Как уже упоминалось, диоксины, в особенности галогенидные производные III-VIII, никогда не являлись целевой продукцией цивилизации. Они представляют собой лишь попутные микровыбросы ее жизнедеятельности.

Как будет видно, диоксины образуются в очень широком круге процессов в зависимости от строения и свойств предшественников, а также условий превращения. Это могут быть реакции нуклеофильного замещения, радикальные процессы, пиролиз. Кроме того, увеличение числа атомов галогена в сформировавшихся трициклах может происходить путем электрофильного замещения водорода на галоген [128].

Таким образом, несмотря на практическую ненужность для потребностей цивилизации, диоксины стали реальным фактом ее жизни. Вследствие этого они оказались необходимыми как при последовательном изучении их биологической активности, так и при получении стандартов, требуемых для аналитических и токсикологических целей, в том числе стандартов, меченных стабильными и радиоактивными изотопами. В связи с этим возникла необходимость в разработке методов синтеза самых разнообразных диоксинов - хлор-, бром- и даже смешанных хлорброморганических.

Первый представитель класса диоксинов - полностью хлорированный диоксин ОХДД - был синтезирован в Германии в 1872 г. [436]. Полностью бромированный диоксин - октабромдибензо-n-диоксин (ОБДД), был синтезирован в Японии в 1959 г. [437]. Для химии и токсикологии ПХДД и ПБДД принципиально важен, однако, 1957 г., когда были получены оба представителя 2,3,7,8-тетрагалогенидных дибензо-n-диоксинов - 2,3,7,8-ТХДД [281] и 2,3,7,8-ТБДД [285].

К настоящему времени синтезированы, выделены и полностью охарактеризованы все гомологи и изомеры ПХДД и ПХДФ, имеющие в своем скелете от 4 до 8 атомов хлора, в том числе все 22 ТХДД [438-441], все 14 пента-ХДД (ПнХДД) [442], все 10 гекса-ХДД (ГкХДД) [442,443], все 38 ТХДФ [423,444,445], все 28 ПнХДФ [423], все 16 ГкХДФ [423] и т.д. Синтезированы также все 209 ПХБ [446], ряд полихлорнафталинов (ПХН) [447], несколько полихлорбифениленов [448] и т.д. Кроме того, ведется синтез продуктов метаболизма диоксиновых соединений [449,450], а также различного рода структурно подобных веществ.

Основные пути целенаправленного синтеза диоксинов III и IV обобщены в работах [3,251,399]. В дальнейшем они получили определенное развитие. В настоящей главе рассмотрена лишь часть из них - те, что имеют или могут иметь препаративное значение, а также те, что могут объяснить пути возникновения диоксиновых соединений в тех или иных условиях.

III.1. Прямое галогенирование предшественников

Наиболее простым методом синтеза представляется прямое галогенирование. Эта реакция электрофильного замещения протонов на Cl+ или Br+ удобна при работе с незамещенными [281,285] или малогалогенированными [354,396] соединениями, поскольку первоначально атомы галогена вступают в латеральные положения диоксинового скелета.

При прямом хлорировании незамещенного дибензо-n-диоксина [281,285] последовательно образуются 2-моно-, 2,7-ди-, 2,3,7-три- и, наконец, 2,3,7,8-тетрахлордибензо-n-диоксины [251,285]. Ориентирующее влияние атома кислорода приводит к тому, что первоначально электрофильная атака Cl+ происходит в пара-положение по отношению к одному из кислородных атомов. Этим, по мнению авторов работы [354], определяется цепь последующих замещений:

Этим методом может быть синтезировано последнее соединение - высокотоксичный 2,3,7,8-ТХДД (I), который осаждается из-за низкой растворимости в хлороформе, в результате чего процесс заканчивается [281,354]. Первоначально так были синтезированы как сам 2,3,7,8-ТХДД (в присутствии хлорида железа и иода, использованных в качестве катализатора [281]), так и важный для аналитических целей его меченный изотопом 37Cl аналог [248]. Для получения ОХДД необходимы более жесткие условия [281,354], однако выделение целевого продукта из образующейся смеси считалось затруднительным [354]. Прямым бромированием был получен 2,3,7,8-ТБДД [285]:

При этом в отличие от предыдущего случая, когда преобладает 2,7-дихлор-изомер, с большим выходом образуется 2,8-дибромизомер [285].

Прямое хлорирование и бромирование удобно при синтезе аналитических стандартов дибензо-n-диоксина (и дибензофурана), меченных изотопом 13С. С его помощью были получены высокохлорированные 13C-дибензо-n-диоксины (исходя из 13C-2,3,7,8-ТХДД) [395], а также соединения, содержащие в 2,3,7,8-положениях от 1 до 3 атомов брома [398]. Прямым хлорированием получены и производные дибензофурана [399]:

Эффективно также прямое хлорирование полихлорированных дибензофуранов с помощью SbCl5 [451]. Прямое галогенирование может быть использовано при получении более сложных соединений, например, в одной из стадий многостадийного синтеза. В частности, оно было применено для получения некоторых смешанных соединений [357]:

Аналогично из 1,2,3,4-ТХДД путем варьирования условий хлорирования могут быть получены соответствующие пента- и гексахлордибензо-n-диоксины (в присутствии каталитических количеств хлорида железа и иода) [354]:

Выходы смешанных хлорбромпроизводных дибензо-n-диоксина и дибензофурана, образующихся при прямом бромировании ПХДД и ПХДФ с помощью Br2 в CCl4, сравнительно невелики. Оказалось, однако, что они резко возрастают, если просто проводить гамма-облучение растворов исходных полихлорированных соединений в дибромэтане [302].