Новые рецепторы на перренат- и пертехнетат-ионы

Колесников, Григорий Владимирович

Новые рецепторы на перренат- и пертехнетат-ионы тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Колесников, Григорий Владимирович АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Новые рецепторы на перренат- и пертехнетат-ионы»

Автореферат диссертации на тему "Новые рецепторы на перренат- и пертехнетат-ионы"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Колесников Григорий Владимирович Новые рецепторы на перренат- и пертехнетат-ионы

02.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

имени М.В. Ломоносова

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

Москва 2011

4843777

1 4 ДПР 2011

4843777

Работа выполнена в лаборатории ядерного магнитного резонанса кафедры органической химии Химического факультета Московского Государственного Университета имени М. В. Ломоносова.

Защита состоится «20» апреля 2011 г. на заседании Диссертационного Совета Д.501.001.69 по химическим наукам' при МГУ имени М. В. Ломоносова по адресу: 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1., строение 3, Химический факультет, аудитория 446,11:00.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова

Автореферат выложен в свободном доступе на сайте Химического факультета МГУ www.chem.msu.ru. '

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Устынюк Юрий Александрович

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Калмыков Степан Николаевич (кафедра Радиохимии Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова)

доктор химических наук, главный научный сотрудник Ковалев Владимир Васильевич (кафедра Химии нефти и органического катализа Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова)

Ведущая организация:

Учреждение Российской Академии Наук Институт Физической Химии и Электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ РАН)

Автореферат разослан «18» марта 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.501.001.69, доктор химических наук, профессор

Магдесиева Т. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

Проблема эффективного и селективного связывания катионов органическими полидентатными лигандами, классическая проблема координационной химии, была поставлена более полувека назад. Исследования в этой области привели к созданию новой химической дисциплины - супрамолекулярной химии. Достигнутые в ней выдающиеся успехи фундаментального и прикладного характера были по достоинству оценены Нобелевской премией по химии 1987 года, присужденной Д. Краму, Ч. Педерсену и Ж.-М. Лену. Аналогичная задача по селективному связыванию и распознаванию анионов была сформулирована столь же давно, но значимость ее в полной мере осознана лишь в последние 10-15 лет. Именно в этот период стала очевидной исключительная важность эффективных решений этой задачи для биологии и медицины (исследование структуры и функций сайтов связывания и каналов транспорта анионов в живых организмах и создание лекарств, корректирующих их дисфункции), экологии (связывание экологически опасных анионов), материаловедения и катализа, аналитической химии (создание сенсоров на анионы). Отставание в развитии координационной химии анионов обусловлено в значительной степени тем, что создание селективных искусственных рецепторов на анионы - значительно более трудная задача, чем создание рецепторов на катионы. Сложная геометрия анионов, их больший объем и более низкая плотность заряда на поверхности предъявляют значительно более жесткие требования к рецепторам на анионы по размерам и геометрическим параметрам полости для связывания аниона-гостя, размещению связывающих координационных узлов и распределению зарядовой плотности в ней. Хорошее представление о современном состоянии химии анионов можно найти в специальных выпусках Chemical Society Reviews, посвященных проблемам супрамолекулярной химии и в том числе рецепторам на анионы1,2. Коллектив лаборатории ЯМР Химического факультета МГУ входит в число лидеров этой области, здесь разработана новая стратегия и новые методы создания анионных рецепторов разных типов3.

Настоящая диссертационная работа продолжает начатые в лаборатории ЯМР ранее исследования по созданию селективных и эффективных анионных рецепторов. В качестве

1 Issue dedicated to professor Jean-Pierre Sauvage, ed. Gale P. // Chem.Soc.Rev. - 2009. - V. 38. - Iss. 6. -pp. 1511-1823.

Supraraolecular chemistry of anionic species, ed. Gale P., Gunnlaugsson T. // Chem.Soc.Rev. - 2010. - V. 39.-Iss. 10.-pp. 358Ы008.

3 Катаев E.A., Сесслер Дж., Устынкж Ю.А. Новая стратегия и новые методы создания искусственных макроциклических анионных рецепторов. Селективное связывание тетраэдрических оксоанионов. // Изв.Ак.Наук. - 2009. - № 9. - Р. 1729-1742.

целевых анионов в работе выбраны тетраэдрические пертехнетат- и перренат- ионы, Тс04~ и ReOí". Создание рецепторов на пертехнетат-ион сейчас особенно актуально. Долгоживущий радионуклид "Тс (>.1Д = 2.13x105 лет) образуется в реакторах атомных электростанций, как один из основных продуктов деления 235U и 239Ри. Его выход составляет более 0.8 г на 1 кг J5U при 50% выгорании4. При растворении тепловыделяюпшх элементов в азотной кислоте в ПУРЕКС-процессе технеций переходит в раствор в виде пертехнетат-иона, ТсОГ. При переработке высокоактивных отходов в топливном радиохимическом цикле связывание и полное извлечение ТсОд на ранних стадиях процесса составляет одну из самых сложных задач, для которой пока не найдено удовлетворительных решений. Высокая растворимость пертехнетат-ионов щелочных металлов в воде (11.3 моль/л при 20°С для NaTc04), их низкая сорбируемость на глинистых, соляных и скальных породах в сочетании с длинным периодом полураспада делают пертехнетат одним из самых опасных полшотантов при попадании в окружающую среду (см., например, отчет Департамента Энергетики США5). Даже многократная экстракция трибутилфосфатом не позволяет извлечь технеций из технологических растворов с полнотой более 95%. Остаточные количества технеция приводят к выходу из строя специальных печей, в которых производится стеклование BAO в блоки. Это существенно затрудняет создание «замкнутого топливного цикла», без чего дальнейшее развитие ядерной энергетики невозможно.

Создание селективных рецепторов на пертехнетат-ион - наиболее перспективное направление решения задачи по полному извлечению технеция из радиоактивных отходов. Существует несколько типов анионных рецепторов. Нейтральные анионные рецепторы связывают анионы во внутренней гидрофобной полости, соответствующего размера и геометрии (по принципу комплементарности), за счет нескольких сильных водородных связей. Положительно заряженные рецепторы более прочно связывают анион-гость за счет мощного кулоновского взаимодействия. В этом случае дополнительные водородные связи с протонодонорными группами в гидрофобной полости обеспечивают необходимую селективность связывания. Такие гидрофобные рецепторы способны обеспечить экстракцию пертехнетат-иона в неполярную органическую фазу. С другой стороны, эффективные рецепторы, связывающие' пертехнетат- и перренат-ионы в водной среде, необходимы для создания новых радиофармпрепаратов, поскольку радионуклиды 99тТс и 188Re находят все

J Машкин А.Н., Корченкин К.К., Светлакова Н.А. Распределение технеция по технологическим потокам схемы пурекс завода РТ-1. // Радиохимия. - 2002. - Т. 44. -№. 1. - С. 34-40.

5 US Dept. of Energy, Office of Nuclear Energy, The path to sustainable nuclear energy. Basic and applied research opportunities for advanced fuel cycles, Sept, 2005, 8 p.

более широкое применение в диагностике и терапии опасных заболеваний6. Весь комплекс проблем, связанных с созданием рецепторов обоих типов детально рассмотрен в обзоре автора диссертации, который опубликован в одном из самых авторитетных международных научных журналов7.

Цели работы

Основной целью настоящей работы является создание искусственных рецепторов, способных прочно и селективно связывать пертехнетат- и перренат-ионы. Достижение этой цели потребовало формулировки и последовательного решения следующих конкретных задач:

1. Разработка эффективной методики для предварительного теоретического моделирования структуры рецептора, максимально подходящего для связывания целевых анионов.

2. Ретросинтетический анализ структур потенциальных рецепторов и разработка оптимальных путей их сборки из укрупненных полифункциональных блоков-предшественников.

3. Синтез ряда полифункциональных блоков-предшественников.

4. Сборка рецепторов на пертехнетат- и перренат-ионы из блоков-предшественников с использованием темплатных и бестемплатных методов.

5. Определение констант связывания целевых анионов (TcOj , Re04~) и анионов-конкурентов (Н2РОЛ HS04~, НэССОСГ, СГ, ГТОз", Г, СЮд") полученными рецепторами с помощью современных физико-химических методов, проведение предварительных экстракционных экспериментов с модельными и реальными загрязненными образцами.

6. Анализ полученных результатов с целью выявления общих закономерностей, связывающих структуру рецепторов с прочностью и селективностью связывания пертехнетат- и перренат-ионов.

Научная новизна и практическая значимость работы

1. Разработана эффективная комплексная методика предварительного теоретического моделирования структур потенциальных рецепторов, максимально подходящих для связывания целевых анионов, на основе моделирования первой гидратной оболочки перренат-иона с использованием методов квантовой химии высокого уровня.

6 Bartholoma M.D., Louie A.S., Valliant J.F., Zubieta J. Technetium and galium derived radiopharmaceuticals: comparing and contrasting the chemistry of two important radiometals for the molecular imaging era. // Chem.Rev. - 2010. - V. 110. - P. 2903-2920.

7 Katayev E.A., Kolesnikov G.K., Sessler J.L. Molecular récognition of pertechnetate and perrhenate. // Chem.Soc.Rev. - 2009. - V.38. - P. 1572-1586.

2. Синтезировано 15 рецепторов на анионы, из них 11 - впервые. Полученные рецепторы представляют 6 различных классов соединений. Таким образом, что позволило сравнить их эффективность связывания пертехнетат- и перренат-ионов в рамках одной работы.

3. На основе данных титрований в УФ-видимой области в различных растворителях показано, что все полученные рецепторы способны прочно и селективно связывать пертехнетат- и перренат-ионы.

4. Разработан способ титрования пертехнетат-иона методом "Тс-ЯМР. Сравнение результатов нового метода с данными уже зарекомендовавшего себя титрования в УФ-видимой области показало, что новый способ эффективен и удобен.

5. Эксперименты по экстракции пертехнетат-иона из модельных водных растворов и реальных загрязненных образцов из озера Карачай показали, что рецепторы являются перспективными для практического применения в топливном ядерном цикле.

Апробация работы

Материалы данной работы были представлены на российских и международных конференциях: XI-th International Seminar on Inclusion Compounds (ISIC-11), Kyiv, Украина, 2007; 2-nd International Symposium on Macrocyclic and Supramolecular Chemistry (ISMSC-2007), Pavia, Italy, 2007; XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, г. Москва, 2007; Международный Симпозиум по Сорбции и Экстракции, г. Владивосток, 2008; 6-th International Symposium on Technetium and Rhenium, Port Elizabeth, South Africa, 2008; Eighth International Conference on Methods and Applications of Radioanalytical Chemistry (MARC VIII), Kailua-Kona, Hawaii, USA, 2009; 4-th International Symposium on Macrocyclic and Supramolecular Chemistry (ISMSC-2009), Maastricht, the Netherlands, 2009; VI Российская Конференция по Радиохимии «Радиохимимия-2009», пос. Поведники, 2009; Symposium in Supramolecular Chemistry. Essen, Germany, 2011.

Публикация

По результатам данной работы опубликовано 3 статьи (1 обзор) и 16 тезисов конференций.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка литературы и списка публикаций автора. Ее объем составляет 143 страницы машинописного текста, она содержит 74 рисунка и 24 таблицы. Список литературы содержит 134 ссылки.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы и сформулированы основные задачи исследования.

Литературный обзор посвящен свойствам пертехнетат- и перреиат-ионов, особенностям строения существующих лигандов, способных связывать выбранные анионы. Обзор разделен на части в соответствии с классами рецепторов", рецепторы открытого типа, макроциклические рецепторы, дендримеры - с обсуждением поведения в растворе и структурных особенностей в кристалле. Особое внимание уделено способности рецепторов экстрагировать пертехнетат- и перренат-ионы из водной в органическую фазу.

Теоретическое обоснование выбора строительных блоков

Необходимым первым шагом при создании селективных анионных рецепторов является предварительный анализ, на основании которого проводится выбор структур для синтеза и строительных блоков, из которых собирается рецептор. В предшествующих исследованиях, выполненных в лаборатории ЯМР, было показано, что применение теоретического моделирования с помощью квантово-химических методов высокого уровня (метод функционала плотности) позволяет резко повысить эффективность работы. Развивая этот подход, мы использовали этот метод и комплекс программ «ПРИРОДА»8 для квантовохимического моделирования структуры комплексов «анион-рецептор» и выбора строительных блоков для синтеза. Расчет производили методом функционала плотности с градиент-корректированным неэмпирическим функционалом РВЕ.

Моделирование первой гидратной оболочки перренат-иона

Для того, чтобы получить стартовый (самый низкий) уровень представления о наиболее удобном расположении координационных узлов для взаимодействия с перренат-ионом, мы провели квантовохимическое моделировании первой гидратной оболочки исследуемого иона. Анализ относительного расположения молекул воды позволил сделать приблизительную оценку геометрии расположения координационных узлов будущего рецептора. Для проведения модельных расчетов нами был использован перренат-ион, изоструктурный пертехнетат-иону.

Построение первой гидратной оболочки проводили путем последовательного добавления молекул воды к аниону и оптимизации структуры получаемого кластера до тех пор, пока первая координационная сфера аниона не будет полностью заполнена и не начнет

* Лайков Д.Н., Устынюк Ю.А. Система квантово-химических программ «ПРИРОДА-04». Новые возможности исследования молекулярных систем с применением параллельных вычислений // Изв. Ак. Наук. - 2005. - № 3. - С. 390-396.

формироваться следующая гидратная оболочка, основанная исключительно на взаимодействиях молекул воды между собой. Исследование обнаружило необычное свойство перренат-иона, который способен связывать в первой координационной сфере только 7 молекул воды и образовывать суммарно 7 водородных связей (рис. 1). Оказалось, что один атом кислорода аниона не участвует в образовании водородных связей, остальные 3 атома кислорода образуют связи с молекулами воды. Наши теоретические расчеты согласуются, например, с данными рентгеноструктурного исследования перрената гуанидиния, в структуре которого водородные связи Яе-О...Н...К образуют только три атома кислорода перренат-иона9. Четвертый -атом предпочитает гидрофобное окружение соседнего перренат-иона. Таким образом, формируются гидрофобные цепочки перренат-ионов и гидрофильные каналы, образованные катионами гуанидиния.

Теоретическая модель Данные рентгеноструктурного исследования перрената

гидратной оболочки гуанидиния координация и упаковка в кристалле

Рисунок 1. Координация перренат-иона.

Таким образом, наиболее эффективному рецептору, по соотношению таких качеств, как: высокая селективность и высокая константа связывания перренат-иона, а также простота структуры - достаточно координировать всего три или два атома кислорода перренат-иона.

Выбор полнфункциональных блоков-предшественников

На основе теоретической модели гидратной оболочки перренат-иона, стало возможным выбрать структурные фрагменты, блоки-предшественники, геометрически комплементарные целевому аниону (рис. 2). В качестве основного критерия нами было взято расстояние между координационными узлами потенциальных блоков-предшественников, оно должно быть близко к расстоянию между атомами кислорода молекул воды в первой гидратной оболочке перренат-иона, а именно 4-5А. Это обстоятельство определило выбор в качестве базовых структур рецепторов с подходящей внутренней полостью.

9 Grigoriev M.S., German К.Е., Maruk A.Ya. Guanidinium tetraoxidorhenate(VII). // Acta CrystaHogr., Sect. E. - 2007. -V. 63. - Iss. 8. - P. m2061.

Фрагменты, ответственные за связывание анионов Линкерные группы

ГгШ2

мн2

ны н

Рисунок 2. Фрагменты для построения блоков-предшественников.

Мы выбрали в качестве потенциальных рецепторов несколько типов структур 1-21, построенных из приведенных выше анионсвязывающих фрагментов и линкеров (рис. 3), топология которых отвечает требованию для координации двух-трех атомов кислорода теграэдрического аниона. Их можно разделить на два класса: нейтральные 1-16 и положительно заряженные 17-21.

Нейтральные рецепторы

А)

(УК ,„>0 л н н

Б) Щ

3,Х=С

4,Х=Ы

ин п^ гмп пгч ',,и и.; ,_/—

б. ¿>й £> ОС р <К „гО

ын гем

5, Х=С

6, X=N

ын ни .X

"О

7, Х=С

8, Х=Ы

ЕЮОС СООЕ1

УынныЧ

ын ш

10,Х=Ы

11,Х=С

12, Х=Ы

\,СООЕ(

Г)

сооа 13,Х=С 14, X=N

-ынш-

ЕЮОС СОС®

СОСЮ

Рисунок 3. Выбранные структуры потенциальных рецепторов.

Положительно заряженные рецепторы

О;

аГ«ОР <3V.rO

ын ни.

.0 о.

да нн

.о

NH2 ЫН2

к П <

Г-1Н ШЧ

Ах! Ч^Х

рь„ л V хРЬ =0 ш н н №4

<> 20 <>

ш ш

N111 Н^ \_У

(Р3ССООН)2 (РзССООН)2 Ш1)2

(Р3ССООН)2

Рисунок 3. Выбранные структуры потенциальных рецепторов, по типу: нейтральные А) амидо-иминные, Б) полиамидные, В) бисдипирролилметановые, Г) типа треножника; положительно заряженные Д) олигопиррольный, Е) амид-гуанидиниевые.

Синтез пиррол-, бипиррол- и дипирролилметан-содержащих блоков

Схема синтеза исходных пирролов 22-24 представлена на рисунке 4. Исходные нитросоединения были получены по реакции Анри. Из бензальдегида в одну стадию получается нитроалкен. Изоцианид получали по стандартной методике из №формилглицина. На последней стадии синтеза пирролов проводили взаимодействие полученных ранее этилового эфира изоциануксусной кислоты и нитросоединия.

гъ+

\=/ о

(42%)

2ДБУ ТГФ 0 ¡-РгОН

N С00Е1 ОНС Н

22,(91%)

X ,-^гг

NaOH

ш ТЭБАХ 021Чу Я, Ас20

НО Я; АсСГ^К

2ДБУ ТГФ к ¡-РЮН

0Е(

У-/2

Я, = СН3, Я, = С,Н7 (90%) 23, а, = СН3, Я2 = С3Н7 (85%) Я, = Я2 =С2Н5 (78%) 24, Я, = £12 =С2Н5 (68%)

ДБУ = Диазобициклоундецен Рисунок 4. Схема синтеза исходных пирролов 22-24.

Большинство а-пирролкарбоновых кислот склонно к декарбоксилированию в кислой среде и при нагревании. Введение фенильного заместителя в соседнее с карбоксильной группой р-положение повысило устойчивость полученных кислот, поэтому соединение 22 было использовано для синтеза бипиррол дикарбоновой кислоты 28. Для синтеза олигопиррольного рецептора 13 использовалась реакция окислительной макроциклизации, в качестве исходного соединения выступал 5,5'-незамещенный бипиррол 29 (рис. 5). Синтез 2,2'-диформидбипиррола 30 из диэтилового эфира бипиррол-2,2'-дикарбоновой кислоты был проведен путем декарбоксилирования, аналогично синтезу 29, и формилированием в стандартных условиях.

И. Л К13 / №:С03 (С00Ви-1)20

V СООЕ1 МеОН " СООЕ1 СН2С12 *

Н Н Вое

22, Я,=Ме К2=РИ 25, Я,=Ме Я2=РЬ (95%)

23, И^Ме Я2=Рг 26, Я,=Ме Я2=Рг (72%)

24, а,=Я2=Е1 27, (73%)

J^JnL

ЕЮОС ^^ СООЕ1 ИзССООН / Н Н

№ОН/

/ ТГФ/Ме0Н/Н20

' 1) КОН, этиленгликоль рьч/ У_/РЬ , ч 2) ДМФА, РОС13

НООС N ^ соон

н н ¡1 „ „

N \ 1Г 7/ 1

28,(42%) Н НЫ-У // N

29,(70%) ° Н

30,(68%) О Рисунок 5. Синтез исходных бипирролов 28-30.

Синтез дшшрролилметан-2,2'-дикарбоновой кислоты 31 проводился в две стадии конденсацией пиррола 22 с ацетоном и последующим омылением эфира щелочью. Синтез 2,2'-диформиддипирролилметана 32 осуществляется в три стадии путем конденсации пиррола 23 с п-толуолальдегидом с последующим декарбоксилированием полученного дипирролилметана и формилированием в трифторуксусной кислоте (рис. 6).

^ I , CF3SO3H

EtOOC NH 2) NaOH, Me0H+H20 HOOC

Ph-<T Г >-Ph ^-NHNHf

COOH

31, (72%)

EtOOC Ш 2) NaOH, Me0H+H20 23 3) F3CCOOH, HC(OEt)3

Рисунок 6. Синтез исходных дипирролилм станов 31,32. Синтез диамидо-диаминных блоков-предшественников

Методы синтеза диамидо-диаминов известны в литературе10. На основе ретросинтетического анализа был выбран оптимальный путь синтеза диамидо-диаминов 69-75 построением двух амидных связей в симметричных структурах на последней стадии (рис. 7).

1)ТГФ, Пиридин, ДМАП

2) СН2С12, F3CCOOH

33, X = диметилметан, (67%)

34, X = —1,(65%)

NHBoc

,ЫН НЫ

35, X = диметилметан, (51%)

36, X = — ,(59%) Рисунок 7. Синтез исходных диамидо-диаминов 33-39.

10 Picard С., Arnaud N., Tisnes P. Desymmetrization reactions: a convinient synthesis of aromatic diamides diamines. // Synthesis. - 2001. - V. 10. - P. 1471-1478.

1) СН2С12, ЕСзК ДМАП н 2) СН2С12, Р3ССООН

рГ штр

ш2

37, X = С (70%)

38, X = N (68%)

N42

ОМе ОМе Ш2

Рисунок 7. Синтез исходных диамидо-диаминов 33-39. Амндо-нминные макроциклы

кипячение

(

.1МН ш.

^ 39, (95%)

Сборка макроциклов амидо-иминого типа осуществлялась взаимодействием диаминов и диальдегидов в присутствии кислоты. Кислота выполняет роль катализатора реакции образования основания Шиффа, а также роль темплатирующего агента, предварительно координирующего блоки-предшественники и направляющего реакцию к наиболее выгодному продукту [1+1] или [2+2] конденсации. В данной работе нам удалось достичь высокой эффективности при использовании в роли катализатора-темплаты НЯе04 при взаимодействии блоков 38 и 32 с получением 2, который образуется как основной продукт с хорошим выходом (рис. 8). Высокая эффективность НЯеС>4 в синтезе 2 подтверждена сравнительными опытами, в которых нами были опробованы другие кислоты. Их использование приводило к образованию нескольких продуктов. Выводы о распределении продуктов реакции строились на основе данных масс-спектров МАЦЛ-ЮТ (таблица 1).

Рисунок 8. Схема получения макроциклов 1-2 на основе дипирролилметана. Полученные данные показывают, что природа, аниона, сопряженного основания используемой кислоты, действительно оказывает значительное влияние на селективность процесса. Рениевая кислота НИеС^ является эффективным катализатором-темплатой

макроциклизации 32 и 38, так как сопряженным ей основанием является мягкий и большой перренат-ион и образующийся макроцикл 2 селективно связывает его.

К сожалению, в случае использования бипиррольного блока-предшественника 30 применение темплатного эффекта не оказалось столь эффективным как в случае использования дипирролилметанового 32. Результатом синтеза всегда являлась неразделимая смесь продуктов.

Изучение кристаллической структуры комплексов 2ГНКеО,1); и 2-(НСГЬ

Высказанные выше предположеня о координации перренат- и хлорид-ионов подтверждаются полученными нами данными кристаллографических исследований комплексов 2-(НКе04)2 и 2-(НС1)г (рис. 9).

В кристалле комплекса 2-(НКе04)г на одну молекулу макроцикла приходится две молекулы аниона, координация происходит по дипирролилметановому, иминному и амидному центрам за счет водородных связей. В кристалле молекулы складываются по типу сот, также как в структуре перрената гуанидиния.

Исследование структуры комплекса 2-(НС1)2 выявило существенные отличия в сравнении со структурой комплекса 2-(НЯе04)2- На одну молекулу макроцикла приходится два аниона. Особенностью кристаллической структуры 2'(НС1)г является сильная координация одного хлорид-иона по дипирролилметан-дииминовому фрагменту с водородными связями. Второй хлорид-ион с равной вероятностью может занимать два положения: одно, при котором происходит координация по двум амидам, второе - вне полости лиганда, без водородных связей.

2(НКе04)2

2(НС1Ь

Рисунок 9. Структуры комплексов 2 с анионами по данным РСА.

Квантовохнмическое моделирование и 2-ЩОЬ

Мы рассчитали геометрию комплексов 2-(НС1)2 и 2-(Ше04)2 методом функционала плотности. Интересно отметить, что рассчитанные структуры комплексов совпадают со структурой комплекса по данным РСА. Статистическая оценка выборок расстояний доказывает хорошее соответствие экспериментальных и рассчитанных геометрических параметров. Отличия в рассчитанных длинах связей и экспериментально полученных данных рентгеноструктурного анализа составляют 0.13 ± О.ОбА для 2'(НК.е04)2 и 0.17 ± 0.08А для 2-(НС1)г, около 10% длины связи углерод-углерод, при доверительном интервале 95%. Если принять во внимание, что расчет проведен для газофазных условий, и в нем не учитывались эффекты кристаллической упаковки, сходство является вполне приемлемым.

Комбинаторная библиотека амидо-иминных макроииклов

Результаты комбинаторного исследования распределения продуктов по данным масс-спектров МА1Х)1-ТОР кратко представлены в таблице 1. Анализ полученных данных комбинаторной библиотеки позволяет делать выводы о геометрической комплиментарности блоков-предшественников по отношению друг к другу и о влиянии катализатора-темплаты.

Например, дипирролилметановый блок 32 всегда образует продукт [1+1] конденсации, в то время как бипиррольный 30 - во всех случаях приводит к продукту [2+2] конденсации. Количество и степень олигомеризации продуктов при использовании диамина 37 на основе изофталевой кислоты всегда больше, чем в случае использования диамина 38 на основе пиридина.

Таблица 1. Комбинаторная библиотека продуктов макроциклизации

Исходные блоки НА [1+11 [2+21 [3+31 [4+41 [5+51 [6+61

30 + 37 Н3Р04 + - -

НС1 - + - + - +

НЯе04 - + - + - -

30 + 38 Н3РО4 - + - + - -

НС1 + + + - - -

НЯе04 + + - + - +

32 + 37 Н3РО4 + + + - - -

НС1 + + + + - -

НЯе04 + + - - - -

32 + 38 Н3РО4 + + - - - -

НС1 + - - - - -

НЯе04 + - - - - -

Полиамидные макроциклические рецепторы

Макроциклические рецепторы полиамидного типа отличаются от своих амидо-иминных аналогов наличием двух дополнительных координационных узлов - доноров

водородной связи (-С(0)Г>Ш- вместо -С=1М-). При этом геометрия получаемого макроцикла изменяется не сильно. Дополнительные И-Н-группы амидов зачастую оказывают существенное влияние на прочность и селективность связывания анионов.

Наш подход заключался в использовании диаминов на основе дипирролилметана 33 или бипиррола 34 и дихлорангидридов изофталевой или 2,6-пиридиндикарбоновой кислот, соответственно (рис. 10).

Рисунок 10. Схема синтеза макроциклического рецептора 6 полиамидного типа.

В единственном случае при взаимодействии диамина 33 на основе дипирролилметана и дихлорангидрида 2,6-пиридиндикарбоновой кислоты удалось выделить макроциклический продукт 6 в чистом виде с хорошим выходом. Остальные варианты всегда приводили к неразделимой смеси продуктов.

Для синтеза новых полиамидных макроциклических рецепторов мы использовали новый строительный блок, о-аминобензиламин, аналог (по количеству атомов углерода между аминогруппами) м-фенилендиамина. Мы выбрали стратегию синтеза, которую уже использовали при синтезе полиамидного макроцикла 6, осуществив взаимодействие диаминов на основе дипирролилметана 35 или бипиррола 36 и дихлорангидридов на основе изофталевой и 2,6-пиридиндикарбоновой кислот соответственно (рис. И).

рьг-Отрь

рь^ЛЛОк-.рь Г*) °Х7Н

о^^Чо о^о Т^^гС Ъ

ын ш кн н>Г -У-- \=/~\,и

о-" л а. - гО г? л-л

1МН2ЫН2 ^ МН2ЫН2 ДМАП 1*1)

2 2 11, X = С (72%)

12, X = N (60%)

Рисунок 11. Схема синтеза макроциклических рецепторов 11,12 полиамидного типа.

Нам удалось получить этим методом только макроциклы 11-12 на основе бипиррола 36. При использовании дипирролилметанового блока-предшественника 35 образовывались неразделимые смеси олигомеров.

В качестве альтернативного метода синтеза макроциклических рецепторов мы применили бис(2-меркаптотиазолиды) дикарбоновых кислот 40, 41 (рис. 12). Это привело к уменьшению скорости реакции и позволило провести синтез в относительно простых условиях.

Рисунок 12. Схема синтеза макроциклических рецепторов 9,11 полиамидного типа.

Несмотря на все попытки, выделить в чистом виде удалось только [1+1] рецепторы 9 и 11, полученные с использованием бис(2-меркаптотиазолид)а изофталевой кислоты 40.

Для [2+2] продукта взаимодействия 36 и 41, при попытке очистить его перекристаллизацией были полученные кристаллы пригодные для

рентгеноструктурного исследования (рис. 13). Рентгеноструктурное исследование показало, что в кристалле молекула макроцикла 42 принимает, конформацию «восьмерки», подобно многим

октафиринам11.

Важно отметить, что так нам впервые удалось осуществить синтез циклических амидов в условиях термодинамического контроля. Ранее такой подход уже был использован для синтеза простых ациклических диамидо-диаминов, но он никогда не применялся для сложных макроциклических систем. Распределение продуктов реакций на основе данных ЬС-МБ представлено в таблице 2.

11 Jasat A., Dolphin D. Expanded porphyrins and their heterologs. // Chem.Rev. - 1997. - V. 97. - P. 22672340.

Рисунок 13. Структура 42 по данным РСА.

Таблица 2. Комбинаторная библиотека продуктов макроциклизации

Исходные блоки [1+1] [2+2] [3+3] [4+4]

35 + 40 100% 40% 22% 7%

35 + 41 13% 100% 52% 24%

36 + 40 100% 6% 0% 0%

36 + 41 0% 100% 36% 18%

* процентное содержание посчитано относительно пика с максимальным содержанием Ациклические рецепторы бисдипирролилметанового типа

Под бисдипирролилметанами нами подразумеваются структуры 13-15, показанные на рисунке 14. Соединения бисдипирролилметанового типа ранее уже получали взаимодействием альдегидов с а-незамещенными пирролами в спирте в присутствии соляной кислоты12.

Рисунок 14. Схематическое изображение бисдипирролилметановых рецепторов 13-15.

Мы провели теоретическое моделирование координации хлорид-, гидросульфат- и перренат-ионов с бисдипирролилметановыми рецепторами 13-15. Геометрия получаемых при теоретическом моделировании комплексов отличается высокой симметрией. Перренат-ион координируется за счет четырех водородных связей с N-H-группами пирролов. Не менее интересны рассчитанные энергии взаимодействия этих рецепторов с анионами различной природы. Здесь теоретическое моделирование показало, что энергия связывания перренат-иона может быть лишь немногим меньше энергии связывания хлорид- и гидросульфат-ионов.

Ациклический рецептор на основе 1.3.5-трис(аминометилУ2.4.6-триметилбензола

Для целей связывания перренат- и пертехнетат-ионов наиболее интересным рецептором оказался амидный рецептор 16 на основе пиррола, который ранее был синтезирован". Для оценки перспективности его использования мы сначала провели квантовохимическое моделирование строения его комплексов с перренат-ионом и

12 Sessler J.L., Johnson M.R., Creager S.T., Fettinger J.C., Ibers J.A. Synthesis and characterization of quinone-substituted octaalkyl porphyrin monomers and dimers. // J.Am.Chem.Soc. - 1990. - V. 112. - P. 9310-9329.

13 Schmuck С., Schwegmann M. A molecular flytrap for the selective binding of citrate and other tricarboxyjates in water. //J.Am.Chem.Soc. -2005. -V. 127. -P. 3373-3379.

энергетики связывания. У рецептора 16 есть две основные конформации: «конус» (с осью симметрии Сз) и «частичный конус». Конформация «конус» выгоднее по энергии из-за образования трех внутримолекулярных водородных связей, вместо одной, как в «частичном конусе». Связывание перренат-иона также выгоднее в конформации «конус», т.к. образующийся Сз-симметричный комплекс стабилизируется шестью водородными связями рецептор-анион.

Синтез рецептора 16 осуществлялся взаимодействием 1,3,5-трис(аминометил)-2,4,6-триметилбензола 43 и моноэтилового эфира 3,4-димети:ширрол-2,5-дикарбоновой кислоты 44 (рис. 15).

NH2 i yCOOHt

XCNH2 \и

J EDC, HOBt о NH

H;N 43,(86%) Et5N,CH2CI2

НООС-^-^СООЕ!

н _____

44, (65%) 16, (55%)

Рисунок 15. Схема синтеза рецептора 16. ДиклоГ81пиррол

ЕЮОО

COOEt

FeCl3/ 1М H2S04

-NH H CH2C12/H20' 29

17, (45%)

Рисунок 16. Схема синтеза макроциклического рецептора П^НгЭОд).

Циклический олигопиррол 17 был получен методом окислительной макроциклизации. Метод использует известное свойство 2,5-незамещенных пирролов образовывать олигомерные и полимерные продукты под действием различного рода окислителей. В научной группе профессора Дж. Сесслера был развит метод синтеза пиррольных макроциклов из 5,5'-незамещенных бипирролов, в том числе 1714. При использовании РеС13 и Н2Б04 выход 17-(Н2804) максимален (34% суммарный по всем стадиям) (рис. 16), а при

14 Seidel D., Lynch V., Sessler J.L. Cyclo[8]pyrroie: A Simple-to-make expanded porphyrin with no meso bridges. // Angew.Chem.Int.Ed. - 2002. - V. 41, № 8. - P. 1422-1425.

использовании других кислот в качестве побочных продуктов образуются цикло[6]- и цикло[7]пирролы.

Изучение кристаллической структуры комплексов П-ГНКеОл)? и 17-(НС1У>

Как видно из рисунка 17, на одну молекулу макроцикла приходится два перренат-иона, координация каждого аниона происходит по трем пиррольным центрам. Несмотря на большой размер полости лиганда, оба аниона находятся вне ее.

17(НЯе04)2

17-(НС1)2

Рисунок 17. Структуры комплексов 17 с анионами по данным РСА.

Также как в случае перренатной соли, в структуре 17-(НС1)2 на одну молекулу макроцикла приходится два аниона. Координация каждого аниона происходит по двум пиррольным центрам. Отличительной особенностью комплекса 17'(НС1)г является наличие двух молекул воды, образующих мостики между хлорид-ионами,.типа С1...НОН...С1.

| Рецепторы гуанидинового типа

На основании литературных данных были выбраны и синтезированы подходящие гуанилирующие реагенты 45, 46 (рис. 18).

Вос20

А.

1)(Ме0)2802 ,Н3С^

Н2И М'Н2 2) МеОН

50,

СН2С12 ХУи^П

45, (68%)

>Ш2

Чш7

+ СБ,

ЕЮН,Н20 й Ме1, МеОН ^Ы6*1 СН3

Г ч)~ й

Ч!

2 Н Н 46,(94%)

Рисунок 18. Синтез гуанилирующих реагентов 45,46.

Синтез целевых рецепторов осуществлялся прямым взаимодействием диаминов 35, 36, 39 с гуанилирующим реагентом 45 при комнатной температуре (рис. 19). Реагент 46 использовался только в реакции с диамином 39. Удаление защитных групп проводилось с помощью трифторуксусной кислоты в дихлорметане, выходы конечных веществ в виде солей трифторуксусной кислоты - количественные.

Ph—-ь Т Г у-Ph

35 рО

NH, NH,

HN^NH

nh2

о (F,CCOOH)j ril (70%)

HN^NH NH2

CK * rö

nh2 h2n w

.NH HN. ? 39 ^

nh2 h2n

45 или 46

H,N

HN (F3CCOOH), 19,(23%)

')=NH

<NH HN>

HN^NH HN^NH N "NH HNCN NH2 NH2 CNH HN-/ (F3CCOOH), (HI^

20, (86%) 21, (70%)

Рисунок 19. Схема синтеза рецепторов 18-21 на основе гуанидинов.

Титрование рецепторов в УФ-внднмом диапазоне

При связывании анионов рецепторами происходят заметные изменения в электронных спектрах поглощения, поэтому титрование в УФ-видимом диапазоне было использовано | нами как основной метод определения констант устойчивости комплексов. Метод обладает высокой чувствительностью, легко реализуется, не требует использования дейтерировашшх растворителей, как в случае с ЯМР, а потому позволяет проводить эксперименты в самых разных растворителях. Мы использовали следующие растворители: диметилсульфоксид (ДМСО) - сильнополярный растворитель, максимально близкий по свойствам к воде из использованных нами; дихлорэтан (ДХЭ) - неполяный, не смешивающийся с водой и использующийся при экстракции; раствор 10% по объему метанола в дихлорэтане, с помощью которого можно промоделировать условия экстракции, при которых обычно дихлорэтан содержит воду.

Таблица 3. ^(Ка) анионов для всех полученных рецепторов

О ь О сл 'у < о 0 о 2 „ о 0 'б Й о £

1,дхэ X У 4.47 4.92 4.55 ... 4.73 4.71 ...

1.ДМСО 3.86 4.15 4.42 3.91 3.29 ... 4.26 5.07 ...

2, ДХЭ №.)=5.17 №.0=5.29 4.85 №0=5-36 № 2)=5.82 4.55 4.63 6.46 4.58 5.02 5.09

2, 10% МеОН в ДХЭ 5.15 5.52 4.76 4.36 4.98 4.96 4.77 4.80 4.54

2, ДМСО 3.65 3.80 3.52 3.95 3.00 5.26 4.60 4.84 5.14

6, ДХЭ 4.89 4.98 6.71 6.13 4.71 4.90 4.97 4.55 4.22

6, 10% МеОН в ДХЭ 4.83 4.83 4.71 3.98 4.79 5.04 4.81 4.43 4.39

6, ДМСО 4.39 5.38 4.80 4.08 4.86 5.79 4.19. 4.95 4.86

9, ДХЭ X 4.84 2.97 4.32 5.09 5.58 4.60 4.51 ...

9, ДМСО 4.83 №0=3.66 №1г)=3.60 4.40 3.88 5.17 6.00 4.96 6.61 ...

н, дхэ X 4.33 5.08 4.6 4.36 4.35 4.71 4.02 ...

И, ДМСО 4.25 4.09 4.15 4.75 4.14 4.15 4.94 4.11 ...

12, ДХЭ X 4.43 ¡№0=4.47 №0=5.42 6.29 4.31 4.49 4.92 4.24 ...

12, ДМСО 5.07 4.94 №ч)=4.46 №0= 3.33 4.48 4.59 5.14 4.58 4.92 ...

13,10% МеОН в ДХЭ 5.00 4.90 5.02 4.91 4.70 4.55 5.11 5.25 ...

14, 10% МеОН в ДХЭ 5.13 5.02 5.00 4.64 5.25 5.11 5.06 5.12 —

15, 10% МеОН в ДХЭ 4.96 5.16 4.93 5.12 4.96 5.02 5.07 4.64 ...

16,10% МеОН в ДХЭ 4.81 4.01 5.27 4.70 4.62 5.02 5.23 5.08 ...

17-(НС1Ь ДХЭ z 9.71 6.53 6.74 ... 9.84 5.00 * 5.95 6.04

18-(Р3ССООН)2, ДМСО 2 8.48 7.35 8.17 7.73 7.38 6.96 8.03 7.10 ...

19-(Р3ССООН)2, ДМСОг 9.52 9.03 8.20 7.67 8.06 7.91 9.58 7.54 ...

20-(Р3ССООН)2, ДМСОг 8.14 6.76 6.86 7.06 6.76 4.18 5.63 5.95 ...

21-(Н1)2, ДМСО г 7.48 6.29 7.08 5.69 6.16 ... 7.51 7.39 ...

* точному определению константы мешала медленная кинетика связывания х эксперименту мешала плохая растворимость дигидрофосфата тетрабутиламмония у константа выше предела определения метода ъ стехиометрия связывания рецепторганион = 1:2

Из представленных в таблице 3 данных видно, что все макроциклические рецепторы проявляют высокое сродство к пертехнетат- и перренат-ионам. Наибольшая селективность (равно как и величины констант) по отношению к гидрофобным анионам достигнута в диметилсульфокснде. Рецептор 2 оказался наиболее селективным по отношению к перренат-иону среди рецепторов амидо-иминного типа. Интересно, что макроцикл 9 показал константу связывания перренат-иона больше 106 л/моль в сильнополярном диметилсульфокснде - это максимальное значение, полученное до сих пор. Полиамидный макроцикл 9 на основе днпирролилметана связывает гидрофобные ионы с высокой селективностью.

Все нейтральные ациклические рецепторы проявили высокое сродство к иодид-, перхлорат- и перренат-ионам в 10% МеОН в дихлорэтане. Константы связывания перхлорат-и перренат-ионов находятся на уровне 105 л/моль для 13-15.

Определение констант связывания для макроциклического олигопиррола 13 было затруднено кинетикой связывания. Особенно это явление было заметно в диметилсульфокснде, из-за чего обработать полученные данные не удалось. В дихлорэтане связывание пертехнетат- и перренат-ионов происходит действительно эффективно, с константами устойчивости около 10й л/моль, со стехиометрией рецептор:анион = 1:2.

Представленные ациклические бисгуанидиновые рецепторы 18-21 в виде солей соответствующих кислот в процессе титрования обменивают оба трифторацетат- или йодид-иона. Рецепторы 18-21 на основе пиридина и бипиррола показали высокие константы на перренат-ион, на уровне 105-10б М"1. Селективность рецепторов гуанидинового типа по отношению к целевому аниону не высокая.

Обратное титрование рецепторов 9,Тс-ЯМР

Суть метода заключается в последовательном добавлении раствора рецептора к раствору пертехнетата тетрабутиламмония и измерении зависимости химического сдвига ядер 99Тс (спин Vi) от количества добавленного рецептора.

При изучении связывания пертехнетат-иона рецепторами 2, 6 и 17-(НС1)2 метод wTc-ЯМР оказался весьма эффективным. Расчет констант связывания не вызвал затруднений при использовании программы HypNMR 2006 (таблица 4).

Таблица 4. lg(Ka) анионов для рецепторов 2, 6 и 17(НС1)2

Рецептор lgK/''Tc-ЯМР), CDCU №(УФ),дхэ

2 3.24 5.09

6 1.96 4.22

17-(НС1)2 3.78* 6.04*

* стехиометрия связывания в этом случае рецептор:анион = 1:2, в остальных - 1:1

Самую высокую константу на пертехнстат-ион показал рецептор 2 амидо-иминного типа. Полученный результат полностью согласуется с данными титрований в УФ-видимой области и коэффициентами селективности.

Экстракция пертехндтат-иона полученными рецепторами

Для анализа экстракционной способности из воды в дихлорэтан были выбраны макроциклы 2 и 17-(НС!)г. Оба обладают жестким каркасом и большим размером полости. Для экстракции важным фактором является возможность использования рецептора в виде соли для того, чтобы обменивать нативный противоион на пертехнетат-ион для облегчения межфазного переноса последнего. Оба выбранных рецептора способны существовать в Виде солей тетрафторборной кислоты, хорошо растворимых в неполярных органических растворителях.

Рецепторы 2-(НВЕ))2 и 17-(НВР4)2 способны осуществлять экстракцию пертехнетат-иона из водной фазы в дихлорэтан. Эффективность экстракции высокая, 100% в широких пределах рН 3-10 и 3-8 соответственно с высокой скоростью (рис. 20).

Рисунок 20. рН зависимость экстракции Тс04~ рецепторами 2-(HBF4)2 и 17-(HBF4>2.

Озеро Карачай расположено рядом с ПО «Маяк», на котором проводится переработка BAO. В течение многих лет загрязненные воды этого предприятия сбрасывались в это озеро, в результате чего сегодня содержание Тс04~ в его водах в среднем составляет 10"5 М. Уже однократная экстракция растворами рецептора 17-(HBF4)2 в дихлорэтане позволила извлечь 80% растворенного пертехнетата! Тем самым, мы получили прямые доказательства возможности реального использования синтезированных рецепторов для целей технологии ядерного топливного цикла.

Выводы

1. Разработана эффективная комплексная методика предварительного теоретического моделирования структур рецепторов, максимально подходящих для связывания целевых пертехнетат- и перренат-ионов.

2. Синтезировано 10 (7 новых) нейтральных рецепторов из них: 6 макроциклических и 4 с открытой структурой с использованием темплатных и бестемплатных методов.

3. Синтезировано 5 (4 новых) положительно заряженных рецепторов из них: 1 макроциклический олигопиррол и 4 рецептора гуанидинового типа с открытой структурой.

4. Тип координации анионов с целевыми рецепторами установлен на основе данных рентгеноструктурного анализа и квантовохимического моделирования.

5. Все полученные рецепторы проявили высокое сродство к пертехнетат- и перренат-ионам. Два рецептора проявили рекордную селективность по отношению к целевым анионам, связывая их на порядок прочнее любых конкурирующих анинов.

6. Успешно проведены эксперименты по экстракции пертехнетат-иона из модельных водных растворов и реальных загрязненных образцов из озера Карачай. Достигнуто полное извлечение в широком диапазоне рН.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях

1. Катаев Е.А., Колесников Г.В., Мышковская Е.К., Тананаев И.Г. Новые макроциклические лиганды на основе бипиррола для связывания перренат и пертехнетат-ионов. // Вопросы Радиационной Безопасности. - 2008. - № 4. - С. 16-22.

2. Katayev Е.А., Kolesnikov G.V., Khrustalev V.N., Antipin M.Yu., Askerov R.K., Maharramov A.M., German K.E., Kirakosyan G.A., Tananaev I.G., Timofeeva T.V. Recognition of perrhenate and pertechnetate by a neutral macrocyclic receptor. // J.Radioanal.Nucl.Chem. - 2009. - V. 282., №. 2. - P. 385-389.

3. Katayev E.A., Kolesnikov G.V., Sessler I.L. Molecular recognition of pertechnetate and perrhenate. // Chem.Soc.Rev. - 2009. - V.'38. - P. 1572-1586.

4. Катаев E.A., Боев H.B., Колесников Г.В., Хрусталев В.Н., Тананаев И.Г., Устынюк Ю.А., Мясоедов Б.Ф. Сенсоры на тетраоксоанионы на основе олигопиррольных макроциклов амидо-иминного типа. // V Российская Конференция по Радиохимии «Радиохимимия-2006». г. Дубна, Российская Федерация, октябрь 23-27,2006. С. 147.

5. Kolesnikov G.V., Mishkovskaya E.N., Ustynyuk Yu.A., Tananaev I.G., Katayev E.A. Bipyrrole based ligands for binding and extraction of pertechnetate anion. // Xl-th International Seminar on Inclusion Componds (ISIC-11). Kyiv, Ukraine, June 10-15,2007. P. 139.

6. Katayev E.A., Melfi P., Boev N.V., Kolesnikov G.V., Tananaev I.G., Sessler J.L. Binding of perrhenate and pertechnetate anions by bipyrrole based receptors. // 2-nd International Symposium on Macrocyclic and Supramolecular Chemistry (ISMSC-2007). Pavia, Italy, June 24-28, 2007. P. PSA85.

7. Колесников Г.В., Мышковская E.H., Боев H.B., Устынюк Ю.А., Тананаев И.Г., Катаев Е.А. Гибридные макроциклы в качестве эффективных рецепторов на перренат и пертехнетаг ионы. // XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Москва, Российская Федерация, сентябрь 23-28, 2007. Т. 5. С. 288.

8. Боев Н.В., Мышковская Е.Н., Колесников Г.В., Катаев Е.А. Перспективы олигопиррольных макроциклов в решении задач детектирования, транспорта и концентрирования анионов. // II Всероссийская Конференция «Аналитика России» с международным участием. Туапсе, Российская Федерация, октябрь 7-12,2007. С. 74.

9. Колесников Г.В., Катаев Е.А. Новые рецепторы на перренат- и пертехнетат-ионы. // Всероссийская конференция «Научный потенциал-XXI». Москва, Российская Федерация, апрель 17-19, 2008. С. 37.

10. Katayev Е.А., Boev N.V., Tananaev I.G., Kolesnikov G.V., Lavrov H.V. Synthesis and coordination properties of dipyrromethane- and bipyrrole-based ligands. // V-th International Conference on Porphyrins and Phtalocyanines (ICPP-5). Moscow, Russian Federation, July 6-11,

2008. P. 278.

11. Kolesnikov G.V., Tananaev I.G., Khrustalev V.N., Katayev E.A. Theoretical and experimental study of Re04~ and Tc04~ anion complexation by neutral macrocylic receptors. // International Summer School «Supramolecular Systems in Chemistry and Biology». Tuapse, Russian Federation, September 28 - October 2,2008. P. P-36.

12. Kolesnikov G.V., Tananaev I.G., Khrustalev V.N., Katayev EA. Theoretical and experimental study of ReO<f and TcO^T anion complexation by neutral macrocylic receptors. // Международный Симпозиум по Сорбции и Экстракции. Владивосток, Российская Федерация, сентябрь 29 -октябрь 4, 2008. С. 202-203.

13. Kolesnikov G.V., German Е.К., Tananaev I.G., Khrustalev V.N., Katayev E.A. Coordination of perrhenate and pertechnetate by macrocyclic receptors. // 6-th International Symposium on Technetium and Rhenium. Port Elizabeth, South Africa, October 7-10,2008. P. 45.

14. Kolesnikov G.V., Askerov R.K., Khrustalev V.N., Katayev E.A., Maharramov A.M., Antipin M.Yu., Timofeeva T.V. Theoretical and experimental study of Re04~ and ТсОд~ anion complexation by neutral macrocyclic receptors. // Eighth International Conference on Methods and Applications of Radioanalytical Chemistry (MARC VIII). Kailua-Kona, Hawaii, USA, April 5-10,

2009. P. 120.

15. Kolesnikov G.V., Tanana"v I.G., German K.E., Katayev E.A. Dipyrromethane based ligands for pertechneta£e binding. // 4-th International Symposium on Macrocyclic and Supramolecular Chemistry (ISMSC-2009). Maastricht, the Netherlands, June 21-25, 2009. P. 199.

16. Kolesnikov G.V., Tananaev I.G., German K.E., Katayev E.A. Experimental proof for pertechnetate binding with macrocyclic ligands. // V-th International Symposium «Design and Synthesis of Supramolecular Architectures». Kazan, Russian Federation, October 12-16, 2009. P. 121.

17. Колесников Г.В., Катаев E.A., Герман К.Э., Тананаев И.Г. Молекулярное распознование оксоанионов органическими лигандами. // VI Российская Конференция по Радиохимии «Радиохимимия-2009». пос. Поведники, Российская Федерация, октябрь 12-16, 2009. С. 255.

18. Колесников Г.В., Лавров Г.В., Катаев Е.А., Хрусталев В.Н., Герман К.Э., Тананаев И.Г., Усгынюк Ю.А. Новые макроциклические рецепторы на пертехнетат- и перренат-ионы. // V Конференция молодых ученых, аспирантов и студентов ИФХЭ РАН «Физикохимия», секция «Физикохимия нано- и супрамолекулярных систем», г. Москва, Российская Федерация, ноябрь 29-30,2010. С. 38.

19. Katayev Е.А., Schmid М.В., Kolesnikov G.V. Control of coordination and covalent self-assembly. // Symposium in Supramolecular Chemistry. Essen, Germany, February 24-25, 2011. P. 9.

Подписано в печать/#04.2О1. года. Заказ № & . Формат 60x90/,^ Усл. печ. листов . Тираж '00 экз. Отпечатано на ризографе в отделе оперативной печати и информации Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата химических наук, Колесников, Григорий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ЦЕЛИ РАБОТЫ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

4.1. Введение.

4.2. Отличительные свойства пертехнетат- и перренат-ионов.

4.3. Технеций в ядерном топливном цикле и окружающей среде.

4.4. Жидкостная экстракция и ионный обмен.

4.5. Применение технеция и рения в ядерной медицине.

4.6. Ациклические органические рецепторы.

4.7. Рецепторы, содержащие координированные ионы переходных металлов.

4.8. Макроциклические рецепторы.

4.9. Дендримеры.

Введение диссертация по химии, на тему "Новые рецепторы на перренат- и пертехнетат-ионы"

Проблема эффективного и селективного связывания катионов органическими полидентатными лигандами, классическая проблема координационной химии, была поставлена более полувека назад. Исследования в этой области привели к созданию новой химической дисциплины — супрамолекулярной химии. Достигнутые в ней выдающиеся успехи фундаментального и прикладного характера были по достоинству оценены Нобелевской премией по химии 1987 года, присужденной Д. Краму, Ч. Педерсену и Ж.-М. Лену. Аналогичная задача по селективному связыванию и распознаванию анионов была сформулирована столь же давно, но значимость ее в полной мере осознана лишь в последние 10-15 лет. Именно в этот период стала очевидной исключительная важность эффективных решений этой задачи для биологии и медицины (исследование структуры и функций сайтов связывания и каналов транспорта анионов в живых организмах и создание лекарств, корректирующих их дисфункции), экологии (связывание экологически опасных анионов), материаловедения и катализа, аналитической химии (создание сенсоров на анионы). Отставание в развитии координационной химии анионов обусловлено в значительной степени тем, что создание селективных искусственных рецепторов на анионы - значительно более трудная задача, чем создание рецепторов на катионы. Сложная геометрия анионов, их больший объем и низкая плотность заряда на поверхности предъявляют значительно более жесткие требования к рецепторам на анионы по размерам и геометрическим параметрам полости для связывания аниона-гостя, размещению связывающих координационных узлов и распределению зарядовой плотности в ней. В последнее десятилетие исследования по супрамолекулярной химии анионов развиваются в нескольких научных коллективах разных стран очень быстрыми темпами. Появилось несколько монографий и обзоров на эту тему [1-8]. Хорошее представление о современном состоянии области можно найти в специальных выпусках Chemical Society Reviews, посвященных проблемам супрамолекулярной химии и в том числе рецепторам на анионы [9, 10]. Коллектив лаборатории ЯМР Химического факультета МГУ входит в число лидеров этой области, здесь разработана новая стратегия и новые методы создания анионных рецепторов разных типов (см., например, [6, 11]).

Настоящая диссертационная работа продолжает начатые в лаборатории ЯМР ранее исследования по созданию селективных и эффективных анионных рецепторов. В качестве целевых анионов в работе выбраны тетраэдрические пертехнетат- и перренат- ионы, ТсС>4~ и Re04. Создание рецепторов на пертехнетат-ион сейчас особенно актуально. Долгоживущий радионуклид 99Тс (Х.1/2 = 2.13хI05 лет) образуется в реакторах атомных электростанций, как 4

ОЭС О"* О один из основных продуктов деления U и Ри. Его выход составляет более 0.8 г на 1 кг 235U при 50% выгорании [12-13]. При растворении тепловыделяющих элементов в азотной кислоте в PUREX-процессе технеций переходит в раствор в виде пертехнетат-иона, ТсОд. При переработке высокоактивных отходов в топливном радиохимическом цикле связывание и полное извлечение ТсОд" на ранних стадиях процесса составляет одну из самых сложных задач, для которой пока не найдено удовлетворительных путей решения. Высокая растворимость пертехнетат-ионов щелочных металлов в воде (11.3 моль/л при 20°С для NaTcO.*), их низкая сорбируемость на глинистых, соляных и скальных породах в сочетании с длинным периодом полураспада делают пертехнетат одним из самых опасных поллютантов при попадании в окружающую среду (см., например, отчет Департамента Энергетики США [14]). Даже многократная экстракция трибутилфосфатом не позволяет извлечь технеций из технологических растворов с полнотой более 95%. Остаточные количества технеция приводят к выходу из строя специальных печей, в которых производится стеклование BAO в блоки. Это существенно затрудняет создание «замкнутого топливного цикла», без чего дальнейшее развитие ядерной энергетики невозможно [15-16].

Создание селективных рецепторов на пертехнетат-ион - наиболее перспективное направление решения задачи по полному извлечению технеция из радиоактивных отходов. Существует несколько типов анионных рецепторов. Нейтральные анионные рецепторы связывают анионы во внутренней гидрофобной полости, соответствующего размера и геометрии (по принципу комплементарное™), за счет нескольких сильных водородных связей. Положительно заряженные рецепторы более прочно связывают анион-гость за счет мощного кулоновского взаимодействия. В этом случае дополнительные водородные связи с протонодонорными группами в гидрофобной полости обеспечивают необходимую селективность связывания. Такие гидрофобные рецепторы способны обеспечить экстракцию пертехнетат-иона в неполярную органическую фазу. С другой стороны, эффективные рецепторы, связывающие пертехнетат- и перренат-ионы в водной среде, необходимы для создания новых радиофармпрепаратов, поскольку радионуклиды 99тТс и ,88Re находят все более широкое применение в диагностике и терапии опасных заболеваний. Весь комплекс проблем, связанных с созданием рецепторов обоих типов детально рассмотрен в литературном обзоре автора диссертации, который опубликован в одном из самых авторитетных международных научных журналов [17].

ЦЕЛИ РАБОТЫ

Основной целью настоящей работы, как следует из сказанного выше, является создание искусственных рецепторов, способных прочно и селективно связывать пертехнетат-и перренат-ионы. Достижение этой цели потребовало формулировки и последовательного решения следующих конкретных задач:

3. Синтез ряда полифункциональных блоков-предшественников.

5. Определение констант связывания целевых анионов (ТсОд-, ЯеОО и анионов-конкурентов (Н2РО4", МЯО/Г, Н3ССОО-, СГ, Ж)з~ Г, СЮ4~) полученными рецепторами с помощью современных физико-химических методов, проведение предварительных экстракционных экспериментов с модельными и реальными загрязненными образцами.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Заключение диссертации по теме "Органическая химия"

выводы

• проведено моделирование первой гидратной оболочки перренат-иона;

• выбраны подходящие анион-связывающие блоки и линкерные группы;

• проведен ретросинтетический анализ структур потенциальных рецепторов и разработан оптимальный путь их сборки из укрупненных полифункциональных блоков-предшественников;

• синтезировано 12 полифункциональных блоков-предшественников, 5 из которых не были известны ранее.

2. Синтезировано 10 нейтральных рецепторов из них: б макроциклических и 4 с открытой структурой с использованием темплатных и бестемплатных методов. Изучена кинетика образования двух макроциклов.

3. Синтезировано 5 положительно заряженных рецепторов из них: 1 макроциклический олигопиррол, 4 гуанидинового типа с открытой структурой.

Список источников диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Колесников, Григорий Владимирович, Москва

1. 35 Years of synthetic anion receptor chemistry 1968-2003, ed. Gale P. I I Coord .Chem .Rev. -2003.-V. 240.-Iss. 1-2.-P. 1-226.

2. Anion coordination chemistry II, ed. Gale P. I I Coord.Chem.Rev. 2006. - V. 250. - Iss. 23-24.-P. 2917-3244.

3. Sessler J.L., Siedel D. Synthetic expanded porphyrin chemistry. // Angew.Chem. 2003. - V. 42.-Iss. 42.-P. 5134-5175.

4. Laughrey Z.R., Gibb B.C. Macrocycle synthesis through templation. // Top. in Cur.Chem. -2005.-V. 249.-P. 67-125.

5. Sanders J.K.M., Otto S. Dynamic combinatorial chemistry. // Chem.Rev. — 2006. V. 106. -Iss. 9.-P. 3652-3711.

6. Катаев E.A., Сесслер Дж., Устынюк Ю.А. Новая стратегия и новые методы создания искусственных макроциклических анионных рецепторов. Селективное связывание тетраэдрических оксоанионов. // Изв.Ак.Наук. — 2009. — № 9. — Р. 1729-1742.

7. Modern Supramolecular Chemistry. Strategies for Macrocycle Synthesis. Diederich F., Stang P.J., Tykwinski R.R., Eds.; Wiley-VCH, 2008; 418 p.

8. Sessler J.L., Gale P.A., Cho W.-S. Anion receptor, chemistry; Stoddart J.F., Eds.; Royal Society of Chemistry, 2006; 403 p.

9. Issue dedicated to professor Jean-Pierre Sauvage, ed. Gale P. // Chem.Soc.Rev. — 2009. V. 38.-Iss. 6.-pp. 1511-1823.

10. Supramolecular chemistry of anionic species, ed. Gale P., Gunnlaugsson T. // Chem.Soc.Rev. -2010.- V. 39.-Iss. 10.-pp. 3581-4008.

11. Машкин A.H., Корченкин K.K., Светлакова H.A. Распределение технеция по технологическим потокам схемы пурекс завода РТ-1. // Радиохимия. — 2002. — Т. 44. — №. 1. -С. 34-40.

12. Katayev E.A., Kolesnikov G.K., Sessler J.L. Molecular recognition of pertechnetate and perrhenate. // Chem.Soc.Rev. 2009. - V.38. - P. 1572-1586.

13. Spitsyn V.I., Kuzina A.F., Oblova A.A. Present state of the chemistry of technetium. // Russ.Chem.Rev. 1977.- V. 46.-№ 11.-P. 1030-1039.

14. Антипин И.С., Тананаев И.Г., Коновалов А.И. Экстракция технеция(УП) рецепторами на основе (тиа)каликс4.аренов. // Рос.Хим.Ж. 2005. - Т. XLIX. - № 2. - С. 80-85.

15. Gloe К., Stephan Н., Grotjahn М. Where is the anion extraction going? // Chem.Eng.Technol. -2003. — V. 26. Iss. 11.-P. 1107-1117.

16. McKee V., Nelson J., Town R.M. Caged oxoanions. // Chem. Soc. Rev. 2003. - V. 32. -P. 309-325.

17. Marcus Y. Thermodynamics of solvation of ions. Part 5. Gibbs free energy of hydration at 298.15K. // J.Chem.Soc.Faraday Trans. 1. - 1991. - V. 87. - P. 2995-2999.

18. Marcus Y. The thermodynamics of solvation of ions. Part 2. The enthalpy of hydration at 298.15 K. //J.Chem.Soc.Faraday Trans. 1. - 1987. - V. 83. - P. 339-349.

19. Katayev E.A., Boev N.V., Khrustalev V.N., Ustynyuk Y.A., Tananaev I.G., Sessler J.L. Bipyrrole- and dipyrromethane-based amido-imine hybrid macrocycles. New receptors for oxoanions. // J.Org.Chem. 2007. - V. 72. - P. 2886-2896.

20. Bridgeman A.J., Cavigliasso G. Density-functional investigation of bonding in tetrahedral M04 anions. // Polyhedron. 2001. - V. 20. - P. 2269-2277.

21. Harvey B.R., Ibbett R.D., Williams K.J., Lovett M.B. The determination of technetium-99 in environmental materials, in Aquat.Environ.Prot.: Analyt.Meth., MAFF Direct.Fish.Res., Lowestoft, (8), P. 22; Crown 1991.

22. Лаврухина A.K., Поздняков A.A. Аналитическая химия технеция, прометия, астатина и франция. М.: «Наука», 1966. - С. 108-109. — 307 с. - (Аналитическая химия элементов).

23. Fujinaga Т., Koyama М., Kanchiku У., Tsurubo S. Solvent extraction and spectrophotometric determination of the pertechnetate ion with methyl violet. // Bull. Chem. Soc. Jap. — 1967. V. 40. -P. 817-821.

24. Omori Т., Nagasaki K., Watanabe E., Suganuma H. A new method for the spectrophotometric determination of pertechnetate with tris(l,10-phenanthroline)iron(II) ion. // J.Radioanal.Nucl.Chem. 1997.-V. 220.-P. 37-40.

25. Schwochau K. The analytical chemistry of technetium. // Top. in Curr.Chem. — 1981. V. 96. -P. 109-147.

26. Алиев P.A., Калмыков C.H., Хрестенко P.В., Тананаев И.Г. Определение 99Тс в загрязненных природных водах. // Вопросы Радиационной Безопасности. — 2007. — № 3. — С. 10-16.

27. Wigley F., Warwick Р.Е., Croudace I.W., Caborn J., Sanchez A.L. Optimized method for the routine determination of technetium-99 in environmental samples by liquid scintillation counting. // Analyt.Chim.Acta. 1999. - V. 380. - P. 73-82.

28. Seki R., Kondo M. An improved method for technetium determination in environmental samples. // J.Radioanal.Nucl.Chem. 2005. - V. 263. - P. 393-398.

29. Bandoli G., Dolmella A., Porchia M., Refosco F., Tisato F. Structural overview of technetium compounds (1993-1999). // Coord.Chem.Rev. 2001. -V. 214. - P. 43-90.

30. Krebs В., Hasse K.-D. Refinements of the crystal structures of KTc04, KRe04 and 0s04. The bond lengths in tetrahedral oxoanions and oxides of d° transition metals. // Acta Crystallogr., Sect. В. 1976,-V. 32.-Iss. 5.-P. 1334-1337.

31. Nakashima T., Lieser K.H. Proton association of pertechnetate, perrhenate and perchlorate anions. // Radiochim.Acta. 1985. - V. 38. - P. 203-206.

32. Boyd G.E., Cobble J.W., Nelson C.M., Smith W.T. Chemistry of technetium. I. Preparation of technetium heptoxide. // J.Am.Chem.Soc. 1952. - V. 74. - P. 556-557.

33. Borisova L.V., Ermakov A.N., Ismagulova A.B. Spectrophotometric determination of rhenium in alkaline solution. // Analyst. 1982. - V. 107. - P. 495-499.

34. Safavy A., Buchsbaum D.J. Targeting tumors with radioimmunoconjugates. In «Cancer drug dicovery and development: tumor targeting in cancer therapy». Ed. by Page M. Humana Press: New Jersey; 2002. pp. 257-279.

35. Jurisson S.S., Murmann R.K. Oxygen Exchange on ReO^f and TcO<T by nO-NMR // Inorg.Chem. 1999. - V. 38. -№ 17.-P. 3919-3921.

36. Vajo J.J., Aikens D.A., Ashley L., Poeltl D.E., Bailey R.A., Clark H.M., Bunce S.C. Facile electroreduction of perrhenate in weakly acidic citrate and oxalate media. // Inorg.Chem. 1981. -V. 20.-P. 3328-3333.

37. Grundler P.V., Helm L., Alberto R., Merbach A.E. Relevance of the ligand exchange rate and mechanism of fac-(C0)3M(H20)3.+ (M = Mn, Tc, Re) complexes for new radiopharmaceuticals. // Inorg.Chem. 2006. - V. 45. - № 25. - P. 10378-10390.

38. Satmark O., Courson R., Malmbeck G., Pagliosa K., Romer W., DeWeerd J., Glatz P. Selective separation of minor actinides from genuine high level PUREX waste: comparison between a direct and a two cycle process. In Global-2001, 2001.

39. Garraway J., Wilson P.D. The technetium-catalyzed oxidation of hydrazine by nitric acid. // J. Less Common Met. 1984. - V. 97. - P. 191-203.

40. Barnaby F. Nuclear Legacy: Democracy in a Plutonium Economy. // Corner House Briefing. № 17. - December 1999. http://www.thecornerhouse.org.uk/resource/how-not-reduce-plutoniuin-stocks.

41. Amano R., Ando A., Hiraki Т., Mori H., Matsuda H., Hisada K. Rapid Uptake of "mTc04~ by several plants. // Radioisotopes. 1990. - V. 12. - P. 585-586.

42. Yoshihara K. Technetium in the environment. // Top. in Curr.Chem. 1996. - V. 176. -P. 17-35.

43. Michel H., Barci-Funel G., Dalmasso J., Ardisson G. Solvent extraction of 99Tc from acidified marine waters. // Radiochim.Acta. 1998. - V. 78. - P. 153-158.

44. Troyer G.L., Winters W.I. Survey of technetium analytical production methods supporting Hanford Nuclear materials processing. // U.S. Dept. of Energy, Contract DE-AC06-96RL13200, Numatec Hanford Corporation, Richland, WA 99352, 1999, P. 28.

45. Jalhoom M.G. Extraction of technetium by crown ethers and cryptands. // J.Radioanal.Nucl.Chem. — 1986. V. 104. - P. 131-139.

46. Clark J.F., Clark D.L., Whitener G.D., Schroeder N.C., Strauss S.H. Isolation of soluble 99Tc as a compact solid using a recyclable, redox-active, metal-complex extractant. // Environ.Sci.Technol. 1996. - V. 30.-P. 3124-3127.

47. Omori Т., Muraoka Y., Suganuma H. Solvent extraction mechanism of pertechnetate with tetraphenylarsonium chloride. // J.Radioanal.Nucl.Chem. 1994. - V. 178. - P. 237-243.

48. Ito К. Solvent extraction of technetium(VII) by primary amine in heptane solution from aqueous alkaline solution. // J.Radioanal.Nucl.Chem. 1996. - V. 203. - P. 97-107.

49. King W.D., Hassan N.M., McCabe D.J., Hamm L.L., Johnson M.E. Technetium removal from hanford and savannah river site actual tank waste supernates with Superlig® 639 resin. // Sep.Sci. and Technol. 2003. - V. 38. - P. 3093-3114.

50. Hassan N.M., King W.D., McCabe D.J., Hamm L.L., Johnson M.E. Superlig® 639 equilibrium sorbtion data for technetium from Hanford tank waste supernates. // Solvent Extr. Ion Exch. 2002. - V. 20. - P. 211-226.

51. Liu S., Edwards D.S. 99mTc-labeled small peptides as diagnostic radiopharmaceuticals. // Chem.Rev. 1999. - V. 99. - № 9. - P. 2235-2268.

52. Dilworth J.R., Parrot S.J. The biomedical chemistry of technetium and rhenium. // Chem.Soc.Rev. 1998. - V. 27. - P. 43-55.

53. Vucina J., Lukic D. Radionuclidic generators for the production of technetium-99m and rhenium-188. // Facta Universitatis, Chemistry and Technology. 2002. - V. 2. - № 4. -P. 235-243.

54. Kleviet W. Technetium radiopharmaceuticals: chemical characterization and tissue distribution of Tc-glucoheptonate using Tc-99m and carrier Tc-99 // J.Nucl.Med. 1981. - V. 22. -P. 703-709.

55. Bartholoma M.D., Louie A.S., Valliant J.F., Zubieta J. Technetium and galium derived radiopharmaceuticals: comparing and contrasting the chemistry of two important radiometals for the molecular imaging era. // Chem.Rev. 2010. -V. 110. - P. 2903-2920.

56. Stephan H., Berger R., Spies H., Johannsen B., Schmidtchen F.P. Efficient phase transfer of pertechnetate with bicyclic guanidinium compounds. // J.Radioanal.Nucl.Chem. 1999. - V. 242. -P. 399-403.

57. Stephan H., Spies H., Johannsen B., Klein L., Vögtle F. Lipophilic urea-functionalized dendrimers as efficient carriers for oxyanions. // Chem.Comm. 1999. — P. 1875-1876.

58. Kochel A. 2,2':6',2"-Terpyridinium perrhenate. // Acta Crystallogr., Sect. E. 2006. - V. 62. -Iss. l.-P. m37-m38.

59. Fuma Y., Ebihara M. Tetra-ja.-acetamidato- ;K40:N-diaquadirhodium(II,III) perrhenate. // Acta Crystallogr., Sect. E. 2006. - V. 62. - Iss. 8. - P. ml898-ml900.

60. Ray U.S., Mostafa G., Lu T.H., Sinha C. Hydrogen bonded perrhenate-azoimidazoles. // Cryst.Eng. -2002. V. 5.-P. 95-104.

61. Ray U., Chand B., Dasmahapatra A.K., Mostafa G., Lu T.-H., Sinha C. ID and 2D network of ReC>4 bonded azoimidazoles. // Inorg.Chem.Commun. 2003. — V. 6. - P. 634-638.

62. Eble B., Berning D., Barnes C.L., Katti K.V., Jurisson S. Phosphinimine complexes of technetium(VII): X-ray crystal structure of Ph3P=NH+2.[Tc04"]. // J.Chem.Cryst. 1999. - V. 29. — № l.-P. 39-43.

63. Glenny M.W., Lacombe M„ Love J.B., Blake A.J., Lindoy L.F., Luckay R.C., Gloe K., Antonioli B., Wilsona C., Schröder M. Design and synthesis of heteroditopic aza-thioether macrocycles for metal extraction. // New J.Chem. 2006. - V. 30. - P. 1755-1767.

64. Wallace K.J., Belcher W.J., Turner D.R., Syed K.F., Steed J.W. Slow anion exchange, conformational equilibria, and fluorescent sensing in venus flytrap aminopyridinium-based anion hosts. // J.Am.Chem.Soc. 2003. - V. 125. - P. 9699-9715.

65. Beer P.D., Hopkins P.K., McKinney J.D. Cooperative halide, perrhenate anion-sodium cation binding and pertechnetate extraction and transport by a novel tripodal tris(amidobenzo-15-crown-5) ligand. // Chem.Comm. 1999. - P. 1253-1254.

66. Wichmann K., Antonioli B., Sohnel T., Wenzel M., Gloe K., Gloe K., Price J.R., Lindoy L.F., Blake A.J., Schröder M. Polyamine-based anion receptors: extraction and structural studies. // Coord. Chem. Rev. 2006. - V. 250. - P. 2987-3003.

67. Bondy C.R., Gale P.A., Loeb S.J. Platinum(II) nicotinamide complexes as receptors for oxo-anions. // Chem.Comm. 2001. - P. 729-730.

68. Nieto S., Pérez J., Riera L., Riera V., Miguel D. Non-covalent interactions between anions and a cationic rhenium diamine complex: structural characterization of the supramolecular adducts //New J.Chem.-2006.-V. 30.-P. 838-841.

69. Nieto S., Perez J., Riera L., Riera V., Miguel D. Pyrazole complexes as anion receptors. // Chem.Eur.J. 2006. - V. 12. - P. 2244-2251.

70. Sutton A.D., May L, Sharrad C.A., Sarsfield M.J., Helliwell M. The coordination of perrhenate and pertechnetate to thorium(IV) in the presence of phosphine oxide or phosphate ligands. // Dalton.Trans. 2006. - P. 5734-5742.

71. Steed J.W., Junk P.C., Atwood J.L., Barnes M.J., Raston C.L., Burkhalter R.S. Ball and socket nanostructures: new supramolecular chemistry based on cyclotriveratrylene. // J.Am.Chem.Soc. 1994. - V. 116 - P. 10346-10347.

72. Holman K.T., Halihan M.M., Jurisson S.S., Atwood J.L., Burkhalter R.S., Mitchell A.R., Steed J.W. Inclusion of neutral and anionic guests within the cavity of 7i-metalated cyclotriveratrylenes. // J.Am.Chem.Soc. 1996. - V. 118. - P. 9567-9576.

73. Gawenis J.A., Holman K.T., Atwood J.L., Jurisson S.S. Extraction of pertechnetate and perrhenate from water with deep-cavity CpFe(arene).+-derivatized cyclotriveratrylenes. // Inorg.Chem. 2002. - V. 41. - P. 6028-6031.

74. Ghosh S., Roehm B., Begum R.A., Kut J., Hossain Md.A., Day V.W., Bowman-James K. Versatile host for metallo anions and cations. // Inorg.Chem. 2007. - V. 46. - P. 9519-9521.

75. Gorden A.E.V., Davis J., Sessler J.L., Král V., Keogh W., Schroeder N.L. Monoprotonated saphyrin-pertechnetate anion interactions in aqueous media. // SupramoI.Chem. 2004. - V. 16. -P. 91-100.

76. Stephan H., Spies H., Johannsen В., Klein L., Vogtle F. Lipophilic urea-functionalized dendrimers as efficient carriers for oxyanions. // Chem.Comm. 1999. - P. 1875-1876.

77. Stephan H., Spies H., Johannsen В., Kauffmann C., Vogtle F. pH-controlled inclusion and release of oxyanions by dendrimers bearing methyl orange moieties. // Org.Lett. 2000. - V. 2. - P. 2343-2346.

78. Stephan H., Spies H., Johannsen В., Gloe K., Gorka M., Vogtle F. Synthesis and host2guest properties of multi-crown dendrimers towards sodium pertechnetate and mercury(II) chloride. // EurJ.Inorg.Chem. -2001. P. 2957-2963.

79. Лайков Д.Н., Устынюк Ю.А. Система квантово-химических программ «ПРИРОДА-04». Новые возможности исследования молекулярных систем с применением параллельных вычислений // Изв.Ак.Наук. 2005. -№ 3. - С. 390-396.

80. Grigoriev M.S., German К.Е., Maruk A.Ya. Guanidinium tetraoxidorhenate(VII). // Acta Crystallogr., Sect. E.-2007.-V. 63.-Iss. 8. P. m2061.

81. Катаев E.A., Сесслер Дж., Устынюк Ю.А. Новая стратегия и новые методы создания искусственных макроциклических анионных рецепторов. Селективное связывание тетраэдрических оксоанионов. // Изв.Ак.Наук. Сер.Хим. 2009. - № 9. - С. 1729-1742.

82. Katayev Е.А., Myshkovskaya E.N., Boev N.V., Khrustalev V.N. Anion binding by pyrrole-pyridine-based macrocyclic polyamides // Supramolecular Chemistry. 2008. - V. 20. — № 7. — P. 619-624.

83. Paine J.B., Dolphin D. 5-unsubstituted 2-pyrrolecarboxaIdehydes for porphyrin synthesis and the cyanovinyl protecting group. //J.Org.Chem. 1988. -V. 53. -№. 12. - P. 2787-2795.

84. Hombrecher H.K., Horter G. Synthesis of pyrroles via ethyl N-(3-oxo-l-alkenyl)glycinates. // Synthesis. 1990.-№ 5.-P. 389-391.

85. Hass H.B., Susie A.G., Heider R.L. Nitro alkene derivatives. // J.Org.Chem. 1950. - V. 15. -P. 8-14.

86. Титце Л., Айхер Т. Препаративная органическая химия. М.: Мир, 1999. - 558 с.

87. Chang С.К., Bag N. Phenylpyrroles by Suzuki cross coupling and a synthesis of type I tetramethyltetraphenylporphyrin. // J. Org. Chem. 1995. - V.60. - P. 7030-7035.

88. Sessler J.L., Hoehner M.C. An efficient high-yield preparation of substituted 2,2'-bipyrrole. // Synlett. 1994. - P. 211-212.

89. Picard С., Arnaud N., Tisnes P. Desymmetrization reactions: a convinient synthesis of aromatic diamides diamines. // Synthesis. 2001. - V. 10. - P. 1471-1478.

90. Tamura S.Y., Shamblin B.M., Brunck Т.К., Ripka W.C. Rational design, synthesis and serine protease inhibitory activity of novel Pl-argininoyl heterocycles. // Bioorg.Med.Chem.Lett. 1997. -V. 7.-P. 1359-1364.

91. Navakhun K., Gale P. D., Camiolo S., Light M. E., Hursthouse M. B. Pendant arm pyrrolic amide cleft anion receptors. // Chem.Comm. 2002. - P. 2084-2085.

92. Hossain Md.A., Kang S.O., Linares J.M., Powell D., Bowman-James K. Elite new anion ligands: polythioamide macrocycles. // Inorg.Chem. 2003. - V. 42. - P. 5043-5045.

93. Katayev E.A., Boev N.V., Myshkovskaya E.N., Khrustalev V.N., Ustynyuk Yu.A. Expanding saphyrin: towards selective phosphate binding. // Chem.Eur.J. 2008. - V. 14. - P. 9065-9073.

94. Боев H.B., Устынюк Ю.А. Синтез новых пинцетных полидентатных лигандов амидо-аминного типа. // Ж.Орг.Хим. 2007. - Т. 43. - № 2. - С. 303-309.

95. Jasat A., Dolphin D. Expanded porphyrins and their heterologs. // Chem.Rev. — 1997. V. 97. - P. 2267-2340.

96. Katayev E.A., Pantos G.D., Reshetova M.D., Khrustalev V.N., Lynch V.M., Ustynyuk Yu.A., Sessler J.L. Anion-induced synthesis and combinatorial selection of polypyrrolic macrocycles. // Angew.Chem.Int.Ed. 2005. - V. 44. - P. 7386-7390.

97. Sessler J.L., Johnson M.R., Creager S.T., Fettinger J.C., Ibers J.A. Synthesis and characterization of quinone-substituted octaalkyl porphyrin monomers and dimers. // J.Am.Chem.Soc. 1990. — V. 112.-P. 9310-9329.

98. Capitan-Vallvey L.F., Arroyo-Guerrero E., Fernandez-Ramos M.D., Santoyo-Gonzalez F. Disposable receptor-based optical sensor for nitrate. // Anal.Chem. 2005. - V. 77. - P. 4459-4466.

99. Zhong Zh., Anslyn E.V. A colorimetric sensing ensemble for heparin. // J.Am.Chem.Soc. -2002. V. 124. - P. 9014-9015.

100. Zyryanov G.V., Palacios M.A., Anzenbacher P. Rational design of a fluorescence-turn-on sensor array for phosphates in blood serum. // Angew.Chem.Int.Ed. 2007. - V. 46. -P. 7849-7852.

101. Schmuck C., Schwegmann M. A molecular flytrap for the selective binding of citrate and other tricarboxylates in water. // J.Am.Chem.Soc. 2005. - V. 127. - P. 3373-3379.

102. Wallace K.J., Hanes R., Anslyn E., Morey J.,Kilway K.V., Siegeld J. Preparation of 1,3,5-tris(aminomethyl)-2,4,6-triethylbenzene. // Synthesis. -2005. -№ 12. P. 2080-2083.

103. Fringuelli F., Pizzo F., Vaccaro L. Cobalt(II) chloride-catalyzed chemoselective sodium borohydride reduction of azides in water. // Synthesis. 2000. - № 5. - P. 646-650.

104. Seidel D., Lynch V., Sessler J.L. Cyclo8.pyrrole: A Simple-to-make expanded porphyrin with no meso bridges. // Angew.Chem.Int.Ed. 2002. - V. 41, № 8. - P. 1422-1425.

105. Taylor J. Constitution of the salts of S-alkylthiocarbamides. // J.Chem.Soc. 1917. - V. 111. - P. 650-662.

106. Bergeron R.J., McManis J.S. Total synthesis of (±)-15-deoxysperguaIin. // J.Org.Chem. -1987. V. 52. - P. 1700-1703.

107. Barton D.H.R., Kervagoret J., Zard S.Z. A useful synthesis of pyrroles from nitroolefins. // Tetrahedron Lett. 1985. - V. 46. - P. 7587-7598.

108. Tang J., Verkade J.G. Nonionic superbase-promoted synthesis of oxazoles and pyrroles: facile synthesis of porphyrins and a-C-acyl amino acid esters. // J.Org.Chem. 1994. — V. 59 — P. 7793-7802.

109. Shevchuk S.V., Davis J.M., Sessler J.L. Synthesis of saphyrins via a '3+1+1' procedure. // Tetr.Lett. 2001. - V. 42. - Iss. 13. - P. 2447-2450.

110. Brooks S.J., Gale P.A., Light M.E. Network formation by a pyrrole functionalized isophthalamide. // Cryst.Eng.Comm. 2006. - V. 8. - P. 877-882.

111. Connors K.A. Binding Constants: The Measurement of Molecular Complex Stability. -Weinheim, New-York: Wiley-VCH. 1987. - 432 p.

112. Gans P., Sabatini A., Vacca A. Investigation of equilibria in solution. Determination of equilibrium constants with the HYPERQUAD suite of programs. // Talanta. — 1996. V. 43. -P. 1739-1753.

113. Катаев Е.А., Колесников Г.В., Мышковская Е.К., Тананаев И.Г. Новые макроциклические лиганды на основе бипиррола для связывания перренат и пертехнетат-ионов. // Вопросы Радиационной Безопасности. — 2008. — № 4. — С. 16-22.

114. Katayev E.A., Kolesnikov G.V., Sessler J.L. Molecular recognition of pertechnetate and perrhenate. // Chem.Soc.Rev. 2009. - V. 38. - P. 1572-1586.

115. Колесников Г.В., Катаев Е.А. Новые рецепторы на перренат- и пертехнетат-ионы. // Всероссийская конференция «Научный потенциал-XXI». Москва, Российская Федерация, апрель 17-19, 2008. С. 37.

116. Katayev Е.А., Schmid М.В., Kolesnikov G.V. Control of coordination and covalent self-assembly. // Symposium in Supramolecular Chemistry. Essen, Germany, February 24-25, 2011. P. 9.1. БЛАГОДАРНОСТИ