荊 怡,王盈盈,王 凱,郗碧瑩,陳學(xué)年

鄭州大學(xué) 化學(xué)學(xué)院 綠色催化中心,河南 鄭州 450001

硼和氫形成的一系列中性和陰陽(yáng)離子化合物,通稱為硼烷。由于B原子的缺電子特性,以及其2s和2p軌道之間的能級(jí)差較小易發(fā)生雜化,使得硼化合物具有多樣的成鍵形式和豐富的化學(xué)反應(yīng)性[1-2]。第一個(gè)硼烷化合物的合成可以追溯到1912年[3],并且此后的25年中,硼烷化學(xué)的先驅(qū)德國(guó)化學(xué)家Stock教授系統(tǒng)地合成并表征了一系列不穩(wěn)定的硼烷化合物[4]。這類不穩(wěn)定硼烷化合物的合成得益于真空線技術(shù)的出現(xiàn),它起源于Stock的實(shí)驗(yàn)室,用于處理對(duì)水和空氣敏感的硼烷化合物,并延續(xù)使用至今[4]。Stock[4]開創(chuàng)性地合成和分離了一系列中性硼烷化合物,包括乙硼烷(6)(B2H6)、丁硼烷(10)(B4H10)、戊硼烷(9)(B5H9)、戊硼烷(11)(B5H11)、己硼烷(10)(B6H10)和癸硼烷(14)(B10H14)。隨后Lipscomb[5]對(duì)此類硼氫化合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)。由于硼烷及其衍生物具有比碳?xì)浠衔锔叩娜紵裏?20世紀(jì)50年代美國(guó)和蘇聯(lián)等國(guó)家試圖利用硼烷(液體B5H9和固體B10H14)作為潛在的高能火箭燃料,并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的研究[6-7]。通過多年對(duì)硼化合物的研究,硼化學(xué)家逐漸對(duì)多面體硼烷化合物的合成和性質(zhì)有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。多面體硼烷由多個(gè)B原子組成,這類富硼化合物的骨架結(jié)構(gòu)與碳?xì)浠衔锊捎玫逆湢罨颦h(huán)狀形式不同,常見的結(jié)構(gòu)可分為三類,分別為閉式(closo)、巢式(nido)和蛛網(wǎng)式(arachno)(圖1)[8]。這類化合物是適用于硼中子俘獲療法(boron neutron capture therapy, BNCT)技術(shù)的潛在硼藥重要前體化合物[9]。

圖1 多面體硼烷化合物常見的三種結(jié)構(gòu)類型[8]Fig.1 Three types of common polyhedral borane structures[8]

近年來,BNCT的研究和應(yīng)用在我國(guó)取得重要進(jìn)展,基于加速器的BNCT中子源已經(jīng)建成[10],因此,適用于BNCT的硼藥研究和開發(fā)已成為研究熱點(diǎn)。硼中子俘獲療法作為一種新型放射性二元治療方案,利用10B載體選擇性富集在腫瘤細(xì)胞中,隨后通過超熱中子束照射腫瘤部位進(jìn)行治療[11-14]。BNCT硼藥的開發(fā)最早始于20世紀(jì)50年代,臨床試驗(yàn)中使用的首批硼化合物包括硼酸(B(OH)3)、硼氫化鈉(NaBH4)及其衍生物,雖然這類化合物具有易得和較低的細(xì)胞毒性特點(diǎn),但由于缺乏選擇性和熱中子穿透能力有限限制了其治療效果[15-17]。第二代硼藥主要為兩種,一種為芳基硼酸化合物的(L)-4-二羥基硼基苯丙氨酸(BPA),另一種為多面體硼烷陰離子的巰基十二硼烷二鈉鹽(Na2B12H12,BSH)。但是由于這兩類化合物固有的性質(zhì),包括BPA的B含量低、水溶性差以及BSH沒有腫瘤靶向性和負(fù)電荷阻礙細(xì)胞膜等缺點(diǎn),推進(jìn)了第三代硼藥的開發(fā)。第三代硼藥包括一些硼化核苷和硼化碳水化合物等[18-21]。多面體硼烷和高含硼量的碳硼烷化合物,可以作為BNCT硼藥載體,對(duì)其進(jìn)行修飾,從而改善或提高其在腫瘤細(xì)胞中的富集濃度、腫瘤細(xì)胞靶向性和停留時(shí)間[21-22]。本文以含一個(gè)B原子到十二個(gè)B原子的次序,簡(jiǎn)要綜述硼烷化合物的合成方法、結(jié)構(gòu)和11B NMR譜圖表征,旨在為硼氫化合物及其衍生物的廣泛應(yīng)用特別是在開發(fā)應(yīng)用于BNCT技術(shù)的新一代硼藥前體的開發(fā)提供基礎(chǔ)知識(shí)。

1 硼氫化合物和硼烷L(zhǎng)ewis堿加合物(MBH4和L·BH3)的合成

1.1 NaBH4的合成

圖2 合成Na10BH4[28]Fig.2 Synthesis of Na10BH4[28]

fl:化學(xué)位移(下同)圖3 Na10BH4在二甲基亞砜(DMSO)-d6中的10B NMR譜圖[28]Fig.3 10B NMR spectrum of Na10BH4 in DMSO-d6[28]

圖4 Na10BH4在DMSO-d6中的1H NMR譜圖[28]Fig.4 1H NMR spectrum of Na10BH4 in DMSO-d6[28]

1.2 硼烷L(zhǎng)ewis堿加合物(L·BH3)的合成

BH3是基本的硼烷單元,由于三配位的B原子有一個(gè)空的2p軌道,所以不能以單體的形式存在,在非配位溶劑中以二聚體B2H6的形式存在。BH3也可以作為L(zhǎng)ewis酸接受電子,從而與Lewis堿配位形成加合物(圖5),其配位鍵的強(qiáng)弱與配位原子的給電子能力有關(guān)。BH3可與N-雜環(huán)卡賓(NHC)、膦和胺等具有強(qiáng)給電子能力的Lewis堿形成穩(wěn)定硼烷加合物,也可以和四氫呋喃(THF)和二甲基硫醚(DMS)等具有弱給電子能力的Lewis堿形成不穩(wěn)定硼烷加合物[29-32]。硼烷L(zhǎng)ewis堿加合物的穩(wěn)定性順序?yàn)?NHC·BH3>硼烷膦配合物(phosphine·BH3)>硼烷胺配合物(amine·BH3)>DMS·BH3>THF·BH3[32]。硼烷加合物的實(shí)驗(yàn)室合成一般利用較強(qiáng)的Lewis堿與THF·BH3或DMS·BH3反應(yīng),取代弱配位的Lewis堿從而形成穩(wěn)定的硼烷加合物,反應(yīng)如式(1)[29,33]。而工業(yè)上一般使用NaBH4與銨鹽或鏻鹽反應(yīng)制備,反應(yīng)如式(2)[34-35]。IMe·BH3(IMe=1,3-二甲基咪唑-2-亞烯)、NH3·BH3、DMS·BH3和THF·BH3的11B NMR譜圖見圖6[29,36]。

圖5 硼烷加合物的形成過程[32]Fig.5 Formation of borane adducts[32]

溶劑:(a)——CDCl3,(b)——DMSO,(c)——DMS,(d)——THF圖6 IMe·BH3(a)、NH3·BH3(b)、DMS·BH3(c)和THF·BH3(d)的11B NMR譜圖[29,36]Fig.6 11B NMR spectra of IMe·BH3(a), NH3·BH3(b), DMS·BH3(c) and THF·BH3(d)[29,36]

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(2)

另一類重要的硼烷化合物是頻哪醇硼烷(HBpin)和兒茶酚硼烷(HBcat)[41-42]。在這類硼烷化合物中沒有BH3結(jié)構(gòu)單元,B原子只與一個(gè)H原子鍵合。不同于一般的硼烷L(zhǎng)ewis堿加合物,這些化合物中的B原子是三配位,分別和一個(gè)H原子和兩個(gè)O原子鍵合(圖7)。O原子和B原子之間的p-p反饋π鍵穩(wěn)定了三配位B原子的結(jié)構(gòu)。由于這類穩(wěn)定的硼烷加合物具有易得、操作簡(jiǎn)單以及對(duì)空氣和水不敏感等特點(diǎn),近年來在有機(jī)硼化合物的合成研究中被廣泛應(yīng)用[32,43]。更重要的是其雙聯(lián)頻哪醇硼酸酯(B2pin2)和雙聯(lián)鄰苯二酚硼酸酯(B2cat2)衍生物常被廣泛用于Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)合成有機(jī)硼化合物[43]。最近劉超課題組報(bào)道了由市場(chǎng)可得的10B同位素的10BF3與Lewis堿加合物直接合成10B同位素的雙聯(lián)頻哪醇硼酸酯(10B2pin2)的方法,為合成富硼的BNCT的硼藥提供了新的路徑[44]。

圖7 頻哪醇硼烷(a)和兒茶酚硼烷(b)分子結(jié)構(gòu)[41-42]Fig.7 Molecular structures of HBpin(a) and HBcat(b)[41-42]

2 乙硼烷(6)(B2H6)的合成

B2H6在常溫下為無色氣體,對(duì)水和空氣極其敏感,有劇毒。B2H6最早在1912年被Stock等[3]合成和表征,利用金屬M(fèi)g與硼酸反應(yīng)的產(chǎn)物水解后得到B4H10,隨后B4H10分解成B2H6及其他硼烷化合物,反應(yīng)如式(3—5)。1931年,Schlesinger和Burg[45]通過BCl3和H2在高壓放電條件下合成B2H6,收率為50%,反應(yīng)如式(6—7)。隨后化學(xué)家開發(fā)了多種以NaBH4作為原料的合成方法[46-47],其中Freeguard和Long[48]報(bào)道利用NaBH4與I2在二乙二醇二甲醚(diglyme)中反應(yīng),可以生成98%純度的B2H6,反應(yīng)如式(8)。另一種常用的合成方法依賴于NaBH4與Et2O·BF3反應(yīng)制備B2H6,此方法為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)室制備方法[49],反應(yīng)如式(9)。B2H6的11B NMR譜圖見圖8[50]。

圖8 B2H6在C6H6中的11B NMR譜圖[50]Fig.8 11B NMR spectrum of B2H6 in C6H6[50]

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(4)

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(7)

(8)

(9)

3 MB3H8與L·B3H7的合成以及相互轉(zhuǎn)化

3.1 八氫丙硼酸鹽的合成

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3.1.2堿金屬硼氫化合物MBH4與硼烷反應(yīng) 為避免使用對(duì)空氣非常敏感的堿金屬單質(zhì),可以利用堿金屬硼氫化合物和硼烷反應(yīng)合成MB3H8。1963年Gaines等[61]利用B2H6和NaBH4在diglyme作溶劑、100 ℃條件下合成NaB3H8,產(chǎn)率為63%,反應(yīng)如式(15)。隨后,Dewkett等[62]對(duì)NaBH4和Et2O·BF3反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化,將反應(yīng)體系升至100 ℃使得反應(yīng)過程中生成的B2H6和NaBH4·BH3(NaB2H7)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為NaB3H8,反應(yīng)如式(16)。此方法避免直接使用B2H6氣體,產(chǎn)率為65%。2018年,本課題組利用MBH4與THF·BH3反應(yīng),在較溫和條件下合成MB3H8(M=Li和Na),反應(yīng)如式(17)[37]。由于KBH4在THF中的溶解度差,并且THF·BH3濃度低,因此KB3H8不能通過此方法合成。當(dāng)DMS·BH3代替THF·BH3參與反應(yīng),1,4-二氧六環(huán)代替THF做溶劑時(shí),該方法適用于所有堿金屬鹽MB3H8(M=Li、Na、K、Rb和Cs)的合成,反應(yīng)如式(18)[38]。

(15)

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3.1.3其他合成方法 除以上總結(jié)的兩類合成堿金屬鹽MB3H8方法外,還有其他制備方法,如利用中性硼烷B4H10或B10H14的不對(duì)稱裂解[63-64]、MBH4的熱解脫氫聚合反應(yīng)[65]、利用丙硼烷(7)與NaBH4或MNH2BH3反應(yīng)(M=Li和Na)[66-67],以及利用NaBH4與I2、有機(jī)或無機(jī)鹵化物反應(yīng)等[57,68-69]。此外,本課題組[70]利用甲基硫二硼烷化合物K[BH3(CH3)SBH3]與DMS·BH3反應(yīng),也可以生成產(chǎn)率為86%的KB3H8,反應(yīng)如式(19)。KB3H8的11B NMR譜圖見圖9[60]。

圖9 KB3H8在DMSO中的11B NMR譜圖[60]Fig.9 11B NMR spectrum of KB3H8 in DMSO[60]

(19)

3.2 丙硼烷(7)(L·B3H7)的合成

圖10 NH3·B3H7在CH2Cl2中的11B NMR譜圖[60]Fig.10 11B NMR spectrum of NH3·B3H7 in CH2Cl2[60]

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4 四頂點(diǎn)多面體硼烷的合成

4.1 丁硼烷(10)(arachno-B4H10)的合成

圖11 B4H10的11B NMR譜圖(32.1 MHz)[76]Fig.11 11B NMR spectrum(32.1 MHz) of B4H10[76]

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4.2 九氫丁硼酸鹽的合成

圖12 40 ℃下[Ph3PCD3]B4H9在CD2Cl2中的11B NMR譜圖[81]Fig.12 11B NMR spectrum of [Ph3PCD3]B4H9 in CD2Cl2 at 40 ℃[81]

(31)

(32)

5 五頂點(diǎn)多面體硼烷的合成

5.1 戊硼烷(9)(nido-B5H9)的合成

在中性低聚硼烷中B5H9的穩(wěn)定性最好。1923年Stock等[83]首次報(bào)道B5H9,其商業(yè)制備可以利用B2H6熱解[84],反應(yīng)如式(33)。由于相對(duì)其他小硼烷分子其穩(wěn)定性較好,所以可以延長(zhǎng)熱處理時(shí)間進(jìn)行提純。實(shí)驗(yàn)室可以利用n-Bu4NB3H7Br在100 ℃條件下熱解的方法制備,反應(yīng)如式(34)[85]。此外,還可以通過B4H10在醚類溶劑中裂解生成的B3H7,進(jìn)而催化B4H10生成B5H9,反應(yīng)如式(35)[86]。B5H9的11B NMR譜圖見圖13[76]。

圖13 B5H9的11B NMR譜圖 (32.1 MHz)[76]Fig.13 11B NMR spectrum(32.1 MHz) of B5H9[76]

(33)

(34)

(35)

5.2 八氫戊硼酸鹽的合成

圖14 LiB5H8在35 ℃下的11B NMR譜圖[88]Fig.14 11B NMR spectrum of LiB5H8 at 35 ℃[88]

(36)

6 六頂點(diǎn)多面體硼烷的合成

6.1 己硼烷(10)(nido-B6H10)的合成

圖15 B6H10的11B NMR譜圖(32.1 MHz)[76]Fig.15 11B NMR spectrum(32.1 MHz) of B6H10[76]

(37)

(38)

6.2 六氫己硼酸鹽的合成

圖16 Na2B6H6在D2O的11B NMR譜圖[96]Fig.16 11B NMR spectrum of Na2B6H6 in D2O[96]

(39)

(40)

7 七頂點(diǎn)和八頂點(diǎn)多面體硼烷的合成

7.1 庚硼烷(11)(nido-B7H11)的合成

由于中性庚硼烷化合物極其不穩(wěn)定,其合成和分離非常困難,目前還沒有能夠分離和表征的中性庚硼烷化合物單體[97-99]。但庚硼烷(11)(B7H11)可以通過KB7H12與HCl在乙醚中反應(yīng)得到,但產(chǎn)物為乙醚的加合物Et2O·B7H11,反應(yīng)如式(41)[99]。

(41)

7.2 辛硼烷(12)(nido-B8H12)的合成

1964年,Lipscomb課題組[100]首次報(bào)道辛硼烷(12)(B8H12),利用B2H6和B5H9在放電的條件下制備分離。1965年,Williams課題組[101]發(fā)現(xiàn)在B9H15的分解過程中會(huì)出現(xiàn)少量的B8H12,反應(yīng)如式(42)。隨后1968年,Schaeffer課題組[102]通過對(duì)B9H15分解的研究發(fā)現(xiàn),在無溶劑條件下B9H15的快速分解可以方便地制備少量B8H12,而要進(jìn)行大量制備時(shí),需要戊烷作溶劑使B9H15進(jìn)行快速分解,反應(yīng)更容易控制并且產(chǎn)率較高。B8H12的11B NMR譜圖見圖17[76]。

圖17 B8H12的11B NMR譜圖(70.6 MHz)[76]Fig.17 11B NMR spectrum(70.6 MHz) of B8H12[76]

(42)

7.3 七氫庚硼酸鹽和八氫辛硼酸鹽的合成

圖18 [Ph4P]2B7H7在CD2Cl2中的11B NMR譜圖[104]Fig.18 11B NMR spectrum of [Ph4P]2B7H7 in CD2Cl2[104]

圖19 [n-Bu4N]2B8H8在CD2Cl2中的11B NMR譜圖[105]Fig.19 11B NMR spectrum of [n-Bu4N]2B8H8 in CD2Cl2[105]

7.4 八氫庚硼酸鹽和九氫辛硼酸鹽的合成

圖20 [Ph4P]B7H8在CD2Cl2中的11B NMR譜圖[104]Fig.20 11B NMR spectrum of [Ph4P]B7H8 in CD2Cl2[104]

圖21 [n-Bu4N]B8H9在CD2Cl2中的11B NMR譜圖[105]Fig.21 11B NMR spectrum of [n-Bu4N]B8H9 in CD2Cl2[105]

(43)

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8 九頂點(diǎn)多面體硼烷的合成

8.1 壬硼烷(15)(arachno-B9H15)的合成

1958年壬硼烷(15)(arachno-B9H15)被報(bào)道,但其為硼烷相互轉(zhuǎn)化過程中極不穩(wěn)定并且占比非常少的副產(chǎn)物[106]。由于B9H15的熱穩(wěn)定性低,并且處理方法苛刻,所以目前為止對(duì)B9H15的研究非常少。1958年,Kotlensky和Schaeffer[106]利用B2H6在放電條件下合成B9H15,但在產(chǎn)物中占比少于1.5%,反應(yīng)如式(45)。1962年,Kratzer課題組[107]利用B5H9與(CH2)6N4的結(jié)晶表面反應(yīng),經(jīng)過蒸餾和低溫結(jié)晶后以13%的收率制備B9H15,反應(yīng)如式(46)。隨后1965年,Williams課題組[101]將液體的B5H9和氣態(tài)的B2H6混合,在2.53 MPa條件下得到黃色固體產(chǎn)物B9H15,收率為70%,但是B9H15極不穩(wěn)定會(huì)繼續(xù)分解生成B8H12,反應(yīng)如式(42)。n-B9H15的11B NMR譜圖見圖22[108]。

圖22 n-B9H15的11B NMR譜圖(70.6 MHz)[108]Fig.22 11B NMR spectrum(70.6 MHz) of n-B9H15[108]

(45)

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8.2 十四氫壬硼酸鹽的合成

圖23 Et4NB9H14在CH3CN中的11B NMR譜圖[116]Fig.23 11B NMR spectrum of Et4NB9H14 in CH3CN[116]

(47)

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8.3 九氫壬硼酸鹽的合成

9 十頂點(diǎn)多面體硼烷的合成

9.1 癸硼烷(14)(nido-B10H14)的合成

圖25 B10H14在CHCl3中的11B NMR譜圖[50]Fig.25 11B NMR spectrum of B10H14 in CHCl3[50]

(49)

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9.2 十四氫癸硼酸鹽的合成

圖26 Na2B10H14在DMSO中的11B NMR譜圖[50]Fig.26 11B NMR spectrum of Na2B10H14 in DMSO[50]

(51)

9.3 十氫癸硼酸鹽的合成

圖27 Na2B10H10在DMSO中的11B NMR譜圖[50]Fig.27 11B NMR spectrum of Na2B10H10 in DMSO[50]

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10 十一頂點(diǎn)多面體硼烷的合成

十一頂點(diǎn)的硼氫化合物在多面體硼氫化合物中具有特殊的地位。它可以作為合成癸硼烷和碳硼烷以及雜原子硼烷的起始原料[27,135-137]。雖然十一頂點(diǎn)的硼氫化合物早在20世紀(jì)70年代已被合成,由于缺乏合適的合成方法,其研究和應(yīng)用卻遠(yuǎn)不及其他多面體硼氫化合物[136-137]。

10.1 十四氫十一硼酸鹽的合成

(54)

(55)

(56)

圖28 NaB11H14在DMSO中的11B NMR譜圖[142]Fig.28 11B NMR spectrum of NaB11H14 in DMSO[142]

(57)

10.2 十一硼烷(15)(nido-B11H15)的合成

δ=-14.9(d, J=145 Hz)、-17.5(d, J=145 Hz) ppm圖29 -40 ℃下B11H15在甲苯中的11B NMR譜圖[144]Fig.29 11B NMR spectrum of B11H15 in toluene at -40 ℃[144]

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10.3 十一氫十一硼酸鹽的合成

圖30 [Cs(CH3)4N]B11H11在H2O中的11B NMR譜圖[117]Fig.30 11B NMR spectrum of [Cs(CH3)4N]B11H11 in H2O[117]

(59)

(60)

(61)

11 十二頂點(diǎn)多面體硼烷十二氫十二硼酸鹽的合成

11.1 L·BH3與硼烷反應(yīng)

(62)

(63)

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11.2 硼氫化合物與硼烷反應(yīng)

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11.3 硼氫化合物的熱解

11.4 其他合成方法

除以上合成方法,利用NaBH4與有機(jī)鹵化物或I2在diglyme中回流也可以生成收率為51%的Na2B12H12[159]。此外,將堿金屬鹽MBH4與堿金屬氫化物或B2H6進(jìn)行球磨,也可以得到M2B12H12[160-161]。2023年,本課題組[142]利用MB11H14(M=Na、K)分別與MB3H8(M=Na、K)在diglyme中加熱,可以得到收率為80%的M2B12H12。Na2B12H12的11B NMR譜圖見圖31[142]。

圖31 Na2B12H12在DMSO中的11B NMR譜圖[142]Fig.31 11B NMR spectrum of Na2B12H12 in DMSO[142]

與多面體硼氫化合物密切相關(guān)的是碳硼烷,這是一類包含B原子和C原子的團(tuán)簇。對(duì)硼烷與炔的探索性研究,即在多面體硼烷的骨架中引入C原子,致使碳硼烷的誕生[162]。合成碳硼烷化合物需要制備多面體硼烷前體,所以合成路徑常常需要多步[163-165]。雖然現(xiàn)有的碳硼烷已經(jīng)商品化,但是價(jià)格昂貴,所以需要尋找更經(jīng)濟(jì)的合成路徑。

12 十/十二頂點(diǎn)多面體碳硼烷的合成

12.1 十氫1-一碳十硼酸鹽的合成

圖32 陰離子的合成路徑[175]Fig.32 Synthesis paths of preparation of the anion[175]

圖33 NaCB9H10在DMSO中的11B NMR譜圖[175]Fig.33 11B NMR spectrum of NaCB9H10 in DMSO[175]

(68)

12.2 十二氫一碳十二硼酸鹽的合成

圖34 陰離子的合成路徑[181]Fig.34 Synthesis paths of preparation of the anion[181]

圖35 NaCB11H12在DMSO中的11B NMR譜圖[181]Fig.35 11B NMR spectrum of NaCB11H12 in DMSO[181]

12.3 1,2-二碳十二硼烷(12)(closo-1,2-C2B10H12)的合成

根據(jù)碳硼籠上兩個(gè)碳原子的位置不同C2B10H12可以被分為三類:o-C2B10H12、m-C2B10H12和p-C2B10H12[165]。o-C2B10H12通過加熱可以依次轉(zhuǎn)化為m-C2B10H12和p-C2B10H12[182-183]。本文主要討論o-C2B10H12的合成。

圖36 C2B10H12在DMSO中的11B NMR譜圖[50]Fig.36 11B NMR spectrum of C2B10H12 in DMSO[50]

(69)

(70)

(71)

圖3、4、6、8、9、10、23、25、26、27、28、31、33、35和36為本組自測(cè)譜圖,均與各圖引用文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)相符。

Na2B12H12作為BNCT硼藥載體的前驅(qū)體,對(duì)其進(jìn)行巰基修飾得到BSH[193]。BSH雖具有高含硼量、良好的水溶性以及低毒性,但是缺乏靶向性[21]。近年來發(fā)展的第三代BNCT硼藥主要利用生物分子與硼化合物結(jié)合,對(duì)硼烷以及碳硼烷化合物進(jìn)行修飾,將其結(jié)合到腫瘤細(xì)胞的各種靶向分子上,包括核苷、氨基酸、卟啉和抗體[21-22,194]。在過去的50年里,科研人員對(duì)BNCT硼藥的研究投入了相當(dāng)大的努力,盡管富硼化合物的種類繁多,但目前臨床上使用的BNCT的藥物只有BPA和BSH兩種,并不能滿足治療效果限制了其在臨床治療上的發(fā)展,因此硼藥的開發(fā)和臨床應(yīng)用仍有廣闊的提升空間。

13 硼烷化合物的合成機(jī)理

圖37 硼氫化物與Lewis堿BH3加合物反應(yīng)生成陰離子的一般機(jī)理[38]Fig.37 General mechanisms of formation of the anion from the reaction of borohydrides and BH3 adducts[38]

圖38 小分子硼烷通過B-H鍵縮合反應(yīng)生成多面體硼烷的一般機(jī)理[142]Fig.38 The general formation mechanism of polyhedral boranes from small boranes through the B-H bond condensation reaction[142]

14 閉式硼烷熱穩(wěn)定性和水溶性討論

15 總結(jié)與展望

硼烷是一類重要的含硼化合物,其中多面體硼烷化合物在化學(xué)、材料和醫(yī)療,尤其是BNCT等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。但是其合成方法多數(shù)是在40多年前發(fā)展起來的,使用原料多為有毒易燃的小硼烷分子如B2H6,以及當(dāng)時(shí)條件下易得的中間體如B5H9和B10H14。報(bào)道中的合成方法不易重復(fù),有些報(bào)道相互矛盾,形成機(jī)理也尚未解釋清楚,所以有必要對(duì)多面體硼烷化合物的合成路徑和機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)研究,從而發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單高效的合成方法和現(xiàn)時(shí)更廉價(jià)易得的原料,從而實(shí)現(xiàn)規(guī)?；铣?。因此,按照由小硼烷分子逐個(gè)到多面體硼烷的次序,結(jié)合本課題組最近的工作,對(duì)硼烷的合成方法進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié),較詳細(xì)地介紹了各類硼烷化合物的合成方法,同時(shí)提供了多面體硼烷的分子結(jié)構(gòu)和特征11B NMR譜圖。此外,通過調(diào)研硼烷化合物的研究方法,發(fā)現(xiàn)利用催化劑催化合成多面體硼烷類化合物并未被研究,未來可以嘗試找到合適的催化劑體系選擇性地合成多面體硼烷。希望本文對(duì)進(jìn)一步研究硼烷化合物的合成和BNCT等領(lǐng)域的應(yīng)用提供有用的信息。