Двумерная спектроскопия ЯМР NOESY в изучении пространственной структуры мономерных и димерных производных каликс[4]аренов в растворах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им В И Ульянова-Ленина

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра общей физики

На правах рукописи

Гадиев Тимур Артурович

ДВУМЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ЯМР ШЕБУ В ИЗУЧЕНИИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ МОНОМЕРНЫХ И ДИМЕРНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ КАЛИКС[4]АРЕНОВ В РАСТВОРАХ

01 04 07 — физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степек" кандидата физико-математических нау

ои-з 1 « ----

Казань - 2007

003178019

Работа выполнена на кафедре общей физики и в лаборатории Исследования структуры органических соединений Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Казанский государственный университет им В И Ульянова-Ленина»

Научный руководитель доктор химических наук

профессор Клочков В В Научный консультант доктор химических наук

Каратаева Ф X

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

профессор Скирда В Д

доктор физико-математических наук, Крушельницкий А Г

Ведущая организация Институт органической и физической химии им А Е Арбузова КНЦ РАН, г Казань

Защита состоится 27 декабря в 16 ч 30 мин на заседании Диссертационного совета Д 212 081.15 при Казанском государственном университете по адресу 420008, г Казань, ул Кремлевская 18

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им Н И Лобачевского Казанского государственного университета

Отзывы на автореферат, заверенные гербовой печатью организации, просьба направлять по указанному адресу в двух экземплярах не позднее, чем за две недели до защиты

Автореферат разослан " 16" Ш^Л 2007

Ученый секретарь Диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор Еремин М В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Объект исследования и актуальность темы. Современные возможности спектроскопии ЯМР позволяют исследовать не только внутренние свойства вещества, включая геометрию и пространственное строение, но и свойства, проявляющиеся при взаимодействии молекул друг с другом, например, такие, как способность макроциклических систем к комплексообразованию по типу «гость-хозяин» и т д

Среди прочих методик ЯМР, позволяющих решать подобные задачи, наиболее подходящей является двумерная спектроскопия ЯМР ЫОЕБУ Следует отметить, что двумерная спектроскопия ЫОЕБУ недостаточно адаптирована к исследованию пространственной структуры молекул, попадающих под условие быстрого движения (ш<утс 1, гс — время корреляции, ыо ~~ резонансная частота ядер) Поэтому весьма ответственным является выбор наиболее удобного подхода для получения количественной информации о межпротонных расстояниях в молекулах, ошибка измерения в которых была бы минимальна В настоящее время нет также единой концепции влияния среды на геометрические параметры, характеризующие конформацию циклических соединений Поэтому вопрос об изменении пространственной структуры циклов, определяемой методом двумерной спектроскопии ЯМР ГТОЕБУ, при смене среды также весьма интересен

В качестве объектов исследования были выбраны производные калике[4]аренов и тиакаликс[4]аренов различного строения, находящиеся в разных конформационных состояниях, а также ди-мерная супрамолекулярная система — димер тетратолилмочевины калике [4] арена тетрапентилового эфира с включенной в качестве «гостя» молекулой бензола Эти соединения представляют интерес как универсальные строительные блоки для синтеза разнообразных, в том числе новых супрамолекулярных соединений и наноструктур

Целью настоящей работы являлось изучение пространственного строения вновь синтезированных производных ка-ликс[4]аренов и тиакаликс[4]аренов методами одно- и двумерной спектроскопии ЯМР ХН в растворах, отработка и реализация подхода ЯМР ЬЮЕБУ для количественного определения межпротонных расстояний в конформационно жестких циклах, выявление эффектов среды на эти геометрические параметры, а также изучение влияния типа заместителей каликс[4]аренового обода на пространственную структуру соединений

Научная новизна.

1 Для адаптации традиционного метода ЫОЕБУ ЯМР спектроскопии к анализу молекул с малым временем корреляции тс (условие предельного сужения линий) и использованию сокращенных релаксационных задержек модифицирован подход, основанный на вычислении усредненной относительной

интегральной интенсивности (S Macura, J Magn Reson , 1986, v 70, p 493-499), позволяющий существенно сократить необходимое время эксперимента для получения информации о молекулярной структуре органических соединений Определены основные факторы, влияющие на точность измерений

2 Методами одно- и двумерной спектроскопии ЯМР 'Н (COSY, NOESY) изучен ряд вновь синтезированных производных каликс[4]аренов и тиакаликс[4]аренов различного строения Получены спектральные характеристики и определены кон-формации молекул

3 Методами спектроскопии ЯМР NOESY измерены межпротонные расстояния и определена пространственная структура в конформационно жестких системах в различных растворителях

Научная и практическая ценность.

1 Предложенная методика позволяет эффективно исследовать структуру органических соединений с малым временем корреляции С помощью предложенного метода был изучен ряд производных калике[4]аренов и тиакаликс[4]аренов Соединения подобного типа используются в качестве исходных материалов для синтеза новых супрамолекулярных систем Установленные конформации, спектральные параметры ЯМР и измеренные межпротонные расстояния в изученных соединениях могут быть использованы в качестве справочного материала

2 Установлена хорошая сходимость результатов теоретического моделирования структур и экспериментального определения межпротонных расстояний, что доказывает эффективность применения усовершенствованной методики измерения межпротонных расстояний в молекулах, характеризующихся большим и малым временем корреляции

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается согласием с аналогичными исследованиями, проводимыми другими методами, в частности, с данными численного моделирования на основе квантово-механических расчетов и рентгенострук-турного анализа

На защиту выносятся положения, сформулированные в выводах

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях IX, X, XI, XII Всероссийская конференция «Структура и динамика молекулярных систем» (Йошкар-Ола, 2002, 2003, 2004, 2005), молодежная научная школа «Новые аспекты применения магнитного резонанса» (Казань, 2000), Всероссийская конференция «Новые достижения ЯМР в структурных исследованиях» (Казань, 2000, 2005), I Научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов

«Материалы и технологии XXI века» (Казань, 2000), VI Международный семинар по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) (Ростов-на-Дону, 2002), Молодежная научная школа «Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений» (Казань, 2002), XVII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Казань, 2003)

Публикация результатов исследований По материалам диссертации опубликовано 14 работ, из них 3 статьи в центральной печати, 3 — в сборниках статей, 8 — тезисы докладов

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы

Диссертационная работа выполнена на кафедре общей физики и в научно-исследовательской лаборатории «Изучения Строения Органических Соединений» химического факультета Казанского государственного университета в соответствии с планами грантов — Российского фонда фундаментальных исследований (гранты №99-03-32234а, 03-03-33112а, 06-03-32101а), а также ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008)» — «ЯМР исследование структуры малых молекул, введенных в лиотропную среду, механизмов диффузии малых амфифильных молекул (лекарств) в средах, содержащих водную и лиотропную фазу (биологические мембраны)»

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулирована цель и задачи диссертационной работы, перечислены полученные в диссертации новые результаты, их практическая ценность, представлены положения, выносимые на защиту, и описана структура диссертации

В первой главе изложены общие положения теории одномерной и двумерной спектроскопии ЯМР Рассмотрена двухспиновая система, механизмы релаксации и проявления ядерного эффекта Оверхаузера, приведены общие положения теории двумерной спектроскопии NOESY для жестких систем и систем с химическим обменом

Также в главе рассмотрены характерные особенности поведения спиновых систем в предельных случаях быстрого и медленного движения Характер приближения определяется значением параметра wrc, где ш — резонансная частота, а гс — характерное время корреляции спиновой системы

Вторая глава посвящена описанию объектов исследования, описана техника проведения экспериментов и условия записи спектров ЯМР

Каликс[п]арены — это класс макроциклических соединений, основными составляющими элементами которого являются феноль-ные и метиленовые группы Термин «каликс[п]арен» был введен в литературу Гютше с сотрудниками в 1978 г (Gutsche, С D , J Org Chem , 1978, v 43, №25, p 4905-4906) «Калике» (k^AlE,) -

верхний обод

Рис. 1 Схематическое представление структуры молекулы каликсарена

от греческого «чаша, кубок» — говорит о специфической, корзино-подобной форме молекулы, «арен» свидетельствует о наличии ароматических циклов в макроцикличе-ском ансамбле (рис 1)

Многочисленные исследования показали, что производные каликсарена могут существовать в различных конформациях, поскольку две вращательные степени свободы фенольных групп в составе молекулы дают множество возможных вариантов равновесной конформации

В данной работе объектами исследования являлись квад-роциклические производные ка-ликс[4]аренов Данная группа макроциклов образует 4 устойчивые конформации «конус», «частичный конус», «1,2-альтернат» и «1,3-альтернат» (рис 2)

000 о

1 I \ 4

н, н, к.

частичный конус

Рис. 2 Устойчивые конформации молекулы каликс[4]арена

В главе перечислены химические названия и нумерация исследованных соединений

(1а) Монозамещенный р-трет-бутил-тиакаликс[4]арен, содержащий в качестве заместителя нижнего обода группу -СН2 -С(О) - NH — С6Н4 - NO2 в положении 3, и гидроксильные группы -ОН в положениях 1, 2 и 4 (Ib) 1,3-дизамещенный р-трет-бутил-тиакаликс[4]арен с замещением нижнего обода группой -CH2-C(0) —NH-C0H4-NO2 в положениях 1 и 3 (II) Дизамещенный каликс[4]арен, соединенный по нижнему ободу орто-ксиленовым мостиком в положениях 1 и 3

(III) Тетразамещенный /7-трет-бутил-тиакаликс[4]арен с замещением нижнего обода группой -СН2 - С6Н4 - СН2 - ОН

(IV) Тетразамещенный /?-трет-бутил-тиакаликс[4]арен с замещением нижнего обода группой —СН2 - С()Н4 — О — СбН4 — N02

(Va) Бискаликс[4]арен, соединенный двумя пара-ксиленовыми мостиками по нижнему ободу в положении 1 и 3 (Vb) Бискаликс[4]арен, соединенный двумя орто-ксиленовыми

мостиками по нижнему ободу в положениях 1 и 3 (Ve) Бискаликс[4]арен, соединенный двумя диэтиленгликолевыми

мостиками по нижнему ободу в положении 1 и 3 (VI) Димер тетратолилмочевины калике[4]арена тетрапентилового эфира

Экспериментальные исследования объектов в растворах проводилось методами спектроскопии ЯМР с использованием современных методик В качестве растворителей использовались органические растворители, широко используемые в спектроскопии ЯМР хлороформ (cdci3), бензол (CcDf,), хлористый метилен (CD2CI2), ацетон ((CD3)2CO), ацетонитрил (cd3cn) Чистота растворителей контролировалась по спектрам ЯМР 'Н и 13С Все образцы готовились в стандартных 5 мм ампулах Рабочие концентрации веществ составляли от 0,5% до 1% по массе

Все одномерные и двумерные (COSY и NOESY) спектры записаны на многофункциональном импульсном спектрометре ЯМР с фурье-преобразованием «Unity-ЗОО» фирмы «Varían Associates Inc» (США), с рабочей частотой 299,94 МГц на ядрах !Н и 75,42 МГц на ядрах 1 !С

При расшифровке спектров сложных спиновых систем .для отнесения групп линий использовалась двумерная последовательность ЯМР 'Н COSY, входящая в пакет программ ЯМР спектрометра «Unity-ЗОО» Измерение констант скорости кросс-релаксации и межпротонных расстояний проводилось на основе изучения двумерных ЯМР-спектров NOESY, полученных либо с помощью стандартной последовательности, либо с применением сокращенной релаксационной задержки (Fast NOESY)

При записи двумерных спектров использовались рекомендации, описанные в руководстве по эксплуатации спектрометра

«Unity-ЗОО» Для уменьшения неточности калибровки 90" импульсов использовались импульсные последовательности с фазовыми циклами При записи спектров NOESY использовалась фазочув-ствительная импульсная последовательность

Моделирование молекулярных структур исследуемых соединений производилось при помощи программы МОРАС Для модели оптимизации в качестве базиса использовались методы AMI и РМЗ, дающие наибольшую точность в определении величины межъядерных расстояний для атомов водорода и углерода

I

о он'

1Н'.

0=А ,

NH*

т

N0,

(lb)

(Va) (Vb) (Vc)

Рис. 3 Структуры исследуемых соединений (I)-(Vc)

(iii) (iv)

Рис 4 Структуры исследуемых соединений (III), (IV)

аЫНч 2аЫн'

ЧС=0

Ме

" \

н^-н/1 «у_0

нч --и11)=о-.ни;

н% -нм-

Рис. 5 Структура калике[4]аренового скелета и схема димериза-ции соединения (VI)

Третья глава посвящена методам определения межпротонных расстояний в растворах для конформационно жестких молекул на основе двумерной спектроскопии ЯМР NOESY

Ключевым моментом всех экспериментальных методик является получение зависимости величин интегральных интенсивно-стей пиков двумерного спектра от времени смешивания Из этой зависимости с помощью различных методов обработки и интерпретации экспериментальных данных извлекают информацию о значениях констант скорости кросс-релаксации В зависимости от используемого метода требуется накопить некоторое количество экспериментальных NOESY-спектров, измеренных при различных значениях тт

С целью упрощения анализа зависимости интегральных ин-тенсивностей от времени смешивания тт используют приближение начальной скорости Начальная скорость изменения интегральной интенсивности пика двумерного спектра at] пропорциональна соответствующему матричному элементу RtJ кросс-релаксационной матрицы R Для кросс-пиков скорость изменения интенсивности будет прямо пропорциональна константам скорости кросс-релаксации аг] Сами константы скорости кросс-релаксации между ядрами г и з обратно пропорциональны расстоянию между данными ядрами

П,Те

(О

При известном расстоянии гсл\ между одной калибровочной парой ядер с соответствующей константой скорости кросс-релаксации аса] можно из относительных значений констант кросс-релаксации определить расстояния между остальными взаимодействующими ядрами

T'j=rrai(5£) (2)

Выражение (2) также можно записать в виде

1/ь

(3)

где

0 _ "га!

< = ^ (4)

■> Пг

При исследовании молекул с малым временем корреляции (итс С 1) методом двумерной спектроскопии ЯМР следует учитывать ряд особенностей данных систем, затрудняющих получение адекватных результатов

Прежде всего, это относительно небольшие значения интегральной интенсивности кросс-пиков, наблюдаемые в спектрах малых молекул Малая интенсивность кросс-пиков зачастую оказывается недостаточной для обнаружения и измерения, теряясь на фоне шума Малая величина отношения сигнал/шум заставляет при проведении измерений использовать большое число накоплений сигнала, что многократно увеличивает необходимое время эксперимента Это, в свою очередь, усугубляет влияние других отрицательных факторов, таких как дрейф экспериментальных параметров и изменение свойств самого образца с течением времени

Вторым по значимости фактором, влияющим на эксперименты спектроскопии NOESY, является релаксационная задержка между сериями импульсов, необходимая для восстановления начальной намагниченности и позволяющая предотвратить эффект насыщения Для достижения данного результата длительность импульсной последовательности D должна быть существенно больше времени продольной релаксации Т\ На практике принято считать, что при соблюдении условия

D > 5Г, (5)

намагниченность успевает практически полностью восстановить равновесное значение, и эффекты продольной интерференции, вызванной насыщением, можно считать пренебрежимо малыми

Известно, что молекулы с короткими временами корреляции (характерными для малых молекул и невязких растворов) обладают существенно большими значениями времен спин-решеточной релаксации Т] Время одного двумерного эксперимента NOESY для таких молекул может достигать десятков часов, что создает дополнительные трудности и усугубляет влияние эффектов дрейфа параметров

Было показано, что в целом ряде случаев можно отступить от условия (5), уменьшив значение релаксационной задержки сверх обычного Данная методика, основанная на использовании неполной релаксационной задержки, получила название Fast NOESY Было показано, что ее применение во многих случаях позволяет кардинально уменьшить время эксперимента за счет незначительной потери в точности определения констант кросс-релаксации и межпротонных расстояний исследуемого соединения

Оптимальное значение параметра D, при котором для заданного значения отношения сигнал/шум необходимое время эксперимента будет наименьшим, приближенно равно

Дч* «l,256 7i (6)

При вычислении значения параметра D в таком эксперименте, для интересующей группы ядер выбирается наибольшее значение времени релаксации Ti из всех имеющихся в группе

Нужно отметить, что при использовании неполной релаксационной задержки интенсивность парных кросс-пиков меняется несимметрично Поэтому при анализе приходится либо учитывать

различие в значениях парных кросс-пиков, вычисляя интенсивности в отсутствие насыщения, либо использовать другие методы обработки данных, таких как нормировка кросс-пиков на соответствующие им диагональные Последний способ обладает рядом преимуществ, на которых стоит остановиться подробнее

В работе (Б Масига Л Мадп Иеэоп 1986 , v 70 , р 493499) был предложен усовершенствованный метод анализа данных спектроскопии ЫОЕБУ в приближении начальной скорости, основанный на вычислении отношений интегральных интенсивностей кросс-пиков к соответствующим им диагональным Он позволяет облегчить анализ зависимости экспериментальных данных от времени смешивания и улучшить точность определения констант скорости кросс-релаксации

Характер зависимости от времени смешивания тт интегральных интенсивностей кросс-пиков и соответствующих им диагональных пиков может быть представлен следующим образом

К(тт)| = а,ь ( ОуТт - ^^(Ри + р„) - у а1как] -г ) (7)

2

К(7т)I = аоу^1- РЛТ„, + у Як, - ^ (8)

Учитывая, что пга^ = гг7ао(, из выражений (7) и (8) можно выразить нормированную интенсивность кросс-пика, выраженную через отношение абсолютной интегральной интенсивности кросс-пика к взвешенной интегральной интенсивности соответствующих диагональных пиков

-, , , (9)

^аи{тт) + ±п,ал(тт)

Использование подобной нормировки позволяет улучшить зависимость получаемой величины от времени смешивания и упростить анализ за счет того, что полученная зависимость близка к линейной Однако предложенный метод не учитывает нарушение симметрии двумерного спектра, возникающей вследствие эффектов насыщения при использовании неполной релаксационной задержки

С целью адаптации данного метода к анализу молекул с малым временем корреляции и использованию сокращенных релаксационных задержек мы усовершенствовали данный подход путем перехода к вычислению усредненной относительной интегральной интенсивности Вычисление усредненного отношения интегральных интенсивностей кросс-пиков к диагональным позволяет упростить зависимость за счет уничтожения наиболее значимых по величине слагаемых второго порядка относительно тт Таким образом, зави-

1 г 1 |аг,(гт)| 1 |а„(гю)п

симость выражения - < ——Ч—-НЧ—гг ^ от времени сме-

2 ККДтшМ и, |«»(тш)и

шивания можно с высокой точностью считать линейной, причем

для значений rm гораздо больших, чем это позволяет обычное приближение начальной скорости первого порядка

1 [ 1 К(гш)1 1 1Мгш)11 _о_ nm

Hn-^wr^Mgr чш * ;

Результаты сравнения традиционной методики, основанной на измерении временной зависимости абсолютных интегральных ин-тенсивностей кросс-пиков, с усовершенствованным подходом, описанным выше, можно увидеть на рис 6, 7

В случае применения традиционного подхода зависимость интегральных интенсивностей кросс-пиков фактически не поддается анализу по причине сильных флуктуаций и разброса значений, вызванных дрейфом экспериментальных параметров для разных значений времени смешивания тт Также не выполняется стандартное приближение начальной скорости, поскольку диапазон используемых значений времени смешивания выходит за границы, при которых допустимо линейное приближение Усовершенствованный подход, основанный на вычислении усредненной относительной интегральной интенсивности кросс-пиков, позволяет получить хорошо выраженную линейную зависимость полученных данных от времени смешивания

Возможности предложенного метода демонстрируются на примере молекул моно- и дизамещенных каликс[4]аренов

В четвертой главе описаны спектры ЯМР 1Н, COSY и NOESY производных калике[4]аренов и тиакаликс[4]аренов На основании анализа параметров спектров ЯМР определены конфор-мации и структурные особенности систем Представлены результаты измерения межпротонных расстояний в сравнении с данными компьютерного моделирования молекулярных структур

Усовершенствованная методика измерений межпротонных расстояний была апробирована на более сложных производных калике [4] аренов Первым соединением из этой серии стал квадро-цикл на основе калике[4]арена с замещением нижнего обода орто-ксиленовым мостиком, соединяющим сегменты каликс[4]аренового обода в 1-ом и 3-ем положениях (II) (см табл 1) На рис 8 в качестве примера приведен двумерный спектр NOESY соединения

(И)

При вычислении абсолютных значений межпротонных расстояний в качестве калибровочного использовалось расстояние между метиленовыми протонами Н7, Н* межсегментного мостика калик-саренового скелета (II) Выбор был обусловлен тем, что данное расстояние является наименьшим среди исследуемых пар взаимодействующих протонов

] * 1 . ,------ 1 1 1

-0,20 : 40

-0,22 1

+

-0,24 - о ф -

-0,26 - О -

-0,26 + + + О + + -

-0,30 о о -

-0,32 - о -

-0.34 | 1 1 , 1 - 1_

0.2 0,3 0.4 0,5 0,в 0,7

Тш, С

Рис. 6: Зависимость от времени смешивания тт абсолютной интегральной интенсивности кросс-пиков для пары протонов Н1, Н"

соединения (Уа)

Рис. 7: Зависимость от времени смешивания усредненной относительной интенсивности кросс-пиков для той же пары протонов Н1, Н" соединения (Уа)

Полученные экспериментальные результаты измерения межпротонных расстояний в совокупности с результатами компьютерного моделирования (табл. 1) показывают хорошее соответствие. Значение расстояния между ароматическими протонами орто-ксиленовой группы (Н1, Н2) близко к ожидаемому. Благодаря хорошему разделению линий в спектре ЯМР 'Н, удалось получить значения расстояния между ароматическими протонами соседних сегментов верхнего обода (Н4, Н5). Обычно это не удается из-за сильного перекрывания линий данных групп ядер.

Следующими объектами исследования стали структурно подобные соединения (III) и (IV) (см. рис. 4). Здесь, как и в случае соединений (la), (ib) и (II), основной задачей было изучение конформации молекул в растворах и количественное определение межпротонных расстояний методом двумерной спектроскопии ЯМР NOESY. Результаты измерений представлены в табл. 2.

В главе 4 также представлены результаты исследования структуры некоторых производных бискаликс[4]аренов, использованных в работе. Первым описан бискаликс[4]арен, соединенный двумя /шра-ксиленовыми мостиками по нижнему ободу в положе-

Таблица 1 Результаты измерения межпротонных расстояний для соединения (II) в растворе хлороформа и рассчетные значения этих же расстояний, полученные методом компьютерного моделирования структуры Звездочкой (*) обозначено калибровочное расстояние_

Пара

г, А

г, А

протонов (хлороформ) (рассч )

Н'-Н2 2 42 ± 0 11 2 46

Н!-ОН3 2 55 ± 0 13 2 49

Н7-Н8 18* 1 8*

Н4-Н5 2 48 ± 0 14 2 53

H'-CHij 2 36 ± 0 10 2 42

OHJ-CH^ 2 82 ± 0 23 2 75

ОН3-Н7 2 62 ± 0 17 2 80

Таблица 2 Результаты измерения межпротонных расстояния для соединений (III) и (IV) в растворе дейтерохлороформа Знаком (*) _обозначено калибровочное расстояние_

Соединение (III) Соединение (IV)

Пара протонов г, А Пара протонов г, А

Н7-Н8 2,49* Н7 - Н8 2,49*

Н7-СН^ 2,74 ±0,13 Н7-СН^ 2,68 ±0,12

Н3-СН^ 2,87 ±0,13 Н3-СН^ 2,81 ±0,14

Н3-Н4а 2,55 ±0,12 Н3-Н4а 2,63 ± 0,14

Н7-Н4а 3,28 ±0,23 Н7-Н4а 3,48 ±0,25

сн^-н4* 3,49 ±0,26 СН^-Н8 3,31 ±0,24

СН™-Н8 2,75 ±0,15 Нп-Н12 2,53 ±0,13

Н3-Н7 2,68 ±0,16 Н3-Н7 2,97 ±0,19

нии 1 и 3 (Уа) Совокупный анализ данных одномерного и двумерного спектров ЯМР ХН указывает на симметричность структуры, характерную для конформаций «конус» или «1,3-альтернат» В пользу конформации «конус» свидетельствует наличие кросс-пиков между сигналами групп —ОН, ароматических протонов Н1 и аксиального протона Н" метиленового мостика каликсаренового скелета Кроме того, в спектре ГЮЕБУ наблюдаются кросс-пики ЯЭО между линиями протонов ароматической группы соседних сегмен-

Таблица 3 Результаты измерения межпротонных расстояний для соединения (Уа) и результаты рассчетов, полученных методом ком-

г

Пара протонов г(эксп), а г(ам1), а г(рмз), А

ОН-Н1 2,60 ±0,05 2,64 2,58

Н2-Н3 2,59 ±0,06 2,52 2,54

Н^-Н" 1,76* 1,76* 1,76*

На-СН2 2,30 ±0,02 2,48 2,36

Н'-снг 2,36 ±0,03 2,43 2,38

Н'-Н" 2,79 ±0,07 2,83 2,81

ОН-На 2,24 ±0,03 1,96 2,18

тов каликсаренового обода — Н2 и Н3 Результаты измерений расстояний для соединения (Va), а также его структура представлены в таблице 3

Таким же образом нами были исследованы структурно подобные соединения — (Vb) и (Vc) Соединение (Vb) представляет собой бискаликс[4]арен, соединенный двумя о/?ото-ксиленовыми мостиками по нижнему ободу в положениях 1 и 3 Строение спектра в целом аналогично спектру соединения (Va) Однако ароматические протоны орто-ксиленовой группы, в отличие от пара-ксиленовой, не являются магнитно эквивалентными

Соединение (Vc) — бискаликс[4]арен, соединенный двумя ди-этиленгликолевыми мостиками по нижнему ободу в положениях 1 и 3 На основе анализа двумерного спектра NOESY для соединений (Vb) и (Vc) также определена конформация «конус» Соответствующие результаты суммированы в таблицах 4, 5 Анализ данных таблиц позволяет сделать вывод о достаточно хорошем соответствии экспериментальных и рассчетных значений межпротонных расстояний

Среди исследованных нами соединений имелся также образец димера тетратолилмочевины каликс[4]арена тетрапентилового эфира Данное соединение в растворах, как показали данныечдву-мерной спектроскопии NOESY, соответствует условию медленного движения Тем не менее, время релаксации Т\ для соединения (VI) в растворах составляло значительную величину (Т\ ~ 0,5 — 10 с), а значит, при стандартном подходе необходимо использовать длительную релаксационную задержку для компенсации эффектов насыщения, что, соответственно, приводит к значительному увеличению времени эксперимента Исходя из этих соображений, при анализе структуры данной молекулы был выбран метод анализа начальной скорости изменения интенсивностей кросс-пиков в ком-

Таблица 4 Результаты измерения межпротонных расстояний и рас-счетов, полученных методом компьютерного моделирования (методы AMI и РМЗ) для соединения (УЬ)

Пара протонов г(эксп ), А r(AMl), А г(РМЗ), А

он-н1 2,54 ±0,05 2,42 2,50

н2 - н3 2,53 ± 0,07 2,51 2,54

ня-нг 1,76* 1,76* 1,76*

на-сн2 2,38 ± 0,04 2,44 2,36

н4-сн2 2,42 ±0,07 2,55 2,48

н4-на 2,21 ±0,04 2,39 2,31

он-на 2,19 ±0,06 2,11 2,23

нг-н4 2,40 ±0,06 2,42 2 39

бинации с сокращенной релаксационной задержкой Применение усовершенствованного подхода позволило существенно сократить время эксперимента, необходимое для определения межпротонных расстояний, без уменьшения точности результатов измерения Это также подтвердило эффективность применения усовершенствованного подхода и для соединений, по своему поведению выходящих за рамки условия предельного сужения линий, но проявляющих свойства длинных времен продольной релаксации

В таблице 6 представлены результаты измерений межпротонных расстояний соединения (VI) в растворах бензола и циклогекса-

Таблица 5 Результаты измерения межпротонных расстояний и рас-счетов, полученных методом компьютерного моделирования (методы AMI и РМЗ) для соединения (Vc)

ТВ« IT BU

1 п |Г 1 ]Г

- JW I - X

0, н* 0

Nll >

\ 0 /

II >

о" If о

Г 1 ¡1

Si-'N А

Т н! н Т н

[Т Ни [тьн

Пара протонов

Н2 - Н3 Нп-Нр

н2-нг

ОН-Н"

г(эксп ), А г(АМ1), А г(РМЗ), А

2,55 ±0,07

1,76* 2,58 ± 0,06 2,15 ±0,02

2,45 1,76* 2,60 2,04

2,51 1,76* 2,53 2,16

на Результаты экспериментальных измерении сравнивались с результатами, полученными методом компьютерного моделирования структуры молекулы (квантово-механический алгоритм оптимизации геометрической структуры), а также с результатами рентгено-структурного анализа Было установлено, что смена растворителя не оказывает существенного влияния на геометрию молекулы, т к различие в значениях определенных нами межпротонных расстояний не превышают экспериментальной погрешности

Таблица 6 Экспериментальные и расчетные значения межпротонных расстояний соединения (VI) в растворах бензола и циклогек-_сана_

Пара протонов г,А (бензол) г, А (циклогексан) г, А (рассч )

3аН - 2аШ 2,16 2,11 2,08

1аШ - 2аЫН 1,85 1,97 2,01

АН - 2аЫН 2,74 2,98 2,88

аН - Нах 2,87 3,04 2,91

аН-АН 2,34 2,45 2,39

аН - Неч 2,22 2,40 2,28

АН - 1аЫН 2,23 2,14 2,15

АН - Нес, 2,50 2,46 2,32

Нах """ Нес 1,76 1,76 1,76

Выводы

На основе данных экспериментального изучения (одно- и двумерная спектроскопия ЯМР *Н) и теоретического моделирования молекулярной структуры (с использованием программы МОРАС 70, методы AMI и РМЗ) производных калике[4]аренов и тиака-ликс[4]аренов различного строения получены следующие основные результаты

1 С целью адаптации традиционного метода спектроскопии ЯМР NOESY к анализу молекул с малым временем корреляции гс (условие предельного сужения линий) и использованию сокращенных релаксационных задержек был модифицирован подход, основанный на вычислении усредненной относительной интегральной интенсивности Показано, что использование предложенного подхода позволяет, по сравнению с традиционным, получить большую точность измерений констант скорости кросс-релаксации за данное время эксперимента либо существенно сократить время эксперимента без потери точности измерений Методика исследования апробирована на производных каликс[4]аренов и тиа-каликс[4]аренов различного строения

2 Установлено, что монозамещенный и 1,3-дизамещенный р-трет-бутил-тиакаликс[4]арены с замещением нижнего обода группами -СН2 - С(О) - NH - СеН* - N02 в растворах существуют в конформации «конус» Полученные экспериментально (2D ЯМР NOESY) межпротонные расстояния находятся в хорошем соответствии с расчетными На основе одно- и двумерной спектроскопии ЯМР определена конформация диза-мещенного калике[4]арена, соединенного по нижнему ободу орто-ксиленовым мостиком в положениях 1 и 3 — «конус», и измерены межпротонные расстояния Показано, что при хорошем разрешении сигналов ароматических протонов (обычно перекрывающихся) можно измерить расстояние между протонами соседних ареновых колец макроцикла

3 Методами одно- и двумерной спектроскопии (COSY, NOESY) определены межпротонные расстояния в тетразамещенных р-третбутилтиакаликс [4]аренах Путем сравнительного анализа результатов эксперимента (с выявлением характеристичных кросс-пиков) и рассчета для структурно аналогичных групп доказано, что тетразамещенный р-трет-бутил-тиака-ликс[4]арен с замещением нижнего обода группой -СН2 -С„Н4 — СН2 — ОН и тетразамещенный р-трет-бутил-тиака-ликс[4]арен с замещением нижнего обода группой -СН2 -С6Н1 - О - С6Н4 - N02 в растворе существуют в конформации 1,3-альтернат

4 Наилучшая сходимость результатов измерения и расчетов межпротонных расстояний получена для бискаликс[4]аренов

Показано, что бискаликс[4]арены, соединенные двумя пара-ксиленовыми мостиками, двумя орто-ксиленовыми мостиками, и двумя диэтиленгликолевыми мостиками по нижнему ободу в положении 1 и 3, существуют в конформации «конус»

5 На примере изучения структуры молекулы димера тетрато-лилмочевины каликс[4]арена тетрапентилового эфира показано, что усовершенствованная методика (с сокращенной релаксационной задержкой) измерения межпротонных расстояний может успешно применяться для молекул с большим временем корреляции Установлено, что димер в растворах бензола и циклогексана существует в конформации «конус» Показано, что в ряду растворителей, используемых в данной работе, не обнаружено значительного влияния типа растворителя на геометрию исследуемых молекул, и результаты измерения межпротонных расстояний остаются в пределах экспериментальной погрешности

Публикации автора по теме диссертации

1 Gadiev, Т. A. Analysis of the Spatial Structure of Calixarenes in Solutions by 2-D NMR (NOESY) Spectroscopy / T. A. Gadiev, В I Khairutdinov, I S Antipin and V V Klochkov // Appl Magn Reson - 2006 - v 30, part 2 - p 347-351

2 Stoikov, I I New materials based on tubular nanodimen-sional structures 1 Synthesis, structural studies and determination of interproton distances in solutions of functional-lzed thiacalix[4]arenes according to NMR spectroscopic data (NOESY) / I I Stoikov, D S Ibragimova, I S Antipin, A I Konovalov, T. A. Gadiev, В I Khairutdinov, F H Karataeva, V V KJochkov // Rus Chem Bull - 2004 - v 53, №10 -p 2269-2275

3 Gadiev, T. A. Spatial Structure of Dimeric Capsules of Tetrau-rea Calix[4]arenes in Solutions According to 2-D NMR (NOESY) Spectroscopy / T. A. Gadiev, В I Khairutdinov, R A Shaikhutdi-nov, F Kh Karatayeva, A V Aganov and V V Klochkov // Appl Magn Reson - 2003 - v 25, part 2 - p 347-351

4 Гадиев, Т.А. Изучение структуры каликс[4]аренов и тиа-каликс[4]аренов методом двумерной NOESY-спектроскопии / Т. А. Гадиев, Н И Копытова, Д Ш Ибрагимова, В В Клочков // XII Всеросс конф «Структура и динамика молекулярных систем» Сборник статей — Й-Ола, Казань, Уфа, Москва - 2005 - т 1 - с 190-194

5 Каратаева Ф X Строение р-третбутил-замещенных тиакалик-саренов, содержащих амидный фрагмент / Ф X Каратаева, Р P Вагизова, Т. А. Гадиев, И И Стойков, И С Антипин, В В Клочков // XI Всероссийская конференция «Структура и динамика молекулярных систем» Сборник статей — Казань, 2004 - ч 1 - с 448-451

6 Гадиев, Т. А. Изучение прстранственной структуры производных тиакаликс[4]аренов, содержащих амидные фрагменты / Т. А. Гадиев, Р Р Вагизова, Б И Хайрутдинов, Ф X Каратаева, В В Клочков // XI Всероссийская конференция «Структура и динамика молекулярных систем» Сборник статей — Й-Ола, Казань, Уфа, 2004 - ч 3 - с 116-119

7 Каратаева, Ф X Структура дизамещенного />-третбутилтиака-ликс[4]арена Данные 1 и 2D спектроскопии ЯМР / Ф X Каратаева, Р Р Вагизова, Т. А. Гадиев, И И Стойков, И С Антипин, В В Клочков // Тезисы докладов ХШ-ой Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» Й-Ола, Уфа, Казань, Москва, РФ 25 июня-1 июля 2006 г - с 109

8 Karataeva, F Kh The structure of some thiacalixarene derivatives comtammg amide fragment Data of NMR 2D (NOESY) spectroscopy / F Kh Karataeva, R R Vagizova, T. A. Gadiev, I I Stojkov, I S Antipin, V V Klochkov // Book of abstracts of Second International Symposium "NMR in Condensed matter" — Saint Peterburg State University — 2005 — p 85

9 Каратаева, Ф X Строение монозамещенного р-трет-бутил-тиа-каликс[4]арена / Ф X Каратаева, Р Р Вагизова, Т. А. Гадиев, И И Стоиков, И С Антипин, В В Клочков // XII Всеросс конф «Структура и динамика мол систем» Тез докл — Й -Ола, Уфа, Казань, М , 2005 - с 94

10 Каратаева, Ф X Изучение строения производных р- третбу-тил тиакаликсаренов, содержащих амидный фрагмент методами ЯМР ID и 2D спектроскопии / Ф X Каратаева, Р Р Вагизова, Т. А. Гадиев, И И Стоиков, И С Антипин, В В Клочков // Тезисы докл IV Всероссийской конференции «Новые достижения ЯМР в структурных исследованиях» Изд-во Полиграф комплекс физического факультета Казань, КГУ Апрель, 4-7 - 2005 - с 69

11 Гадиев, Т. А. Измерения межпротонных расстояний и изучение прстранственной структуры органических молекул замещенных каликс[4]аренов методом двумерной ЯМР-спектроскопии / Т. А. Гадиев, Б И Хайрутдинов, Д Ш Ибрагимова, В В Клочков // Тезисы докладов Юбилейной научной конференции физического факультета — Казань, 10 ноября 2004 - с 65

12 Гадиев, Т. А. Изучение пространственной структуры замещенных калике(4]аренов в димерной и мономерной формах в растворах / Т. А. Гадиев, Б И Хайрутдинов, В В Клочков, И И Стоиков, И С Антипин // X Всеросс конф «Структура и динамика молекулярных систем» Тез докл — Казань, 2003 - с 199-202

13 Гадиев, Т. А. Исследование влияния среды на пространственную структуру замещенных каликсаренов / Т. А. Гадиев, Б И Хайрутдинов // 11 Международная конференция по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов (ядерный магнитный резонанс, хроматография/масс-спектрометрия, ИК-Фурье спектроскопия и их комбинации) для изучения окружающей среды, включая секции молодых ученых Научно-образовательных центров России Тез докл — Ростов-на-Дону — 15-21 сентября, 2003

14 Хайрутдинов, Б И Изучение возможности сокращения времени задержки в методе NOESY / Б И Хайрутдинов, Т. А Гадиев, Р А Шайхутдинов, В В Клочков // IX Всеросс конф «Структура и динамика молекулярных систем» Тез докл — Й-Ола, 2002 г - с 178

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства Казанского государственного университета Тираж 150 экз Заказ 50/11

420008, ул Профессора Нужина, 1/37 тел 231 -53-59, 292-65-60

Введение

1 Преимущества двумерной ЯМР фурье-спектроскопии

1.1 Одномерная спектроскопия ЯМР.

1.2 Основы двумерной спектроскопии ЯМР.

1.3 Двумерная гомоядерная корреляционная спектроскопия (COSY)

1.4 Обменная двумерная спектроскопия (NOESY).

1.5 Уравнения Соломона.

1.6 Релаксация спиновой системы

1.7 Нестационарный ЯЭО.

2 Объекты и методы исследования

2.1 Каликсарены и их пространственное строение.

2.2 Химические названия и нумерация исследованных соединений

2.2.1 Моно- и дизамещенные тиакаликс[4]арены.

2.2.2 Дизамещенный каликс[4]арен, соединенный по нижнему ободу орто-ксиленовым мостиком в положениях

2.2.3 Тетразамещенные тиакаликс[4]арены.

2.2.4 Бискаликс[4]арены.

2.2.5 Димерная структура на основе тетратолилмочевины каликс[4]арена тетрапентилового эфира.

2.3 Методы исследования.

3 Подходы к исследованию структуры молекул методом двумерной спектроскопии NOESY

3.1 Методы измерения констант скорости кросс-релаксации

3.1.1 Метод полного матричного анализа.

3.1.2 Приближение начальной скорости.

3.2 Системы с малым временем корреляции.

3.2.1 Сокращение времени эксперимента.

3.2.2 Нормирование интенсивностей кросс-пиков на диагональные

3.3 Количественное измерение межпротонных расстояний

3.3.1 Усовершенствованная методика исследования.

3.3.2 Апробация усовершенствованной методики на примере исследования пространственной структуры моно- и дизамещенных каликс[4]аренов.

4 Пространственная структура мономерных и димерных производных каликс[4]аренов в растворах

4.1 Пространственная структура дизамещенных и тетразаме-щенных калике [4] аренов.

4.1.1 Геометрия молекулы дизамещенного калике[4]арена, соединенного по нижнему ободу орто-ксиленовым мостиком в 1 и 3 положениях.

4.1.2 Геометрия тетразамещенных тиакаликс[4] аренов

4.2 Пространственная структура бискаликс[4]аренов и димерных производных калике[4]аренов, образованных за счет невалентных взаимодействий.

4.2.1 Изучение геометрии молекул бискаликс[4]аренов

4.2.2 Димер тетратолилмочевины каликс[4]арена тетрапен-тилового эфира.

Выводы Литература

Актуальность темы. Современные возможности спектроскопии ЯМР позволяют исследовать не только внутренние свойства вещества, включая геометрию и пространственное строение, но и свойства, проявляющиеся при взаимодействии молекул друг с другом, например, такие, как способность макроциклических систем к комплексообразованию по типу «гость-хозяин» и т. д.

Среди прочих методик ЯМР, позволяющих решать подобные задачи, наиболее подходящей является двумерная спектроскопия ЯМР NOESY. Следует отметить, что двумерная спектроскопия NOESY недостаточно адаптирована к исследованию пространственной структуры молекул, подпадающих под условие быстрого движения {щтс < 1; гс - время корреляции, cjо — резонансная частота ядер). Поэтому весьма ответственным является выбор наиболее удобного подхода для получения количественной информации о межпротонных расстояниях в молекулах, ошибка измерения в которых была бы минимальна.

В настоящее время нет также единой концепции влияния среды на пространственную структуру органических соединений. Поэтому вопрос об изменении структуры соединений, определяемой методом двумерной спектроскопии ЯМР NOESY, при смене среды также весьма интересен.

В качестве объектов исследования были выбраны производные каликс[4]аренов и тиакаликс[4]аренов различного строения, находящиеся в разных конформационных состояниях, а также димерная супрамолеку-лярная система — димер тетратолилмочевины калике[4]арена тетрапенти-лового эфира с включенной в качестве «гостя» молекулой бензола — do в растворе бензола. Эти соединения представляют интерес как универсальные строительные блоки для синтеза разнообразных, в том числе новых супрамолекулярных соединений и наноструктур.

Перечисленные выше обстоятельства в совокупности позволили сформулировать цели и задачи данного исследования.

Целью настоящей работы являлось изучение пространственного строения вновь синтезированных производных калике[4]аренов и тиака-ликс[4]аренов методами одно- и двумерной спектроскопии ЯМР !Н в растворах; отработка и реализация подхода ЯМР NOESY для количественного определения межпротонных расстояний в конформационно жестких циклах, выявление эффектов среды на эти геометрические параметры, а также изучение влияния химического строения и типа заместителей калике [4] аренового обода на пространственную структуру соединений. Научная новизна:

1. Для адаптации традиционного метода NOESY ЯМР спектроскопии к анализу молекул с малым временем корреляции тс (условие предельного сужения линий) и использованию сокращенных релаксационных задержек модифицирован подход, основанный на вычислении усредненной относительной интегральной интенсивности (S. Macura J. Magn. Reson. 1986., v. 70., p. 493-499), позволяющий существенно сократить необходимое время эксперимента для получения информации о молекулярной структуре органических соединений. Определены основные факторы, влияющие на точность измерений.

2. Методами одно- и двумерной спектроскопии ЯМР ХН (COSY,

NOESY) изучен ряд вновь синтезированных производных каликс[4]аренов и тиакаликс[4]аренов различного строения. Получены спектральные характеристики и определены конформации молекул.

3. Методами спектроскопии ЯМР NOESY измерены межпротонные расстояния и определена пространственная структура в конформацион-но жестких системах в различных растворителях.

Научная и практическая ценность.

1. Предложенная методика позволяет эффективно исследовать структуру органических соединений с малым временем корреляции. С помощью предложенного метода был изучен ряд производных ка-ликс[4]аренов и тиакаликс[4]аренов. Соединения подобного типа используются в качестве исходных материалов для синтеза новых су-прамолекулярных систем. Установленные конформации, спектральные параметры ЯМР и измеренные межпротонные расстояния в изученных соединениях могут быть использованы в качестве справочного материала.

2. На основании сходимости результатов теоретического моделирования структур и экспериментального определения межпротонных расстояний показывана эффективность применения усовершенствованной методики измерения межпротонных расстояний в различных молекулах, характеризующихся как большим, так и малым временем корреляции.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается согласием с аналогичными исследованиями, проводимыми другими методами, в частности, с данными численного моделирования на основе квантово-механических расчетов и рентгеноструктурного анализа.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях: IX, X, XI, XII Всероссийская конференция «Структура и динамика молекулярных систем» (Йошкар-Ола, 2002, 2003, 2004, 2005), молодежная научная школа «Новые аспекты применения магнитного резонанса» (Казань, 2000), Всероссийская конференция «Новые достижения ЯМР в структурных исследованиях» (Казань, 2000, 2005), I Научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Материалы и технологии XXI века» (Казань, 2000), VI Международный семинар по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) (Ростов-на-Дону, 2002), Молодежная научная школа «Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений» (Казань,

2002), XVII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Казань,

2003).

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. В первой главе изложены общие положения теории одномерной и двумерной спектроскопии ЯМР. Рассмотрена двухспиновая система, механизмы релаксации и проявления ядерного эффекта Оверхаузера, приведены общие положения теории двумерной спектроскопии NOESY для жестких систем и систем с химическим обменом. Вторая глава посвящена описанию объектов исследования, технике проведения экспериментов и условиям записи спектров ЯМР. Третья глава содержит описание методов определения межпротонных расстояний в растворах для конформационно жестких молекул на основе двумерной спектроскопии ЯМР NOESY. Описаны различные экспериментальные методики измерения межпротонных расстояний, дан сравнительный анализ их возможностей, сформулированы оптимальные условия измерений. Изложен подход, позволяющий уменьшить необходимое для подобных исследований экспериментальное время измерения внутримолекулярных расстояний и определения конформации исследуемых соединений. Возможности предложенного метода демонстрируются на примере соединений моно- и дизамещенных каликс[4]аренов. В четвертой главе описаны спектры ЯМР 2Н, COSY и NOESY производ

Выводы

На основе данных экспериментального изучения (одно- и двумерная спектроскопия ЯМР ]Н) и теоретического моделирования молекулярной структуры (с использованием программы МОРАС 7.0, методы AMI и РМЗ) производных калике[4]аренов и тиакаликс[4]аренов различного строения получены следующие основные результаты:

1. С целью адаптации традиционного метода спектроскопии ЯМР NOESY к анализу молекул с малым временем корреляции тс (условие предельного сужения линий) и использованию сокращенных релаксационных задержек был модифицирован подход, основанный на вычислении усредненной относительной интегральной интенсивности. Показано, что использование предложенного подхода позволяет, по сравнению с традиционным, получить большую точность измерений констант скорости кросс-релаксации за данное время эксперимента либо существенно сократить время эксперимента без потери точности измерений. Методика исследования апробирована на производных каликс[4]аренов и тиакаликс[4]аренов различного строения.

2. Установлено, что монозамещенный и 1,3-дизамещенный р-трет-бутил-тиакаликс[4]арены с замещением нижнего обода группами -CH2-C(0)-NH-C6H4-N02 в растворах существуют в конформации «конус». Полученные экспериментально (2D ЯМР NOESY) межпротонные расстояния находятся в хорошем соответствии с расчетными. На основе одно- и двумерной спектроскопии ЯМР определена конформация дизамещенного каликс[4]арена, соединенного по нижнему ободу орто-ксиленовым мостиком в положениях 1 и 3 — «конус», и измерены межпротонные расстояния. Показано, что при хорошем разрешении сигналов ароматических протонов (обычно перекрывающихся) можно измерить расстояние между протонами соседних аре-новых колец макроцикла.

3. Методами одно- и двумерной спектроскопии (COSY, NOESY) определены межпротонные расстояния в тетразамещенных р-третбутил-тиакаликс [4] аренах. Путем сравнительного анализа результатов эксперимента (с выявлением характеристичных кросс-пиков) и рассчета для структурно аналогичных групп доказано, что тетразамещенный р-трет-бутил-тиакаликс[4]арен с замещением нижнего обода группой —СН2 — СбН4 - СН2 - ОН и тетразамещенный р-трет-бутил-тиака-ликс[4]арен с замещением нижнего обода группой — СН2 — СбН4 — О — С6Н4 — NO2 в растворе существуют в конформации 1,3-альтернат.

4. Наилучшая сходимость результатов измерения и расчетов межпротонных расстояний получена для бискаликс[4]аренов. Показано, что бискаликс[4]арены, соединенные двумя napa-ксиленовыми мостиками, двумя орто-ксиленовыми мостиками и двумя диэтиленгликоле-выми мостиками по нижнему ободу в положении 1 и 3, существуют в конформации «конус».

5. На примере изучения структуры молекулы димера тетратолилмочевины каликс[4]арена тетрапентилового эфира показано, что усовершенствованная методика (с сокращенной релаксационной задержкой) измерения межпротонных расстояний может успешно применяться для молекул с большим временем корреляции. Установлено, что димер в растворах бензола и циклогексана существует в конформации «конус». Показано, что в ряду растворителей, используемых в данной работе, не обнаружено значительного влияния типа растворителя на геометрию исследуемых молекул, и результаты измерения межпротонных расстояний остаются в пределах экспериментальной погрешности.

1. Purcell, Е. М, Resonance Absorption by Nuclear Magnetic Moments in a Solid / E. M. Purcell, H. C. Torrey and R. V. Pound // Phys. Rev. — 1946. — v. 69, issue 1-2. — p. 37-38.

2. Purcell, E. M. Nuclear Magnetic Resonance Absorption in Hydrogen Gas / E. M. Purcell, R. V. Pound and N. Bloembergen // Phys. Rev. — 1946. — v. 70, issue 11-12. — p. 986-987.

3. Bloch, F. Nuclear Induction / F. Bloch, W.W. Hansen and Martin Packard // Phys. Rev. — 1946. — v. 69, issue 3-4. — p. 127.

4. Bloch, F. Nuclear Induction / F. Bloch // Phys. Rev. — 1946. — v. 70, issue 7-8. — p. 460-474.

5. Bloch, F. The Nuclear Induction Experiment / F. Bloch, W. W. Hansen and Martin Packard // Phys. Rev. — 1946. — v. 70, issue 7-8. — p. 474485.

6. F. Bitter et al. // MIT Research Laboratory of Electronics: Quarterly Progress Report. — July 15, 1947. — p. 26.

7. Jacobsohn, B. A. Shapes of Nuclear Induction Signals / Boris A. Jacob-sohn and Roald K. Wangsness // Phys. Rev. —1948. — v. 73, issue 9. — p. 942-946.

8. Ernst, R. R. Sensitivity enhancement in NMR spectroscopy / Richard Robert Ernst // Adv. Magn. Reson. — 1966. — v. 2. — p. 1-135.

9. Ernst, R. R. Application of Fourier transform spectroscopy to magnetic resonance / R. R. Ernst and W.A. Anderson // Rev. Sci. Instr. — 1966. — v. 37, issue 1. — p. 93-102.

10. Цыпкин, Я. 3. Теория линейных импульсных систем / Яков Залмано-вич Цыпкин. — М.: Физматгиз, 1963. — 968 с.

11. Атабеков, Г. И. Основы теории цепей / Г. И. Атабеков. — М.: Энергия, 1969. 424 с.

12. Фаррар, Т. Импульсная и фурье-спектроскопия ЯМР / Т. Фаррар, Э. Веккер. М.: Мир, 1973.

13. Shaw, D. Fourier transform NMR spectroscopy / D. Shaw. — Amsterdam: Elsevier, 1984.

14. Martin, M. L. Practical NMR spectroscopy / Maryvonne L. Martin, J.-J. Delpuech, Gerard J. Martin. — London: Heyden, 1980.

15. Jeener, J. // Ampere International Summer School II. — Basko Polje. — Yugoslavia. — 1971.

16. Ernst, R. R. // Vlth International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems. — Kandersteg, Switzerland. — 1974.

17. Ernst, R.R. Multidimension NMR / Richard Robert Ernst // Chimia. — 1975. — v. 29. — p. 179.

18. Miiller, L. Two-dimensional carbon-13 NMR spectroscopy / Luciano Miiller, Anil Kumar and Richard Robert Ernst // J. Chem. Phys. — 1975. — v. 63, issue 12. — p. 5490-5491.

19. Aue, W. P. Two-dimensional spectroscopy. Application to nuclear magnetic resonance / Walter P. Aue, Enrico Bartholdi and Richard Robert Ernst // J. Chem. Phys. — 1976. — v. 64, issue 5. — p. 2229-2246.

20. Kay, L. E. Three-dimensional triple-resonance NMR spectroscopy of isotopically enriched proteins / Lewis E. Kay, Mitsuhiko Ikura, Rolf Tschudin and Ad Bax //J. Magn. Reson. — 1990. — v. 89, №3. — p. 496-514.

21. Ikura, M. Improved three-dimensional !H — 13C — XH correlation spectroscopy of a 13C-labeled protein using constant-time evolution / Mitsuhiko Ikura, Lewis E. Kay and Ad Bax // J. Biomol. NMR. — 1991. — v. 1, №. — p. 299-304.

22. Boucher, W. Improved 4D NMR experiments for the assignment of backbone nuclei in 13C/15N labelled proteins / Wayne Boucher, Ernest D. Laue, Sharon L. Campbell-Burk and Peter J. Domaille //J. Biomol. NMR. — 1992. — v. 2, №6. — p. 631-637.

23. Kim, S. GFT NMR, a new approach to rapidly obtain precise high-dimensional NMR spectral information / Seho Kim and Thomas Szyper-ski // J. Am. Chem. Soc. — 2003. — v. 125(5). — p. 1385-1393.

24. Bothner-By, A. A. Structure determination of tetrasaccharide: transient nuclear Overhauser effect in rotating frame / Aksel A. Bothner-By, Richard L. Stephes, Ju-mee Lee et al. //J. Am. Chem. Soc. — 1984. — v. 106, №3. — p. 811-813.

25. Bax, A. Practical aspects of two-dimensional treansverse NOE spectroscopy / Ad Bax, Donald G. Davis //J. Magn. Reson. — 1985. — v. 63, Ш. — p. 207-213.

26. Aue, W. P. Homonuclear broad band decoupling and two-dimensional J-resolved NMR spectroscopy / Walter P. Aue, Jiri Karhan, and Richard Robert Ernst // J. Chem. Phys. — 1976. — v. 64, issue 10. — p. 42264227.

27. Bodenhausen, G. Two-dimensional J spectroscopy: Proton-coupled carbon-13 NMR / Geoffrey Bodenhausen, Ray Freeman and David L. Turner // J. Chem. Phys. — 1976. — v. 65, issue 2. — p. 839-840.

28. Bax, A. Long-range proton-carbon-13 NMR spin coupling constants / Ad Bax and Ray Freeman //J. Am. Chem. Soc. — 1982. — v. 104. — p. 1099-1100.

29. Maudsley, A. A. Cross-correlation of spin-decoupled NMR spectra by heteronuclear two-dimensional spectroscopy / Andrew A. Maudsley, Luciano Miiller and Richard Robert Ernst //J. Magn. Reson. — 1977. — v. 28. — p. 463-469.

30. Bodenhausen, G. Correlation of proton and carbon-13 NMR spectra by heteronuclear two-dimensional spectroscopy / Geoffrey Bodenhausen and Ray Freeman // J. Magn. Reson. — 1977. — v. 28. — p. 471-476.

31. S0rensen, O. W. Z-filters for purging phase- or multiplet-distorted spectra / Ole Winneche S0rensen, Mark Ranee and Richard Robert Ernst // J. Magn. Reson. — 1984. — v. 56, issue 3. — p. 527-534.

32. Jeener, J. Investigation of exchange processes by two-dimensional NMR spectroscopy / Jean Jeener, Beat H. Meier, Peter Bachmann and Richard Robert Ernst // J. Chem. Phys. — 1979. — v. 71, issue 11. — p. 4546-4553.

33. Meier, В. H. Elucidation of chemical exchange networks by two-dimensional NMR spectroscopy: the heptamethylbenzenonium ion /

34. Beat H. Meier and Richard Robert Ernst //J. Am. Chem. Soc. — 1979. — v. 101, №21. — p. 6441-6442.

35. Bodenhausen, G. Two-dimensional exchange difference spectroscopy: Applications to indirect observation of quadrupolar relaxation / Geoffrey Bodenhausen and Richard Robert Ernst // Mol. Phys. — 1982. — v. 47, №2. — p. 319-328.

36. Turner, D. L. Basic two-dimensional NMR / David L. Turner // Progress in NMR spectroscopy. — 1985. — v. 17. — p. 281-358.

37. Morris, G.A. Modern NMR techniques for structure elucidation / Gareth A. Morris // Magn. Reson. Chem. — 1986. — v. 24. — p. 371403.

38. Bax, A. A simple description of two-dimensional NMR spectroscopy / Ad Bax // Bull. Magn. Reson. — 1985. — v. 7, №4. — p. 167-183.

39. Ernst, R. R. Nuclear magnetic resonance fourier transform spectroscopy (Nobel lecture) / Richard Robert Ernst // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. — 1992. — v. 31, №7. — p. 805-930.

40. Бакс, Э. Двумерный ядерный магнитный резонанс в жидкостях: пер. с англ. / Эд Бакс. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. — 160 с.

41. Эрнст, Р. ЯМР в одном и двух измерениях: пер. с англ. / Р. Эрнст, Дж. Боденхаузен и А. Вокаун. — М.: Мир, 1990. — 709 с.

42. Solomon, I. Relaxation processes in a system of two spins / I. Solomon // Phys. Rev. — 1955. — V.55. — № 9. — p. 559-365.

43. Bloembergen, N. Relaxation Effects in Nuclear Magnetic Resonance Absorption / N. Bloembergen, E. M. Purcell, R. V. Pound // Phys. Rev. — 1948. — V. 73. — P. 679-712.

44. Абрагам, А. Ядерный магнетизм / А. Абрагам. — М.: Изд. ин. лит., 1963. 552 с.

45. Сликтер, Ч. Основы магнетизма / Ч. Сликтер. — М.: Мир, 1981. — 448 с.

46. Noggle, J. Н. The nuclear Overhauser effect, chemical applications / J.H. Noggle, R.E. Schirmer. — N.Y.: Acad. Press., 1971.

47. Bothner-By, A. A. // Magnetic resonance studies in biology (ed. R.G. Shulman), — N.Y.: Acad. Press., 1979. — p. 177.

48. Richarz, R. NOE difference spectroscopy: A novel method for observing individual multiplets in proton NMR spectra of biological macro-molecules / Rene Richarz and Kurt Wtithrich //J. Magn. Reson. — April 1978. — v. 30. — p. 147-150.

49. Makura, S. Elucidation of cross relaxation in liquids by two-dimensional N.M.R. spectroscopy / Slobodan Makura and Richard Robert Ernst // Mol. Phys. — 1980. — v. 41, №1. — p. 95-117.

50. Macura, S. Two-dimensional chemical exchange and cross-relaxation spectroscopy of coupled nuclear spins / Slobodan Macura, Youhong Huang, David Suter and Richard Robert Ernst //J. Magn. Reson. — 1981. — v. 43. — p. 259-281.

51. Gutsche, C. D. Calixarenes. 6. Synthesis of a Functionalizable. Ca-lix4.arene in a Conformationally Rigid Cone Conformation / Carl David Gutsche and Jeffrey A. Levine // J. Am. Chem. Soc. — 1982. — v. 104. — p. 2652-2653.

52. Gutsche, C. D. Calixarenes. 9. Conformational Isomers of the Ethers and Esters of Calix4.arenes / Carl David Gutsche, Balram Dhawan, Jeffrey A. Levine, Kwang Hyun No and L. J. Bauer // Tetrahedron. — 1983. — v. 39, issue 3. — p. 409-426.

53. Gutsche, C.D. Calixarenes: Monographs in Supramolecular Chemistry //in J.F. Stoddard (Ed.). — Royal Society of Chemistry, Cambridge. — 1989.

54. Vicens, J. Calixarenes: a Versatile Class of Macrocyclic Compounds / Jacques Vicens and Volker Bohmer. — Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1991.

55. Gutsche, C. D. Calixarenes Revisited / Carl David Gutsche. — Cambridge: Royal Society of Chemistry, 1998.

56. Matthews, S.E. Calix4.tubes: a new class of potassium-selective ionophore / Susan E. Matthews, Phillipe Schmitt, Vitor Felix, Michael G.B. Drew and Paul D. Beer // J. Am. Chem. Soc. — 2002. — v. 124(7). — p. 1341-1353.

57. Felix, V. Selectivity of calix4.tubes towards metal ions: A molecular dynamics study / Vitor Felix, Susan E. Matthews, Paul D. Beer and Michael G.B. Drew // Phys. Chem., Chem. Phys. — 2002. — v. 4. — p. 3849-3858.

58. Vicens, J. Calixarenes in the Nanoworld / Jacques Vicens, Jack Harrow-field (Eds.). — Dordrecht, Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 2007. — 404 p.

59. Asfari, Z. Calixarenes 2001 / Zouhair Asfari, Volker Bohmer, Jack Har-rowfield and Jacques Vicens (Eds.) //J. Incl. Phen. Mac. Chem. — 2002. — v. 43(1-2). — p. 149-151.

60. Pons, M. Dynamic NMR studies of supramolecular complexes / Miquel Pons and Oscar Millet // Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. — 2001. — v. 38. — p. 267-324.

61. Sone, T. Synthesis and properties of sulfur-bridged analogs of p-tert-butylcalix4.arene / Tyo Sone, Yoshihiro Ohba, Kazuhiko Moriya, Hideaki Kumada and Kazuaki Ito // Tetrahedron. — 1997. — v. 53, №3. — p. 10689-10698.

62. Iki, N. Can thiacalixarene surpass calixarene? / Nobuhiko Iki and Sotaro Miyano // Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry. — 2001. — v. 41, part 1/4. — p. 99-105.

63. Gafiullina, L.I. New host molecules based on the thiacalix4.arene platform for cation recognition / L. I. Gafiullina, I. S. Vershinina, I.I. Stoikov, I.S. Antipin and A. I. Konovalov // J. Struct. Chem. — 2005. — v. 46. — p. 22-27.

64. Ohseto, F. Synthesis and metal recognition of biscalix4.arenes. Intramolecular metal-hopping as detected by XH NMR spectroscopy / F. Ohseto, T. Sakaki, K. Araki, S. Shinkai // Tetrahedron letters. — 1993. — v. 34, issue 13. — p. 2149-2152.

65. Araki, K. Molecular design and synthesis of a biscalix4.arene-based cage molecule / K. Araki, K. Sisido, K. Hisaichi, S. Shinkai // Tetrahedron letters. — 1993. — v. 34, issue 51. — p. 8182, 8297-8300.

66. Ибрагимова, Д. Ш. Синтез новых бис и трискаликс4.аренов / Д. Ш. Ибрагимова, И. И. Стойков и.др. // Проблемы теор. и эксп. химии: Тез. докл. XIV Росс. студ. науч. конф. — Екатеринбург, 2004.

67. Ибрагимова, Д. Ш. Синтез новых криптандов — бис- и триска-ликс4.аренов / Д. Ш. Ибрагимова, И. И. Стойков и.др. // Структура и динамика молекулярных систем: Тез. докл. XI Всеросс. конф. — Яльчик, 2004.

68. Ибрагимова, Д. Ш. Синтез новых производных п-трет-бутилтиака-ликс4.арена, бис- и трис-каликс[4]аренов: Дис. канд. хим. наук: 02.00.03 / Каз. гос. ун-т. Казань, 2004. - 154 с.

69. Shimizu, K.D. Synthesis and assembly of self-complementary calix4.arenes / Ken D. Shimizu and Julius Rebek, Jr. // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. — 1995. — v. 92, №26. — p. 12403-12407.

70. Mogck, 0. Hydrogen bonded homo- and heterodimers of tetra urea derivatives of calix4.arenes / Oliver Mogck, Volker Bohmer and Walter Vogt // Tetrahedron. — 1996. — v. 52, №25. — p. 8489-8496.

71. Keepers, J.W. A theoretical study of distance determinations from NMR. Two-dimensional nuclear Overhauser effect spectra / Joe W. Keepers and Thomas L. James //J. Magn. Reson. — May 1984. — v. 57. — p. 404—426.

72. Bremer, J. Skewed Exchange Spectroscopy. Two-Dimensional Method for the Measurement of Cross Relaxation in Proton NMR Spectroscopy / Jeffrey Bremer, George L. Mendz and Walter J. Moore //J. Am. Chem. Soc. — 1984. — v. 106. — p. 4691-4696.

73. Macura, S. Evaluation of errors in 2D exchange spectroscopy / Slobodan Macura // J. Magn. Reson., B. — Jun. 1994. — v. 104. — p. 168-171.

74. Macura, S. Full-matrix analysis of the error propagation in two-dimensional chemical-exchange and cross-relaxation spectroscopy / Slobodan Macura // J. Magn. Reson. — Feb. 1995. — v. 112, №2. — p. 152-159.

75. Borgias, B.A. MARDIGRAS: A procedure for matrix analysis of relaxation for discerning geometry of an aqueous structure / Brandan A. Borgias and Thomas L. James //J. Magn. Reson. — May 1990. — v. 87. — p. 475-487.

76. Hyberts, S. Taylor transformation of 2D NMR rm series from time dimension to polynomial dimension / Sven G. Hyberts and Gerhard Wagner // J. Magn. Reson. — Feb. 1989. — v. 81. — p. 418-422.

77. Majumdar, A. Distance estimation from NOE data in macromolecular systems: A quadratic approach / Arunava Majumdar and Ramakrishna Vijayacharya Hosur // Biochem. Biophys. Res. Commun. — March 1989. — v. 159. — p. 886-892.

78. Fejzo, J. Analysis of laboratory-frame and rotating-frame cross-relaxation buildup rates from macromolecules / Jasna Fejzo, Zsolt Zol-nai, Slobodan Macura and John L. Markley // J. Magn. Reson. — May 1989. — v. 82. — p. 518-528.

79. Levy, G. C. The experimental approach to accurate carbon-13 spin-lattice relaxation measurements / George C. Levy and Ian R. Peat // J. Magn. Reson. — June 1975. — v. 18. — p. 500-521.

80. Andersen, N. H. Rapid acquisition of NOE difference spectra: the relative merits of transient versus driven experimental protocols / Niels H. Andersen, Khe T. Nguyen, C.J. Hartzel and Hugh L. Eaton // J. Magn. Reson. — 1987. — v. 74. — p. 195-211.

81. Eaton, H. L. Computer simulation of transient NOE experiments with short preparatory delays / Hugh L. Eaton and Niels H. Andersen //J. Magn. Reson. — 1987. — v. 74. — p. 212-225.

82. Kock, M. FAST NOESY Experiments : An Approach for Fast Structure Determination / Matthias Kock and Christian Griesinger // Ange-wandte Chemie International Edition in English. — 1994. — v. 33. — p. 332-334.

83. Geppert, T. FAST NOESY for Micromolecules without Compromise in Distance Accuracy / Thomas Geppert, Matthias Kock, Michael Reggelin and Christian Griesinger //J. Magn. Reson. —1995. — v. 107. — p. 9193.

84. Macura, S. An improved method for the determination of cross-relaxation rates from NOE data / Slobodan Macura, Bennett Th. Farmer and Larry R. Brown //J. Magn. Reson. — 1986. — v. 70. — p. 493-499.

85. Andersen, N. H. Small molecule conformation in the receptor-bound state by the two-dimensional spin exchange experiment / Niels H. Andersen, Hugh L. Eaton, Khe T. Nguyen // Magn. Reson. Chem. — 1987. — v. 25, issue 12. — p. 1025-1034.

86. Campbell, A. P. Effects of internal motions on the development of the two-dimensional transferred nuclear Overhauser effect / A. Patricia Campbell and Brian D. Sykes // J. Biomol. NMR. — 1991. — v. 4, № 4. — p. 391-402.

87. Araki, К. Synthesis of an upper-rim-connected biscalix4.arene and its improved inclusion ability based on the cooperative action / Koji Araki, Katsuya Hisaichi, Toshio Kanai and Seiji Shinkai // Chemistry Letters. — 1995. — v. 24, №7. — p. 569.

88. Araki, K. Guest Inclusion properties of a novel cage molecule composed of two calix4.arenes / K. Araki, H. Hayashida // Tetrahedron letters. — 2000. — v. 41, part 8. — p. 1209-1214.

89. Memon, S. Liquid-liquid extraction of alkali and transition metal cations by two biscalix4.arenes / Shahabuddin Memon and Mustafa Yilmaz // Sep. Sci. Technol. — 2000. — v. 35, №3. — p. 457-467.