В.Б. Лукьянов - Радиоактивные индикаторы в химии (1133872), страница 66
Текст из файла (страница 66)
В особенности важна полная герметичность аппаратуры, вкоторой проводится синтез. Радионуклид следует вводить в системуна возможно более поздней стадии синтеза. Синтез должен проходитьбыстро, с наименьшим числом стадий, не сопровождаться побочнымиреакциями, которые могут привести к неконтролируемым потерямрадионуклида.Перед использованием соединений, в молекулах которых радиоактивная метка занимает строго определенное положение, полезноубедиться путем анализа в том, что радиоактивный индикатор в синтезированном продукте находится именно в выбранном месте молекулы,а не перераспределился между одноименными атомами (вследствиереакций перегруппировки, изотопного обмена или других побочныхпроцессов). Анализ проводится посредством расщепления молекулысинтезированного вещества обычными химическими способами наотдельные «осколки» с последующей химической идентификацией,разделением и измерением активности каждого «осколка».Приведем несколько примеров получения меченых органическихсоединений путем прямого химического синтеза.Органические кислоты, меченные углеродом-14 в карбоксильнойгруппе, могут быть получены синтезом Гриньяра по схемеg*Н2ОR 1 4 COMgI> R 1 4 COOH||(H 2 SO 4 )О263Другой возможный путь —• гидролиз нитрилов, получаемых из содержащего 1 4 С цианида калия:Ki*CNRBrН2О• R* 4 CN* R i 4 COOH(NaOH)14Если хотят убедиться в том, что радиоактивный атом С в полученной кислоте присутствует только в карбоксильной группедо частькислоты можно перевести в соль (напримар, калиевую) и подвергнутьэлектролизу ее водный раствор:2R14COOK -+ 2К+ -Ь 2 14СО, -f R—RВыделяющийся СО2 обычно поглощают раствором Ва(ОН)2.
Если выполненный синтез привел к получению молекул кислоты, меченнойтолько в карбоксильной группе, то вся активность должна быть сосредоточена в СО2, а углеводород — свободен от активности.Восстановлением меченных в карбоксильной группе кислот можнополучить спирты, в которых радиоактивная метка находится в положении 1:R 1 4 COOH1ЛА1Н 4> R14СН2ОНТакие спирты в свою очередь могут быть использованы для синтезакарбоновых кислот, содержащих метку в положении 2:R14CH2OHHI> R14CH2I-> R 1 4 CHoCOOMgIMgСО*•** R 1 4 CH 2 MgIн2о*R14CH2COOH(H 2 SO 4 )Из кислот, содержащих 1 4 С в углеродной цепи (положение 2, 3 и т.
д.),получаются спирты, меченные в соответствующем положении.Реакции этерификации с участием меченых кислот и спиртов (на14пример, этилового спирта) дают эфиры, содержащие С в положениях,зависящих от его положения в исходных соединениях:RCH214COOH + С2Н5ОН -> RCH214COOC2H5 + Н2О1414R CH2COOH + С2Н5ОН -> R CH2COOC2H5 + Н2О1414RCH2COOH + СН3 СН2ОН -^ RCH2COO CH2CH3 + Н2ОВ качестве примера несколько более сложного синтеза приведемсхему получения этилового эфира пировиноградной кислоты, меченного углеродом в кетонной группе:14С0.2CH 3 MgIРВгз> СН314СООН*- С Н 3-> CH 3 1 4 COCN14KCNСОВг+НоОС 2 Н,ОН~~+ С Н 3 1 4 С О С О О Н• СН 3 1 4 СОСООСоН,(Н+)(Н+)Исходя из Ва 14 СО 3 можно получать и дважды меченные по углероду органические соединения.
Например:264MgH2O14>»Ba С 2—->14СН -141414СН2 =•1414С Н - СНСН2 —->144CH3i CH3СН—Н2О14* СН3—14СНОK2S2O3*1414СН 3 СООНИз получаемого при этом дважды меченного уксусного альдегида синтезируют молочную кислоту, меченную в положениях 2, 3:HCNi4CH _ и е н-*14IоН2ОСН 3 — i4CH—CN*н+Iон<>14СН 3 —14СН-СООН!онСледует иметь в виду, что используемые в подобных синтезах исходные вещества содержат как радиоактивные атомы 14 С, так и стабильные атомы углерода. Так, например, Ва14С2 состоит из молекул составаВаС2, Ва14СС и Ва14С14С.
Поэтому и синтезируемые соединения такжепредставляют собой смесь молекул разного изотопного состава. Например, в приведенном выше случае получения дважды меченнойуксусной кислоты происходит образование молекул состава СН3СООН,14СН3СООН, СН314СООН и 14СН314СООН. Эта смесь проявляет себяв реакциях как дважды меченная уксусная кислота.Каталитическая конденсация 14С2-ацетилена дает меченый бензол:Из синтезированного таким способом бензола можно получатьего производные, в которых метка равномерно распределена по всематомам бензольного кольца. Для получения бензола или его производных, меченных по одному атому углерода, следует выбрать иной14путь синтеза, например, взаимодействие СО 2 с циклопентилмагнийхлоридом:СН 2 — СН2чСН2—СН — M g C lСН2—СН2/СН2—СН2LiAlH 4\:H-I4COOH— -СНо—СНоч**" \-Н2О2/(H2/Ni)СН2—СН2Х,СН2-СН2изомеризация /> СН2(А1С13)ЧХ\СН 2 —СН 2 <14/СН2-СН2СН2- С Н /СН -СН—ЗН 2/уСН2» НС(Pt на угле) ЧХ\^/14СНСН=СНЕсли в приведенную последовательность реакций добавить реакциюхлорирования метилциклопентана в боковую цепь, то можно получить265хлорбензол, в котором меченый углеродный атом непосредственносвязан с атомом хлора:14С—С1(К этому соединению мы вернемся в дальнейшем, когда речь будет идтиоб изучении реакции аминирования хлорбензола.)Для введения т р и т и я в органические соединения часто используют каталитическое гидрирование ненасыщенных соединений; например:R-CH-CH—R' —-+ R-CH3H—CH3H—R'(кат.)Другой способ синтеза тритийсодержащих соединений, при котором исходным продуктом служит газообразный тритий, — каталитическое дегалогенирование, протекающее по схеме (символом Г обозначают атом галогена)*-+ R3H + 3НГRr(кат.)Если источником трития служит тритиевая вода, то для получениясодержащих тритий соединений применяют гидролитическое разложение различных веществ, например карбидовзн2о*С3Н4А1 4 С 3элементоорганических соединенийЗн2оR—С—О—MglIIО>• R — С — О 3 Н и д р .IIОСледующие два примера иллюстрируют получение многократномеченных по тритию соединений:зСас2н2озззк: н -: с нн2о(HgSO 4 )> сзн3сН400~С>- СН 2 3 Н - С — С Н 2 3 Н!!О2СН 9 3 HCOOLiС е р у-35 в органические соединения вводят через меркаптаныи тиомочевину, используя в качестве исходных веществ меченые неэрганические сульфиды:КОННС1Ho3 5S--ИГмеркаптанCNNILH.,N—C-NHoтиомочевина266Заметим, что при необходимости в одном и том же соединении можно пометить одновременно атомы разных элементов.2.
Специфические радиохимические методыИзотопный обмен. В ряде случаев меченые органические соединения удобно получать, используя реакции изотопного обмена. Приэтом оказывается возможным вместо химического синтеза с участиемрадиоактивного вещества провести синтез неактивного соединения,в которое затем уже ввести метку посредством изотопного обмена. Метод чрезвычайно прост, достаточно быстр, в большинстве случаев нетребует специальной аппаратуры, может давать хорошие результатыпри контакте обменивающихся веществ как в жидкой и газовой, таки в твердой фазах. Как правило, не является сложным и последующееотделение продуктов реакции от исходного меченого вещества.
Получение меченых соединений методом изотопного обмена имеет преимущества перед химическими методами синтеза в особенности при получении меченых соединений сложного состава, а также при использовании в качестве индикатора короткоживущего радионуклида.Применение изотопного обмена для синтеза меченых соединенийимеет, конечно, и свои ограничения.
Эти ограничения, в частности,связаны с тем, что только немногие атомы в молекуле обычно связаныдостаточно лабильно, чтобы вступать в реакции обмена. В тех случаях, когда соединение, которое хотят пометить, содержит несколькообменивающихся атомов одного элемента, метку чаще всего нельзяввести в определенное место. При этом, если обменивающиеся атомыравноценны, происходит равномерное распределение меченых атомовпо всем положениям.
В противном же случае удельные активности покаждой из связей (при не очень больших временах протекания изотопного обмена) будут распределены в соответствии с прочностью этихсвязей.Следует подчеркнуть, что практический интерес для получениямеченых соединений представляют лишь такие реакции изотопногообмена, которые приводят к замещению атомов, не способных в обычных условиях к обратному обмену. Эти реакции с заметной скоростьюпротекают лишь при достаточно высокой температуре, в присутствиикатализаторов или при других специфических условиях. Те атомы,которые слишком легко вступают в реакции изотопного обмена, нетсмысла метить, так как это свойство не позволяет однозначно проследить за судьбой метки в химических процессах. Поскольку водородвесьма лабилен в группах О—Н, S—Н, N—Н, изотопным обменомцелесообразно получать соединения, в которых метка введена по связи С—Н.Большое значение, в особенности для синтеза сложных органических (в том числе, биологически активных) соединений, имеет использование метода Вильцбаха, в котором обменные реакции между атомами трития и органической молекулой индуцируются ^-распадомтрития.
Обменный процесс происходит в результате длительного выдерживания подлежащего метке органического вещества в атмосфере267газообразного трития высокой удельной активности. При (5-распадетрития молекула 3 Н 2 превращается в ион (3Н3Не)+. Энергия (3-излучения расходуется на возбуждение молекул трития (в результате чегоони диссоциируют на атомы), а также на возбуждение и ионизациюорганических молекул. Изотопный обмен происходит с участиемобразующихся реакционноспособных частиц — возбужденных молекул, ионов и атомарного трития — и может быть записан следующимобразом (волнистая стрелка означает передачу энергии):1.
З н 23*• ( З н 3 не) +fi3+( Н Не) + RH33• R H 4- (Н Не)+Недостатком метода Вильцбаха является неизбежное образованиепобочных продуктов, от которых приходится отделять нужное соединение.Атомы углерода, входящие в состав органических молекул, частомалоподвижны и в реакции изотопного обмена не вступают. Тем неменее возможны случаи, когда радиоактивный углерод может бытьвведен в органическую молекулу посредством изотопного обмена.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
