Карнавал молекул. Химия необычная и забавная

Современная органическая химия может получать необычайно сложные соединения с помощью заранее продуманной цепочки синтезов. Тем не менее всегда остается мечта получить необычную структуру просто смешиванием исходных веществ так, как это проделал в 1852 г. А.М. Бутлеров, смешавший растворы аммиака и формальдегида и получивший уротропин. Каркас этого соединения собирает сама природа.

Можно полагать, что авторов изо-уротропина тоже привлекала возможность «смонтировать» соединение в одну стадию, и нечто подобное удалось осуществить. Путь к такому простому одностадийному синтезу подсказало исследование, которое оказалось промежуточной ступенькой к достижению цели, впрочем, эта ступенька заслуживает внимания. Когда химик смотрит на структуру – предшественницу изо-уротропина, т. е. ту, в которой у атомов азота находятся группы ОН, у него невольно возникает желание включить эти группы в последующие взаимодействия. Наиболее эффектным было бы стянуть их в одну точку, создав еще одну вершину каркаса. Это удалось осуществить, проведя взаимодействие соединения А (рис. 7.50) с борной кислотой. Образуется каркас из двух спаянных адамантановых структур (соединение Б).

Интересно, что подобное соединение, но содержащее только атомы С и Н, тоже существует. Оно представляет собой две спаянные воедино молекулы обычного адамантана. Его получил П. Шлеер в 1957 г. и назвал конгрессаном (рис. 7.51-а) в честь XIX Международного конгресса теоретической и прикладной химии (Лондон, 1963 г.). Формула конгрессана была принята в качестве эмблемы конгресса. Это соединение привлекательно тем, что оно указывает путь к синтезу алмаза методами органической химии, т. е. последовательным достраиванием алмазной кристаллической решетки. Пока такое осуществить не удалось.

Вернемся к уротропину. Если существует борсодержащий уротропин в виде двух спаянных молекул, то должен быть такой же, состоящий из одной каркасной молекулы. Авторам удалось найти простой одностадийный способ синтеза. Следует смешать в водном растворе четыре реагента: формальдегид СН₂=О, гидроксиламин NH₂OH, борную кислоту В(ОН)₃ и поташ К₂СО₃. Практически сразу образуется борсодержащий уротропин (рис. 7.51-б).

Между прочим, это не изо-уротропин, а обычный, атомы азота занимают узловые места, но простота синтеза этой каркасной молекулы возвращает нас к бутлеровскому синтезу уротропина. Какой химик не мечтает получить сложное соединение простым способом? Складывается впечатление, что каркас уротропина – некая комбинаторная игрушка, которая может перестраиваться по воле химика.

Что «умеет делать» изо- уротропин

Итак, удалось показать, что химия нового соединения изо-уротропина весьма разнообразна и намного богаче в сравнении с обычным уротропином. Подобные исследования интересны не только сами по себе, они указывают на возможность некоторых практических приложений. Поскольку традиционный уротропин привычно связывают с лекарственным воздействием, создатели изо-уротропина решили проверить его биологическую активность.

Основная реакционная среда в живом организме – вода, поэтому лекарственные препараты должны быть водорастворимы, в этом случае предпочтительны именно ионные соединения, которые, как теперь понятно, изо-уротропин образует легко. Испытания на лабораторных мышах солянокислой соли тригидрокси-замещенного изо-уротропина (рис. 7.52, схема А) показали, что соединение совершенно нетоксично, следовательно, изо-уротропин может быть использован в качестве водорастворимого «транспортного средства» для введения лекарственных препаратов.

Такая возможность была проверена следующим образом. Модифицированный стероидный препарат прегненолон (воздействует на процессы центральной нервной системы) был присоединен к молекуле изо-уротропина. При этом образовалось водорастворимое ионное соединение (рис. 7.52, схема Б), что позволяет ранее нерастворимый в воде исходный стероид вводить в ткань живого организма.

Аналогичный прием был использован для присоединения к изо-уротропину биологически активной молекулы фталоцианина. Это плоская циклическая конструкция, собранная из четырех молекул изо-индола, соединенных атомами азота (рис. 7.53). Существуют исследования, показавшие, что фталоцианин обладает антираковой активностью, но, может быть, удастся расширить лекарственное действие этого вещества?

Полученное соединение показало заметную антивирусную активность при введении его в ВИЧ-инфицированную биологическую культуру клеток. Таким образом, с помощью изо-уротропина удалось расширить диапазон лекарственного действия фталоцианина.

Изо-уротропин пока еще «молод», но тем не менее его богатые реакционные возможности удалось показать. Он уже оценен зарубежными учеными. После того как полный синтез изо-уротропина был опубликован, его получение стало доступно квалифицированным химикам. В настоящее время изо-уротропин предлагает потребителям немецкая фирма химических реактивов AKos Building Blocks.