Молекулярные комплексы металлопорфиринов как модель исследования донорно-акцепторных взаимодействий n,v-типа в органической химии тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

СОБОЛЕВ ПАВЕЛ СЕРГЕЕВИЧ

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ МЕТАЛЛОПОРФИРИНОВ КАК МОДЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ п,у-ТИПА В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Специальность - 02.00.03 - органическая химия Специальность - 02.00.04 - физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва 2013

19 СЕН 2013

005533219

Работа выполнена на кафедре молекулярной биологии, биологической и органической химии ФГБОУ ВПО Петрозаводского государственного университета и при лаборатории молекулярной генетики врожденного иммунитета ФГБОУ ВПО Петрозаводского государственного университета

Научный руководитель Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Андреев Владимир Петрович

доктор химических наук, доцент Борисова Елена Яковлевна

доктор химических наук, профессор кафедры органической химии им. И.М. Назарова Московского государственного университета тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова Лебедева Наталья Шамильевна доктор химических наук, доцент, ведущий научный сотрудник Федерального

государственного бюджетного

учреждения науки Института химии растворов им. Г.А. Крестова Российской академии наук лаборатории 1-7: Физической химии растворов макроциклических соединений Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального

образования Санкт-Петербургский

государственный технологический

институт (технический университет), СПбГТИ (ТУ)

Защита состоится 2013 года на заседании

диссертационного совета Д 212.120.01 пр'и Московском государственном университете тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова по адресу 119571, г. Москва, пр. Вернадского, д. 86

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М. В. Ломоносова. / __ 7

Автореферат разослан » 2013 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук, *

старший научный сотрудник /V _Лютик А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Актуальность исследования структуры и свойств молекулярных комплексов азот- и кислородсодержащих лигандов с V-акцепторами обусловлена теоретической ценностью изучения процессов координации и широчайшим применением таких комплексов в различных отраслях промышленности, физической электроники, медицине и других областях. При этом особую роль молекулярные комплексы играют в биологических системах, в частности в процессах функционирования порфириновых систем (гемоглобин, хлорофилл, пероксидазы, цианкобапамин и многие другие), в связи с чем крайне необходимо глубокое понимание количественных закономерностей, определяющих прочность донорно-акцепторных связей. Однако к настоящему времени сложилась ситуация, когда значения констант устойчивости комплексов и термодинамических параметров их образования, определенные различными физико-химическими методами, находятся в серьезном противоречии друг с другом.

С другой стороны центральным вопросом теоретической органической химии является поиск взаимосвязи строения и реакционной способности соединений. Для его решения в настоящее время широко используются эмпирические уравнения типа Гаммета и Тафта, а также их многочисленные модификации, не смотря на то, что множественность а-констант требует осторожности их выбора при построении корреляций, а использование для интерпретации переходного состояния противоречит некоторым другим устоявшимся представлениям, в частности постулату Хэммонда.

Ввиду того, что аддукты гп-тетрафенилпорфина (2п-ТФП) с п-донорными лигандами во многом очень похожи на переходные состояния в нуклеофильных реакциях и фермент-субстратные комплексы в метаплопорфириновых (МП) системах, в данной работе мы попытались с позиций координационной химии интерпретировать некоторые органические и биохимические реакции, происходящие с участием подобных типов лигандов/ нуклеофилов/ субстратов.

Целью настоящей работы является комплексное систематическое исследование процессов комплексообразования МП с различными азот- и кислороддонорными лигандами.

В связи с этим в задачи исследования входили:

1. Определение методом электронной спектроскопии констант устойчивости и термодинамических характеристик процессов комплексообразования металлопорфиринов в хлороформе с пиридинами, 1М-оксидами пиридинов и хинолинов, алифатическими и ароматическими аминами;

2. Установление взаимосвязи между количественными характеристиками процессов комплексообразования гп-ТФП и структурой координируемых лигандов;

3. Выделение и установление методом рентгеноструктурного анализа структуры стабильных молекулярных комплексов гп-ТФП с некоторыми представителями исследуемых классов лигандов;

4. Выявление корреляционных уравнений, связывающих кинетические и термодинамические параметры процессов координации 2п-ТФП, реакций нуклеофильного замещения и некоторых ферментативных реакций с участием пероксидаз.

Научная новизна. Впервые спектрофотометрическим методом определены константы устойчивости молекулярных комплексов гп-ТФП со 170 кислород- и азотсодержащими лигандами с реакционными центрами различной пространственной доступности, а также термодинамические характеристики процессов их образования. Впервые синтезированы и охарактеризованы н-октилпропаргиламин, 4-фтор- и 4-иодпропаргиланилины; получены и исследованы методом РСА 7 новых молекулярных комплексов гп-ТФП с 4-диметиламинопиридином, 4-метоксианилином, пара-фенилендиамином, н-октиламином, Ы-оксидами 4-метоксипиридина, 4-метокси- и 4-хлорхинолина. Выявлены простые корреляционные зависимости "структура-реакционная способность" в координационных, органических и биохимических процессах. Впервые обнаружено, что амины, содержащие н-октильную группу, обладают повышенной нуклеофильностью по отношению к порфириновым системам (координация с гп-ТФП, раскрытие экзоцикла феофорбида а).

Практическая значимость. Установленные в диссертационной работе закономерности комплексообразования гп-ТФП и других МП позволяют на основании данных электронной спектроскопии (АЛ) при наличии корреляционных уравнений достаточно просто рассчитывать константы устойчивости комплексов МП с у-акцепторами, ст-константы Гаммета, а при отсутствии стерических факторов и рКа лигандов в растворителях, значительно различающихся по полярности. Константы устойчивости аксиальных донорно-акцепторных комплексов гп-ТФП с лигандами в хлороформе предложены в качестве параметров, характеризующих нуклеофильность (в реакциях и основность реагентов.

Данные координационной химии могут быть использованы для предсказания констант равновесия и скоростей органических и ферментативных реакций при наличии соответствующих корреляционных уравнений. Неподчинение указанным зависимостям указывает на влияние неучтенных типов донорно-акцепторных взаимодействий.

Апробация работы. Основные результаты диссертации представлены на следующих конференциях: Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы химического образования» (Нижний Новгород, 2008г), «Пятая международная конференция молодых ученых по органической химии» (Санкт-Петербург, 2009г), Всероссийская конференция по органической химии, посвященная 75-летию со дня

основания института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН (Москва, 2009г), XV Симпозиум по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул (Петрозаводск, 201 Or), V Всероссийской конференции студентов и аспирантов « Химия в современном мире» (Санкт-Петербург, 2011 г), V Всероссийский Симпозиум « Белки и пептиды» (Петрозаводск, 2011 г), XI международная конференция по физической и координационной химии порфиринов и их аналогов (Одесса, 2011г), XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011 г).

Публикации. По теме диссертации опубликованы: 6 статей в журналах перечня ВАК и 9 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 172 страницах, содержит 30 таблиц и 41 рисунок. Она включает введение, обзор литературных данных, обсуждение результатов, экспериментальную часть, выводы, приложения и список цитируемой литературы (195 наименований).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Комплексообразование Zn-ТФП с лигандом (L) имеет много общего с реакциями

+-L +L

Zn-ТФП — Zn-ТФП L - " Zn-ТФП-2L

-L -L

нуклеофильного замещения. Реакция замещения при Csp3 может осуществляться как диссоциативный (SN1) или как синхронный процесс (Sn2) как в прямом, так и в обратном направлении.

-х". * +У~_ RX . * R - _- RY +Х -Y

Г + R-X s [ Y8" - R - Xs" f ^ Y-R + X"

Следовательно, с одной стороны, реакции нуклеофильного замещения можно рассматривать как равновесные процессы конкурентного взаимодействия комплексообразователя (карбокатион, реакции SN1) с двумя разными лигандами или распада комплекса, содержащего два разных лиганда (активированный комплекс, реакции SN2). С другой стороны, комплексообразование подобно реакциям замещения (обмена) с участием комплексов состава 1:1 (Zn-ТФП-!.) или 1:2 (Zn-ТФП-21.), в которых нуклеофил и уходящая группа могут отличаться друг от друга или быть идентичными.

В связи с этим процесс комплексообразования Zn-ТФП в хлороформе выбран нами в качестве модели для изучения координации разнообразных по своей природе и строению электронодонорных лигандов в условиях in vitro. В качестве объектов исследованы пиридин и его производные, гетероароматические N-оксиды пиридинового и

хинолинового рядов, а также амины предельного, непредельного и ароматического рядов и спирты. Особенностью такого набора соединений является возможность широкой вариации электронной плотности и пространственной доступности донорного центра нуклеофилов.

1. Нуклеофилы/основания/лиганды с n-донорными центрами, находящимися в сопряжении с ароматической системой 1.1. Пиридины и N-оксиды пиридинов и хинолинов

Исследованию процессов комплексообразования пиридинов с Zn-, Cd- и Hg-содержащими (тетрафенил- и октаэтил-) порфиринами в бензоле, толуоле и хлористом метилене, а также N-оксидов пиридинов с Zn-ТФП в хлороформе методами электронной, ЯМР спектроскопии и калориметрии посвящено несколько публикаций. Однако эти данные очень противоречивы и не позволяют выяснить термодинамические особенности координации МП.

Гетероароматические N-оксиды пиридинового (II, III) и хинолинового рядов (IV, V)

0*С5* СС СО* СхХ

* * * i

О О о о

(I а-в,д-м) (П а-г,ж,м-щ) (П1 а,о) (¡Уа,б,г,н-п,ф-ц) (Va,H-n)

Х= Н (а), 4-Ме (б), З-Ме (в), 4-ОМе (г), 4-NMe2 (д), 3-CONH2 (е), 3-COOEt (ж), 4-CN (з), 3-NH2 (и), 2-NH2 (к), 2-С1(л),2,6-С12 (м), 4-Вг(н), 4-С1 (о), 4-N02 (п), 4-(4-С1С6Н4СН=СН-) (пр), 4-(С6Н5СН=СН-) (с), 4-(4-МеОС6Н4СН=СН-) (т), 4-(4-Me2NC6H,CH=CH-) (у), 2ЧС6Н5СН=СН-) (ф), 2-(4-МеОС6Н4СН=СН-) (x),2-C4-Me2NC6H4-CH=CH-) (ц), 4-морфолино (ш), 3-Me,4-N02 (щ)

были получены по известным в литературе методам: окислением соответствующих гетероциклических соединений 30% перекисью водорода в ледяной уксусной кислоте с последующими нитрованием смесью концентрированных азотной и серной кислот и нуклеофильным замещением N02-rpynnbi. Стирильные производные N-оксидов 2-метил- и 4-метилпиридинов и 2- и 4-метилхинолинов синтезировали их конденсацией с ароматическими альдегидами в присутствии метилата калия в метаноле, гидроксида натрия в диметилсульфоксиде и гидроксида калия в этаноле.

Исследование комплексообразования МП проводили в хлороформе, изучая их электронные спектры поглощения (ЭСП). Константы устойчивости (К) молекулярных комплексов рассчитывали на основании интенсивностей полос поглощения МП и его комплексов при различных концентрациях лиганда, термодинамические характеристики (AH°,AS°) получали используя значения К при 3 -5 температурах.

В отсутствии стерических факторов константы устойчивости комплексов Zn-ТФП, диметилового эфира цинк(11)протопорфирина IX (Zn-ДМЭПП IX) и

триметилового эфира хлорина е6 (гп-ТМЭХе6) с пиридинами и гп-ТФП с гетероароматическими !М-оксидами линейно коррелируют с основностью в воде (рКа) и ст-константами Гаммета заместителей в ароматическом кольце лигандов, а также величинами смещений (ДА) максимумов полос поглощения в ЭСП МП при его комплексообразовании (рис.1).

Рис.1(а-в), Зависимость |дК комплексов гп-ТФП с 3- и 4-замещенными пиридинами (1), М-оксидами пиридинов (2), М-оксидами хинолинов (3) и анилинов (4) в хлороформе при 298 К от рКа лигандов в воде (а), о-констант Гаммета (б) и смещения максимумов поглощения полосы II (ДА») в электронных спектрах гп-ТФП (в).

Однако, если зависимости 1дК - рКа и 1дК - ст для пиридинов, Ы-оксидов пиридинов и М-оксидов хинолинов описываются тремя различными уравнениями (рис.1 а,б), то в координатах 1дК - ДА (рис.1 в, оба параметра определены в хлороформе) точки для пиридинов и N-оксидов пиридинов ложатся на одну прямую (1дК = 0.272 ДЛ„ - 0.623; п 19, г 0.992). По-видимому, для этих серий лигандов различия в стерических препятствиях комплексообразованию и сольватации в используемом нами слабополярном растворителе столь малосущественны, что изменения в электронных спектрах гп-ТФП при координации и устойчивость комплексов в обоих случаях в одинаковой степени пропорциональны только электронодонорным свойствам гетероатомов (кислорода или азота), зависящими как от их поляризуемости/электроотрицательности, так и электронных эффектов заместителей в пиридиновом кольце.

Между полученными нами константами устойчивости (К) комплексов гп-ТФП и константами скоростей (к, лит. данные) реакций Эц для пиридинов и N-оксидов пиридинов в воде и органических растворителях выполняются линейные корреляции (г 0.97-0.999) указывая на то, что эти процессы имеют много общего.

При координации гп-ТФП с пиридинами величины ДН° и ДБ0 (с гетероароматическими М-оксидами - ДБ0) возрастают с увеличением рКа лиганда и электронодонорных свойств заместителя (рис.2). Значения ДН° для М-оксидов пиридинов с заместителями в положениях 3 и 4 и стирильными заместителями в положении 2, а также 4-замещенных Ы-оксидов хинолинов имеют близкие значения (ДН°ср= -13.8 ± 0.2 кДж-моль"1, п 22, серия А), в то время как для (М-оксидов 2-метилпиридинов, 2-метилхинолинов и 2-стирилхино- линов они тоже одинаковы, но значительно выше (ДН0среднее = -12.0 + 0.2 кДж-моль"1, п 9, серия Б).

а

б

в

Таким образом, для каждой из двух серий лигандов координация с Zn-

ТФП является

изоэнтальпийным процессом. Зависимость AG от температуры (рис.За.б) приводит к выводу, что около абсолютного нуля для N-оксидов и 200 К для пиридинов AG (и

константы устойчивости комплексов Zn-ТФП и Zn-ДМЭПП IX) перестанут зависеть от структуры лиганда, а в случае пиридинов при дальнейшем понижении температуры должно произойти обращение порядка К от электронных эффектов заместителей: например, комплексы с 4-цианоприридином (1з) станут более устойчивыми, чем с 4-диметиламинопиридином (1д).

ÜO.

18 ^^^^^^^^^^^^^^^^

а б в

Рис. 3. Температурная зависимость AG комплексообразования Zn-ТФП с пиридинами (а), N-оксидами пиридинов и хинолинов (б) и анилинов(в) в хлороформе.

Пересечение температурных зависимостей AG комплексообразования Zn-ТФП с пиридинами от констант Гаммета наблюдается при значении о около 0.2, для 4-замещенных N-оксидов пиридинов и хинолинов около 0.8. Действительно, для никотинамида (le, а 0.28) и N-оксида 4-нитрохинолина (IVn, a 0.778) AG процесса слабо зависят от температуры (рис.3а,б).

Между термодинамическими характеристиками процессов комплексообразования Zn-ТФП и Zn-ДМЭПП IX и активационными параметрами некоторых реакций SN с участием пиридинов также осуществляются простые корреляционные уравнения. На рис.4 показана линейная зависимость между АН* и AS* катализируемого пиридинами гидролиза бензолсульфохлорида, с одной стороны, и АН0 и AS0 комплексообразования Zn-ТФП с пиридинами (они также линейно коррелируют с АН0 и AS0 процесса диссоциации водных растворов катионов замещенного пиридиния XC5H4N+), с другой стороны.

дьр ДБ"

0 5 10

Рис. 2. Зависимость термодинамических характеристик комплексообразования Zn-ТФП с пиридинами (1), N-оксидами пиридинов (2) и N-оксидами хинолинов (3).

\

Рис. 4. Зависимость ДН° - ДН' (1) и ДЭ° - ДБ* (2) комплексообра-зования 2п-ТФП с пиридинами (Іа.в.ж.з) в хлороформе и гидролиза бензолсульфохлорида в присутствии пиридинов в воде.

Рис. 5. Зависимость 1дК комплексов &-ТФП с 4-замещенными Nчжcидaми хинолинов (1), 2-, 3- и 4- замещенными N-оксидами пиридинов (2), 4-замещенными N-оксидами 2-метилхинолинов (3) и ^оксидами хинолинов со стерильными заместителями во втором положении (4) в хлороформе при 298 К от смещения полос поглощения ДА,, в ЭСП 2л-ТФП.

Однако столь простые зависимости соблюдаются лишь в тех случаях, когда образование связи с атомом цинка осуществляется за счет атома азота пиридинового кольца в отсутствие иных, кроме электронных факторов. Так, 2-хлор- и 2-аминопиридин из-за стерических препятствий комплексообразованию с гп-ТФП, не подчиняются подобным корреляциям, а 2,6-дихлорпиридин, Ы-оксид 2,6-диметил-4-нитропиридина и бензофуроксан даже в их насыщенных растворах не вызывают изменений в ЭСП гп-ТФП. Тот факт, что поведение гидразида изоникотиновой кислоты не может быть описано с помощью уравнений используемых для координации других пиридинов указывает на смену центра донорно-акцепторного взаимодействия (группа СОЫНЫН2).

Кроме того, поведение всех исследованных нами N-оксидов пиридинов с заместителями в положениях 2, 3 и 4 (включая стирильные производные и Ы-оксид З-метил-4-ниропиридина) неплохо подчиняется уравнениям ІдК = 0.268ДА,, -0.556 п 18, г 0.99 и ІдК = 0.358рКа + 2.66 п 13, г 0.994. В случае же N-оксидов хинолинов стерическое влияние атома водорода в положении 8 приводит к тому, что в координатах ІдК - ДА точки ложатся на три прямые 1,3 и 4 (рис.5).

1.2. Анилины

В настоящее время "супернуклеофильность" Ы-оксидов пиридинов по сравнению с пиридинами пытаются объяснить с точки зрения различий в константах равновесия (координация) и скоростей реакций (Эм). Однако нами было обнаружено, что и термодинамическое поведение этих соединений при комплексообразовании с гп-ТФП резко отличается: в первом случае в отсутствие стерических факторов при изменении природы нуклеофила постоянным является отношение ДН°/ДЗ°, а во втором значение ДН°.

Для доказательства подобия поведения анилинов и N-оксидов пиридинов (р,тт- сопряжение гетероатома с ароматическим кольцом) в

процессах координации и реакциях SN изучено комплексообразование ¿п-ТФП с анилинами (\/1-1Х).

= = Н, X = Н (а), З-Ме (б), 4-Ме (в), 4-Е1 (г), 3-МеО (д), 4-МеО (е), 4-Ш2 (ж), 3-N02 (з), 4-Ш2 (и), 4-Б (к), 4-С1 (л), 4-Вг (м), 4-1 (н), 3-С1 (о), З-Вг (п), 2- С1 (р), 2-Вг (с), 2,4-СЬ (т), 2,5-С12 (у), 2,6-С12 (ф);

Я, = Ме, = Н, X = Н (х), Я, = Е1, Я2 = Н, X = Н (ц), Я, = РЬ, Я2 = Н, X = Н (ч);

= К2 = Е1, X = Н (ш); = Я2 = Ме, X = Н (щ), 4-СНО (э), 4-СОО Е1 (ю) Я, = Ме, Яг = СН2С=СН (я)

Ацетиленовые анилины и соединения XII, XIII получены пропаргилированием соответствующих аминов.

Структура не описанных в литературе 4-фтор- и 4-иод-Ы-пропаргиланилинов, а также н-октилпропаргиламина (ХИу) подтверждена данными элементного анализа и спектроскопическими методами. В ИК спектрах этих соединений присутствуют полосы поглощения в области 2103-2115 и 3279-3310 см"1, подтверждающие наличие монозамещенной тройной связи. В 'Н ЯМР спектрах (3-ацетиленозых аминов дублеты З.З.-3.6 м.д. (2Н) соответствуют метиленовым протонам ЫСН2С= и триплеты 2.1-2.2 м.д.(1Н)~ протонам терминальной тройной связи =СН.

Как и в случае пиридинов и гетероароматических N-оксидов, при отсутствии стерических факторов смещения максимумов полос поглощения (ДА) гп-ТФП в ЭСП в хлороформе при координации с анилинами (VI) линейно коррелируют (г 0.95-0.99) с логарифмами констант устойчивости (ДА,, = 2.86 1дК + 6.85 п 19) комплексов, рКа (ДАЦ = 1.04 рКа +9.51 п 19) лигандов в воде и с а-константами (Мп = -2.89 а +14.13 п 14) заместителей в бензольном кольце (рис.1, прямые 4).

Константы скорости некоторых реакций нуклеофильного замещения к с участием анилинов также линейно коррелируют (г 0.97-0.99) с константами устойчивости комплексов анилинов с 2п-ТФП в хлороформе при 25°С и смещениями максимумов полос поглощения (АЛ) МП (рис.6). Величины ДН° (за исключением 4-галогенанилинов (\/1к-н), 2,6-дихлоранилина, 4-М,Ы-диметиламинобензальдегида и этилового эфира 4-диметиламинобензойной кислоты) имеют близкие значения (ДН0среднее = -14.7 ± 0.1 кДж моль"1, п=14), т.е. координация анилинов с гп-ТФП является изоэнтальпийным процессом.

мнсн,с=сн

VI (а-я) VII (а,в,еж,к-с,у) VIII (а,в,е,л,м) IX

^^ СН

10 12 14 16 18 20 1.5 2 2.5 3

Рис.6. Зависимость констант скорости ((дк) реакции транс- 3-нитрофенил-0-хлорвинилкетона с анилинами (У1в1д,ж,э1м,о) в иэопропиловом слирте при 25*С от смещения максимумов первой (1 - ДЛ,, 1дк = 0.82 ДА! — 11.83. г 0.99) и второй (2 - ДА,1. № = 0.89 ДЛ» - 14.94, г 0.99) полос поглощения гп-ТФП при комплексообразовании с анилинами в хлороформе (1дк = 2.691дК -6.29. г 0.99) при 25"С.

Величина ДБ0 при переходе от наиболее основного пара-фенилендиамина к наименее основному 3-нитроанилину изменяет свое значение для анилинов (\/1а-п) с первичной аминогруппой и заместителями в положениях 3 и 4 от положительного (5.9 Джмоль"1К"1 к отрицательному (-17.3 Дж-моль"1-К"1). Для анилинов с заместителями в орто-положении ДБ0 уменьшается еще больше: от-19.5 (2-хлоранилин) до -40.4 Дж моль'1-К"1 (2,6-дихлоранилин), по-видимому, в соответствии с увеличением стерических препятствий координации. Для анилинов изоэнтальпийной серии, в том числе для лигандов с заместителями в орто-положений, ДЭ линейно связана с 1дК (ДБ0 = 19.43 1дК - 49.98; г 0.998 п 14). Уменьшение ДБ0 в ряду анилин - 1М-метиланилин - N,N1-диметиланилин от -8.3 до -24.5 Дж-моль'1-К"1 (эр3-гибридизация атома азота), по-видимому, в первую очередь вызвано стерическими факторами. Закономерности в зависимости Дв от температуры (рис.3в) позволяют сделать вывод, что вблизи абсолютного нуля Дв и константа устойчивости должны перестать зависеть от структуры анилина.

Иначе ведут себя 4-галогенанилины (\/1к-н), при комплексообразовании которых ДН не остается постоянной, а изменяется от -13.5 до -15.6 кДжмоль"1. Они не подчиняются закономерностям в зависимости ДБ0 от о+ - констант заместителей и 1дК (ДО0), выполняющимся для других первичных анилинов (рис.7).

Зависимость ДБ0 - 1дК(ДС°) является универсальной для координации всех первичных анилинов (за исключением \/1к-н), в том числе содержащих заместители в орто- (2-С1, 2-Вг, 2,4-С12, 2,5-С12, 2,6-С12) положении бензольного кольца и при атоме азота аминогруппы (Ы-Ме, Ы-Е^ 1М-Ме2). Кроме того, если основность 4-галогенанилинов в воде при 25°С уменьшается в ряду Р > С1 > Вг > I, то константы устойчивости комплексов с гп-ТФП в хлороформе при этой же температуре имеют несколько иной порядок Р > С1 > I > Вг (в соответствии с порядком изменения а* - констант заместителей).

Д Vln AVIu

10 0 -10 -20 -ЗО -40 -50

4s»

0.5

2,5

а б

Рис.7. Зависимость AS° комплексообразования анилинов с Zn-ТФП в хлороформе от (а) о* - констант заместителей (ÜS° = -11.34 о* -8.79; п 9. г 0.99, анилины VI а-в, д-з,о,п) и (б) от IgK (AS0 = 19.42 IgK -49.99; n 17 г 0.998, анилины VI a-e, д-з,о-ц,щ) в хлороформе при 25"С. Уравнения рассчитаны без учета анилинов VIk-h.

Ввиду того, что металлопорфирины являются простетическими группами ряда ферментов, логично было предположить, что биохимические реакции с их участием также могут подчиняться линейным соотношениям типа 1дк - 1дК и 1дк - ДА. В качестве модельной реакции, позволяющей оценить возможность таких корреляций, мы выбрали окисление анилинов (субстрат) пероксидазой хрена (хромопротеид). На основании полученных нами значений констант устойчивости комплексов гп-ТФП с анилинами, содержащими заместители в положениях 2,3 и 4 бензольного кольца и литературных данных по константам скоростей (к) для стадии взаимодействия этих анилинов с соединением срс1-11 пероксидазы хрена мы вывели линейные зависимости между 1дК, 1дк, рКа, ДА и о- и о+ - константами (рис.8 а, б; точки для 2-хлоранилина лежат на прямых, а 4-хлоранилина (\/1л) - вне их).

а б

Рис. 8. Зависимость Igk реакции окисления анилинов соединением cpd-ll пероксидазы хрена от IgK (а) и ДЛ„ (б) процесса координации Zn-ТФП с анилинами (№-в,д,е,л,о,р); г 0.97-0.98.

Мы также изучили влияние на процесс координации Zn-ТФП с анилинами введения в аминогруппу заместителя, содержащего тройную связь. Оказалось, что между различными параметрами, характеризующими комплексообразование Zn-ТФП с анилинами с пропаргильным заместителем (VII) и без него (VI) соблюдаются линейные

зависимости, т.е. введение группы СН2С=СН приводит к их пропорциональному изменению для анилинов (в том числе 4-галогенанилинов), содержащих заместители в положениях 2,3,4 (1дК = "^(МдКионоац- 0.858 п 10 г 0.985; Дв0 = 1.1 г-АБ^ноац - 6.71 п 10 г 0.98; ДАц = 1.115- ААц(МОНоац) + 1 -006 п 10 г 0.97). Однако данные для 1М-метил- и 2,5-дихлорпропаргилани- лина не подчиняются этим зависимостям (очень сильное изменение пространственного окружения рядом с атомом азота).

Координация гп-ТФП с моноацетиленовыми (за исключением 4-гапогенпроизводных) вторичными анилинами и М,1М'-дипропаргил-пара-фенилендиамином является изоэнтальпийным процессом; ДН ср = -14.6 кДж-моль"1 (для неацетиленовых анилинов ДН0Ср = -14.7 кДжмоль"1). При введении одного пропаргильного заместителя (как и группы Ме; для N1-метиланилина ДН -14.8 кДжмоль'1) в первичную аминогруппу ДН° образования комплексов практически не изменяется.

Для 1М-метилпропаргил- и Ы.М-дипропаргиланилинов вследствие очень сильного изменения пространственного окружения рядом с атомом азота значение ДН° значительно выше (-12.7 и -12.1 кДж'Моль"1) и является почти одинаковым, в то время как введение атома хлора в пятое положение 2-хлор-1Ч-пропаргиланилина (ДН° -14.7 кДж-моль"1; такое же, как у 2-С1-, 2,4- и 2,5-дихлоранилинов) вызывает меньшее изменение ДН° (-13.6 кДж моль"1). В случае координации 2п-ТФП с Ы,Ы'-дипропаргил-пара-фенилендиамином ДН° такое же как для монопропаргиланилина, однако значение К чуть выше. Введение же двух пропаргильных заместителей в аминогруппу 4-галогенанилинов приводит к тому, что ДН° для 2-С1- и 2-Вг-дипропаргиланилинов становится таким же, как и у других неацетиленовых и моноацетиленовых анилинов.

Для монопропаргиланилинов соблюдается линейная взаимосвязь

между ДБ0 - 1дК (рис. 9), причем этой зависимости не подчиняются N1-метилпропаргил- и N,N1-

дипропаргиланилины, что связано с резким увеличением стерических факторов, а также 4-галоген-Ы-пропаргиланилины (как и незамещенные при атоме азота 4-галогенанилины (рис.7)).

Таким образом, между кинетическими и термодинамическими параметрами

некоторых процессов координационной, органической и биологической химии происходящих с участием одних и тех же лигандов/нуклеофилов/оснований/субстра-линейные зависимости, описываемые

0,5 1 1,5 2 2,5

Рис.9. Зависимость AS0 комплекса-образования монопропаргиланилинов с Zn-ТФП от IgK в хлороформе при 25'С (лиганды VII к-н являются 4-галоген-,УПу - 2,5-дихлор-, Via - N-метилпропаргил-анилинами).

тов могут выполняться

уравнениями типа Гаммета. Однако, если кинетическое поведение 14-оксидов пиридинов правомерно сравнивать с поведением пиридинов, то с точки зрения термодинамики (по крайней мере, при образовании комплексов с МП) они похожи на анилины (постоянство АН0).

2. Нуклеофилы/основания/лиганды с п-донорными центрами в состоянии 8р3-гибридизации

В разделе 1 нами было рассмотрено комплексообразование МП с ароматическими лигандами, которое может быть описано простыми уравнениями типа Гаммета. Однако существует множество процессов, в которых участвуют соединения (например, амины и спирты) с изменяющимся пространственным окружением реакционного центра. Они должны подчиняться более сложным уравнениям, учитывающим не только электронные, но и другие факторы.

2.1. Первичные амины и спирты

"На первом этапе мы исследовали координацию гп-ТФП с первичными аминами и со спиртами, содержащими стерически наиболее доступный нуклеофильный центр.

я-шг я-он

X а-к, н-щ

XI б-и, л,н-п, ш, щ

п «25, Г=0.994

R= H (a), Me (б), Et (в), Рг (г), i-Pr (д), Bu (е), i-Bu (ж), s-Bu (з), t-Bu (и), н-амил (к), изо-амил (л), н-гексил (м), н-гептил (н), н-октил (о), н-нонил (п), н-децил (р), н-додецил (с), н-пентадецил (т), н-октадецил (у), циклогексил (ф), аллил (х), бензил (ц), 2-гидроксиэтил (ч), пропаргил (ш), 2-аминоэтил (щ).

et Величины АН0 во всех случаях

имеют отрицательные, a AS0 -положительные (кроме аммиака) значения, т.е. координации Zn-ТФП с первичными аминами

благоприятствуют как энтальпийный, так и энтропийный факторы. Кроме того, AG0 ( и IgK) для первичных аминов и аммиака (X а-к,м-р, ф-щ) линейно зависит от АН0 и AS комплексообразования Zn-ТФП (AG0 = -0.503 АН0 - 29220, п 18, г 0.95; AG° = -102AS0-19390, п 18, г 0.98).

Однако величины изоравновесных температур процессов координации Zn-ТФП в хлороформе с первичными аминами (198 К) и 3- и 4-замещенными пиридинами (196 К) очень близки несмотря на различие в состоянии

4s*

Рис. 10. Зависимость ДН°от ДЭ0 (ДН° = 196 ДБ0 - 19270 п = 25, г 0.998; амины Хб.с.т.у (внизу справа) и 2-хлорпиридин (слева) не включены в корреляцию) для процесса комплексообразования гп-ТФП с первичными аминами КЛНг (Ха-к,м-р, ф-щ) и пиридинами ХРу (X = 4-ЫМе2, 4-Ме, З-Ме, Н, 3-С01ЧН2, 3-СООЕ1. 4-СМ) в хлороформе.

гибридизации атома азота (эр2 - пиридины, эр3 -амины). Корреляция ЛН° от ДБ0, объединяющая данные для первичных аминов и пиридинов приведена на рис.10.

Особо следует отметить поведение н-додецил-, н-пентадецил-, н-октадецил- (длинноцепочечные апкильные группы) и метиламинов. Включение их в уравнения слабо ухудшает корреляцию ДН° - ДБ0 (г 0.98), но приводит к драматическим результатам для корреляций Дв0 - ДН° (г 0.71) и ДО0-ДЭ (г 0.85).

Прочность комплексов возрастает в ряду МН3 < СН3Ж2 < С2Н5МН2 < н-С3Н 7ЫН2 < н-С4Н9МН2 < н-С8Н171ЧН2, а затем падает с увеличением длины цепи И, и константы устойчивости комплексов с н-додецил-, н-пентадецил и н-октадециламинами становятся близки к значению К для этил- и н-пропиламина. По мере разветвления алкильных групп (п-ВиЫН2 < ¡* Ви1ЧН2< з-ВиГ\1Н2< 1-ВиГ\1Н2) и уменьшении основности (СН3СН2СН2ЫН2 -СН2=СНСН2МН2 - НС=ССН2МН2) значения К уменьшаются.

Выяснилось, что для первичных аминов X и спиртов XI, имеющих довольно похожее строение и близкие по размеру атомы азота и кислорода (подобие Ео и Ем, ЕБ), выполняются линейные зависимости |дКспИРт - 1дКамин и ДАм спирт - ДАи амин (рис.11).

и 15 16 17 1В 3 3.5 4 4,5

Рис.11. Зависимость 1дКСпЧ>т - /дКа^ (а) и ДА,, с™,,, - ДАи „,„, (б) для процесса комплексообразования 2х\-ТФП с аминами (X б-и,о,ш) и спиртами (XI б-и,о,ш) в хлороформе при 25 "С.

При этом минимальное значение константа устойчивости имеет в случае координации гп-ТФП с трет-бугиловым спиртом (трет-бутиламином), а максимальное - с н-октиловым спиртом (н-октиламином).

Таким образом, на основании кинетических данных по координации Zn-ТФП с первичными аминами можно рассчитывать параметры комплексообразования со спиртами, и наоборот. По-видимому, этот принцип должен выполняться и для таких классов лигандов, как вторичные амины Е^Н и простые эфиры Р?20.

2.2. Вторичные и третичные амины

Для исследования закономерностей координации гп-ТФП с лигандами, имеющими стерически менее доступный, чем у большинства первичных

аминов, нуклеофильный центр, нами были выбраны вторичные (XII) и третичные (XIII) амины с насыщенными, ненасыщенными и ароматическими заместителями следующего строения:

XII Х»1

XII Я] = 1*2 = Ме (а), Е1 (б), п-Рг (в), ¡-Рг (г), п-Ви (д), п-Ат (е), н-гексил (ж), н-гептил (з), н-окгил (и), циклогексил (к), бензил (л); ЛДг = пиперидин (м), пиперазин (и), морфолин (о), имидазол (п); Я^Ме, 112=бензил (р); Я^ропаргил, Я2 = п-Рг (с),трет-Ви (т), н-окгил (у), 2-аминоэтиламино (ф).

Х1П Я[= Л2= Яз = Ме (а), Е1 (б), п-Ви (в), н-октил (г), аллил (д); Яг = Ме, Я3 = бензил (е), аллил (ж), 2-цианопропил (з), 1,1-диметилбутинил-З (и); Л|= Л2 = Е^ Из = пропаргил (к); ¿2 = п-Рг, пропаргил (л); И2 = п-Ви, = пропаргил (м); Я|= Я2 = ¡-Рг, Яз = Е1 (н); 11]= Я2 = н-октил, = Ме (о); 111= й2 = пропаргил, Из = п-Рг (п); Я^г = морфолин,

= пропаргил (р); ЯДА = 1,4-диазабицикло [2,2,2]октаном (ОАВСО) (с), М,Т4,К',М'-тетраметилэтилендиамин (т).

Прочность комплексов гп-ТФП со вторичными аминами, для которых важны стерические факторы, возрастает в ряду Е{2МН < п-Рг2ЫН < п-Ви2ЫН < [(н-СбНц^Н, (н-С6Н13)2МН, (н-С7Н15)21^Н] < Ме2ЫН, (в паре Ме2ЫН - различие ДБ0 составляет 24 Джмоль'1К"1). Особенно ярко их влияние проявляется при разветвлении алкильных групп. Например, комплекс гп-ТФП с ¡-Рг21ЧН характеризуется самыми низкими значениями К (42.2 л моль1), ДН° (-27. 57 кДжмоль1) и ДЭ0 (-63.1 Дж-моль1 1С1, отличие от п-Рг2МН составляет 62 единицы). Наоборот, в ряду пиперидин пиперазин — морфолин константа устойчивости принимает максимальное значение и в соответствии с увеличением электроотрицательности атомов (С < N < О) уменьшается от 49700 до 22600. Особенно стабилен комплекс гп-ТФП с третичным гетероциклическим амином 1,4-диазабицикло [2,2,2]октаном (ОАВСО) - К равно 105000 л моль"1. Аналогичные закономерности наблюдаются при координации с аминами, содержащими электроноакцепторные заместители - бензильную и пропаргильную группы. Их накопление (МеВгМН и ВггЫН, п-Рг1Ч(Н)СН2С=СН и п-РгМ(СН2С=СН)2) и разветвление цепи (н-пропилпропаргиламин и трет-бутилпропаргиламин) приводит к увеличению стерических факторов, уменьшению ДЭ0 и устойчивости комплексов.

Анализ кинетических и термодинамических параметров процесса координации гп-ТФП с третичными аминами, содержащими алкильные группы неразветвленного строения, показывает несколько более сложную зависимость устойчивости комплексов (Е{3Ы < п-Ви3М < (н-С8Н17)31Ч < Ме3М) от длины К чем в случае вторичных аминов. При этом, если наибольшую устойчивость комплексов с триметиламином можно легко объяснить самой высокой в данном ряду пространственной доступностью атома азота (ДЭ0 +8 Джмоль"1К"1), а небольшие различия между Е^М и п-Ви3Ы противоположными изменениями электронных (ДН°) и стерических

(ДБ0) факторов, то поведение триоктиламина (его комплекс почти в 4 раза устойчивее, чем с п-ВизЫ) при комплексообразовании с 2п-ТФП столь же необычно, как и н-октиламина. Следует заметить, что и н-октилпропаргиламин образует более устойчивый (почти в 2 раза) по сравнению с н-пропилпропаргиламином комплекс с гп-ТФП, чем можно ожидать на основании почти одинакового +1 эффекта и различий в длине н-пропильной и н-октильной групп.

Поведение третичных Р-ацетиленовых аминов в большей степени, чем у насыщенных аминов определяется электронными факторами: с увеличением длины ( Е1 < п-Рг < п-Ви) алкильной группы Я (увеличение +1 эффекта ) устойчивость комплексов возрастает (одновременно ДБ0 увеличивается от - 42.6 до -19.8 Джмоль"1«"1). При этом наличие компактного (ДБ0 6.6 Дж-моль"1-К"1) морфолинового фрагмента приводит к особенно резкому увеличению константы устойчивости.

В отличие от первичных аминов для координации гп-ТФП со вторичными и особенно с третичными аминами не соблюдается единая линейная зависимость между ДБ0 и ДН° (рис.12), что, по-видимому, обусловлено резким увеличением роли стерических препятствий при образовании молекулярных комплексов в ряду ИЫН2 - Я2МН - Я3Р\|. Действительно (рис. 12а), почти все точки для вторичных и третичных аминов располагаются между прямыми 1 (для первичных аминов) и 2 (для наиболее стерически затрудненных третичных аминов; ДБ0 изменяется от -14.6 до - 83.3 Джмоль"1-К"1). Исключение составляют циклические вторичные (пиперидин, пиперазин, морфолин) и третичные (ОАВСО) амины (ДБ0 изменяется в пределах от +27 до +46 Джмоль~1-К"1), а также пропаргилэтилендиамин (ХПф; ДБ0 +5.1 Дж-моль"1-К~1). В обоих случаях это связано с положительными значениями ДБ0 при образовании комплексов.

Зависимость 1дК от ДБ0 также в основном можно представить в виде двух прямых (рис.126), вне которых вверху располагаются точки для вторичных циклических аминов и пропаргилэтилендиамина.

Точки для лигандов с сильным экранированием атома азота: этилдиизопропил- (ХШн), диизопропил- (ХНг) и третбутилпропаргил- (ХИт) аминов находятся внизу между прямыми 1 и ¿.Особого внимания заслуживает поведение этилендиамина. С ним константа устойчивости комплекса гп-ТФП (К 19750, рКа 9.93) в три раза выше, чем с 2-аминоэтанолом (К 6340, рКа 9.50) и даже больше, чем с более основными (рКа 10.6) этил- (К 10140), н-пропил- (К 11130) и н-бутиламинами (К 15210). Для этого лиганда значение К слабо уменьшается при введении электроноакцепторной пропаргильной группы (для N1-пропаргилэтилендиамина К 17640, в то время как для н-пропилпропаргиламина К почти в 10 раз меньше - 2130). Возможно этилендиамин и его производные при координации с гп-ТФП в хлороформе, образуют хелатные комплексы, в которых атом цинка связан с двумя атомами азота аминогрупп лиганда. Повышенную основность

о

ІдКз О.ОІЗДЗ +3.41 г = 0.971

ДН" = 217ДЗ°-9910 ДН* « 189ДЗ° -19361 2 1

-10000

-20000

-30000

-100 -70 -40 -10 20 50 80

-100

-70

-10

20

50

80

а

б

Рис. 12. Зависимость ДН° (а) и ІдК (б) от ДЭ° координации гп-ТФП с первичными (ромбики), вторичными (квадратики) и третичными (треугольники) аминами в хлороформе при 25'С. Прямые для координации с первичными аминами (1) построены без учета точек (закрашенные ромбики) для метил- (X б), додецил-, пентадецил- и октадециламинов (X с-у), с третичными (2) - а) по точкам для триэтил-, три-н-бутил-, три-н-окгал-, триаллил- этил-диизопропил-, диэтилпропаргил-, ди-н-пропиллропаргил-, н-лропилдипропар-гил- и диметил(1,1-диметилбутинил-2) аминов, б) без учета точек (закрашенные треугольники) для диметиламинопропионитрила (XIII з), этилдииэопропиламина (XIII н) и М.М.КЫ-тетраметилэтилендиамина (XIII т).

этилендиамина в газовой фазе и апротонных растворителях (в воде этого нет) в литературе объясняют образованием "мостиковых" структур (как в "протонных губках"), в которых протон связан одновременно с двумя ІЧН2 группами.

Действительно, в случае ІЧ.М.ІЧ'.ІЧ'-тетраметилзтилендиамина (содержит третичные аминогруппы), который малоспособен к образованию хелатных соединений с гп-ТФП, константа устойчивости (К 2380 л моль'1) практически такая же, как с триметиламином (К 2630 л моль"1) и диметилаллиламином (К 2320 л-моль"1).

Нами получены и исследованы методом РСА 7 новых молекулярных комплексов гп-ТФП с различными классами п-доноров: 4-диметиламинопиридином, N-оксидами 4-метоксипири-дина, 4-метокси- и 4-хлорхинолина, 4-метоксианилином, пара-фениленди- амином и н-окгил-амином. Доказано, что во всех случаях образуются комплексы п,у-типа состава 1:1, в которых акцептором является атома цинка. Исключением является комплекс с пара-фениленди-амином состава 1:2 (рис.13г), где обе аминогруппы лиганда связаны с молекулами МП.

Анализ немногочисленных литературных (Кэмбриджский банк структурных данных, КБСД) и полученных нами данных РСА, относящихся к молекулярным комплексам гп-ТФП п,у-типа состава 1:1 показывает, что их можно разбить на две группы. Гетероароматические N-оксиды, анилины (рис.13б-г) и фенолы образуют (вероятно, с участием тт,тт-

3. Рентгеноструктурные исследования

взаимодействий) между плоскостью МП и ароматическим кольцом лиганда угол 24-34*, тогда как пиридины (рис. 13а) ориентируются почти перпендикулярно (80-89'), а амины (рис.14) и спирты (с учетом зигзагообразной конформации углеводородной цепи) вдоль аксиальной оси МП. Возможно, именно этими особенностями ориентации МП и

Рис. 13. Строение молекулярных комплексов гп-ТФП с 4-диметиламинопиридином (а), N-оксидом 4-метоксихинолина (б), 4-метоксианилином (в), пара-фенилендиамином (г).

лиганда обусловлены схожие закономерности в термодинамическом и кинетическом поведении пиридинов, аминов и спиртов (изоравновесный процесс), с одной стороны, и анилинов и гетероароматических Ы-оксидов (изоэнтальпийные процессы), с другой стороны (при координации с 2х\-ТФП).

Для анилинов (например, рис.13в,г), их солей и молекулярных комплексов (КБСД) при образовании новой связи за счет НЭП атома азота анилина происходит удлинение связи С-Ы от 1.340-1.406 А до 1.433-1.485 А, а углы а между связями при этом атоме соответствуют эр3-гибридному состоянию (- 109°). В свободных же анилинах совместное использование значений г с - N. углов а (при атоме азота) и 6 (между плоскостями бензольного кольца и атомов аминогруппы) позволяет оценить степень эр3 (а ~ 109°, 9 20-50°) - эр2 (а - 120°, в ~ 0°) гибридизации атома азота. Например, введение в бензольное кольцо 4-метиланилина N02- (ЕОАСШ, 1ЭАУАС01), а 4-броманилина СОМе-групп (РВЯАМШ, 1САМ1И1, 1САЫАВ) приводит к укорочению связи С - N и уменьшению угла 0 (а приближается к 120°), что свидетельствует о эр3—► эр2 перегибридизации атома азота ЫН2 - группы. В анилинах, содержащих алкильные и обладающие +М эффектом функциональные группы, угол 6 между плоскостями бензольного кольца и аминогруппы составляет 22-49°, и его величина возрастает с увеличением объема находящихся рядом заместителей (в гекса-Ы,1М-диметиламинобензоле (СЕ^АС) она достигает 89.74°). Наоборот, при накоплении в бензольном кольце функциональных групп, обладающих -М эффектом, таких, как N02, СООН, СнСН, С=К С(Н)=0 и С(Р)=0, этот угол уменьшается (0 - 10°), молекула становится все более плоской и атом азота, в конце концов, переходит в 5р2-гибридное состояние.

Очевидно, что координация МП с анилином с атомом азота в состоянии ер2- гибридизации (зр2-+зр3-перегибридизация при образовании комплекса) должна приводить к смещению электронов из бензольного

а

б

в

кольца и локализации заряда на атоме азота. По мере уменьшения сопряжения аминогруппы анилинов с тт-системой ароматического кольца (при увеличении электронодонорных свойств заместителей) AS0 образования комплекса с Zn-ТФП в хлороформе постепенно становится все менее отрицательной, приближается к нулю в случае соединения (Vie) (X = 4-ОМе), а для лиганда (У1ж) (X = 4-NH2) даже становится положительной.

С целью выяснить пространственное строение чрезвычайно устойчивого в хлороформе по сравнению с другими первичными аминами комплекса Zn-ТФП с н-октиламином состава 1:1, он был нами получен в твердом состоянии и исследован методом РСА.

Из рис. 14а видно, что в кристалле н-октильная группа разупорядочена,

причем лиганд, связанный посредством атома азота аминогруппы с атомом цинка одной молекулы Zn-ТФП, другим концом располагается в пространственном створе между фенильными кольцами и сближен с центральной частью порфиринового макроцикла соседней молекулы МП (рис.146). Для того, чтобы подтвердить возможность аномального

поведения н-октильной группы в реакциях нуклеофильного

замещения, в МИТХТ под руководством Ткачевской Е.П. и Ларкиной Е.А. была исследована кинетика взаимодействия феофорбида а с первичными аминами нормального строения. Оказалось, что н-октиламин в ряду первичных аминов с числом атомов от 4 до 10 является самым сильным нуклеофилом в реакции раскрытия циклопентанонового кольца протекающей по механизму SN2. Мы предполагаем, что такое поведение н-окгиламина может быть обусловлено образованием каких - либо хелатных комплексов с порфириновыми системами за счет уникальной длины R этого нуклеофила. Не исключено, что в растворе (в отсутствие других близко расположенных молекул МП) н-октильная группа, взаимодействуя с макроциклом порфирина или его аналога, увеличивает устойчивость комплекса или даже способствует необходимой ориентации лиганда во время реакции (например, с феофорбидом а).

Таким образом, на основании результатов исследований комплексообразования Zn-ТФП (с аминами и спиртами), реакции нуклеофильного взаимодействия феофорбида а с первичными аминами и данных РСА, касающихся строения комплекса Zn-ТФП с н-октиламином, можно сделать предварительный вывод об уникальных свойствах н-октильного заместителя, способного к образованию особо устойчивых

а б

Рис. 14. Структура (а) молекулярного комплекса Ь-ТФП с н-октилами- ном состава 1:1 (для ясности не показано разупорядочение лиганда) и фрагмент упаковки молекул в кристалле (б). Приведено короткое межмолекулярное расстояние (2.82А), отражающее С-Н.... тг- взаимодействие между атомами водорода н-октильного заместителя и тт-системой МП.

внутри- и/или межмолекулярных комплексов по крайней мере с порфириновыми системами. Это предположение основывается и на необычно высоком ДЭ0 (54.8 Джмоль'1-«"1) комплекса гп-ТФП с н-октиламином при довольно низком абсолютном значении ДН° (-8.32 кДж-моль'1) по сравнению со всеми другими первичными аминами нормального строения.

ВЫВОДЫ

1. Впервые проведено систематическое исследование процессов комплексообразования гп-тетрафенилпорфина с азот- и кислороддонорными лигандами в хлороформе методом электронной спектроскопии и их донорно-акцепторных комплексов с помощью рентгеноструктурного анализа.

2. На примере координации гп-ТФП со 170 лигандами показано, что комплексообразование МП является удобной модельной системой для исследования нуклеофильности органических соединений в реакциях замещения и ферментативного превращения. В пользу этого свидетельствуют линейные (в отсутствие стерических факторов) зависимости между:

а) логарифмами констант устойчивости (К) молекулярных комплексов гп-ТФП и других МП состава 1:1 в хлороформе с аминами, гетероароматическими 1М-оксидами и спиртами, логарифмами констант скоростей (к) реакций нуклеофильного замещения и ферментативных реакций, смещением максимумов полос поглощения (ДА) в электронных спектрах гп-ТФП при координации с п-донорными лигандами, о -константами Гаммета и рКа лигандов в различных растворителях.

б) активационными параметрами некоторых реакций нуклеофильного замещения и термодинамическими характеристиками процессов комплексообразования 2п-ТФП.

3. Отклонение от линейных корреляций указывает на наличие (кроме электронных) иных эффектов: стерические (2-замещенные пиридины, амины), изменение центров координации (изониазид, 4-диметиламинобензальдегид, н-октиламин этилендиамин и его производные).

4. Впервые обнаружено, что амины, содержащие н-октильную группу, обладают повышенной нуклеофильностью по отношению к порфириновым системам (координация с гп-ТФП, раскрытие экзоцикла феофорбида а).

5. Впервые синтезированы и охарактеризованы 4-фтор- и 4-йод-Ы-пропаргиланилины, н-октилпропаргиламин; получены и исследованы методом РСА 7 новых молекулярных комплексов гп-ТФП с различными п-донорами (4-Ме2ЫРу, 4-метоксианилин, пара-фенилендиамин, н-октиламин, 4-МеОРуО, 4-МеООО, 4-СЮО).

6. Впервые показано, что координация гетероароматических 1М-оксидов и

анилинов с Zn-ТФП является изоэнтальпийным в отличие от пиридинов (изоравновесный) процессом, что может быть обусловлено различиями в строении их молекулярных комплексов. В твердой фазе угол между плоскостями МП и лиганда в первом случае составляет 24 - 30' (не исключено тт,тт-взаимодействие), во втором - около 90*.

7. На основе анализа полученных нами и литературных (Cambridge Structural Database) данных относительно структуры и нуклеофильности анилинов и N-оксидов пиридинов (а также их молекулярных комплексов) показано, что электронодонорные заместители в ароматическом кольце благоприятствуют sp3-(акцепторные - sp2) гибридизации п-донорных центров лиганда.

Публикации по теме диссертации

1. Андреев В.П., Вапиров В.В., Нижник Я.П., Тунина С.Г., Соболев П.С. Комплексообразование цинк(Н)тетрафенилпорфина и реакции нуклеофильного замещения с участием пиридинов и N-оксидов пиридинов. // ЖОрХ. -2010.- Т.46. -Вып.Ю. - С.1556-1563.

2. Андреев В.П., Соболев П.С., Зайцев Д.О., Галибина Н.А., Зыкина Н.С., Плясунова Л. Ю., Романова М.И. Взаимодействие цинктетрафенилпорфина, бромистого пропаргила и пероксидазы хрена с анилинами. // Ученые записки ПетрГУ, сер. естеств. и технич. науки.

2011.- №6.-С. 7-16.

3. Андреев В.П., Соболев П.С. Количественные корреляции, связывающие взаимодействие Zn-ТФП и пероксидазы хрена с аминами. II Журнал биоорганической химии. - 2012. - № 1. - С. 242-250.

4. Андреев В.П., Соболев П.С., Ларкина Е.А., Ткачевская Е.П. Комплексообразование цинксодержащих металлопорфиринов и реакции нуклеофильного замещения с участием пиридинов. // ХГС. -

2012. - № 3. - С.529-537.

5. Андреев В.П., Соболев П.С., Зайцев Д.О., Ремизова Л.А., Тунина С.Г. Координация Zn-ТФП с первичными аминами и со спиртами в хлороформе. //ЖОХ. - 2012. - Т.82. Вып.6. - С.1023-1033.

6. Андреев В.П., Соболев П.С., Зайцев Д.О. Количественные корреляции,. связывающие процессы координации Zn-ТФП и реакции нуклеофильного замещения с участием анилинов. II ЖОрХ. - 2012. -Т.48. - Вып.6. - С.776-783.

7. Андреев В.П., Тунина С.Г., Соболев П.С. Комплексообразование цинктетрафенилпорфина с пиридинами и спиртами Материалы Всероссийской научно-практической конференции Актуальные проблемы химического образования К 90-летию высшего химического образования в Нижегородском государственном педагогическом университете 22-34 октября 2008 г. г. Нижний Новгород. С.239-241.

8. Андреев В.П., Зайцев Д.О., Соболев П.С., Тунина С.Г. Комплексообразование Zn-ТФП и реакции нуклеофильного замещения

с участием анилинов, пиридинов и N-оксидов пиридинов. Пятая международная молодежная конференция по органической химии "Вклад университетов в прогресс органической химии" lnterYCC)S-2009) 22-25 июня 2009 г., г. Санкт-Петербург. Тез. конф. С.227-228.

9. Андреев В. П., Зайцев Д.О., Соболев П.С., Тунина С.Г. Корреляция между кинетическими и термодинамическими параметрами процессов комплексообразования Zn-ТФП и реакций нуклеофильного замещения. С. 187. Всероссийская конференция по органической химии, посвященная 75-летию со дня основания института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН. Сборник тезисов докладов. 25-30 октября 2009г. ИОХ РАН. Москва.

10. Андреев В.П., Соболев П.С., Зайцев Д.О., Романова М.И. Роль электронных и стерических факторов при взаимодействии лигандов/нуклеофилов/субстратов с порфириновыми системами. С. 76. XV Симпозиум по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул. Тезисы докладов. 14-18 июня 2010 года, Петрозаводск.

11. Андреев В.П., Зайцев Д.О., Соболев П.С., Лансков Д.И. Исследование комплексообразования гетероароматических N-оксидов с v-акцелторами методом РСА. С. 75. XV Симпозиум по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул. Тезисы докладов. 14-18 июня 2010 года, Петрозаводск.

12. Соболев П.С. Комплексообразование цинк(11)тетрафенилпорфина как модель исследования межмолекулярных взаимодействий лигандов/нуклеофилов/субстратов. С.414. V Всероссийская конференция студентов и аспирантов "Химия в современном мире" Санкт-Петербург, СПбГУ, 2011.

13. Андреев В.П., Соболев П.С., Зайцев Д.О., Романова М.И., Ларкина Е.А., Ткачевская Е.П. Комплексообразование Zn-ТФП в хлороформе как модель изучения механизмов ферментативных процессов с участием металлопорфиринов в водных и органических средах. С.93-94. V Российский симпозиум. Белки и пептиды. Тезисы докладов. 8-12 августа 2011 года, Петрозаводск.

14. Андреев В.П., Соболев П.С., Ларкина Е.А., Ткачевская Е.П. Экстракоординация металлопорфиринов и реакции нуклеофильного замещения с пиридинами. С. 144. XI Международная конференция по физической и координационной химии порфиринов и их аналогов (ICPC-11) Сборник тезисов 10-14 июля 2011 года, Одесса.

15. Левин A.A., Гущина О.В., Ткачевская Е.П., Ларкина Е.А., Андреев В. П., Соболев П.С. К вопросу о взаимодействии хлоринов с нуклеофильными агентами. Т. 1, С.265. Материалы XIX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, "Фундаментальные проблемы химической науки", 25-30 сентября 2011 г, Волгоград.

Подписано в печать 21.08.13. Формат 60x84'/16. Бумага офсетная. Печ. л. 1. Тираж 100 экз. Изд. № 323.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСТИТЕТ

Отпечатано в типографии Издательства ПетрГУ Республика Карелия, 185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

04201361974

Молекулярные комплексы металлопорфиринов как модель исследования донорно-акцепторных взаимодействий п,у-типа

в органической химии

02.00.03 - Органическая химия 02.00.04 - Физическая химия

На правах рукописи

Соболев Павел Сергеевич

ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ХИМИЧЕСКИХ НАУК

Научный руководитель: д.х.н., доцент В.П. Андреев

Петрозаводск 2013

Список сокращений

Гетероароматические N-оксиды

X

N

I

О

4-DPyO - X = 4-(СНз)2Ї^-СбН4-СН=СН- N-оксид 4-(4-диметиламиностирил)пиридина 2-DPyO - X = 4-(СНз)2Н-СбН4-СН=СН- N-оксид 2-(4-диметиламиностирил)пиридина 4-NpyO - X = 4-NO2 N-оксид 4-нитропиридина

4-DQO - X= 4-(CH3)2N-C6H4"CH=CH- N-оксид 4-(4-диметиламиностирил)хинолина 2-DQO - X = 4-(СНз)2^СбН4-СН=СН- N-оксид 2-(4 -диметиламиностирил)хинолина 4-NQO - X = 4-NO2 N-оксид 4-нитрохинолина DABCO - 1,4-диазобицикло[2.2.2]октан MK - молекулярный комплекс МП - металлопорфирины

Zn-ТФП - (5,10,15,20-тетрафенилпорфинато-л:^)цинк(Н) Zn-ОЭП - цинк(П) октаэтилпорфин

Zn-ДМЭПП IX - диметиловый эфир цинк(П)протопорфирина IX

Zn-ТМЭХеб - триметиловый эфир хлорина еб

ЭСП - электронный спектр поглощения

ТЭБАХ - триэтилбензиламмоний хлорид

РСА - рентгеноструктурный анализ

CSD Refcode - ссылка в Cambridge Structural Database (например, ATUSOX)

X

N

I

О

Оглавление

Введение............................................................................................................5

ГЛАВА 1. Молекулярные комплексы........................................................................9

1.1.Корреляционный анализ в органической и биологической химии.................................10

1.2.Молекулярные комплексы.................................................................,..............16

1.2.1. Классификация молекулярных комплексов...............................................16

1.2.2. Молекулярные комплексы п,у- типа........................................................17

1.3. Комплексы металлопорфиринов........................................................................20

1.3.1. Методы исследования процессов координации МП (константы устойчивости)...........................................................................................21

1.3.2. Термодинамические особенности комплексообразования МП........................32

ГЛАВА 2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ........................................................35

2.Исследование комплексообразования пиридинов, гетероароматических Ы-оксидов

и аминов с у-акцепторами методом электронной спектроскопии.....................................36

2.1. Синтез исходных соединений..........................................................................36

2.2. Координация гп-ТФП с п-донорными лигандами..................................................39

2.2.1. Комплексообразование 2п-ТФП с пиридинами.........................................40

2.2.2. Комплексообразование 7п-ТФП с гетероароматическими Ы-оксидами...........54

2.2.3. Комплексообразование 2п-ТФП с анилинами...........................................69

2.2.4. Комплексообразование 2п-ТФП с аминами и спиртами................................95

2.2.4.1. Координация Еп-ТФП с первичными аминами и со спиртами......................96

2.2.4.2. Координация 2п-ТФП со вторичными и третичными аминами..................113

Заключение.....................................................................................................123

Выводы..........................................................................................................127

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ...........................................................129

3.1. Гетероароматические Ы-оксиды......................................................................130

3.1.1. Синтез гетероароматических К-оксидов...........................................................130

3.2. Ацетиленовые амины....................................................................................136

3.2.1. Синтез ацетиленовых аминов........................................................................136

3.3. Выделение и синтез металлопорфиринов...........................................................140

3.4. Очистка реактивов........................................................................................143

3.5. Синтез молекулярных комплексов п-доноров с гп-ТФП........................................144

3.6. Определение констант устойчивости и расчет термодинамических

параметров процессов экстракоординации Zn-TФП с п-донорами.................................145

3.6.1. Математическая обработка результатов.................................................146

3.6.2. Расчет констант устойчивости методом «приближений»....................................148

3.7. Рентгеноструктурный анализ молекулярных комплексов.....................................149

Литература.....................................................................................................151

Приложение 1.................................................................................................166

Приложение 2.................................................................................................168

Введение

Порфирины и металлопорфирины (МП) являются полициклическими соединениями, основным структурным звеном которых является пиррол.

В последнее время проводится активное изучение данного класса соединений, т.к. они интенсивно внедряются в различные сферы жизнедеятельности человека. Порфириновые макроциклы находят свое применение в качестве катализаторов в органическом синтезе [1], ингибиторов коррозии, для определения следов ртути, кадмия, никеля и цинка [1,2]. Многие металлокомплексы порфиринов используются в легкой промышленности [2, 3] как красители и перспективны в качестве соединений способных повышать октановое число бензина [4]. В медицине МП применяют для ранней диагностики онкологических заболеваний [1]. Некоторые металлопорфирины имеют важное биологическое значение. В частности, различные гемы (железосодержащие производные протопорфирина IX) входят в состав простетических групп таких белков и ферментов, как гемоглобин, миоглобин, цитохромы, каталаза, пероксидаза [5, 6, 7], микросомальная оксидаза, циклооксигеназа [8], триптофан пирролаза (триптофан 2,3-диоксигеназа) [9], гуанилатциклаза [10], ЫО-синтаза [11], сульфитредуктаза, сульфитоксидазы [12] нитратредуктаза [13], нитритредуктаза [14], эритрокруорин червей [15] и многих других.

Металлопорфирины несут в себе ряд особых химических свойств, одним из которых является их способность к дополнительному комплексообразованию - экстракоординации [2, 6, 16]. Именно благодаря этому свойству протекают многие жизненно важные процессы, такие как фотосинтез, обратимое связывание Ог и многие другие связанные в первую

очередь с аксиальной координацией НгО, О2, Н2О2, азотсодержащих гетероциклов, белков и других молекул [2]. Поэтому исследование процессов образования комплексов с различными лигандами органической природы является актуальным. Очень часто исследования комплексообразующих свойств природных МП проводят на их синтетических гп-ТФП аналогах, одним из которых является цинк(П)тетрафенил порфин (2п-ТФП).

Ион цинка в 2п-ТФП является координационно-ненасыщенным и поэтому способен связывать различного рода лиганды (ионные или молекулярные). По строению макрокольца 2п-тетрафенилпорфин относится к симметрично замещенным металлопорфиринам, в котором фенильные ядра, находящиеся в 5,10,15,20 положениях (мезо-положениях)

макроцикла не оказывают стерических препятствий для прохождения процесса комплексообразования с участием цинка.

В работе [17] авторы предлагают использовать образование комплексов п,у-типа с Zn-ТФП в хлороформе в качестве стандартного процесса для исследования влияния электронных и стерических факторов в кислород и азотсодержащих лигандах на их реакционную способность (нуклеофильность/основность) в органической и биологической химии (например, реакции Бы и взаимодействие с гемсодержащими ферментами).

По их мнению, комплексообразование Zn-TФYl с лигандом (Ь)

гп-ТФП - гп-топ-ь ■ гп-топ-гь (1) -ь -Ь

(состав комплекса зависит от природы лиганда и условий проведения процесса) имеет много общего с реакциями нуклеофильного замещения.

В обоих процессах в качестве нуклеофильного агента (лиганда) может выступать как анион, так и нейтральная молекула, обладающая хотя бы одной неподеленной электронной парой (т.е. основание Льюиса), а замещаемая (уходящая) группа может уходить как в виде аниона, так и в виде незаряженной молекулы.

Реакция замещения при С5р3 может осуществляться как диссоциативный (8м1)

-X" +

ЮС - Я - » ЯУ (2)

+Х -У

или как синхронный (8ы2) процесс

У" + Я-Х ^ [У8- - Я - X5-]* У-Я + X" (3) как в прямом, так и в обратном направлении. При этом обращает на себя внимание тот факт, что как центральная часть 2п-ТФП, так и карбокатион (реакции Бы 1, подобие первой стадии (1) и второй (2)) с атомом углерода в состоянии эр -гибридизации и активированный комплекс (реакции 8ы2, подобие второй стадии (1) и первой (3)) с атомом углерода в состоянии, близком к зр2-гибридизации имеют плоское строение. Следовательно, с одной стороны, реакции нуклеофильного замещения можно рассматривать как равновесные процессы конкурентного взаимодействия комплексообразователя (карбокатион, реакции 8м1) с двумя разными лигандами или распада комплекса, содержащего два разных лиганда (активированный комплекс, реакции 8ы2). С другой стороны, комплексообразование подобно реакциям замещения (обмена) с участием комплексов состава 1:1 (2п-ТФП-Ь) или 1:2 ^п-ТФП-2Ь), в которых нуклеофил и уходящая группа могут отличаться друг от друга или быть идентичными. Кроме того, по мнению авторов [17], подобные аналогии

правомерны и для других нуклеофильных процессов, например, реакций нуклеофильного присоединения (Ам) к альдегидам и кетонам или нуклеофильного замещения (8ыАсу1) в карбоновых кислотах и их функциональных производных, где атом углерода в карбонильной группе и карбокатионе (плоское строение), образующемся при протонировании атома кислорода в кислой среде, также находится в состоянии зр2-гибридизации.

Кроме того, процессы с участием гемсодержащих ферментов (например, пероксидазами) протекают с образованием фермент-субстратных комплексов, в которых координация с ионом железа во многом определяет скорость и направление реакции. Ввиду того, что изучение подобных комплексов является чрезвычайно сложной задачей, использование предложенной выше модельной системы может позволить получить дополнительную полезную информацию об их природе и свойствах.

В качестве параметров, характеризующих нуклеофильность/основность лиганда, авторы [17] рекомендуют использовать константы устойчивости (К) комплексов 2п-ТФП и величины смещения (АХ) его максимумов полос поглощения в электронных спектрах (ЭСП) при координации с различными типами лигандов в хлороформе. Преимуществом хлороформа является способность лишь к слабым специфическим взаимодействиям, и данные, полученные в нем, могут быть использованы в качестве мостика, связывающего процессы, происходящие в газовой фазе, апротонных и протонных растворителях.

Кроме констант устойчивости молекулярных комплексов МП с лигандами, не менее важными параметрами процессов координации являются термодинамические характеристики (ДН°, ДБ0, ДО0), знание которых необходимо для всестороннего исследования процессов комплексообразования. Отметим, что эти характеристики достаточно просто могут быть определены медом электронной спектроскопии.

В работе [17] особое внимание обращается на сложность изучения физико-химических свойств интермедиатов в нуклеофильных (органическая химия) и окислительно-восстановительных процессах с участием гемсодержащих ферментов (биологическая химия), в то время как молекулярные комплексы 2п-ТФП можно сравнительно легко выделить в индивидуальном состоянии и исследовать как в растворах, так и в твердой фазе (например, методом РСА).

Целью настоящей работы являлось исследование процессов комплексообразования металлопорфиринов с различными азот- и кислороддонорными лигандами.

В связи с этим, были поставлены следующие задачи:

1. Определение констант устойчивости и термодинамических характеристик процессов комплексообразования металлопорфиринов в хлороформе с пиридинами, Ы-оксидами пиридинов и хинолинов, алифатическими и ароматическими аминами;

2. Установление взаимосвязи между количественными характеристиками процессов комплексообразования 7п-ТФП и структурой координируемых лигандов;

3. Выделение и установление методом рентгеноструктурного анализа структуры стабильных молекулярных комплексов 2п-ТФП с некоторыми представителями исследуемых классов лигандами;

4. Выявление корреляционных уравнений, связывающих кинетические и термодинамические параметры процессов координации 2п-ТФП, реакций нуклё'офильного замещения и некоторых ферментативных реакций с участием пероксидаз.

Работа состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, списка литературы и двух приложений. В первой главе приводится обсуждение имеющихся в литературе данных о корреляционных уравнениях для описания строения и реакционной способности органических соединений в органических и биологических реакциях, а также в процессах образования молекулярных комплексов п,у-типа между 2п-ТФП и п-донорными лигандами. Вторая глава включает в себя обсуждение основных результатов проведенного нами исследования. Третья глава отводится полученным нами экспериментальным данным. Приложение 1 содержит результаты расчетов констант устойчивости по методу «приближений», а приложение 2 включает в себя справочную таблицу с указанием физических констант для исследуемых лигандов.

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1 Л.Корреляционный анализ в органической и биологической химии

Одним из центральных вопросов теоретической органической и биологической химии является поиск возможностей количественного описания взаимосвязи строения и реакционной способности органических соединений. С этой точки зрения важнейшим корреляционным уравнением является классическое соотношение Гаммета [18-20], учитывающее влияние отдельных структурных элементов молекулы на произвольно выбранный реакционный центр, что отражается на изменении скорости или состояния равновесия процесса с участием данного центра. Впервые этим ученым была показана линейная зависимость констант диссоциации для серии мета- и пара-замещенных бензойных кислот при 25 °С от природы заместителя в ароматическом ядре и получено широко известное математическое описание принципа линейности свободных энергий в виде уравнения Гаммета (1.1.1) [ 18-20]:

1 %-£- = <тр (1.1.1)

ко

в котором К и Ко - константы диссоциации замещенной и незамещенной бензойных кислот; о - константа, характеризующая способность заместителя изменять электронную плотность на реакционном центре по сравнению с Н; р - параметр, отражающий чувствительность процесса к смене заместителя в конкретных условиях; р константа реакции, индивидуальная для данной реакции и являющаяся мерой ее чувствительности к изменениям в заместителе.

Характер заместителя отражается на знаке его а - константы. Так, для акцепторных заместителей значения а приводят с положительным знаком, т.к. данный тип заместителя, по сравнению с атомом водорода, увеличивает частичный положительный заряд на атоме углерода карбоксильной группы бензойной кислоты. Электронодонорные же заместители имеют отрицательные значения а - констант.

Однако для корреляции констант скоростей и равновесий реакций, в которых акцепторный заместитель находится в прямом полярном сопряжении с реакционным центром необходимо использовать набор сГ - констант, определяемых из двух серий -констант диссоциации фенолов и анилиниевых ионов. При этом значения о и а" - констант будут совпадать для мета-заместителей и групп в положении 4, не проявляющих -М эффект. В других случаях значения о- будут более положительными, чем а (например, для групп -Ш2, -СООН и -СИ, табл.1).

Было также обнаружено, что заместители, проявляющие +М эффект, гораздо в большей степени ускоряют реакцию гидролиза кумилхлоридов, чем следует из значений их апара -констант [20]. Это обусловлено тем, что образующийся карбокатион очень сильно

стабилизируется электронодонорными заместителями, находящимся в прямом резонансном сопряжении с реакционным центром. С целью учета дополнительного стабилизирующего воздействия таких заместителей для них стали использовать ст +пара - константы, которые были определены в стандартной реакции гидролиза замещенных кумилхлоридов (табл.1).

Таблица 1. Значения апара, ст мета, а+пара, МСТа, а , о руо и а - констант заместителей (X).

X f пара [21] G мета СГруО [22] + & пара [21] + & мета ^ пара о7

4-N(CH3)2 -0.84 -0.134 -1.48 -1.7 -

4-NH2 -0.66 -1.37 -1.3 -

4-OH -0.37 -0.751 -0.92 -

4- 0С6Н5 -0.32 -0.574 -0.5 -

4- ОСНз -0.268 +0.118 -0.603 -0.778 +0.047 - +0.23

4-СНз -0.170 -0.069 -0.240 -0.311 -0.066 - 0.00

4-С6Н5 -0.01 - -0.179 -

Н 0 0 0 0 - 0

4-F +0.062 - -0.073 +0.352 - +0.50

4-SCH3 0.00 - -0.604 -

4-С1 +0.227 +0.206 +0.114 +0.399 - +0.47

4-С=СН +0.233 - +0.179 -

4-COOH +0.45 +0.608 - +0.728 [23]

4-C=N +0.660 +0.94 +0.88[23] +0.58

4-NO2 +0.778 +0.816 +1.19 +0.674 +1.27 [18,21] +0.63

В последующим g+ - константы были введены и для заместителей в мета-положении бензольного кольца (а+мета). По мнению Днепровского A.C. [20] это обусловлено способностью заместителей в положении 3 проявлять незначительное сопряжение, что приводит к усилению их электронодонорного и уменьшению электроноакцепторного влияний (табл. 1).

Особый случай представляют собой гетероароматические N-оксиды, для которых были введены струо- константы (табл.1), поскольку N-оксидная группа может выступать в роли как донора, так и акцептора электронов в зависимос