Новые пентакоординированные соединения кремния на основе пролина и саркозина с C,O-и O,O-хелатными органическими лигандами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Н.И. ПИРОГОВА» Министерства здравоохранения РФ

НА правах рукописи

005059560

НИКОЛИН АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

НОВЫЕ ПЕНТАКООРДИНИРОВАННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ КРЕМНИЯ НА ОСНОВЕ ПРОЛИНА И САРКОЗИНА С С,О- И О,О- XПЛАТНЫМИ ОРГАНИЧЕСКИМИ ЛИГАНДАМИ: СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ

02.00.03 - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

16 МАЙ ¿°13

Москва-2013

005059560

Работа выполнена на кафедре химии Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Министерства здравоохранения РФ

Научный руководитель: д.х.н., в.н.с. Вадим Витальевич Негребецкий

(РНИМУ им. Н.И. Пирогова МЗ РФ) Официальные оппоненты: д.х.н., в.н.с. Александр Давидович Дильман

(ИОХ им. Н.Д. Зелинского РАН) д.х.н., в.н.с. Сергей Сергеевич Карлов (Химический ф-т МГУ им. М.В. Ломоносова)

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Институт элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН

Защита диссертации состоится "04" июня 2013 года в 11 часов на заседании Диссертационного совета Д 002.222.01 при Учреждении Российской академии наук Институте органической химии им. Н.Д.Зелинского РАН по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 47

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН

Автореферат разослан "25" апреля 2013 года

Ученый секретарь Диссертационного Совета доктор химических наук

л. А. Родиновская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Развитие химии гиперкоординированных соединений кремния относится к числу приоритетных направлений современной элементоорганической химии. Особенности строения, вызванные необычным координационным состоянием центрального атома, часто повышенная по сравнению с соответствующими тетраэдрическими соединениями реакционная способность, высокая биологическая активность многих пента- и гексакоординированных органических производных этого элемента, стереохимическая нежесткость его координационного полиэдра служат предметом интенсивных исследований как в нашей стране, так и за рубежом.

В частности, активно обсуждается возможность применения некоторых комплексных соединений кремния в качестве лекарственных средств и компонентов катализаторов. Добавим, что протекание ряда промышленно важных реакций (например, гидролиза хлорсиланов) также связано с превращениями в координационном окружении кремния.

Химия гиперкоординированных производных кремния на современном этапе представляет собой динамически развивающуюся область науки, в которой многие вопросы еще далеки от решения. В значительной степени это относится и к внутрикомплексным соединениям. Далеко не исчерпаны возможности поиска новых хелатных лигандов, координирующие атомы которых способны служить в качестве внутримолекулярных доноров. Продолжаются исследования, направленные на выявление и оценку факторов, определяющих прочность ВКС Б—^ (О - донорный атом в лиганде) и степень отклонения конфигурации центрального координационного узла таких комплексов от тригональной бипирамиды или октаэдра. Наиболее важными здесь являются природа центрального атома и координирующих атомов в лиганде, характер заместителей у атомов Э и 81, а также размер хелатного цикла.

Постоянно дискутируется (отвергается или уточняется) модель трехцентрового четырехэлектронного (Зс-4е) гипервалентного связывания и особенности ее применимости к различным («жестким» и «мягким») координационным узлам.

В последнее время начаты прецизионные рентгенодифракционные исследования (главным образом, в ИНЭОС РАН), позволяющие в сочетании с результатами квантово-химических расчетов оценивать распределение электронной плотности в центральном координационном узле гиперкоординированных комплексов и делать заключение об отсутствии или наличии координационной связи Э—»81 и ее прочности.

Среди различных типов органических производных пентакоординированного кремния, известных к началу наших исследований, отсутствовали С,О- и 0,0-хелаты с аминокислотными фрагментами, входящими в состав заместителя у амидного атома углерода. Выбор в качестве объектов исследования производных пролина обусловлен

также наличием в них конфигурационно стабильных хиральных центров, что делает их перспективными моделями для изучения стереохимической индукции и стерео-динамических процессов в координационном узле.

Цель работы. Диссертация посвящена разработке методов синтеза органических нейтральных и цвитгер-ионных внутрикомплексных соединений кремния, содержащих биоактивные фрагменты а-аминокислот и а-гидроксикислот, сравнительному изучению структурных особенностей, химических и физико-химических свойств полученных комплексов.

Научная новизна и практическая значимость работы. С использованием известных, а также разработанных в ходе выполнения работы синтетических методов, получен ряд новых хелатных комплексов пентакоординированного кремния. Изучен гидролиз пентакоординированных монохлорсиланов, содержащих моноанионные С,0-хелатирующие лиганды. Получен ряд стабильных дисилоксанов и на их основе синтезированы внутрикомплексные фторсиланы, более устойчивые к действию влаги, чем соответствующие хлориды, что делает их удобными моделями для изучения стерео-динамических процессов в координационном полиэдре атома кремния.

Разработан новый подход к пентакоординированным С,0-хелатным галогенсиланам путем расщепления связи Si-N или Si-O в синтезированных нами неизвестных ранее типах шестичленных силацикланов — 2-сила-5-пиперазинонах и 2,6-дисиламорфолинах, соответственно. На основе Л'-триэтоксисилилметильных производных эфиров саркозина и пролина получены новые цвитгер-ионные комплексы пентакоординированного Si.

Обнаружено, что в координационном узле изученных комплексов протекает пермутационная изомеризация, стереохимическим результатом которой является обмен положениями монодентатных лигандов. Методом динамического ЯМР (ДЯМР) на основе анализа полной формы линии (АПФЛ) сигналов обменивающихся групп определены активационные параметры пермутации лигандов. На основании полученных данных предложены вероятные механизмы стереодинамических процессов.

За представленный к защите цикл работ автору присужден диплом лауреата второй премии конкурса РНИМУ им. Н.И. Пирогова «Лучшая научно-исследовательская работа молодых ученых».

Методы исследования. С целью установления строения синтезированных соединений использованы следующие методы: элементный анализ, спектроскопия ИК в растворе и твердом теле, мультиядерная ('Н, |3С, l9F, 29Si) одно- и двумерная спектроскопия ЯМР, а также CP/MAS ЯМР 29Si и рентгеноструктурный анализ. В некоторых случаях для идентификации синтезированных соединений использовалась масс-спектрометрия. Изучение стереохимической нежесткости пентакоординированных

комплексов выполнено методом ДЯМР 'Н, "и, 298ц обработка экспериментальных данных проводилась с использованием программы ОЫМЯ-ЭГМ.1

Автор признателен чл.-корр. РАН В.П. Ананикову за предоставленную возможность пользоваться Центром коллективного пользования ЯМР ИОХ РАН им. Н.Д. Зелинского, а

д.х.н. A.A. Корлюкову и асп. Д.Е. Архипову (ИНЭОС РАН им. А.Н. Несмеянова) за проведение рентгеноструктурных исследований синтезированных соединений.

Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы в научных журналах и 13 тезисов докладов на конференциях. Отдельные результаты исследования были представлены и докладывались на Всероссийской молодежной конференции-школе «Идеи и наследие А.Е. Фаворского в органической и металлоорганической химии XXI века» (Санкт-Петербург, 2010); XI Андриановской конференции «Кремнийорганические соединения. Синтез, свойства, применение» (Москва, 2010); XXV Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Суздаль, 2011); XVI Международном симпозиуме по химии кремния (Канада, Онтарио, 2011) и 6-х Европейских кремнийорганических днях (Лион, Франция, 2012).

Структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, посвященного синтезу и свойствам внутримолекулярных комплексов гиперкоординированного кремния, обсуждения результатов собственного исследования, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы (244 наименования). Работа изложена на 162 страницах, содержит 114 схем, 29 рисунков и 26 таблиц.

I. Синтез и строение Лг-метил-Лг-(диметилхлорсилилметил)-Л',-оргаиосульфонил-

Для синтеза целевых соединений в работе применено прямое Л'-диметнлхлор-силилметилирование амидов 1 системой СЮ Ь51Ме2С1 / (Мсз51)гЫН в условиях термодинамического контроля (реакция 1).

также к.х.н., с.н.с. |П.А. Беляковза помощь в съемке и интерпретации спектров ЯМР;

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

пролинамидов и -саркозинамидов

(1)

la,f,(S)-lb-e

2а,f, (S)-2b-e

a R = Me, b R = Ph, с R = 4-МеС6Н„, d R = 4-С1СбН4, e R = 4-ВгСбН4, f R = 4-02NC6H,

1 Haegele G„ Fühler R., Lenzen Th„ Spin A-At and DNMR-SIM-Two New PC-Programs for Analisys and Simulation of NMR Spectra,Comp. andChem., 1995, 277.

Методом ИК мониторинга реакции амида 1с с СЮТгвМегО при кипячении в бензоле или толуоле найдено, что для полного силилметилирования требуется двукратный избыток хлорсилана. При использовании в качестве реагентов метиламида (5)-1с, С1СП251Ме2С1 и Е(3М реакция в кипящем бензоле полностью протекает за 3 ч при соотношении метиламида и (ЛСЬ^МегО 1:1. Однако выход хлорсилана (5)-2с оказался ниже (65%), чем при использовании системы С1СН251Ме2С1/(Мез502КН (88%).

На примере метиламида (6)-пролина ((5)-3), в котором, в отличие от амидов 1, имеется свободная группа N11 фрагмента пролина, нами реализован альтернативный подход, приводящий к С,Охелатам типа 2. Предлагаемая стратегия предусматривает на первой стадии синтез бициклического силациклана (5)-4 и далее его взаимодействие с органо-сульфохлоридами ЯЗОгС! с расщеплением силацикла и образованием целевых продуктов (схема). Отметим, что синтезированный нами силациклан (5)-4 относится к фактически неизученному типу гетероциклов — 2-сила-5-пиперазинонам, шестичленным сила-циклическим соединениям, содержащим эндоциклическую связь БШ:

Схема

С1СН251Ме2С1, (Ме^КН

Ы'

н

(ЯЗ

1МНМе

Ме..

_„ 'Б!- НС1 Ме' I • Ме381С1 ^^ I

Ме (■">>4

М—Ме

Бициклический силациклан (5)-4 получен силилметилированием амида (5)-3 системой С1СН251Ме2С1/(Мез51)2Н11 или его обработкой СЛСЬ^МегО в присутствии ЙзЫ. Мы предполагаем, что в этих реакциях (схема) первоначально образуется продукт Аг-диметилхлорсилилметилирования по амидному атому азота пролина, хлорсилан А' (или/и его /У'-ТМС-производкое при использовании гексаметилдисилазана), который затем в ходе фракционирования претерпевает термическое разложение с отщеплением НС1 (соответственно МезБ1С1) с образованием целевого силациклана (5)-4. ИК спектр (5)-4 характеризуется полосой валентных колебаний при - 1650 см"1 (ЫСО), а в спектре ЯМР 2931 обычным для тетракоординированного атома с сопоставимым окружением значением 52951

(- 5 м. д.). Последующее взаимодействие (5)-4 с сульфохлоридами РЬЗОгО и 4-МеС^БОгС! привело к (О—»81)-хелатным хлорсиланам (5)-2Ь,с с выходами 75% и 81%, соответственно. Преимуществом предложенного подхода стало осуществление синтеза хлорсиланов 2 без предварительного получения амидов 1.

Разработанная на примере производных пролина стратегия бьиа использована нами для получения пентакоординированного хлорсилана (7) — производного саркозина. На первой стадии взаимодействие амида 5 с ОСНгБ^сгСЛ в присутствии Е1зЫ привело к 2-сила-5-пиперазинону 6, выделенному с умеренным выходом (45%) в виде легкогидроли-зующегося масла. Образование последнего подтверждено методом масс-спектрометрии (реакция 2).

сн3

НзС. ^^ЫНСНз _

"" У С,СН28.(СНзЬСПЕ,ЗМ> НзС_^^_СНз С2)

О 6

Принципиальная возможность расщепления связи Б ¡-И в 2-сила-5-пиперазиноне 6 установлена на примере его реакции с иора-толуолсульфохлоридом, в результате которой был синтезирован С.О-хелатный хлорсилан 7 (реакция 3).

СН3 СНз

H,CV •• I

/St—\ TsCl

НзС-N N-CH, ► I (1 I

\_/ C<>H6 Ts О—»-Si—CI

H3C CHj

(3)

6 7

Хлорсилан 7 оказался неустойчивым, крайне легко гидролизующимся соединением. Тем не менее, для него удалось получить удовлетворительные результаты элементного анализа и ИК спектроскопии. Его строение в кристаллическом состоянии подтверждено данными РСА.

И. Гидролиз Л,-метнл-Л'-(димет11лхлорс11Л11лмет11л)-Д"-()рганосульфон|1лпролш1-амидов и -саркозинамида

Вывод о протекании в растворах полученных хлорсиланов гидролиза до силил-оксонийхлоридов сделан на основании данных ЯМР 'Н, ПС, 29Si и подтвержден РСА этих соединений в кристаллическом состоянии. Так, результатом перекристаллизации хлорсиланов 2 в условиях, не исключающих доступ влаги, стало образование комплексов типа 8 (реакция 4).

Впервые для силилоксонийхлоридов получены спектры CP/MAS ЯМР2981 Найдено, что комплексы 8а,f и (S)-8c в твёрдой фазе характеризуются более сильнопольным сдвигом сигнала 629Si (-40.2, -42.2 и -43.4 м. д., соответственно), по сравнению с

положением сигнала в растворе (-30+ -35 м. д.). Установленная закономерность в изменении 829Э1 свидетельствует об ослаблении ВКС О—>51 при переходе в раствор в результате ее сольватации молекулами растворителя.

н,0

N-Me -•

(4)

2а, (5)-2Ь-е, 2Г 8а, (Л>8Ь-е, 8Г

Сильнопольное положение сигналов в спектрах ЯМР 2981 в растворе и твердом теле указывают на реализацию в силилоксонийхлоридах 8 внутримолекулярного координационного взаимодействия 0->51, степень которого сравнима с таковой в нейтральных С,0-хелатных //-(монохлорсилилметил)амидах с пентакоординированным атомом кремния.2

III. Дисилоксаны

Ш.1. Синтез и строение. Дисилоксаны 9, получены гидролизом монохлорсиланов 2 в присутствии основания с высоким, более 90%, выходом (реакция 5).

Н20, ИаНСОз

К502-Рго-Ы(Ме)СН281Ме2С1 -——-[11802-Рго-М(Ме)СН251Ме2]20

- ЫаС1 ^^

2а, (5)-2Ь-е, 2{ 9а, (ЗД-9Ь-е, 9(

а Я = Ме, Ь Я = РЬ, с Я = 4-МеСбН„, а Я = 4-С1С6Н4, е Я = 4-ВгСбН4, ( Я = 4-02ЫС6Н4

Состав и строение дисилоксанов 9 установлены на основании данных элементного анализа, а также спектральных методов (ИК, ЯМР 'Н, 13С, 29$0. Их ИК спектры характеризуются наличием интенсивной полосы поглощения при 1650 см"1, отнесенной к амидной группе не участвующей в хелатообразовании; сигнал атома в спектрах ЯМР 2931 регистрируется в характерной для дисилоксанов узкой области спектра (4 + 5 м. д.). Ш.2. Реакционная способность дисилоксанов. Строение продуктов превращений. Установлено, что взаимодействие соединений (5,5)-9с и 9( с БОСЬ легко протекает уже при комнатной температуре и приводит к образованию с высокими выходами хлор-силанов (5)-2с и 2Г (83% и 90%, соответственно) (реакция 6).

ЭОСЬ

[Я502-Рго-К(Ме)СН251Ме2]20-»- Я5О2-Рг0-К(Ме)СН251Ме2С1 (6)

(ХЛ>9с, 9( (5>2с, 2!

с Я = 4-МеСгДА, П1 = 4-0»

2 Негребецкий В. В., Бауков Ю. И. Динамическая стереохимия гипервалентных соединений кремния, германия и олова, содержащих амидометильные С,0-хелатирующие лиганды. Изв. АН, Сер. хим. 1997. 1912.

На примере соединений и 9Г показана возможность расщепления активиро-

ванных амидными группами связей 8¡-О в дисилоксановой группе избытком

ацетилбромида. Выделенными продуктами в условиях доступа влаги при комнатной температуре оказались силилоксонийбромиды (5)-10с и ЮГ — результат гидролиза первоначально образующихся бромидов (реакция 7).

о

II

И—8—N

II О О'

Ме,

-я--

НгО

"

8оГ

2 | И-Ме

Ме....

и-—\

(7)

(£)-Юс, ЮГ

о

Ц/+Х м— Вг~

с Я = 4-МеС6Н4, і Я = 4-02КС6Н4 Методом РСА установлено, что атом кремния в соединении ЮГ пентакоординирован и имеет ТБП окружение с тремя атомами углерода в экваториальной плоскости и амидным атомом кислорода и атомом кислорода ОНг+ в аксиальной плоскости (рис. 1).

»05

Рисунок 1. Общий вид силилоксонийбромида ЮГ в представлении атомов эллипсоидами тепловых колебаний с вероятностью 50%. Атомы 11, кроме атомов водорода молекулы воды, не показаны,

Выбранные длины связей и углы (А и БіІ-ОІ 1.903, БіІ-ОПУ 1.927, 018іЮ1\У 169.96. Расстояние между атомом кремния и ближайшим атомом брома (Вг1) составляет 4.56 А, расстояние Вг1...01\У — 3.112 А.

Таким образом, дисилоксаны 9 легко вступают в реакции с электрофильными реагентами (БОСЬ, СНзС(О)Вг). Возможность их препаративного осуществления свидетельствует о высокой реакционной способности дисилоксанов вследствии активации фрагмента Бі-О-Зі электроноакцепторными амидометильными группами, а их реализация открывает возможности для синтеза новых соединений пентакоординированного кремния.

IV. Получение новых соединений пентакоординированного кремния с фрагментом пролина па основе 2-сила-5-пиперазинона ((5)-4)

Известная легкость расщепления связи Бі-К под действием электрофильных реагентов использована нами для синтеза новых комплексов кремния в реакциях 2-сила-5-пиперазинона ((5)-4) с ацетилбромидом и хлорангидридом тозилглицина.

Было установлено, что в условиях доступа влаги реакция протекает с раскрытием силацикла и приводит к силилоксонийбромиду, Ас-Рго-М(Ме)СН251Ме20ННВг ((5)-11), — продукту взаимодействия с водой первоначально образовавшегося бромида Ас-Рго-Ы(Ме)СН251Ме2Вг (реакция 8).

Мб.

N0

'Бі' МеСОВг (Н20)

МсЧ I -»

I

Ме

(5)-4

(8)

О

н'+чн— Вг

В результате раскрытия силацикла ((5*)-4) хлорангидридом тозилглицина и последующего гидролиза образовавшегося хлорсилана в присутствии основания, а затем обработкой дисилоксана ВРз ШгО на заключительной стадии, был получен фторсилан Тб-01у-Рго-М(Ме)СН28ІМс2Р ((5)-Х2) с дипептидным фрагментом с общим выходом 65% (реакция 9).

1)Т5-гау-сі

2)ЫаНС03/Н20

3) ВР3«Е1;0

тэ-ау-ы |

оГ

иі-ме

...

(9)

Ме'

09-4

р

Согласно данным РСА, в кристаллической ячейке фторсилана 12 присутствуют две молекулы, связанные посредством молекулы воды, образующей Н-связи с амидным атомом О одной и атомом И другой молекулы фторсилана.

С5

)$|1 1

\ сэа@

©с2 — "чіііа 1

нп/тщ) с1а

01у

ЮТАО-фМА с16лс17» с12а

Рисунок 2. Общий ввд фторсилана (5)-12 в представлении атомов эллипсоидами тепловых колебаний с вероятностью 50%. Атомы Н, кроме атомов водорода молекулы воды, не показаны.

V. Фторсиланы

В результате высокой лабильности связи Si-Cl, пентакоординированные комплексы 2 в растворах быстро гидролизуются до соответствующих сшгалоксонийхлоридов 8 (см. выше). Напротив, связь Si-F значительно более стабильна, что практически исключает возможность ее гидролиза в таких растворителях, как CDCI3 или CD2CI2, используемых для проведения ЯМР экспериментов. Это делает фторсиланы весьма привлекательными моделями для изучения различных процессов в растворе. Среди известных к началу наших исследований типов пентакоординированных фторсиланов, в доступной литературе отсутствовали данные по С,0-хелатам, содержащим аминокислотный фрагмент у амидного атома углерода.

V.l. Синтез и строение (О—»БО-хелатных Лг-(д[шстнлфторс1Глилметнл)-Лг-метил-Л'-(органосульфонил)пролинамидов. Активация силоксановой связи за счет влияния соседних амидных фрагментов в дисилоксанах 9, по нашему мнению, облегчает реакцию данных соединений с эфиратом BF3, которая протекает в достаточно мягких условиях, а выход (80-90%) и чистота получаемых продуктов позволяют считать этот метод препаративным для синтеза чистых образцов фторсиланов 13 (реакция 10).

чю

0==\^CH2Ji-

ci

(CjHjfcOBFj, ch3cn

•fO

НзС^ НзС

Lr

(10)

9а, (S,S)-9b-e, 9f

13а, (S)- 13b-e, 13f

R = a Me, Ь Ph, с 4-МеСбН4, d 4-С1СбН4, е 4-BrQH,,, f 4-Ш2СбН4

Положение полосы поглощения группы NCO в ИК-спектрах (-1611-1615 см-1) фторсиланов 13, полученных методом нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) в твердой фазе, характерно для пентакоординированных соединений. V.2. Эффекты сольватации и концентрационные исследования. Основные параметры спектров ЯМР |3С, 19F, 29Si фторсиланов 13 в различных растворителях и CP/MAS ЯМР 29Si суммированы в табл. 1 и 2.

Пентакоординированное состояние атома кремния в растворе подтверждается сильнопольным сдвигом сигнала в спектре ЯМР 29Si (на -40 + -50 м. д.) относительно модельного Me3SiF с тетракоординированным атомом кремния (31 м. д.).

При растворении фторсиланов 13 наблюдается слабопольный сдвиг (Д8) сигналов 29Si, который принимает наибольшее значение (до 18 м. д.) в растворе CDCI3 (табл. 1).

Таблица 1. Спектральные (5, м. д.,1JSif, Гц) ЯМР 29Si параметры фторсиланов 13 в различных растворителях и в твердом теле (CP/MAS ЯМР Si).

Комплекс 13a (S)-13b (S)-13c (S)-13d (S)-13e 13f

S29Si, CP/MAS, м. д. -21.4 -20.4 -29.4 -29.6 -28.5 -16.6

S29Si, CDClj, м. д. -10.3 (д) -13.5 (д) -13.7 (д) -11.5 (д) -11.2 (д) -7.0 (д)

'/sir, CDClj, Гц 258 256 256 257 257 258

S29Si, (CDj)2CO, m. д. — -19.9 (д) -20.0 (д) -17.6 (д) -18.0 (д) -16.2 (д)

'/sir, (CD3)2CO, Гц — 258 257 261 259 266

829Si, CîD5N, m. д. — -18.1 (д) -18.2 (д) -16.8 (д) -16.2 (д) -14.3 (д)

'/sif, c5d5n, Гц — 257 257 257 257 258

Д5* в CDClj, m. д. 11.1 6.9 15.7 18.1 17.3 9.6

Д5* в (CD3)2CO, m. д. — 0.5 9.4 12.0 10.5 0.4

Д8* bc5d5n, m. д. — 2.3 11.2 12.8 12.3 2.3

♦ Д8 = [529Si, растворитель] - [8MSi, CP/MAS]

Таблица 2. Спектральные (8, м. д.) ЯМР 13С=0, "F параметры фторсиланов 13 в различных

растворителях.

Комплекс cdci3 (CD3)2C(0) c5d5n

8"С 8"F 8'3C 8I9F SI3C 8i9F

13а 172.60 -127.3 — — — —

CS>i3b 172.52 -124.2 174.00 118.9 173.87 -118.8, септ. 7.6

(S>13c 172.52 -124.5 173.10 -118.7, септ. 6.4 174.00 -118.5, септ. 7.6

(S)-13d 172.40 -125.5 173.83 -119.8 173.75 -119.7, септ. 7.6

(S)-13e 172.33 -126.0 173.88 -119.9, септ. 6.4 173.74 -119.8, септ. 7.6

13f 172.05 -129.8 173.65 -121.3, септ. 6.4 173.56 -121.4, септ. 7.6

Напротив, значения Д5 в растворителях с высокой электронодонорной способностью ((СОз)гС(О), С}05К) значительно меньше. Это указывает на ослабление ВКС О—>51 при переходе в раствор, что подтверждается данными спектроскопии ИК (табл. 3).

Таблица 3. FT-ИК данные для фторсиланов 13.

Комплекс v, см"1 (НПВО) c, M v, см 1 (растворитель)

13а 1615 0.5 1624 (СНСЬ)

(S)-13b 1614 0.3 1623 (CHClj)

0S>13c 1612 — —

0.2 1623 (ch3cn)

(S)-13d 1613 0.2 1624 (CHClj)

0.1 1625 (CsHs)

CS>13e 1614 — —

13f 1611 — 1625 (СЛ)

Действительно, как видно из анализа представленных данных, в твердом теле полоса поглощения фрагмента N00 наблюдается в области 1611-1615 см"1, типичной для пента-координированных соединений. Переход в жидкую фазу сопровождается смещением положения полосы поглощения до -1620-1630 см"1, что характерно для комплексов со слабой ВКС О—»81.

Установленное в работе отсутствие заметного изменения частоты валентных колебаний группы N00 при варьировании концентрации в интервале 0.01 + 0.5 М

свидетельствует о том, что при комнатной температуре в исследованном интервале концентраций степень димеризации фторсиланов 13 в СОС1з незначительна.

Анализ изменения величин 82981 фторсиланов в твердом теле (табл. 1) от прочности ВКС О—>81 выявил зависимость между их значениями и длиной связи 8П-01 (РСА) (рис. 3).

Установленная корреляция может быть использована в качестве экспресс-метода для предсказания длины ВКС О—в кристаллическом состоянии для родственных соединений.

-16-

-18-

-20-

Е -22-

о.

р.

сЯ -24 -

ЙГ

-26-

-28-

-30-

2.12 2.14 2.16 2,18 2.20 2,22

SÍ...О, А

Рисунок 3. Корреляционная зависимость между длиной связи SÍ...O (дг) и 829Si (у).

VI. Температурно-зависимые исследования (ЯМР 'Н, 19F, 29Si и ИК)

В зависимости от природы монодентатного лиганда, С,0-хелатные производные элементов 14 группы могут бьггь условно разделены на несколько групп в зависимости от близости их структуры к одной из форм А-Е, участвующих в приведенном ниже равновесии.

II о

\

М—X

7

-С" N \\

O-*-М—X

7

I

-с 1

0-»М-X

г-

V,

о=

гч

V

А В С D Е

В случае соединений с координационным узлом ХМС3О (М = Si; X = F, CI, Br, I, OTf), наибольшим вкладом структуры В по данным РСА характеризуются фториды, С — хлориды, D — бромиды и Е — иоди ды и трифлаты.

Исследование температурно-зависимых спектров ЯМР 'Н, 19F, 29Si фторсиланов 13 позволило получить информацию об изменении соотношения вкладов форм А-Е в представленное выше равновесие в зависимости от температуры.

VI.1. Спектры ЯМР 'Н. При понижении температуры от 50 до -60 °С наблюдается незначительный сильнопольный сдвиг сигнала 'Н группы SiMe2 (на - 0.03 м. д.), наибольшее изменение которого имеет место в интервале температур -60 + -20 °С (0.02 м. д.). Наблюдаемый характер изменений указывает на ослабление (увеличение длины)

І

а-122 Н с V

-124-

I *

* 1 »--«.¿і—р

ВКС 0-»5і с ростом температуры, что соответствует сдвигу представленного равновесия в сторону некоординированной формы А.

УІ.2. Спектры ЯМР "р. Температурно-зависимые исследования методом ЯМР "р позволили выявить ряд обратимых структурных изменений в координационном узле фторсиланов 13.

Сигнал в спектре ЯМР 19Р фторсиланов 13 при температуре 20 °С регистрируется в области -118-І--130 м. д. Как видно из представленной на рис. 4 графической зависимости величин 519Р от температуры для комплекса (Л>13с, понижение температуры до -60 °С приводит к сдвигу сигнала 19Р в слабополъную область спектра, характерную для формы Л.

/

в, с

V/ ■

7А

Т, °С

Рисунок 4. Зависимость величины 8|9Р комплекса (5)-13с от температуры.

Повышение температуры до 60 °С вызывает сдвиг сигнала 19Р в сильнопольную область спектра, что соответствует увеличению вклада в равновесие некоординированной формы А.

На примере комплексов (¿)-13Ь,е обнаружено, что изменение величин 519Р от температуры сопровождается также изменением мультиплетности сигнала в спектре ЯМР 19Р, который в интервале температур от 20 до 0 °С регистрируется в виде мультиплета (рис. 5).

ГЛ ГІЙ '.-.40 РРУ "-Т33.5" -135.3 Р**М

Рисунок 5. Изменение химического сдвига и мультиплетности сигнала "р фторсилана (,5)-13е в зависимости от температуры (ЛЮЬ ,ГКМ-ЕХ400, СОСЬ).

Регистрация тонкой мульгиплетной структуры сигнала в указанном интервале температур может указывать на преобладающий вклад в рассмотренное выше равновесие

структур В или С. Исчезновение КССВ при понижении температуры вызвано, вероятно, сдвигом равновесия в сторону структуры D, что соответствует уменьшению длины ВКС О—»Si, а, следовательно, увеличению длины связи Si-F.

Исчезновение КССВ при высоких температурах и имеющее при этом место уширение сигналов группы SiMe2 в спектрах ЯМР 'Н обусловлены, вероятно, увеличением скорости фторного обмена, протекающим в этих условиях в соответствии с предложенным диссоциативным механизмом (подробнее смотри раздел Х.4).

Катализатором диссоциации фторсиланов в CDCI3 могут стать и незначительные количества HCl, образующегося при частичном разложении даже стабилизированного хлороформа под действием света при доступе кислорода воздуха, а также под влиянием влаги в соответствии с уравнением: СНС1з + [О] —► COCI2 + HCl.

Последующее протонирование атома фтора повышает его уходящую способность и катализирует, таким образом, фторный обмен.

В тоже время, донорные растворители (СРз)2С(0) и C5D5N могут удерживать протоны более эффективно, тем самым значительно понижая каталитическую активность кислотных примесей. Действительно, сигналы 19F фторидов (5)-13с,е и 13f при комнатной температуре в CDCI3 проявляются в виде уширенных синглетов, тогда как в донорных растворителях — в виде мультиплета.

VI.3. Спектры ЯМР 29Si. Сигнал в спектре ЯМР 29Si фторсилана (5)-13с, регистрируемый в CDCI3 при комнатной температуре в виде дублета (-13.7 м. д., табл. 1), при понижении температуры до -50 °С сдвигается в сильное поле (-15.5 м.д., Vsip 254 Гц). Вместе с установленной температурной зависимостью положения сигнала в спектре ЯМР 19F, это свидетельствует, по нашему мнению, об увеличении прочности ВКС О—>Si при понижении температуры.

VII. Синтез и строение (О—^О-хелатных 7У'-(димстилтрнфлатосилилмстил)-ЛГ-метил-Лг-(органосульфонил)пролинамидов и -саркозинамида

Целевые С,0-хелатные трифлаты с фрагментами пролина (5)-14с, 14f и саркозина 15 были получены действием триметилсилилтрифлата на хлорсиланы 2с,f, 7 и фторсиланы 13с,f (реакция 11, пути а и б соответственно): R2

ri (Mebs'iOTf> - (11)

о=|=о -<м«*'с' o=s=o " м! м=

R3 R3

(S)-2c, 2f, 7 (S)-14с, 14f, 15

R1 = Me, R2 = H (7,15), R',R2 = 4CHj)j- (2,13,14); R5 = с 4-MeC6H4, f 4-N02C6H4 Реакции проводились в кипящем бензоле. Бьшо найдено, что препаративно более предпочтительным является использование в качестве исходных соединений фторсиланов

(путь б). В этом случае второй продукт реакции, низкокипящий триметилфторсилан, может быть легко удален из реакционной смеси уже в ходе синтеза.

Строение (¿)-14с, 14Ги 15 подтверждено элементным анализом и РСА (для (5)-14с и 15). Результаты последнего показали, что координационный полиэдр атома кремния в комплексах (5)-14с и 15 имеет искаженную ТБП [4+1]-координацию.

В спектрах ЯМР 'Н синтезированных трифлатов в растворе СОзСЫ регистрируется уширенный сигнал в интервале от 6 до 8 м. д., отнесённый к сигналу группы -ОНг+. Это указывает на быстрый гидролиз полученных комплексов с образованием силюгоксоний-трифлатов. О пентакоординированном строении последних в растворе свидетельствуют данные ЯМР 2951: -18 м. д. ((5)-14с-НгО) и -10 м. д. (Ш-Н20).

При проведении реакции хлорсилана (5)-2Ь с триметилсилилтрифлатом в условиях доступа влаги воздуха, был выделен в индивидуальном виде комплекс (5)-16Ь (реакция 12), ионное строение которого и пентакоординированное состояние атома кремния в нем, как в твердом теле, так и в растворе, подтверждены методом РСА и ЯМР 2931 (-25 м. д.).

(5)-2Ь (5)-1бЬ

Насколько нам известно из доступных литературных источников, комплекс (5)-16Ь — первый пример силилоксонийтрифлатных комплексов (до наших исследований были известны только силилоксонийгалогениды).

VIII. Пентакоординированные бис(диметилфторсилилметил)амиды

Синтез соединений пентакоординированного кремния, содержащих две группы 51Мс2Х, каждая из которых потенциально способна к координации с участием атома кислорода группы С=0, представляет значительный теоретический интерес, а именно: возможность использования полученных данных для моделирования реакций 8ы2, оценка степени координационного вклада каждой из потенциально способных к координации групп С=0, а также изучение сравнительной реакционной способности групп и

Б^МегР в рамках одной молекулы. В данном разделе описаны этапы двухстадийного синтеза бисфторидов на основе двух «-аминокислот — пролина и саркозина через 2,6-дисиламорфолины, и изучены некоторые свойства соединений данного класса.

УШ.1. Синтез 2,6-дисиламорфолинов с фрагментами аминокислот (5)-21 и 22 был осуществлен в однореакторном варианте взаимодействием амидов (5)-17 и 18 с системой

С1С1Ь51Ме2С1/(Мсз51)2ЫН с последующей обработкой реакционной смеси водным раствором №НСОз (реакция 13).

На основании ИК-мониторинга реакции при соотношении амида (£Г)-17а и диметил-хлорметилхлорсилана 1 : 3 (кипячение в бензоле или толуоле в течение 4 часов) найдено, что взаимодействие реагентов приводит к образованию промежуточного продукта — пентакоординированного Л'^\'-бис(диметихлорсилилметил)амида (S)-19a.

В ИК спектрах реакционной смеси наблюдалось смещение полосы поглощения С=0 амида (5)-17а с частотой 1680 см"1 до 1590 см"1, что соответствует колебаниям группы С=0 пентакоординированных соединений кремния. Известно, что хлорсиланы подобного типа очень легко гидролизуются, поэтому соединения (S)-19 и 20 в индивидуальном виде не выделялись. В результате гидролиза полученных in situ дихлоридов (5)-19 и 20, были получены неизвестные ранее 2,6-дисиламорфолины (S)-21 и 22.

В их ИК спектрах наблюдается сильная полоса поглощения при 1630 см"1. В спектре ЯМР 'Н силацикланов (5)-21 сигналы протонов группы SiMe2 регистрируются в виде четырех синглетов, что соответствует двум наборам сигналов вследствие заторможенного амидного вращения. В спектрах ЯМР 29Si каждого из соединений (5)-21 и 22 наблюдаются по два сигнала с химическими сдвигами - 8 и -10 м. д. Наличие двух сигналов в спектрах ЯМР 29Si, обусловлено, как и в случае регистрации двух наборов сигналов групп SiMe2 в спектрах ЯМР *Н этих же соединений, заторможенным вращением вокруг амидной связи. Строение дисиламорфолинов 21а и 22 в твердой фазе подтверждено методом РСА. VIII.2. Синтез (О—►SiJ-xc.iaTHbix ]У'^/'-бис-(диметилфторсилилметил)-Лг-органосуль-фонил-^-пролинамидов ((5)-23) и Лгу\г'-бис-(диметилфторсилилметил)-Лг-мезил-саркозиламида (24) проведен путем нагревания дисиламорфолинов (5)-21 и 22 с BF3-Et20 в кипящем MeCN (реакция 14).

С1

м/ Me (S)-21a,b, 22

(S)-17a,b, 18

(S)-19a,b, 20

17,19,21: R',R2 = -<CH2)r-; 18,20,22: R1 = Me, R2 = H; R3= a Me, b 4-MeC6H4

Me Me

Me

(S)-21a,b, 22 (,S>23a,b, 24

21,23: R',R2 = -(CH2)r, 22,24: R1 = Me, R2 = H; R' = a Me, b 4-MeCbH4

Пентакоординация одного из атомов кремния в дифторидах (5)-23 и 24 установлена на основании РСА их монокристаллов и данных ЯМР 2981. На рис. 6 представлена структура дифторида (5)-23а по данным РСА. Один из атомов кремния в нем пентакоординирован и имеет ТБП окружение с тремя атомами углерода в экваториальной плоскости, а амидным атомом О и атомом Р — в аксиальной. Длины связей 81У-Р и И составляют: 1.693А, 1.612 А. Используя величину химического сдвига сигнала 2931 тетракоординированного атома кремния в качестве реперной точки (30 м. д.), полученные спектральные данные позволили оценить величину координационного вклада в исследованных дифторидах в -50 м. д. Сравнение полученных значений с данными для хлоридов и силилоксонийгалогенидов (раздел II) свидетельствует о более слабом внутримолекулярном координационном взаимодействии, реализуемом в полученных фторсиланах.

IX. Новые цвиттер-ионные комплексы пентакоординированного кремния

Одновременное включение в состав комплексов природных потенциально биологически активных а-амино- и а-гидроксикислот может, в перспективе, привести к созданию лекарственных препаратов, обладающих высокой эффективностью и широким спектром биологического действия. С этой целью этиловые эфиры пролина (25) и саркозина (26) были подвергнуты силилметилированию хлорметилтриэтоксисиланом в присутствии эквимолярного количества Е1зЫ. При этом с выходами более 50% были получены А'-триэтоксисилилметильные производные 27,28 (реакция 15).

о я3

/' с2н5оч ос2н, кз к< 0

нм 2 с2н5о-з, к1 у // О о

У"2 С1СН281(ОС2Н5)3 \ „2 но он V/'

о-Сг-55— X-" "'^А'V' НЯ

ос2н5 о 7

ос2н5

25,26 27,28 29,30

25,27,29: Я'Д! = (СН2),; 26,28,30: И1 = Ме, Я2 = Н а113 = Я4 = Н;ЬЯ3 = К4 = Ме;сК3 = Н,К4 = РМ113 = К4 = РЬ

Последние далее были использованы в реакциях с а-гидроксикислотами: гликолевой

Рисунок 6. Общий вид дифторид (¿0-23а в представлении атомов эллипсоидами тепловых колебаний с вероятностью 50%. Атомы Н не показаны.

(а), диметилгликолевой (Ь), миндальной (с) и дифенилгликолевой (й). В результате, с высокими выходами были получены пентакоординированные цвиттер-ионные комплексы ранее неизвестного типа 29 и 30.

О пентакоординированном состоянии атома кремния в растворах соединений 29, 30 свидетельствуют химические сдвиги сигналов в спектрах ЯМР 2931 (диапазон от -91.1 м. д. для 30а до -103.5 м. д. для ЗОЬ).

X. Стереохимическая нежесткость соединений пентакоординированного кремния

Стереохимическая нежесткость, обусловленная относительной легкостью внутри- и межмолекулярных реорганизаций координационного полиэдра, — одно из наиболее примечательных и, в то же время, наименее изученных к настоящему времени свойств. К числу все еще полностью нерешенных здесь следует отнести вопрос о механизмах стерео-динамических превращений, затрагивающих центральный координационный узел (пермутация лигандов у центрального атома, возможные нерегулярные процессы с разрывом координационной связи или ионизацией монодентатного лиганда), а также влиянии различных факторов (природы центрального атома и моно- и бидентатных лигандов, полярности растворителя, присутствия внешнего нуклеофила и т. д.) на величины определяемых методом динамического ЯМР активационных параметров.

ХЛ.Аг'-(орга11осульфон11л)-Л'-метилпролю1амвдометилдиметилсилилоксонийхлорвдь1 (8).

Нами найдено, что повышение температуры до 50 °С в растворе СОС1з приводит к уширению компонентов мультиплета группы 51Мег в спектре ЯМР *Н; при этом мультиплетность сигналов группы N01 1 сохраняется. При понижении температуры происходит трансформация сигналов, приводящая к регистрации при -60 °С в спектрах ЯМР 'Н сигналов протонов группы 81Мег в виде двух синглетов, соответствующих двум метильным группам с разным химическим окружением. Повышение температуры ведет к восстановлению спектральной картины, что указывает на обратимый характер процесса. Таким образом, наблюдаемые температурно-зависимые изменения в спектрах ЯМР 'Н исследованных комплексов свидетельствуют о протекании в координационном полиэдре пермутационной изомеризации, вызванной медленным, в шкале времени ЯМР, обменом положениями экваториальных групп 81Мег. Обнаружено отсутствие заметного влияния природы заместителя в ароматическом кольце на величины ДО*2оя (-11 ккал/моль). Величины изменения энтропии активации комплексов 8 характеризуются большими по модулю отрицательными значениями (—14 + —22 кал/моль-К).

Х.2. Л,-метнл-А'-(диметилфторс11Л11лмет11л)-А"-орга110сул1.фопнлпролш1амиды. В спектрах ЯМР 'Н фторсиланов 13 а,Г и (5*)-13 с,б наблюдается сходная, рассмотренной выше для комплексов 8, температурная зависимость. Величины свободной энергии Гиббса пермутационной изомеризации имеют значительно более высокие значения, по сравнению

с силилоксонийхлоридами 8 (> 24 ккал/моль). Энтропия характеризуется большими по модулю отрицательными значениями (—24 кал/моль-К). Как и ДG , величины AS* практически не зависят от природы заместителя в ароматическом кольце.

ХЗ. Влияние внешнего нуклеофила. Изучение стереодинамического поведения пентакоординированных комплексов кремния в присутствии внешнего нуклеофила Nu методом ЯМР 'Н, i9F, 29Si на примере (S)-13b,d позволило установить, что добавление 10 мольных % B114NF к растворам исследованных фторсиланов в CDCI3 сопровождается значительным уширением сигналов группы SiMe2 в спектре ЯМР 'Н вследствие обмена между атомом фтора исследованных фторсиланов с атомов фтора B114NF, тогда как сигналы 'н остальных групп в спектре не претерпевают существенных изменений. Для комплекса (S)-13e добавление B114NF приводит к исчезновению ССВ (3Jhf) и трансформации мультиплета сигнала lsF в уширенный синглет. Отметим, что присутствие внешнего нуклеофила не оказывает заметного влияния на величину химического сдвига сигнала в спектре 29Si фторсиланов (5)-13d,e, что указывает на сохранение атомом Si координационного числа.

Х.4. Механизм пермутационной изомеризации. Для выяснения возможности осуществления стереодинамического процесса через стадию диссоциации ВКС О—»Si, выполнен квантовохимический расчет комплекса 13а в базисе PBE0/6-311G (d,p) (автор выражает благодарность д.х.н. A.A. Корлюкову и асп. Д.Е. Архипову за проведение расчетов и совместное обсуждение результатов). Его результаты демонстрируют легкость разрыва ВКС О—>Si: разность общих энергий открытой и закрытой форм составила 4.3 ккал/моль, что не соответствует рассчитанному барьеру пермутации в комплексах 8 и 13.

На основании экспериментальных и известных литературных данных предложен механизм политопной перегруппировки в координационном узле, протекающей через образование ионного тетракоординированного топомера (Ь) в результате диссоциации монодентатного лиганда X:

Х = Г,ОН2

Последующая нуклеофильная атака X протекает с тыла по отношению к связи С—и приводит к пентакоординированному интермедиату с. Топомер а' образуется после трехстадийного псевдовращения Берри в интермедиате с. Большая отрицательная величина энтропии активации в обоих случаях указывает на стабилизацию ионного топомера Ь молекулами растворителя в результате сольватации. Увеличение барьера

активации в случае фторсиланов по сравнению с силилоксонийхлоридами вызвано, очевидно тем, что фторид-ион по сравнению с молекулой воды является худшей уходящей группой.

XI. Биологическая активность.

Спектр биологической активности кремнийорганических соединений разнообразен и, зачастую, уникален: миорелаксанты, нейромышечные блокаторы ацетилхолина, антагонисты гонадотропина, психотропные соединения и иммуномодуляторы. В этой связи представлялось важным оценить перспективность поиска среди синтезированных соединений потенциально биологически активных веществ.

XI.1. Прогноз биологической активности. Для большинства синтезированных в работе соединений кремния выполнен прогноз спектра биологической активности по 921 виду активности по структурной формуле соединения с использованием программы "Prediction of Activity Spectra for Substances (PASS-Online)", разработанной проф. B.B. Поройковьш (ГУ НИИ Биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича РАМН). Результаты показали, что наибольший интерес представляют дисиламорфолины (S)-21, 22 и цвиттер-ионы 29, 30. Дисиламорфолины (5)-21, 22 независимо от природы аминокислоты с вероятностью более 98% являются потенциальными нейромышечными блокаторами ацетилхолина. Комплексы на основе пролина 29 перспективны для поиска лекарственных средств для лечения бокового (латерального) амиотрофического склероза. Это заболевание поражает преимущественно лиц зрелого возраста и быстро приводит пациента к инвалидизации и неизбежной гибели, что и обусловливает большую медико-социальную значимость этой проблемы в современной неврологии. Для комплексов на основе саркозина 30 прогнозируются с вероятностью более 90% кардиопротекторные свойства.

Прогнозируемый низкий токсический эффект делает эти соединения перспективными в качестве базовых структур для создания новых лекарственных средств.

XI.2. Цитотоксичность и бактерицидная активность. С учетом сделанного прогноза представлялось важным провести экспериментальное изучение биологической активности некоторых синтезированных в настоящей работе соединений (выполнено совместно с сотрудниками кафедры кафедры микробиологии и вирусологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова с.н.с. Л.Н. Шкопоровым и проф. ЛЯ. Кафарской). Так, проведено исследование цитотоксичности и бактерицидной активности веществ с использованием клеточной линии аденокрациномы толстого кишечника человека НТ-29 и культуры бактерий Е. coli ER2738. В тестах использовали водные растворы веществ 30а и 30b, а также вещества 29d и 29d, растворенные в DMSO. Для всех четырех веществ был определен низкий уровень цитотоксичности. В тесте на клеточной культуре НТ-29

значения индекса цитотоксичности (IC50) для веществ 30а и ЗОЬ равнялись приблизительно 6 мг/мл.

В то же время цитотоксичность веществ 29d и 30d не превышала эффект растворителя ДМСО. Бактериостатическая активность веществ также низка. Значение минимальной ингибирующей концентрации для всех четырех веществ, для культуры Е. coli ER2738 превышало 10 мг/мл.

Таким образом, вследствие низкой цитотоксичности синтезированные нами цвиттер-ионные комплексы перспективны для поиска среди них биологически активных веществ с целью создания кардиопротекторов, а также лекарственных средств для лечения бокового

(латерального) амиотрофического склероза.

* * *

В заключение отметим, что с использованием разработанных синтетических подходов впервые получено 55 ранее неописанных соединений, представляющих собой новые типы нейтральных и цвитгер-ионных комплексов пентакоординированного кремния с фрагментами пролина и саркозина; строение 28 из них подтверждено методом РСА. Во фторсиланах и силилоксонийхлоридах обнаружена и исследована пермутационная изомеризация, а также изучены некоторые биологические свойства ряда соединений.

Исследования проводились при финансовой поддержке РФФИ (гранты М°№ ¡0-03-00824 и 11-03-00655) в соответствии с планом НИР ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.Н Пирогова Минздрава РФ в рамках темы «Синтез и изыскание новых лекарственных препаратов и изучения механизма их действия на организм».

ВЫВОДЫ

1. Разработаны методы синтеза неизвестных ранее типов шестичленных силацикланов, 2-сила-5-пиперазинонов и 2,6-дисиламорфолинов с фрагментами пролина и саркозина, содержащих эндоциклические связи Si-N и Si-O, использованных далее для получения соединений пентакоординированного кремния путем расщепления этих связей электрофильными реагентами.

2. Новые нейтральные комплексы пентакоординированного кремния, хлорсиланы RSO2-Pro-N(Me)CH2SiMe2Cl, содержащие Л'-органосульфонилпролиновый фрагмент, синтезированы взаимодействием соответствующего бициклического 2-сила-5-пиперазинона с органосульфохлоридами RS02C1, а также альтернативным способом — прямым диметилхлорсилилметилированием органосульфонилпролинамидов RSO2-Pr0-NHMe системой CICH2SiMe2Cl/(Me3Si)2NH.

3. Обнаружена высокая склонность полученных хлорсиланов и бромсиланов (in situ) к гидролизу, приводящему в мягких условиях к продуктам неполного гидролиза — силилоксонийгалогенидам, ВКС О—>Si в которых сохраняется. Полным гидролизом хлорсиланов в присутствии основания осуществлен синтез соответствующих дисилоксанов, использованных далее для получения соединений пентакоординированного кремния в реакциях с электрофильными агентами.

- Реакцией дисилоксанов с BF3'Et20 с высоким выходом получены пента-координированные фторсиланы.

- Взаимодействием дисилоксанов с тионилхлоридом и ацетилбромидом синтезированы пентакоординированные хлорсиланы и силилоксонийбромиды, соответственно.

- Реакцией бициклического 2-сила-5-пиперазинона, содержащего фрагмент пролина, с ацетилбромидом в условиях доступа влаги воздуха синтезирован продукт гидролиза первоначально образующегося в результате раскрытия силацикла бромсилана: (О—>Si)-xenaTi!biii силилоксонийбромид Ac-Pro-N(Me)CH2SiMe20HHBr.

- Фторсилан Ts-Gly-Pro-N(Me)CH2SiMe2F с фрагментом дипептида получен действием хлорангидрида тозилглицина на бициклический 2-сила-5-пиперазинон, затем последующим полным гидролизом образующегося хлорсилана в присутствии основания и далее обработкой полученного дисилоксана BF3-Et20.

4. Новые пентакоординированные С.О-хелатные трифлатосиланы с фрагментами пролина и саркозина получены действием триметилсилилтрифлата на синтезированные нами хлорсиланы и фторсиланы.

5. Взаимодействием эфирата трифторида бора с 2,6-дисиламорфолинами, полученными силилметилированием первичных амидов R3S02N(R')CH(R2)C(0)NH2 системой ClCH2SiMe2Cl/(Me3Si)2NH, синтезированы с высокими выходами бис(диметилфтор-силилметил)амиды R3S02N(R1)CH(R2)C(0)N(CH2SiMe2F)2, один атом кремния в которых пента-, а второй тетракоординирован.

6. Взаимодействием jV-триэтоксисилиметильных производных эфиров пролина и сарко-зина с а-гидроксикислотами синтезированы новые типы бис-0,0-хелатных цвиттер-ионных комплексов ранее неизвестного типа, содержащие в своем составе одновременно фрагменты а-амино- и а-гидроксикислот.

7. В координационном узле ОЭЮзХ синтезированных в работе пентакоординированных фторсиланов и силилоксонийхлоридов (X = F, ОНз), обнаружена пермутационная изомеризация, приводящая к обмену положениями монодентатных экваториальных лигандов, и методом ДЯМР 'Н определены ее активационные параметры (AG*298, А//, AS*). На основании полученных экспериментальных данных, а также литературных сведений для родственных соединений, предложены механизмы изученных стереодинамических процессов.

8. Выполненный прогноз биологической активности, а также изучение цитотоксичности и бактерицидной активности синтезированных веществ, свидетельствуют о перспективности поиска лекарственных средств для лечения бокового амиотрофического склероза, а также кардиопротекторов на основе полученных нейтральных и цвиттер-ионных комплексов.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях

1. Shipov A. G., Korlyukov A. A., Arkhipov D. Е., Kramarova Е. P., Negrebetsky V. V., Bylikin S. Yu., Nikolin A. A., Fang H. C., Antipin M. Yu., Baukov Y. I. Synthesis and structural features of anionic chelates of hypercoordinate silicon, the derivatives of glycolic and tartaric acids. // Mendeleev Communications, 2010, 20 (5), 273-274.

2. Никол ни А. А., Архипов Д. E., Шипов А. Г., Крамарова E. П., Ковальчук Н. А., Корлюков А. А., Негребецкий В. В., Бауков Ю. И., Бассиндэйл А. Р., Тэйлор П. Г., Боуден А., Быликин С. Ю. Пентакоординированные хлорсиланы с С,0-хелатными лигандами на основе Н-метил-Ы'-органосульфонилпролинамидов. //ХГС, 2011, 12, 1869-1890.

3. Nikolin A. A., Kramarova Е. P., Shipov A. G., Baukov Yu. I., Negrebetsky V. V., Korlyukov A. A., Arkhipov D. E., Bowden A., Bylikin S. Yu., Bassindale A. R., Taylor P. G. Synthesis, structures, and stereodynamic behaviour of novel pentacoordinate fluorosilanes: fluorosilyl derivatives of proline. // Organometallics, 2012,31 (14), 4988-4997.

4. Николин А. А., Крупина С. И., Архипов Д. Е., Крамарова Е. П., Корлюков А. А., Шкопоров А. Н., Шипов А. Г., Кафарская JI. И., Бауков Ю. И., Негребецкий В. В. Синтез, строение и биологическая активность новых цвиттер-ионных комплексов пентакоординированного кремния на основе а-амино- и а-гидроксикислот. // Вестник РГМУ, 2012, 6, 70-75.

5. Николин А. А., Крамарова Е. П., Архипов Д. Е., Корлюков А. А., Шипов А. Г., Негребецкий В. В., Бауков Ю. И. Новые (С.О)-хелатные соединения пентакоординированного кремния с фрагментом ЛЧорганосульфонил)пролина. В кн.: Всероссийс-

кая молодежная конференция-школа «Идеи и наследие А.Е. Фаворского в органической и металлоорганической химии XXI века», 23-26 Марта 2010 г., Санкт-Петербург, Россия. Тезисы докладов, С 4-32, с. 205.

6. Николин А. А., Крамарова Е. П., Архипов Д. Е., Корлюков А. А., Шипов А. Г., Негребецкий В. В., Бауков Ю. И. Синтез, свойства и реакционная способность новых (С,0)-хелатных соединений пентакоординированного кремния с фрагментом N-(органосульфонил)пролина. В кн.: XI Андриановская Конференция «Кремнийорга-нические соединения. Синтез, Свойства, Применение». 26-30 сентября 2010, Москва. Book of Abstracts, р-28, с. 108.

7. Negrebetsky V., Nicolin A., Chunze Fan, Taylor P., Bassindale A. Permutational izomerisation of novel mono- and binuclear penta- and hexacoordinated silicon, germanium and tin complexes. В кн.: XI Андриановская Конференция «Кремнийорганические соединения. Синтез, Свойства, Применение». 26-30 сентября 2010, Москва. Book of Abstracts, i-20, с. 43.

8. Бауков Ю. И., Корлюков А. А., Грюнер С. В., Шипов А. Г., Крамарова Е. П., Хунцэ Фан, Негребецкий В. В., Быликин С. Ю., Архипов Д. Е., Николин А. А., Айрапетян Д. В. Новые С,О- и 0,0-хелаты гиперкоординированного кремния, германия и олова — производные 2-гидрокси- и 2-аминокислот. В кн.: XXV Международная Чугаевская конференция по координационной химии. 6-11 июня 2011 г. Тезисы докладов, г. Суздаль, с. 26.

9. Николин А. А., Архипов Д. Е., Крамарова Е. П., Шипов А. Г., Корлюков А. А., Негребецкий В. В., Бауков Ю. И. Новые кремнийсодержащие гетероциклы на основе пролина и саркозина. В кн.: XXV Международная Чугаевская конференция по координационной химии. 6-11 июня 2011 г. Тезисы докладов, г. Суздаль, с. 158.

10. Негребецкий В. В., Николин А. А., Хунцэ Фан, Крамарова Е. П., Шипов А. Г., Бауков Ю. И. Пентакоординированные фторсиланы — особенности строения и стерео-динамического поведения. В кн.: XXV Международная Чугаевская конференция по координационной химии. 6-11 июня 2011 г. Тезисы докладов, г. Суздаль, с. 253.

11. Бауков Ю. И., Корлюков A.A., Грюнер C.B., Шипов А. Г., Крамарова Е. П., Негребецкий В. В., Быликин С. Ю., Хунцэ Фан, Архипов Д. Е., Николин А. А., Айрапетян Д. В. Новые С,О- и 0,0-хелаты гиперкоординированных кремния, германия и олова — производные 2-гидрокси- и 2-аминокислот. В кн.: «Теоретическая, синтетическая, биологическая и прикладная химия элементоорганических соединений». Симпозиум, посвященный 90-летию академика М. Г. Воронкова, 5-7 декабря 2011 г. Тезисы докладов, г. Санкт-Петербург, с. 14.

12. Негребецкий В. В., Ннколин A.A., Хунцэ Ф., Крамарова Е. П., Шипов А. Г., Бауков Ю. И. Пентакоординированные галогенсиланы: синтез, строение и стереохимическая нежесткость. В кн.: «Теоретическая, синтетическая, биологическая и прикладная химия элементоорганических соединений». Симпозиум, посвященный 90-летию академика М. Г. Воронкова, 5-7 декабря 2011 г. Тезисы докладов, г. Санкт-Петербург, с. 15.

13. Николин А. А., Негребецкий В. В., Архипов Д. Е., Шипов А. Г., Крамарова Е. П., Корлюков А. А., Бауков Ю. И. Новые (0,0)-хелаты пентакоординированного кремния с фрагментами 2-гидроксикислот и пролина или еаркозина. В кн.: «Теоретическая, синтетическая, биологическая и прикладная химия элементоорганических соединений». Симпозиум, посвященный 90-летию академика М. Г. Воронкова, 5-7 декабря 2011 г. Тезисы докладов, г. Санкт-Петербург, с. 91.

14. Negrebetsky V. V., Nikolin A. A., Fang Н. С., Bowden A., Taylor P. G., Bassindale A. R., Baukov Yu. I. Synthesis and dynamic stereochemistry of the novel hypercoordinate silicon derivatives of 2-amino acids. В кн.: XVI International Symposium On Organosilicon Chemistry, August, 14-18, 2011, Ontario, Canada. Programme, Abstracts and List of Participants, p. 158.

15. Nikolin A. A., Negrebetsky V. V., Arkhipov D. E., Shipov A. G., Kramarova E. P., Korlyukov A. A., Baukov Yu. I. Synthesis and structure of new 2,6-disilamorpholines as derivatives of N-organomorpholine and sarcozine. В кн.: 6th European Silicon Days, 5-7 September 2012, Lyon, France. Programme, Abstracts and List of Perrticipants, p. 158.

16. Negrebetsky V. V., Nikolin A. A., Kramarova E. P., Shipov A. G., Baukov Yu. I. Bowden A, Bylikin S.Yu., Bassindale A. R., Taylor P. G. Synthesis, structure and stereodynamic behaviour of novel pentacoordinate fluorosilyl derivatives of proline. В кн.: 6th European Silicon Days, 5-7 September, 2012, Lyon, France. Programme, Abstracts and List of Participants, p. 157.

17. Nikolin A. A., Zolina L. V., Arkhipov D. E., Kramarova E. P., Korlyukov A. A., Baukov Y. I., Shipov A. G., Negrebetsky V. V. Synthesis and structure of novel bischelate complexe of pentacoordinate silicon. В кн.: Frontiers of Organometallic Chemistry, FOC-2012, Saint-Peterburg, 2012, September 21-22, Russia, P 54, p. 100.

Подписано в печать: 22.04.2013 Объем 1,0 п. л Тираж 130 экз. Заказ № 83 Отпечатано в типографии «Реглет» 119606, г. Москва, пр-т Вернадского, д. 39 (495) 363-78-90; www.reglet.ru

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н. И. ПИРОГОВА МИНЗДРАВА РОССИИ.

Кафедра химии

На правах рукописи

04201356559 УДК 547.466+245

Николин Алексей Александрович

НОВЫЕ ПЕНТАКООРДИНИРОВАННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ КРЕМНИЯ НА ОСНОВЕ ПРОЛИНА И САРКОЗИНА С С,О- И О,О- ХЕЛАТНЫМИ ОРГАНИЧЕСКИМИ ЛИГ АНДАМИ: СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ

02.00.03 —органическая химия

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель:

зав. кафедрой химии, д.х.н., в.н.с. В. В. Негребецкий

Москва-2013

Список используемых сокращений

м. д. миллионная доля

с синглет

уш. с уширенный синглет

д дублет

т триплет

кв квартет

м мультиплет

т. пл. температура плавления

т. кип. температура кипения

ВКС внутримолекулярная координационная связь

ВКВ внутрикоординационное взаимодействие

РСА рентгеноструктурный анализ

2D ЯМР двумерная спектроскопия ядерного магнитного резонанса

КССВ константа спин-спинового взаимодействия

ДЯМР динамический ядерный магнитный резонанс

АГТФЛ анализ полной формы линий

FID сигнал спада свободной индукции

CP/MAS ЯМР спектроскопия ЯМР в твердом теле

ТБП тригональная бипирамида

ОК октаэдр

КЧ координационное число

ПП прямоугольная пирамида

КП квадратная пирамида

ТМС- триметилсилил-

ТГФ тетрагидрофуран

DMSO диметилсульфоксид

OTf трифторметансульфонилоксигруппа (OSO2CF3)

Ms MeS02

Ns 4-N02C6H4S02

Ts 4-MeC6H4S02

ЬПСН2 л-членный лактамометильный лиганд

BonH 2,2-диметил-1,3-бензоксазин-4-он

QonH 4-метил-2-хинолинон

NMI N-метилимидазол

НЭП неподеленная электронная пара

ДМЕ 1,2-диметоксиэтан

ЦНС центральная нервная система

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................6

ГЛАВА I. Синтез, свойства и реакционная способность внутримолекулярных комплексов гиперкоординированного кремния (обзор литературы за 2007-2012 гг)........................9

1.1. Введение.....................................................................................9

1.2. Нейтральные пентакоординированные комплексы четырехвалентного кремния...................................................................................... 9

1.2.1. Комплексы с координационной связью N—»Si.........................................9

1.2.2. Комплексы с координационной связью О—>Si........................................25

1.2.3. Синтезы на основе карбенов............................................................32

1.2.4. Синтезы на основе N-гетероцикпических силиленов....................................36

1.3. Нейтральные гексакоординированные комплексы четырехвалентного кремния.....................................................................................39

1.3.1. Моно- и бисхелатные комплексы с координационной связью N—»SÍ....39

1.3.2. Трисхелатные комплексы с координационной связью N—>Si........................51

1.4. Цвиттер-ионные комплексы пентакоординированного кремния............ 53

1.5. Катионные комплексы четырехвалентного кремния..............................57

1.5.1. Комплексы пентакоординированного кремния с координационной связью

О—»Si....................................................................................57

1.5.2. Комплексы гексакоординированного кремния с координационными связями

N—>Si и О—>Si.........................................................................61

1.6. Заключение.................................................................................63

ГЛАВА II. Новые пентакоординированные соединения кремния на основе пролина и саркозина с С,О- и О,О- хелатными органическими лигандами: Синтез, строение и реакционная способность (обсуждение результатов)......................................................64

II. 1. Пентакоординированные хлорсиланы................................................64

II. 1.1. Синтез и строение #-метил-А/-(диметилхлорсилилметил)-А/'-органо-сульфонил-пролинамидов и -саркозинамидов....................................................65

II. 1.2. Гидролиз #-метил-УУ-(диметилхлорсилилметил)-А/|-органосульфонил-пролин-амидов и-саркозинамида............................................................................................................70

И. 1.3. Строение пентакоординированных хлорсиланов и силилоксонийхлоридов по данным PC А................................................................................73

II. 1.4. Стереохимическая нежесткость А/'-(органосульфонил)-7\/:метил-пролинамидо-метил)диметилсилилоксонийхлоридов..............................................77

II.2. Дисилоксаны..............................................................................80

11.2.1. Синтез и строение дисилоксанов..................................................... 80

11.2.2. Реакционная способность дисилоксанов. Строение продуктов превращений 81

II. 3. Получение новых соединений пентакоординированного кремния с фрагментом пролина на основе 2-сила-5-пиперазинона ((5)-4)................................ 83

11.4. Пентакоординированные фторсиланы............................................. 85

11.4.1. Синтез и строение (О—>81)-хелатных АГ-(диметилфторсилилметил)-Л^-метил-М-(органосульфонил)пролинамидов................................................. 86

11.4.2. Рентгеноструктурное исследование пентакоординированных фторсиланов....87

11.4.3. Эффекты сольватации и концентрационные исследования ....................89

11.4.4. Температурно-зависимые исследования (ЯМР 'H, 19F, 29Si и ИК)..............91

И.4.4.1. Спектры ЯМР 'Н..........................................................................91

11.4.4.2. Спектры ЯМР 19F.........................................................................93

11.4.4.3. Спектры ЯМР 29Si........................................................................95

11.4.5. Влияние внешнего нуклеофила.......................................................95

11.4.6. Стереохимическая нежесткость 7У-метил-7У-(диметилфторсилилметил)-Л/'-орга-носульфонилпролинамидов............................................................95

11.5. Пентакоординированные трифлатосиланы..........................................98

И.5.1. Синтез (О—>-81)-хелатных 1\Г -(диметилтриф латосилилметил)-/^-метил- N-

(органосульфонил)пролинамидов и -саркозинамида.............................98

II.5.2. Строение (О—>81)-хелатных IV-(диметилтрифлатосилилметил)-N -метил-N-(органосульфонил)пролинамидов и -саркозинамида.............................99

11.6. Пентакоординированные бис-(диметилфторсилилметил)амиды............. 101

11.6.1. Синтез 2,6-дисиламорфолинов.........................................................101

11.6.2. Строение 2,6-дисиламорфолинов по данным РСА и спектроскопии ЯМР.. 102

11.6.3. Синтез и строение (О—^)-хелатных А',А/'-бис-(диметилфторсилилметил)-А^ органосульфонил-Б-пролинамидов и Л^,Л/'-бис(диметилфторсилилметил)-./¥-мезилсаркозиламида.....................................................................103

11.7. Синтез и строение новых цвиттер-ионных комплексов пентакоординированного кремния..............................................................................107

11.8. Биологическая активность.............................................................109

II.8.1. Прогноз биологической активности..................................................110

II.8.2. Цитотоксичность и бактерицидная активность..................................110

ГЛАВА III. Экспериментальная часть...........................................112

III. 1. Физико-химические методы исследования........................................112

111.2. Исходные реагенты ....................................................................113

111.3. Синтез исходных амидов..............................................................113

111.4. Получение А^-Метил-А/-(диметилхлорсилилметил)-А^-органосульфонил-пролинамидов и -саркозинамидов...................................................117

III. 5. Дисилоксаны..............................................................................122

111.6. Реакционная способность дисилоксанов.......................................... 124

111.7. Реакционная способность 2-сила-5-пиперазинона...............................125

III. 8. Пентакоординированные фторсиланы...............................................126

III.9. Пентакоординированные трифлатосиланы........................................131

III. 10. Пентакоординированные бис-(диметилфторсилилметил)-амиды................132

III. 11. Синтез и строение новых цвиттер-ионных комплексов пента-

координированного кремния......................................................... 135

ВЫВОДЫ..................................................................................139

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................141

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Развитие химии гиперкоординированных (гипервалентных) соединений кремния относится к числу приоритетных направлений современной элементоорганической химии. Особенности строения, вызванные необычным координационным состоянием центрального атома, часто повышенная по сравнению с соответствующими тетраэдрическими соединениями реакционная способность [1,2], высокая биологическая активность многих пента- и гексакоординированных органических производных этого элемента [3-6], стереохимическая нежесткость его координационного полиэдра служат предметом интенсивных исследований как в нашей стране, так и за рубежом. Отметим, что последнее свойство, обусловленное относительной легкостью внутри- и межмолекулярных реорганизаций координационного полиэдра, - одно из наиболее примечательных и, в тоже время, наименее изученное к настоящему времени свойство [7,8]. К числу все еще нерешенных здесь следует отнести вопрос о механизмах стереодинамических превращений, затрагивающих центральный координационный узел (пермутация лигандов у центрального атома, возможные нерегулярные процессы с разрывом координационной связи или ионизацией монодентатного лиганда), а также влиянии различных факторов (природы центрального атома и моно- и бидентатных лигандов, полярности растворителя, присутствия внешнего нуклеофила и т. д.) на величины определяемых методом ДЯМР активационных параметров. Добавим, что в большинстве доступных нам работ механизмы стереодинамических превращений обсуждаются лишь на основании величин свободной энергии активации (ACf). Другие активационные параметры (А//, А5й) в этих работах не приводятся.

Упоминается о возможности применения некоторых комлексных соединений кремния в качестве лекарственных средств и компонентов катализаторов. Добавим, что протекание ряда промышленно важных реакций (например, гидролиз хлорсиланов) также связано с превращениями в координационном окружении кремния.

Несмотря на вышесказанное, в настоящее время многие вопросы химии гиперкоординированных производных кремния еще далеки от своего решения. В значительной степени это относится к внутрикомплексным (хелатным) соединениям. Далеко не исчерпаны возможности поиска новых хелатных лигандов, координирующие атомы которых способны служить в качестве внутримолекулярных доноров. Продолжаются исследования, направленные на выявление и оценку факторов, определяющих прочность ВКС D—>Si (D -донорный атом в лиганде) и степень отклонения конфигурации центрального координационного узла таких комплексов от ТБП или Ок. Основными факторами здесь являются природа центрального атома и координирующих атомов в лиганде, характер заместителей у атомов D и Si, а также размер хелатного цикла.

Постоянно дискутируется (отвергается или уточняется) модель трехцентрового четырехэлектронного (Зс-4е) гипервалентного связывания [9-18] и особенности ее применимости к различным координационным узлам («жестким» и «мягким») [19-21].

В последнее время начаты прецизионные рентгенодифракционные исследования (главным образом, в ИНЭОС РАН), позволяющие в сочетании с результатами квантово-химических расчетов оценивать распределение электронной плотности в центральном координационном узле гиперкоординированных комплексов и делать заключение об отсутствии или наличии координационной связи Б—и ее прочности [22-29].

Цель работы. Диссертация посвящена разработке методов синтеза органических нейтральных и цвиттер-ионных внутрикомплексных соединений кремния, содержащих биоактивные фрагменты ос-аминокислот и а-гидроксикислот, сравнительному изучению структурных особенностей, химических и физико-химических свойств полученных комплексов.

Научная новизна и практическая значимость работы. С использованием известных, а также разработанных в ходе выполнения работы синтетических методов получен ряд новых хелатных комплексов пентакоординированного кремния. Изучен гидролиз пентакоординированных монохлорсиланов, содержащих моноанионные С, О-хелатирующие лиганды. Получен ряд стабильных дисилоксанов и на их основе синтезированы внутрикомплексные фторсиланы, более устойчивые к действию влаги, чем соответствующие хлориды, что делает их удобными моделями для изучения стереодинамических процессов в координационном полиэдре атома кремния.

Разработан новый подход к синтезу пентакоординированных С,0-хелатных галоген-силанов путем расщепления связи (Б = >1, О) в синтезированных нами неизвестных

ранее типах шестичленных силацикланов — 2-сила-5-пиперазинонах и 2,6-дисиламорфолинах. На основе Ы-триэтоксисилилметильных производных эфиров сарко-зина и пролина получены новые цвитерр-ионные комплексы пентакоординированного

Обнаружено, что в координационном узле изученных комплексов протекает пермутационная изомеризация, стереохимическим результатом которой является обмен положениями монодентатных лигандов. Методом ДЯМР на основе АПФЛ сигналов обменивающихся групп определены активационные параметры пермутации лигандов. На основании полученных данных предложены вероятные механизмы стереодинамических процессов.

За представленный к защите цикл работ автору присужден диплом лауреата второй премии конкурса «Лучшая научно-исследовательская работа молодых ученых» (РНИМУим. Н.И. Пирогова).

Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы в научных журналах [30-33] и 12 тезисов докладов на конференциях [3445]. Отдельные результаты исследования были представлены и докладывались на

Всероссийской молодежной конференции-школе «Идеи и наследие А.Е.Фаворского в органической и металлоорганической химии XXI века» (Санкт-Петербург 2010); XI Андриановской конференции «Кремнийорганические соединения. Синтез, Свойства, Применение» (Москва, 2010); XXV Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Суздаль, 2011); XVI международном симпозиуме по химии кремния (Канада, Онтарио, 2011); Симпозиуме по теоретической, синтетической, биологической и прикладной химии элементорганических соединений (Санкт-Петербург, 2011) и 6-х Европейских кремнийорганических днях (Лион, Франция, 2012).

Структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, посвященного синтезу и свойствам внутримолекулярных комплексов гиперкоординированного кремния, обсуждения результатов собственного исследования, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы (244 наименований). Работа изложена на 162 страницах, содержит 29 рисунка и 26 таблицу.

Методы исследования. Для проведения химических реакций, выделения их продуктов и подготовки образцов для РСА использовались стандартные приемы и оборудование. Структуры полученных соединений подтверждены данными элементного анализа, спектроскопии ИК и ЯМР !Н, 13С, 19F, 29Si. В ряде случаев для корректной интерпретации полученных данных использовались импульсные последовательности 2D спектроскопии ЯМР. Строение веществ в твердом теле установлено на основании данных РСА и CP/MAS ЯМР 29Si.

Автор выражает свою признательность д. х. н. А. А. Корлюкову и асп. Д. Е. Архипову (ИНЭОС РАН им. А. Н. Несмеянова) за проведение РСА синтезированных в работе соединений. Часть спектров ЯМР получены в Центре коллективного пользования ИОХ РАН им. Н. Д. Зелинского (рук. чл.-корр. РАН В. П. Ананников) при участии с. н. е., к. х. н П. А. Белякова.

Автор благодарен проф. А. Бассиндейлу и проф. П. Тэйлору (Открытый Университет, Великобритания) за предоставленную возможность проводить исследования методом ДЯМР и CP/MAS ЯМР, а также за ценные замечания, высказанные при обсуждении отдельных фрагментов настоящего исследования; А. Бовдену за техническое обеспечение ЯМР экспериментов и помощь в съемке спектров.

Исследования цитотоксичности синтезированных комплексов выполнены на кафедре микробиологии РНИМУ им. Н. И. Пирогова (зав. кафедрой JI. И. Кафарская) с.н.с. А. Н. Шкопоровым.

Работа проводилась в соответствии с планом научно-исследовательских работ РНИМУ им. Н. И. Пирогова в рамках внутриуниверситетской темы «Синтез и изыскание новых лекарственых препаратов и изучение механизма их действия на организм».

Отдельные части работы выполнены при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (гранты №№ 10-03-00824 и 11-03-00655).

ГЛABA I

СИНТЕЗ, СВОЙСТВА И РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПЛЕКСОВ ГИПЕРКООРДИНИРОВАННОГО

КРЕМНИЯ (обзор литературы за 2007-2012 гг)

1.1. Введение

Актуальность выносимой в заглавие темы подробно обоснована во введении к настоящей работе. К началу наших иссследований (2007 г) был опубликован ряд обзоров (см. выше), в которых исчерпывающе рассмотрены вопросы, связанные со строением, реакционной способностью, а также динамической стереохимией гипервалентных элементов 14 группы, включая кремний, германия и олово. В этой связи одной из целей данного обзора, посвященного строению и реакционной способности комплексов пента-координированного кремния, стал охват временного интервала с 2007 по 2012 гг. В него не вошли работы по силатранам и родственным соединениям, синтез и свойства которых подробно рассмотрены в ряде современных обзоров [46-49]. Особое внимание в данной главе уделено результатам исследований комплексов пентакоординированного кремния методом мультиядерной спектроскопии Я