее межмолекулярный, чем

 

внутримолекулярный

характер. При нагревании

до 250—300 °С

1-метил-2-хлор-о-карбо-

рана и 1-метил-2-бром-о-карборана

получаются те же самые

гало-

ген-о-карбораны [424].

 

 

 

 

 

 

Из литературы известно

о нескольких

реакциях С,С'-дигало-

ген-о-карборанов. Захаркин и Подвисоцкая

установили, что

в

1,2-

дихлор-, 1,2-дибром- и 1,2-дииод-о-карборанах

под действием

мета­

нола и этанола при 20 °С отщепляется атом

бора и образуются

С,

С'-дигалогендикарбаундекабораны

(разд. 9-1)

[299а, 448].

 

 

Ряд галогенированных производных о-карборана описан в раз­ личных разделах этой главы. Например, синтез кремний- и фос­ форсодержащих галоген-о-карборанов дан в разд. 6-9 и 6-10.

6-14. ff-КОМПЛЕКСЫ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ С ПРОИЗВОДНЫМИ о-КАРБОРАНА

бис- (л-Циклопентадиенил)титандихлорид легко вступает в ре­ акцию с 1-магнийбромметил-о-карбораном, образуя бис- (я-цикло- пентадиеиил)-бис-(а-о-карборанилметил)титан [415]

НС CCH2 MgBr

 

(НС

CCHjhTKCsHsh

\ 0 /

+ (CjH,),TiCI,

>

\ 0 /

В| 0 Н|о

 

В|0 Ню

Последнее соединение устойчиво на воздухе в отличие от циклопентадиенилпроизводных а-алкил- и а-арилтитана. а-Связь ти­ тан—метиленовая группа сравнительно инертна и расщепляется соляной кислотой в этаноле только при длительном нагревании, образуя 1-метил-о-карборан и (СгН5)Т1С12. Реакция 1-метил-2-ли-

153

Глава 6

тий-о-карборана с (ji-C5H5)Fe(CO)2 I дает комплекс, который, повидимому, содержит а-связь железо—карборан (рис. 6-1) [277}

С Н 3 С — C L i

 

l , 2 - ( C H j O h C j H 4

\ 0 /

+ (CS Hs )Fe(CO)jl

>

ВюНю

 

l-[(w -CjH5 )Fe(CO)2 ]-2-CH3-a-I.2-C2 BioH,0

 

 

Родственные соединения аналогичной структуры получены из l,10-Li2C2Bs H8 (разд. 5-2) [277].

 

Р и с . 6-1.

Предполагаемая

 

структура

l-(n-C5 H5 )Fe(CO)2 -

C H j

г-СНз-оЧ.г-СгВюНю [277].

 

вн

 

 

 

 

 

 

Литий-о-карбораны

вступают

в

реакцию

с

транс-

[(C2H5)sP]2 PtCl2 с образованием диамагнитных

комплексов,

в

ко­

торых платина соединена а-связью

с карбораном.

Строение

этих

комплексов дано на основании спектроскопических

исследований

и магнитных и химических свойств

[31]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ с н г

 

 

R C — C L i

 

RC — С - P t

^СН2

 

 

\ 0 / + [ ( е д ь р ] г Р 1 С 1 г — -

\ 0 /

V~Р(С2Н5)2

 

 

В1 0 НЮ

 

 

ВШ Н( 0

 

 

 

 

 

 

Р(С2 Н5 )3

 

 

R = CH3 ,C6 H5

Хелатные комплексы, в которых о-карборановая система соеди­ нена с металлом через атомы фосфора или серы, описаны в разд. 6-9 и 6-12.

о-Карборановая

(7,2-C2.S|o#i2.) система

159

Дикарболлильные комплексы с л-связями и родственные им соединения будут рассмотрены в гл. 9.

6-15. РТУТЬСОДЕРЖАЩИЕ П Р О И З В О Д Н Ы Е о-КАРБОРАНА

Химические свойства связей ртуть—карборан довольно не­ обычны в сравнении со свойствами других ртутьорганических сое­ динений, и вследствие этого было синтезировано и изучено боль­ шое число ртутных производных о-карборана. Обычно их можно получать непосредственно из дигалогенидов ртути и литийкарборана или о-карборансодержащего реактива Гриньяра. Почти все­ гда продуктом реакции является симметричное бис-(карборанил)- производное, даже в тех случаях, когда дигалогенид ртути присут­ ствует в большом избытке [366—369, 415]. Однако применение алкилртутьгалогенида неожиданно приводит к образованию монокарборановых производных

RC\о/CLi

RC\о/C - H g - C\о/CR

в юН,о

В,0 Н,0

В,0 Н,о

C H l H e x R\о/C — C - H g - C H ^

ВюН ю

R = Н, С„Н5, СН3 , СН2 =СН X = CI, Вг

Прямое меркурирование о-карборана в нескольких его производ­ ных было осуществлено ртутьорганическими гидроокисями [416]

R C

СН

 

 

 

R C — C H g R '

\ 0 /

+ R'HgOH

>

\0/

+ Н

 

В,оН,о-„Х„

 

 

 

В,0 Н1 0 -„ХЛ

X = B r . CI;

и = 0,2.4;

R =CHj . C 6 H S . Н;

R' = CHj, С«Н5

Как симметричные,

так

и несимметричные ртутные производные

о-карборана обычно исключительно

стабильны. Метил (фенилкар-

боранпл) ртуть и

фенил (фенилкарборанил) ртуть

расщепляются

хлористым водородом в

спиртовом

растворе, что

свидетельствует

об электроноакцепторном

характере карборанового

ядра [367, 368].

160

Глава 6

С другой стороны, быс-(фенилкарборанил) ртуть не вступает в ре­ акцию с хлористым водородом даже в кипящем спирте [369].

с 6 н 5 с C - H g - с в

Н 5

на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\ ^ /

 

C J H J O H

 

 

 

 

ВюНю

 

 

 

 

 

 

С 6

Н 5

С СН

С 6

Н 5

С С—HgCI

+ С «н *

 

 

\ 0 / +C6 H5 HgCI +

 

 

\ 0 /

 

 

ВюНю

 

 

ВюН ю

 

В отличие от большинства ртутьорганических соединений, не­ симметричные ртутьпроизводные о-карборана не днспропорционируют даже при температуре плавления; в результате этого синтез стабильных соединений RHgR' очень прост, что показано на при­ мере получения смешанных ферроценил-о-карборанильных произ­ водных [369]:

Hgci

 

u c — с с 6 н 5

 

Q W c - с с . н ,

 

 

=

-\r~\l

 

Fe

+

\ 0 /

*•

^

\UI

н -

+ LiCI

 

 

R Н •

 

о ^

" -°

"

 

 

 

 

 

B

H

 

Термостабильность симметричных производных бис- (о-карбо­ ранил) ртути и их инертность к электрофильной атаке совершенно поразительны. Например, б«с-(фенилкарборанил)ртуть не всту­ пает в реакцию с бромом при кипячении с обратным холодильником в смеси дихлорметана с бромбензолом [369]. При взаимодействии этого же соединения с двуххлористой ртутью при 210 °С хлорид (фенилкарборанил)ртути образуется с большим трудом [368]; с диметилртутью оно дает метил (фенилкарборанил) ртуть с 70%-ным вы­ ходом [28]

f C 6 H 5 C — C ) 2 H g

 

C H j - H g - C

C C 6 H 5

\ 0 /

+ ( с н , „ н в

\ 0

/

в ю Н ю

 

В 1 0 Ню

Установлено, что симметрично построенные соединения бис- (о-кар­ боранил) ртути вступают с нуклеофильными реагентами в харак­ терные реакции, приводящие обычно к расщеплению связи ртуть— углерод. Таким образом, их можно восстанавливать до карборана или превращать в литийкарбораны; с а, а'-дипиридилом они обра-

о-Карборановая (1,2-С*ВюН\2) система 161

зуют аддукты. Спнртовый раствор основания разрывает связь Hg—С и разрушает карборановое ядро [28]

 

 

 

 

\о/

 

 

 

 

LiAIHj

 

НС

CR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВюНщ

 

 

 

2C . H,Li

 

2RC

CLi

 

 

 

 

 

\о/

Hg(C4 H,)2

\о/

 

 

 

(RC

C),Hg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВюН ю

 

 

ВюН1 0

Li или А |

-»-

не

реагируют

 

 

 

 

 

 

ксилол , 150°

С

 

 

 

 

 

 

Li. 20°С

 

НС

CCHj

 

 

 

 

\ 0 /

 

4 0 *

 

 

1 . 2 - ( С Н з О ) 2 С г Н 4

 

 

 

 

 

 

ВюН ю

 

R = CH3 . C 6 H S

Полярографические исследования ряда симметричных произ­ водных бис- (о-карборанил) ртути показывают, что такие соединения восстанавливаются при значительно менее отрицательных потен­ циалах, чем соответствующие органические соединения ртути [306, 368, 415]. Эти данные, а также химические свойства могут быть объяснены на основании характерной для о-карборановой системы электрофильности. Захаркин и сотр. [368] предполагают существо­ вание еще двух факторов, которые могут способствовать необыч­ ным свойствам связей ртуть—карборан. Громоздкое карборановое ядро может вызвать значительные пространственные затруднения, хотя такие эффекты должны сводиться к минимуму, так как соеди­ нения RHgR' имеют линейную геометрическую структуру. Во-вто­ рых, эти авторы указывают на то, что углеродные атомы карбо­ рана с шестью координационными связями, по-видимому, не участ­ вуют в переходных состояниях, аналогичных тем, которые, веро­ ятно, существуют в реакциях расщепления соответствующих ртутьорганических соединений, так как это потребовало бы еще более высокого валентного состояния углерода. С другой стороны, рас­ щепление при нуклеофильной атаке не нуждается в повышении валентности углерода.

В отличие от большинства галогенидов алкилртути галогениды (о-карборанил) ртути не образуют симметричных комплексов

сазотсодержащими молекулами, как, например, о-фенантролином,

авместо этого вступают в реакцию с образованием устойчивых аддуктов 1 : 1 типа RCBioHioCHgX • C12N12H8. Аналогичные комп­

лексы получены из симметричных производных бас- (о-карбора­ нил) ртути и о-фенантролина [451].

1, З а к . № 462

Глава 7

м - и /г-КАРБОРАНОВЫЕ

(1,7-С2 В1 0 Н1 2 и 1,12-С2 ВюН1 2 ) СИСТЕМЫ

7-1. СРАВНЕНИЕ о- и .«-КАРБОРАНА

Химия ж-карборана {ранее называемого неокарбораном) менее изучена, чем химия орто-изомера(1,2-С2ВюН12 ), однако между ними

имеется некоторое

сходство.

Реакции

и

свойства

ж-карборана

в значительной мере повторяют реакции

и

свойства

о-карборана.

В ж-карборане, например, водород, связанный

с атомом углерода,

легко замещается

металлом.

Получающиеся

металлсодержащие

ж-карбораны, подобно о-карборановым аналогам, являются удоб­ ными исходными продуктами для синтеза большого числа С-заме- щенных производных. Однако в химических свойствах производ­ ных этих двух изомеров существуют большие различия, которые обычно можно отнести за счет одного или нескольких факторов: 1) раздельного расположения атомов углерода в ж-карборановом остове, что сильно мешает образованию низших экзополиэдрических карборановых ядер; 2) обычно более слабых электроноакцепторных свойств ж-карборановой системы; 3) более высокой терми­ ческой стабильности ж-карборанового ядра. Как правило, произ­

водные ж-карборана менее полярны, более летучи и

имеют более

низкую температуру

плавления, чем их о-карборановые аналоги

[92, 314]. Сравнение

полярографических потенциалов

восстановле­

ния различных производных о- и ж-карборанов показывает, что производные о-карборана восстанавливаются гораздо легче и, сле­ довательно, имеют большее сродство к электрону [306, 422]. Такой вывод совпадает с предположением о сравнительно слабом индук­ тивном эффекте ж-карборанового ядра; для этого предположения имеются веские химические доказательства,- которые будут изло­ жены ниже.

В табл. 7-1 приведен ряд уже описанных производных ж-карбо- рана.

7-2. СИНТЕЗ И СТРУКТУРА л-КАРБОРАНА

В настоящее время единственным методом получения ж-карбо- рана, имеющим практическое значение, является термическая пере­ группировка о-карборана [92, 93, 234, 314, 315, 403]. Этот процесс происходит медленно (24—48 ч) при 425—500° С в инертной атмо­ сфере, но почти с количественными выходами. Последнее усовер­ шенствование этого непрерывного процесса синтеза [234],

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ