Каркас структуры адамантана, у которого циклы состоят из атомов углерода, является базовым при синтезе разнообразных биологически активных соединений, например, уротропина, в котором три атома углерода заменены на азот. Уротропин — антисептический препарат с более чем 100-летней историей. Впервые получен русским химиком А. М. Бутлеровым в 1859 году. Синтез уротропина описывается следующим уравнением:Как можно заметить, атомы азота из 4 молекул аммиака в результате реакции оказывается в вершинах многогранника, а атомы углерода из 6 молекул метаналя соединяют эти вершины. Группа исследователей (включая студентов вузов, в том числе, студентов 1 курса) Института органической химии им. Н. Д. Зелинского Российской академии наук
попробовала синтезировать совершенно новое соединение, включив в состав реагентов сразу три потенциальных замены углерода в каркасе адамантана: атомы азота, кислорода и бора. В реакцию ввели 3 моль метаналя (формальдегида, альдегида муравьиной кислоты) 3 моль гидроксиламина 1 моль борной кислоты — и всё это перемешивали 24 часа при комнатной температуре в водном растворе карбоната калия.
С выходом 86 % получили кристаллы соли калия, анион которой показал в элементном анализе следующие значения:
С: 22,5 %
H: 4,375 %
N: 26,25 %
B: 6,875 %
O: 40,0 %
Нарисуйте структуру вещества, полученного в данном синтезе; объясните природу соли и почему она образовалась; в отличие, например, от приведённого синтеза уротропина (там ведь тоже есть потенциальный катион — ион аммония из аммиака и воды).
Соотношение атомов даёт состав Очевидно, что соль — это соль калия и органического аниона, где отрицательный заряд находится на атоме бора. Конструирование уротропина (по схеме реакции в условии) происходит соединением 4 атомов азота через 6 атомов углерода. В случае наличия в системе 3 атомов азота, одного атома бора и 3 углеродов (вместо шести), логично предположить, что этот атом бора занимает одну из вершин, а кислороды — 3 из 6 вершин; вместо азота и 3 углеродов (в уротропине), соответственно. Атомы кислорода между атомов азота дадут химически нестойкое соединение, а вот между атомами азота и бора им находиться химически вполне уместно. «Лишние» 1 и 1 — в гидроксил. В этом случае остаток борной кислоты в цикле будет иметь отрицательный заряд, а противоион — конечно, С мостиковым азотом уротропина, имеющего неподеленную пару электронов, гидроксил так взаимодействовать не может, и анион там не образуется. Суммарное уравнение реакции циклизации тогда можно написать так: