Фосфорсодержащие кавитанды: синтез, структура, свойства тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ШКАРИНА Елена Владимировна

ФОСФОРСОДЕРЖАЩИЕ КАВИТАНДЫ: СИНТЕЗ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА

Специальность 02.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Московском педагогическом государственном университете на кафедре органической химии.

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор НИФАНТЬЕВ Э.Е.,

кандидат химических наук, доцент МЛСЛЕ11НИКОВА В.И.

Официальные* оппоненты:

доктор химических наук, профессор ЗЫК Н.В.,

кандидат химических наук, старший научный сотрудник КОМЛЕВ И.В.

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт химических средств защиты растений (ВНИИХЗСР).

Защита состоится "/А.".........{Р..............1997 г. в часов на

заседании Диссертационного Совета К 053.01.15 в Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119021, Москва, Несвижский пер., д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПГУ по адресу: 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1.

Автореферат разослан <

..А?.,.......01...... ... 1997 года.

Ученый секретарь диссертационного Совета ' / ПУГАШОВА Н.М.

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

ггуальность работы.

Химия макрогетероциклов в настоящее время является одной из наиболее 1С1ро развивающихся областей органической химии. На сегодняшний день син-зировапо огромное число представителей этого класса соединении - краун-иров, крнптаидов, циклофанов, сферандов, кавитандов и так далее. Особый [терес к этим соединениям как в теоретическом, так и в практическом аспекте пван их уникальной способностью селективно связывать определенные ионы и нтральнме молекулы.

В последние годы все большее внимание уделяется жестким каркасным ■крогстероцикпам, имеющим фиксированный размер полости и содержащим на реферии функциональные группы, обладающие определенными свойствами илрофилыюстъ, гндрофобность и др.). Яркими представителями таких соедине-|й являются кавитанды. К началу данного исследования были синтезированы юстхчшше производные этого класса в основном с эфирными функциями. Име-1С1, шкже две работы, сообщающие о создании кремпийсодержащих кавитан-|Ц, п одна публикация - о кавнтандах с ферроценнльными мостиками. Введение лрук 1уру данных макроциклов атомов фосфора, особенно в трехвалентном со-оянми, позволило бы значительно расширить круг полостных систем и суще-венпо разнообразить их химические свойства. Заметим, что создание фос-)(Ш)ка1Ч|1апдов и последующие модификации этих соединений могут привести ;ерии молекулярных чаш, различающихся размерами полости и, следовательно, особносшо к молекулярному распознаванию близких по природе химических ществ.

Цель работы.

Синтез кавитандов с различными фосфорными фрагментами в надстройке, тановление их структуры и изучение свойств.

Научная новизна.

Разработан метод синтеза нового типа фосфорорганических соединений — >сфокавитандов. На основе каликс[4]резорциноларенов и амидов фосфористой слоты синтезированы ранее неизвестные кавитанды, содержащие различные 1сфорные фрагменты во втором ярусе молекулы. Показана возможность стс-онаправленного синтеза данных макроциклов. Проведены структурные иссле-вания, определяющие пространственную организацию синтезированных ве-хтв. Установлена особая роль фосфамидных реагентов в развитии химии фос-жавитандов.

Практическая ценность. Предложенный метод синеза кавитандов является удобным и достаточно простым в исполнении, предполагает использование доступных исходных соединений, позволяет стереоселективно получать фосфокави-танды с разнообразными заместителями у атома фосфора и в каликсареновой матрице, выделять их с высокими выходами в виде индивидуальных стереоизо-меров. Вновь синтезированные макроциклы могут служить основой для дизайна супрамолекулярных систем, моделирования ферментов, и т.д. Соединения родственных типов находят в настоящее время применение в качестве экстрагентов тяжелых металлов, стабилизаторов полимеров и т.п.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на научных сессиях ( Москва, МПГУ им. Ленина, 1995, 1996 гг.), на международном симпозиуме по органической химии (С.-Петербург, май 1995 г.), на международных конференциях по химии ФОС (Иерусалим, Израиль, 1995 г.; Казань, Россия, 1996 г.), на молодежном симпозиуме по химии ФОС (С.-Петербург, 1997 г.), на общемосковском фосфо-рорганическом коллоквиуме (ИНЭОС, 04.12.1995 г.).

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано семь печатных работ.

Объем и структура работы.

Диссертация изложена на ^страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц и рисунков. Список цитируемой литературы включает ^наименований. Работа состоит из введения, литературного обзора, где рассмотрен синтез и основные свойства кавитандов, обсуждения результатов собственных исследований, экспериментальной части, выводов и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Большинство известных кавитандов получено на основе каликс[4]резор-циноларенов (далее октолов), на матрице которых как бы надстраивается второй ярус путем образования дополнительных мостиков.

преимуществ перед другими фосфорилирующими реагентами. Наличие восьми гидроксильных

>упи и конформационно лабильная структура октолов предполагают два на-равления их фосфорилирования (см. ниже). Поэтому на первом этапе работы .•обходимо было подробно изучить селективность взаимодействия данных мак-эциклов с амидами фосфористой кислоты.

В качестве исходных соединений мы использовали три-, ди- и моноамиды осфорисгон кислоты и каликс[4]резорциноларены 1 - 4 с ароматическими и шфатическими радикалами, которые получали взаимодействием резорцина с югветствующим альдегидом.

. Изучение фосфорилирования калнкс[4]резорциноларснов амидами фосфористой кислоты.

Региоселективность процесса мы проанализировали на примере взаимо-•нствия октолов 1, 2, 4, имеющих различные заместители И. в циклофановом осте, с п-ксаэтилтриамидом фосфористой кислоты (ГЭТА). хсма 2.

акции проводили в диоксане при комнатной температуре. Контроль за процсс-м осуществляли методом спектроскопии ЯМР 31Р (табл. 1).

Мы установили, что фосфорилирование тетрафенилоктола 1 направлено в эрону образования продуктов А, даже при явном недостатке ГЭТА (табл.1). >и работе с тетраметилоктолом 2 образуется смесь соединений с фрагментами и Б (табл. 1). Использование каликс[4]резорциноларенов с более длинными уг-юдородными радикалами, например тетрабутилоктола 4, резко изменяет на-авление реакции и ведет к образованию преимущественно циклического проста Б (табл. 1).

Таким образом, используя определенные каликс[4]арены и варьируя усло-I процесса, можно эффетивно реализовать один из путей фосфорилирования.

Таблица 1.Продукты фосфоршшрования октолов 1, 2, 4 гексаэтилтриамидом фосфористой кислоты в диоксане при 20°С в течение 48 час._

Октол Соотношение реагентов октол:амид Содержание ациклических (А) и циклических (Б) фосфорных фрагментов в продуктах реации

А (%) 8(м.д.) Б(%) 5(м.д.)

1 1:2 77 123.8; 126.5 23 142.8

1:4 87 123.8; 126.5 13 142.8

1:8 100 123.8;126.5 -

1:10 100 123.8; 126.5 -

2 1:4 64 126.2; 127.6 36 142.6

1:8 76 126.2; 127.6 24 142.6

1:10 81 126.2; 127.6 19 142.6

4 1:4 100 142.5

1:8 41 125.3;127.9 59 142.5

Так, для октолов 1, 2 взаимодействие с три-, ди- и моноамидами фосфористой кислоты при использовании высоких концентраций реагирующих веществ и избытка фосфорилирующего агента приводит к образованию октафоефорилиро-ванных каликс[4]аренов. Реакцию осуществляли при комнатной температуре в диоксане или без растворителя. Схема 3.

Ноу Ноу

5,7 К=РЬ, Х=У=НЕ12; 6,811=Мс, Х=У=ЫЕ12;

9 Я=РЬ, Х=ЫЕ12, У=ОМе;Ю Я=Ме, Х=МЕ12, У=ОМе;

11 11=Р1|, ХУ= -0СН2С(СШ)2СН20-; 12 Я=Ме, ХУ= -0СН2С(СН3)2СН20

Октафосфорилирование октолов 1, 2 ГЭТА проходило стереоселективно с образованием диамидофосфитокаликсаренов 5, 6. В спектрах ЯМР 31Р продуктов реакций наблюдалось по два синглета равной интенсивности с 5 123.8; 126.5 (5) и 126.3; 127.6 (6) м.д., соотношение которых не изменялось в интервале температур -20° + +90°С. Сульфуризацией диамидофосфитов 5, 6 получены их тиофосфо-

1ЛЫ1ЫС аналоги 7, 8. С достаточно высокими выходами 69% (7), 54%(8) выделе-,1 индивидуальные стереоизомеры, строение которых доказано методом спект-1СК0ПИИ ЯМР 'Н, 3|Р (табл.2).

Октафосфорилирование каликсаренов 1, 2 тетраэталдиамидометилфосфи-•м приводило к образованию диастереомерных амидофосфитокалтссаренов 9, I, о чем свидетельствовали уширенные сигналы в спектрах ЯМР 31Р с 5 142.8 (9) 143.6 (10) м.д.

Фосфорилирование октолов 1, 2 2-диэтиламино-5,5-диметил-1,3,2-диокса-кфорииапом при комнатной температуре проходило только на 60 %, чтобы до-•сти его до конца, реакционную смесь нагревали до 130-150°С. Фосфитокалик-рены 11,12 являются смесыо стереоизомеров, образующихся за счет различного (сположеиия в пространстве циклофанового и диоксафосфоринановых колец, следствие разной растворимости изомеров 12 удалось выделить один из стерео-юмсриых каликс[4]аренов 12, параметры спектров ЯМР 31Р и 'Н которого придет.! п табл. 2.

н'гшца 2Параметры спектров ЯМР фосфорилиропанных калнксаренов 7, 8,12

11 м.д. 5'ц, м.д. (СОСЬ)

Ноу, ои Нгау НтИ СН(Унн) Я X

72.0 73.6 7.54, 7.57 6.41 6.33 5.80 6.79-6.89, РЬ 2.53-3.28, ЫСН2, 0.77, 0.97, 1.03, 1.05, СНз

71.9 73.8 7.45, 7.39 7.47 6.29 4.65 (7.3) 1.49, СНз 2.60-3.57 ,ЫСН2, 0.93, 0.99, 1.10, 1.20, СНз

! 115.0 115.3 6.90, 6.50 7.36 6.11 4.69(7.3) 1.49, СНЗ 3.23-4.38, ОСН2; 0.67, 0.78, 1.14, 1.31, СНз

I. Синтез и структура Р(Ш)-фосфокавита11дов.

К образованию кавитандов приводит тетрафосфорилирование октолов, со-ювождаюшееся последующей внутримолекулярной фосфоцнклизацией. сема 4.

НО.

.он

он

(КЕ^РХ

он

1-4

1 Я=РЬ; 2 Я=Ме; 3 Я=Рг; 4 И=Ви

13 К=Ме, Х=ЫЕ12

14 К=Ме, Х=ММе2

15 К=Е¥, Х=КЕ1,

16 К=Рг, Х=ИМе2 17Я=Ви, Х=ЫЕ1,

18 К=Ви, Х=ЫМе,

19 К=Ме, К'=ОМе

20 Я=Ви, Я^ОМе

21 11=Ме, К-Ой

22 К-Ме, К-ОРг-1 23К=Рг, Л^ОРгч

Для направленного осуществления реакции циклофосфорилирование проводили в разбавленных растворах при низких концентрациях реагирующих веществ, четко соблюдая соотношение октол : амид=1:4. Температура реакции и порядок смешивания веществ изменялись в зависимости от природы реагентов.

Циклофосфорилирование тетрафенилоктола 1 триамидами фосфористой кислоты (ГМТА, ГЭТА) происходило в жестких условиях (90-100°С, 10-12 ч.) и приводило к образованию полимерных структур, о чем свидетельствуют уширенные сигналы в области 140-142 м.д. в спектрах ЯМР 31Р.

Фосфоциклизация тетраалкилкаликсаренов 2, 3, 4 протекала значительно легче. Так, взаимодействие тетраметилоктола 2 с ГЭТА и ГМТА происходило стереоселективно при 60-80°С. Циклофосфорилирование каликсаренов 3, 4 триамидами фосфористой кислоты осуществлялось уже при 20°С. Амидофосфитока-витанды 13 - 18 выделены с высокими выходами (75 - 96%) в виде индивидуальных стереоизомеров, в которых все амидогруппы фосфоциновых фрагментов находятся в экзоноложении относительно полости кавитанда.

Фосфитокавитанды 19-23 образуются в виде смеси стереоизомеров, различающихся расположением отдельных алкоксигрупп относительно полости кавитанда. В спектрах ЯМР 31Р и 'Н фосфитов 19 - 23 помимо сигналов преимущественного стереоизомера, у которого все четыре алкоксигруппы находятся вне полости кавитанда (табл. 3), наблюдаются сигналы, обусловленные присутствием стереоизомеров с альтернативным расположением алкоксигрупп. В качестве примера на рис. 1 приведены спектры ЯМР 3,Р и 'Н тетраметоксифосфитокави-тандов 19 - смеси диастереомеров (рис. 1а) и индивидуального стереоизомера с экваториальной ориентацией метоксигрупп в фосфоциновых фрагментах (рис. 16). Как видно из рис. 1, основными критериями отличия групп у атомов фосфора являются химические сдвиги и константы спин-спинового взаимодействия (КССВ) протонов метоксигрупп. Сигналы протонов метоксигрупп, направленных внутрь полости цикла, смещены в более сильное поле (8 3.74 и 3.45 м.д., ОСНз) и имеют большую КССВ с фосфором (3Лрн 11.9 и 12.4 Гц), чем сигналы протонов метоксигрупп с экваториальной ориентацией (6 3.9 м.д, Унр 8.8 Гц). Вследствие различной растворимости диастереомеров в органических растворителях нам удалось выделить индивидуальные стереизомеры фосфитокавитандов 19, 20, 22, 23 с экваториальной ориентацией алкоксигрупп. Следует отметить, что выход такого изомера возрастает при увеличении объема заместителя у атома фосфора и в случае изопропоксихавитандов 22, 23 составляет 69%, 67% соответственно.

/

__/ ч.

I !

___/

Л I1»!

СИ

оси,

.1 V сн5

I I !

%

5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 мд'

с. 1а. Спектры ЯМР 31Р и 'Н смеси стереоизомеров кавитанда 19.

—I— ^мр, ^ А-

«о г д

4«

СН

'осн,

/ ■ ■> 'сн/

; . ! . 1 "1н

.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 МА

16. Спектры ЯМР 31Р и 'Н индивидуального изомера 19.

Приведенные выше факты свидетельствуют о том, что стереоселективность процесса, то есть направленная фиксация в пространстве экзоциклического заместителя при атоме фосфора, зависит от природы и объема этого заместителя.

Строение выделенных стереоизомеров доказано методами ЯМР и ренгено-структурного анализа. В спектрах ЯМР 31Р (табл. 3) кавитандов 13 - 23 наблюдаются узкие синглеты, в спектрах ПМР (табл. 3) - по одному набору сигналов каждого вида протонов, что характерно для кавитандов, имеющих симметрию Сь,. Таблица 3. Параметры спектров ЯМР 3|Р,'Н Р(Ш)-фосфокавщандов (СРСЬ).

№

5 31р м.д.

5 'н, м.д. (1, Гц)

Нм

Но

СН(Цнн)

X (31Рн)

13

14

15

16

17

18

19

20 22 23

142.6 141.3 142.6

141.1

142.5

142.2 130.1 128.8

132.6 131.1

7.24 7.26 7.13 7.20

7.13

7.14 7.39 7.18 7.31 7.18

6.49 6.49

6.51 6.58

6.52 6.52 6.61 6.64

6.64

6.65

4.80(7.4) 4.80(7.3) 4.62(8.0) 4.68(8.0) 4.59(7.2) 4.58(7.2) 4.83(7.4) 4.59(8.0) 4.84(7.3) 4.63(7.7)

1.73, СНз 1.73, СНз 1.73, 2.19, 0.99, Рг 1.41, 2.20, 1.02, Рг 1.32-2.20, 0.93, Ви 1.32-2.22, 0.93,Ви

1.79, СНз 1.31-2.22, 0.93,Ви

1.75,СНз 1.38, 2.20, 1.00, Рг

3.28(9.8), ЫСН2;1.17, СНЗ

2.80(10.2), ЫСНз 3.27(10.6),ЫСНг; 1.18, СНз

2.85(10.5), ИСНз 3.28(10.6),ИСНз, 1.19,СНз 2.80(10.7), ЖШз 3.90(8.8), ОСНз 3.89(9.1), ОСНз 5.00(9.1),ОСН, 1.40, СНз 4.97(9.1), ОСН, 1.40,СНз

Проведенное ренгеноструктурное исследование* капитан да 18 показало, что в кристалле соединение 18 имеет следующий состав: фосфокавитанд, две сольватные молекулы хлористого метилена и молекула диоксана. Общий вид молекулы приведен на рис. 2. Молекула фосфокавитанда 18 имеет форму "чашки".

Атомы фосфора в 18 имеют тригонально-пирамидальную координацию с выходом из плоскости заместителей в среднем на 0.80 А. Конформация фосфоци-новых циклов "кресло-ванна" (все диметиламидные групы ЫМе2 расположены экваториально), а н-бутильных заместителей - трансоидная. Диаметры "крышки" и "дна" фосфокавитанда 18 соответственно равны 8.04(1) А и 5.28(1) А. Угол скоса между плоскостями бензольных колец и "дна" "чашки" равен 56.4°. Расстояния Р(1)...Р(3) и Р(2)...Р(3) составило 9.380 А и 6.44(4) А соответственно. Угол между плоскостями бензольных колец равен 109.6°.

•Все РСА выполнены в лаборатории РСИ ИНЭОС РАН им. Несмеянова д.х.н. Антипиным М.Ю. и Лысенко К.А., которым приносится глубокая благодарность.

ic. 2. Общий вид молекулы кавнтанда 18.

с. 3.. Общий вид молекулы кавитанда 15.

Молекула фосфокавитанда 18 имеет, в пределах погрешностей, С4у локальную симметрию, кристаллизуется в моноклинной сшггонии. Анализ кристаллической структуры показал, что молекулы кавитанда, связанные осью 2], расположены по спирали по типу "голова к голове". Одна из сольватных молекул хлористого метилена (С( 15)С1( 1 )С1(2)) размещается над плоскостью атомов фосфора, ближе к Р(4) (рис. 2), расстояние Р(4)...С1(2) составляет 3.869(8) А. Вторая молекула СН2О2 и молекула диоксана расположены в полостях между спиралями фос-фокавитандов и не имеют контактов с молекулами макроциклов.

Рснтгеноструктурное исследование кавитанда 15 показало, что длины связей и валентные углы в молекуле 15 имеют ожидаемые значения и близки к соответствующим величинам в раннее исследованной структуре 18. Восьмичленные фосфорсодержащие циклы имеют конформацию "кресло-ванна" (рис. 3).

Анализ кристаллической упаковки показал, что молекулы фосфокавитанда 15 располагаются "голова к хвосту" с небольшим сдвигом. Между соседними молекулами в колонке расположены сольватные молекулы диоксана, зажатые про-пильными заместителями одной и двумя Ы-этильными группами другой (рис. 3).

Таким образом, разработанный нами амидный метод фосфорилирования каликс[4]резорциноларенов делает возможным получение широкого круга фос-фокавитандов с достаточно высокими выходами, что позволяет провести систематическое исследование особенностей этих соединений, их химических превращений и дизайна супрамолекулярных систем.

1.3. Свойства Р(Ш)-фосфокавита11Дов.

Изучая химические свойства амидофосфито- и фосфитокавитандов, мы преследовали двоякую цель: 1) изучить особенности поведения фосфокавитандов в реакциях, хорошо известных в химии ФОС; 2) разработать методы синтеза новых кавитандов на основе уже имеющихся.

1.3.1. Окислительные реакции Р(Щифосфокавитандов. Синтез и структура Р(У}-фосфокавитандов.

Одним из способов получения кавитандов, содержащих пятивалентный фос фор, могут быть окислительные реакции амидофосфито- и фосфитокавитандов. В настоящей работе рассмотрено взаимодействие данных соединений с серой, селеном и различными кислородсодержащими реагентами.

хема 5.

v v

24 Я=Ме, Х=ЫМс2, У=Б

25 Я=Ме, Х=ЫЕи У=5

26 Л=Ви, Х=ЫМе2 У=Б

27 Я=Ви, Х=№а2, У=8

28 Х=ОМе, У=Э

29 Я=Ме, Х=0Е1, У=Б

30 Я~Мс, Х=ОРг-1, У=Б

31 Я=Рг, Х=НМе,, У=&

32 К=Ме, Х=КЕ1,, У=&

33 Я=Ме, Х~ОРг-1, У=3е

34 Я=Рг, Х=НМе2,У=0

35 К=Рг, Х=МЕх,, У=0

36 Я=Ме, Х=ОРг-1, У=0

При окислении теоретически возможно образование 6-ти стереоизомеров с пличным расположением заместителей у атома фосфора по отношению к поло-[Ц кавнтанда (схема 6).

хсма 6.

к XX о х Т' V \ . 1 о х & V 30С л х $

о чк я О ° / о и я /к " о

^ а,а,л,а А X XX а,а,а,е Б Хч/

к Л ^ у X л Гу х'Ъ

о к а к О О я я о

£ а,е,а,е X а,е,е,е хЬ

Г Д

= ОА1к, ЫА1к2, У =0, Б, Бе.

Присоединение серы и селена к амидофосфитокавитандам 13, 14, 16 - 18, оисходит стереоспецифичио. С высокими выходами (72-96%) были выделены дивидуальные стереоизомсры (А) тио(24 - 27)- и селено(31, 32)фосфатов, в ко-рых все четыре атома окислителя присоединены к фосфору аксиально, то есть правлены в сторону полости кавитанда. Соответственно, амидогруппы полуют экваториальную ориентацию. Отметим, что направленность процеса не за-сит от того, присоединяли ли серу и селен к очищенным фосфокавнтандам 13, 16 -18 или соответствующим техническим продуктам.

"бО 40

рис. 4. Спектр ЯМР 31Р тиофос фатокавитадов 28.

+60

Иначе вели себя в этих реакциях фосфиты 19 - 22. Тетраметоксифосфит 19 реагирует с серой с образованием смеси стереоизомеров с различным расположением метокси- и тион-ных групп относительно полости кавитанда, разделить которую обычными способами не удается. Об этом свидетельствует наличие в спектрах ЯМР 31Р сильнопольных сигналов с 5

48 и 51 м.д. (рис. 4). Аналогично происходила сульфуризация тетраэгоксифосфи-та 21. Однако, в этом случае удалось выделить с выходом 19% преимущественный изомер 29А. В то же время, присоединение серы и селена к тетраизонронокси-фосфиту 22 приводило к образованию преимущественных стереоизомеров ЗОА и 33 А, выход которых составлял 80% и 54% соответственно. То есть, наблюдалась прямая зависимость стереорегулярности окислительных процессов от объема заместителя.

Аналогично ведут себя кавитанды 13 — 16, 22 в реакциях с кислородсодержащими реагентами, такими как оксид азота (II), кислород при облучении ультрафиолетом, озон, перекись водорода, иодозобензол. Следует отметить, что лучший результат был получен при использовании в качестве окислителя аддукта перекиси водорода с мочевиной. Выход выделенных фосфатов 34 - 36 достигал

Строение выделеных стереоизомеров А фосфокавитандов 24 - 27, 29 - 36 установлено с помощью спектроскопии ЯМР 'Н, 31Р (табл. 4), а для соединений 25, 30 доказано методом рентгенструктурного анализа (рис. 5, 6). В спектрах ЯМР 3|Р индивидуальных соединений 24 - 27, 29 - 36 имеется по одному узкому сингле-ту, в спектрах ПМР - по одному набору сигналов каждого вида протонов, что наблюдалось только для кавитандов, имеющих симметрию С^.

Рентгеноструктурное исследование кавитандов 25, 30 показало, что в кристаллах кроме молекул указанных макроциклов содержатся сольватныс молекулы - метанола и хлороформа для соединения 25 и трех молекул хлороформа для тио-фосфата 30. Геометрические параметры структур 25-МеОН-СНСЬ и 30 3СНС1 имеют ожидаемые значения. Общий вид молекул 25,30 приведен на рис. 5, 6.

Атомы фосфора в 25, 30 имеют искаженную тетраэдрическую координацию: углы при атомах фосфора соединения 25 варьируются в интервале 100.4°-117.3°, а тиофосфатокавитанда 30 — 95.7°-129.0°. Фосфоциновые циклы имеют конформацшо "кресло-ванна" (все атомы серы занимают аксиальное, а диэтила-мидо- и соответственно изопропоксигруппы - экваториальное положение).

40-59%.

мблица 4. Параметры спектров -ЯМР 31Р ,'Н Р(У)-фосфокавнтандов (СРСЬ).

а 8 3|р, м.д. 8 'н, м.д.у, Гц)

Гц)

Нм Но№н) СН(Унн) И Х(Чрн)

1 68.5 7.21 6.55(1.7) 4.75(7.3) 1.77,СНз 2.95(12.4), >ГСНз

5 66.7 7.38 6.56(1.7) 4.74(7.4) 1.84,СНз 3.43(13.2), ИСНг; 1.20,

СНз

> 68.1 7.09 6.57(2.1) 4.52(7.4) 1.32-2.23,0.93,Ви 2.94(12.4), ЫСНз

7 67.2 7.07 6.58(2.2) 4.52(7.3) 1.34-2.24,0.95,Ви 3.43(13.9), ЫСНз; 1.20,

СНз

) 58.3 7.33 6.65(2.2) 4.82(7.3) 1.81, СНз 4.43(9.4),ОСН2;

1.46,СНз

) 57.4 7.26 6.63(2.2) 4.84(7.3) 1.78, СНз 5.07(9.5), ОСН; 1.45,

СНз

[ 73.5(991) 7.21 6.56(2.3) 4.74(7.3) 1.78, СНз 3.49(14.5), МСН;; 1.21,

СНз

: 73.6(994) 7.11 6.58(2.1) 4.54(7.7) 1.39, 2.23,1.02,Рг 2.96(12.8), ЫСНз

1 63.7(1023) 7.27 6.64(2.2) 4.82(7.8) 1.78, СНз 5.11(10.2), ОСН; 1.47,

СНз

; -1.2 7.10 6.74 4.54(7.7) 1.34, 2.21,0.97,Рг 2.82(12.5), ЫСНз

; -0.2 7.24 6.76 4.65(7.7) • 1.38, 2.46,0.99,Рг 3.31(13.7), МСНг, 1.21,

СНз

; -14.2 7.27 6.84 4.84(6.4) 1.90, СНз 4.99(11.4), ОСН, 1.47,

СНз

В кристалле 25МеОН СНС1з сольватная молекула метанола находится в лосги кавитанда 25 и образует водородные связи типа О-Н.-.Б с тиофосфо-льными группами (расстояние Б...О 3.19 А отвечает водородным связям средней очности) (рис. 5). В случае соединения 30 сольватные молекулы хлороформа ходятся в полостях между спиралями фосфокавитандов (рис. 6), образуя меж-лекулярные водородные связи с атомами Б: С(25)-Н(28)...8(2), С(33)-Н(33)...3(2) расстояниями Н-.Б, равными 2.72 А и 2.65 А соответственно (сумма ван-дер-тлъсовых радиусов для Э и Н равна 2.92 А) (рис. 6). Также в кристалле 30 обнажены сокращенные межмолекулярные контакты С1...С1 со средним расстоянием 5 А (сумма ван-дер-ваальсовых радиусов для атомов С1 3.80 А).

Таким образом, окислительные реакции Р(Ш)-фосфокавитандов являются эбным методом синтеза Р(У)-фосфокавитандов, позволяющим получат!, их с рошимн выходами в виде индивидуальных стереоизомеров.

Рис. 5. 30.

. Общий вид молекулы и схема образования водородных связей кавитанда

3.2. Нуклсофильное замещение в Р(Ш)-фосфокавитацдах.

Для изучения взаимодействия Р(Ш)-фосфокавитандов с нуклеофильными агентами мы проводили метанолиз и гидролиз амидофосфитокавитандов 13, 1, 18. Реакции осуществляли в запаянных ампулах в атмосфере аргона, в ннтер-шс чемператур 20 - 140°С при варьировании времени процесса, растворителей и ютношения реагентов. Контроль за ходом реакции осуществляли методом спек-юскопин ЯМР з'Р.

Эксперименты показали, что в условиях, обычно используемых для мета-ишза амидов фосфористой кислоты, амидофосфитокавитанды 13,14,18 с металлом не взаимодействуют. Процесс протекал при нагревании системы свыше Ю°С, причем температура реакции повышалась с увеличением объема замести-лей. В ходе метанолиза наблюдалось одновременное замещение амидной груп-I па мешльнуго и деструкция фосфоцинового цикла. В то же время, фосфитока-тапды 19 - 22 уже при комнатной температуре реагируют с метанолом с рас-ытнем фосфоцннового цикла (схема 7). ;ема 7.

Аналогично метанолизу ведут себя амидофосфитокавитанды и во взаимо-ствии с водой. При комнатной температуре соединения 13, 18 проявляют пас-иость и реагируют только при 130-140°С, также, как и в случае метанолиза, с грукцией цикла (схема 8).

Схема!

он

.p's^HNEtj

он

--IIjt'04 HNEU

в

13 R = Me, X = NEt2 18R = Bu,X = NMc2 19 R=Me, X=OMe *

5. ВЫВОДЫ.

1. Исследовано фосфорилнрование каликс[4]рсзорцнноларенов moho-, ди- и три-ампдамн фосфористой кислоты. Установлено, что направление процесса зависит от строения метацнклофановой матрицы.

2. Исчерпывающим фосфорнлированием октолов впервые получены и охарактеризованы октакис(диамидотиофосфато)- и октакис(фосфито)каликс[4]резор-цинарены.

3. Разработан амидный метод синтеза Р(Ш)-фосфокавитандов. Взаимодействием триамидов фосфористой кислоты с каликс[4]резорциноларенами синтезирована серия неизвестных ранее амидофосфитокавитандов.

4. Методом ЯМР спектроскопии на ядрах 'Н, |3С, 31Р и РСА установлено строение Р(Ш)-фосфокавитандов и доказано, что они существуют в виде преимущественного изомера с симметрией C<tv.

5. Изучены окислительные реакции Р(Ш)-фосфокавитандов. Данные процессы использованы в качестве удобного метода получения Р(У)-фосфокавитандов, строение которых доказано при помощи спектроскопии ЯМР 'Н, 31Р и РСА.

6. Рассмотрено нуклеофильное замещение у атомов фосфора в Р(Ш)-фосфока-витандах на примере метанолиза и гидролиза. Показано, что при обычных ус ловиях амидофосфитокавитанды проявляют пассивность. Реакции с метаноло\ и водой протекают в жестких условиях и сопровождаются деструкцией цикла.

7. Установлено, что стереонаправленностъ образования Р(Ш)-фосфокавитандов ) их дальнейших превращений (окислительные процессы, нуклеофильное заме щение) определяется двумя факторами — жесткостью каркасной структуры ка витандов и объемом экзоциклического заместителя у атома фосфора.

мовное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

Нифантьв Э.Е., Масленникова В.И., Васянина JI.K., Панина Е.В. О возможнос-ш фосфорилирования и циклофосфорилирования прокавитандов амидами фосфористой кислоты. //ЖОХ. 1994. Т. 64. Вып. 1. С. 154-155. Масленникова В.И., Папина Е.В., Антипин М.Ю., Ннфантьев Э.Е. Фосфори-шропапне октагидрокси[14]метациклофанов амидами фосфористой кислоты. // "нмпознум по органической химии. С.-Петербург. Май 21-24. 1995. С.144. Vlaslennikova V.I., Panina E.V., Antipin M.Yu., Nifantycv E.E. Phosphorylation of )c!ahydio.\y[U]mctacyclop!ianes with Amides of Phosphorous Acid. // XIHth Inter-lational Conference on Phosphorus Chemistry. Jerusalem. Israel. Juli 16-21. 1995. P. 100.

Maslennikova V.I., Panina E.V., Bekker A.R., Vasyanina L.K., Nifantyev E.E. \inidopIiosphitcs in the Chemistry of Calyx[4]resorcinoIarene. // Phosphorus, Sulfur mil Silicon. 1996. Vol. 113. № 1. P. 219-223.

Nifantyev E.E., Maslennikova V.I., Panina E.V., Bekker A.R., Vasyanina L.K., .ysenko K. A., Antipin M.Yu., Struchkov Yti.T. Synthesis and Structure of 'Imspliito- and Tiophosphatocavitands. // Mendeev Coramun. 1995. № 4. P. 13133.

Vlaslennikova V.I., Panina E.V., Antipin M.Yu., Nifantyev E.E. Synthesis and ¡tincture of Phosphocavitands. // XI International Conference on Chemistry of 'hospliorus Compounds. Kazan. Russia. September 8-13. 1996. P. 255. □карнпа Е.В. Фосфокавитанды: синтез, структура, свойства. /I Молодежный 'импозиум по химии фосфорорганических соединений. С.-Петербург. Июнь 2. 1997. С. 54.

работах №№ 1-6 Шкарина Е.В. печаталась под фамилией Панина.

Подп. к иеч. 04.09.97 Объем 1 п. л. Зак. 248 Тир. 100

Типография МПГУ