UACH > VÝZKUM > Aplikovaný výzkum > Nové sloučeniny bóru

Nové sloučeniny bóru

Kontaktní osoba: Bohumír Grüner

Chemie kobalt bis(dikarbolidového) iontu a dalších metalakarboranů

Ion kobalt bis(dikarbollid)u (1-) reprezentuje ojedinělou molekulární platformu pro vývoj pokročilých aplikací, a to díky sendvičové struktuře, delokalizaci elektronů, přítomnosti dvou odlišných reakčních míst pro chemickou modifikaci a extrémně vysoké chemické, tepelné and radiační stabilitě.
Naše úsilí bylo během posledních let zaměřeno na chemický výzkum substituce na atomech uhlíku a vnesení funkčních skupin vhodných pro využití pro konstrukci složitějších molekul s medicinálním využitím nebo v materiálech, či modifikace, které vedou k zajímavým strukturním vlastnostem. Metody substituce byly převážně založeny na metalaci CH skupin a následné reakci s elektrofilními činidly [1]. Tyto metody jsou široce používány v syntetické chemii organických látek, metallocenů a neutrálních karboranů. Nicméně jejich potenciál pro substituci iontu 1- zůstával skryt, a to kvůli zvýšeným nárokům na experimentální provedení.
Byla úspěšně dosažena substituce skupinami jako např.: -OH, -N3, -CON3, -NH2, -CN, -I, boronové estery a kyseliny, které jsou vázány přímo k atomům uhlíku ve skeletu, a to spolu s pokračováním studia nových derivátů, v jejich struktuře jsou aromatický amin nebo tetrazolový kruh připojeny pomocí alifatického řetízku [1-6]. Chemické modifikace na atomech uhlíku umožnují přístup k mono- a disubstituovaným derivátům a poskytují dostupnost širší palety strukturních typů a nových vlastností, než je tomu při substituci atomů boru [1]. Nové látky tak representují dříve nedostupné strukturní bloky, z nich řada byla již využita v chemii zaměřené na medicinální využití [7].

Obrázek 1: Schematické znázornění nízkoteplotního přesmyku atomů uhlíku v klastru, který je indukován substitucí dvou vicinálních uhlíků nitrilovými skupinami na jednom ze dvou ligandů v komplexu. Tyto skupiny vykazují na skeletu ojedinělý efekt donace elektronů.

Současně probíhá sledování reakcí na nových typech funkčních skupin a studium fyzikálně-chemických vlastností látek. Jak prokázala nedávná studie, substituce na atomech uhlíku může výrazně změnit fyzikálně-chemické vlastnosti přímo připojených skupin, např. konstanta acidity NH2 skupin výrazně klesá a je srovnatelná se slabšími anorganickými kyselinami jako HF [5].

Obrázek 2: Vliv strukturních změn na acidobazické vlastnosti aminů kobalt bis(dikarbollidového) iontu.

Syntéza probíhala spolu se studiem strukturních a stereochemických vlastností nových látek se zaměřením na stereochemii disubstitucí, nové typy isomerizací ve skeletu, uzamčení konformace ligandů atd.
Byla prokázána možnost současné heterosubstituce na atomech uhlíku a boru. Pilotní publikovaný článek byl zaměřen na možnost konformačního uzamčení geometrie pomocí monoatomického kyslíkového můstku a současného vnesení řady organických fragmentů dipolárně cykloadiční reakcí na skeletu již navázaných alkylazidových skupin s modelovou sérií organických alkynů. Nově vyvinutý postup má díky bio-ortogonálnímu charakteru cykloadičních reakcí and zlepšeným redoxním vlastnostem produktů (v důsledku dosažení stabilní konformace a polarity můstku) nadějný potenciál pro elektrochemické značení biomolekul [3].

 

Obrázek 3: Schematické znázornění konformačně uzamčené struktury v důsledku přítomnosti kyslíkového můstku mezi atomy boru. To je následováno modifikací organickou skupinou na opačné straně skeletu, kde jsou lokalizovány atomy uhlíku. Organické terminální skupiny na triazolovém kruhu jsou inkorporovány pomocí (3+2) dipolární cykloadiční reakce. Substituované látky vykazují planární či axiální chiralitu [3].

Jiný typ uzamčené konformace pomocí cyklických substituentů je reprezentován nekonvenčními isomerními molekulami s vrtulovitým tvarem, v nichž jedna nebo dvě ethylenové jednotky propojují pozice atomů boru a uhlíku [4].

Obrázek 4: Molekulová struktura isomerních iontových látek s dvěma ethylenovými můstky mezi atomy uhlíku a boru. Můstky vedou k uzamčení rotace dikarbollidových ligandů kolem centrálního atomu Co(III) a asymetrii celého útvaru [4].

K zajímavým stereochemickým vlastnostem nových molekul patří planární, axiální či helikální chiralita, která je vnesena v důsledku asymetrické substituce na skeletu iontového kobalt bis(dikarbollidu). Pokrok v této oblasti byl umožněn vývojem nových pokročilých analytických a semi-preparativních HPLC separačních metod na Chirálních Stacionárních Fázích (CSP) ve skupině Doc. Radima Kučery z Farmaceutické Fakulty Karlovy University HK. Tyto metody poprvé umožnily efektivní separaci enantiomerů iontových klastrových sloučenin boru, i přes jejich neobvyklé chování v roztoku a hydrofobní interakce s pevnými povrchy. Společná spolupráce na tématice chirálních aniontů vedla k řadě nedávno publikovaných prací [3, 5, 8-10].
Nové látky mohou nalézt řadu využití jako strukturní bloky v chemii materiálů and vývoji nekonvenčních substancí s aktivitou vůči vybraným terapeutickým cílům. Chirální molekuly mohou nalézt aplikaci jako 3D chirální selektory, v analýze optických isomerů asymetrických kationických látek nebo chirální aditiva v asymetrické syntéze. Skutečně, některé látky připomínají strukturně BINOL nebo BINAP, avšak poskytují poněkud odlišné sterické a vazebné interakce.

 

Publikace:

  1. L. Pazderová, E. Z. Tüzün, D. Bavol, M. Litecká, L. Fojt and B. Gruner, Molecules, 2023, 28, 67.
  2. S. El Anwar, Z. Ružičková, D. Bavol, L. Fojt and B. Grűner, Inorg. Chem., 2020, 59, 17430-17442.
  3. S. El Anwar, L. Pazderova, D. Bavol, M. Bakardjiev, Z. Ruzickova, O. Horacek, L. Fojt, R. Kucera and B. Gruner, Chem. Commun., 2022, 58, 2572-2575.
  4. J. Nekvinda, D. Bavol, M. Litecká, E. Z. Tüzün, M. Dusek and B. Grüner, Dalton Trans., 2024, 53, 5816-5826.
  5. Z. E. Tüzün, L. Pazderová, D. Bavol, M. Litecká, D. Hnyk, Z. Růžičková, O. Horáček, R. Kučera and B. Grűner, Inorg. Chem. , 2024, 63, 20600-20616.
  6. E. Z. Tüzün, D. Hnyk, D. Bavol, M. Litecká, J. Fanfrlik and B. Gruner, Dalton Trans., 2024, 53, 18462-18466.
  7. L. Pazderová, E. Z. Tüzün, D. Bavol, M. Litecká, L. Fojt and B. Grűner, Molecules, 2023, 28, 67.
  8. O. Horáček, M. Papajová-Janetková, B. Grüner, L. Lochman, P. Štěrbová-Kovaříková, R. Vespalec and R. Kučera, Talanta, 2021, 222, 9.
  9. O. Horacek, J. Marvalova, K. Stilcova, J. Holub, B. Gruner and R. Kucera, J. Chromatogr. A, 2022, 1672, 11.
  10. O. Horacek, L. Novakova, E. Tuzun, B. Gruner, F. Svec and R. Kucera, Analytical Chemistry, 2022, 94, 17551-17558.