Регуляция процессов окисления и молекулярное узнавание моно- и дигидроксибензолов и их производных тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.15 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА. ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.ВЛОМОНОСОВЛ

Химический факультет

На правах рук от,с:

ЕЛИСЕЕВ Алексей Викторович

УДК: 541572.S3; 541.128.12

РЕГУЛЯЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОКИСЛЕНИЯ И МОЛЕКУЛЯРНОЕ УЗНАВАНИЕ MOHO- И ДИГИДРОКСИСЕНЗОЛОВ И ИХ ПРОИЗВОДНЫХ

02.00.15 - химическая кинетика и У.тталиэ

Автореферат диссертации на соисханяе ученой степени кандидата химических наук

Москва -1991

Работа выполнена на кафедре химической энзнмолошм Химического факультета МГУ

Научный руководитель: доктор химических наук А-К-Яцимирский

Официальные оппоненты: доктор химических наук АА-Штейнман доктор химических наук СЗЗайцев

Ведущая организация: Институт элеменгоорганических соединений им. АЛ .Несмеянова

Защита состоится 1991П в час на заседании

специализированного совета А053.05.76 по химическим наукам при Химическом факультете МГУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета МГУ •28

Автореферат разослан е^&^Л? 1991 г.

Ученый секретарь

специализированного совета ^ уу^ кандидат химических наук /^^^^^СОЛХосг

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Бноимитирующии подход к регуляции химических реакции представляется чрезвычайно перспективным, так как позволяет использовать принципы организации высокоэффективных природных каталитических и рецепторлых систем для осуществления традиционных химически« превращений. В частности, искусственная регуляция реакций окисления под действием перекиси водорода и молекулярного кислорода может обеспечить оригинальный подход к таким практически важным проблемам, как селективное тдроксилирование ароматических соединений и стабилизация к автоокислению биологически активных молекул и лекарственных средств.

Сохраняет актуальность также проблема "молекулярного узнавания", то есть способности к эффективному и специфическому связыванию молекул определенной структуры, которое также исследуется в данной работе на примерах окислительных превращений катехолов в присутствии модифицированных цикладекстрннов.

Научная новизна. В работе предложены методы влияния на позиционную селективность гидрокснлирования фенола и его производных в системе Гамильтона. Наиболее эффективными из них являются ковалентная стерическая защита гидроксильной группы (повышение пара-селективност более, чем в Ю раз) и включение субстрата в полость р-цдклодекстрина (дополюггельное .двухкратное увеличение пара-селективностн).

Синтезированы несколько новых амштпроизводэлх р-циклодекстрииа » изучено их влияние на окисление ряда ароматических 1,2-днолов кислородом воздуха. Установлено, что характер влияния циклодекстриноа может быть различным (ускоряющим, ингибирующим и изменять ход реакции) в зависимости от природы субстрата.

Исследовано влияние различных факторов на связывание катехолат-анионов и родственных соединений с катионными цшслодексгринами. Показано, что сшгтезированные циклодексгршы могут служить эффективными искусственными рецептора ш фенольных соединений. Довольно высокая степень "узнавання" в этих системах обусловлена независимым участием электростатических и гидрофобных маимодействии в связывании субстрата.

Практическая значимость. Работа выполнена в рамках темы "Разработка тучных основ получения и применения металлокомплексных и биоорганических саталнзаторов для создания новых технологических процессов", номер Госрегисграции 01870041733.

Достигнутая в работе пара-селективность гидрокснлирования производных фенола является самой высокой из известных для модельных опием Предложенный подход может бьпь нсиользовзд для селек'птного сшп ■* ¡ч

гидрохинона, что является промышленно важной задачей. Синтезированные катиоцныс циклодекстрины могут служить эффективными стабилизаторами от окисления таких природных молекул, как кофейная кислота и других биологически активных анионов.

Дпробацня работы. Основные результаты работы были представлены на Конференции молодых ученых химического факультета МГУ (Москва, 1990г.), научно-теоретической конференции "Экология окружающей среды" (Ташкент, 1990г.), 7-й Международной конференции молодых ученых по органической и биологической химии (Варна, 1990г.).

Публикации По материалам диссертации имеется 5 публикаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (2 главы), экспериментальной части, изложения результатов исследований и их обсуждения (2 главы), заключения, в: (водов, списка цитируемой литературы, включающего ссылки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основные пути окислительной деградации ароматических соединений в природных системах отражены на Схеме 1.

В настоящей работе исследовались пути регуляции наиболее биологически важных маршрутов (1Д) и (4-7). В большинстве случаев в качестве основы для систем молекулярного узнавания и катализа превращения фенольных соединений использовались циклодекстрины - циклические олигомеры глюкозы, образующие в водных растворах соединения включения с органическими молекулами. Возможность введения в молекулу циклодекстрина функциональных групп позволяет дополнительно влиять на их связывающие и каталитические свойства.

Влияние стернческих факторов на окисление фенола и его

в системе Гамнлугрпа.

Для проведения реакции ароматического гидроксилирования была выбрана система Гамильтона (Ре' +-гшрокатехии-Н202), являющаяся одной из наиболее эффективных среди модельных систем.

Для влияния на позиционную селективность реакции гидроксилпровання фенола использовали подход, основанный на создании сгерических затруднений в орто-положениях субстрата путем ацилирования гидрОксильной группы и включения субстрата в полость циклодекстрина (Схема 2).

Схема 2.

Кроме этого, изучалось влияние сгерических свойств катехолатного лиганда катализатора. Полученные результаты приведены в Таблице 1.

Выяснилось, что реакция окисления фенола является автокаталитдаеской из-за образования дополнительных количеств пирокатехина, и структура катехола, входящего в состав катализатора практически не влияет на селективность. Наибольшее увеличение пара-селективности дает ховалеотиая защита гндроксильной группы. Достигаемое соотношение пара-/орто - =7/1 является максимальным среди известных для реакций этого типа. Включение ацильного производного в полость циклодекстрина дает дополнительна увеличенивает явря-селективностъ вдвое.

Таблица 1. Гидрокснлирозание фенола н фениловых эфиров в системе Ре(Ш) -катехол - Н2О2

Продукты гидроксилировання

Катехолатный

Субстрат Общий выход орто мета пара

лигаид % %

РЮН пирокатехин 392 54 3 43

и I 29.7 53 4 43

кофейная к-та 33.1 51 4 45

ГЬ0С(0)СНз пирокатехин 19.1 33 4 63

1'Ь0С(0)С2"5 л 8.9 14 следы 86

РЬСЗЦСН^з РЮС(0)СН3 11.9 37 следы 63

кофейная к-та 14.1 52 - 48

В присутствии 0.01 М ь-со 76

РЬ0С(0)СНз пирокатехин 105 2-1 -

- - кофейная к-та 2.0 90 10

Таким образом, объединение предложенных подходов может позволить изменить позиционную селективность реакции гидроксилирова1ия от статистического пара-/орто-=\¡2 до почти исключительного образования пара-продукта.

Влияние катионных ииклолекстринов да окисление 1г2-дигидроксибензолОй

КИСЛОРОДОМ роэдуха

Общие закономерности и синтез амнноцислодекстринов

Исследовались реакции окисления катехолов (Схема 1, (5-7)) с кислородом воздуха (автоокисления) в щелочных средах. Незамещенный Ь-циклодексгрин практически не .изменяет скорость и характер автоокисления катехолов. Поскольку реакштонностюсобной частицей являются катехолат-анионы, мы синтезировали ряд цнклолекстрнноо с катионными заместителями (1а-г). (Схема 3).

Оказалось, что катионные производные р-циклодекстрина оказывают значительное воздействие на автоокисление катехолов (На-з) даже при низкю концентрациях.

На рис. 1(а,б) в качестве примеров показано влияние различных циклодекстринов Не наблюдаемые константы скорости автоокисления кофейной (Пд) и тдрокофейнси" (Нг) кислот.

По-видимому, более высокая э<5хрективносгь катионных цнклодехстрино! обусловлена лучшим связыванием реакциоиноспособных катехолат-анионоо Поскольку аминогруппы циклодекстринов (1а,б) имеют рКа > 10, как это тнпичне уля яторичных аминое, а рКа исследуемых катехолов не превышает 10, мм выбрал!

аля кинетических исследований среду с рН 10, где максимальны относительны* концентрации катнониой формы циклодекстрина и анионной формы катехола.

ОО^^На,

ИеИ^У Мез".

СНГ

МеОН

Р

КеНН

(а)

Н^М

(в)

СЮ^®-®^!. РУ

"П

КеШ^ МеШ

7

КгХН НЯНв Н^Н'

(б)

<г)

Схема 3

(1)

К

V

(И)

он

4 он

И =Н (а)

согн (б)

сн2с0гн (в)

(СН2)2СОгН (г)

СН=СНС02Н (А)

СН(ОН)СХ)2Н (с)

СН2ГШ2 (я) СН2СН(Ш2)С02Н (э)

M

it1 *o

1

« л

« •

а

5

10

13

♦ 88

4 3-1 4 3-1

10 Cc6, dm mol 10 Ca, dm mol

Рис. 1. Влияние р-идклодгкегриш (p), (la) (й) и (¡6) m автооюклеше кофейной (a) и гидрокофейной (б) кислот при рН 10.0

Довольно неожиданным явился тог факт, что катиоиные цикладекстрины по-разному влияют на автоокисление катехолов различной природы. Из рис. 1 видно, что возможен как катализ, так и ингибирование реакции. В исследованной серии катехолов мы наблюдали три различных типа воздействия на автоокисление катехолов разной структуры.

Кофейная (Нд) и 3,4-дигидроксибензойная (116) кислоты

Автоокисление этих соединения кпгибируется цикладекстринами. По литературным данным основным продуктом окисления кофейной кислоты в этих условиях является соответствующий орто-хинон (Схема 1, (5)). Спектральный ход реакций автоокисления как кофейной, так и дигидроксибеизойной кислот, полученный в наших условиях подтверждает образование соответствующих продуктов. Все спектры, снятые в ходе реакции, проходят через изобестическую точку при X » 291 нм, что говориг о высокой селективности реакции, не меняющейся в присутствии циклодекстрннов.

3,4-дигидроксифе>шлуксуаша кислота (На), гидрокофейная кислота (Иг), лшидалшая кислота (Ile) и 3,4-дигидроксифешлалонш (ДОФА) (Из)

Автоокисление этих соединений ускоряется циклодекстрннами. Спектры продуктов окисления в большинстве случаев не соответствуют спектрам орто-хинонов и содержат полосы длинноволнового поглощения, что говорит о высокой степени окисления с раскрьгшем идола (Схема 1,(6,7)).

Пирокатехин и 3,4-дигидроксибензиламин

Автоокисление этих субстратов в чистом водном растворе и в присутствии циклодекстрннов приводит к различным продуктам. Простейшее объяснение этого факта конденсацией промежуточного хшюна с аминогруппами (1а) и (16) было огвершуто о связи с тем, что четвертичные аммониевые соли (1в,г) дают такой же эффект, как (1а,б). Существенное различие в поведении ?тих катехолов в чистом

*

оолном растворе н в присутствии циклодекстринов было найдено при кинетическом исследовании реакций.

Кинетика аатоокислашя свободных и связанных катехолов

Реакщш автоокисления всех изученных субстратов хак в присутствии, так и в отсутствие циклодексгрннов имеют первый кинетический порядок по отношению к катехолу, за двумя исключениями: пирокатехин и 3,4-днгидрокснбензнламин. Аля этих соединений второй порядок реакции окисления без циклодекстрша меняется на первый при его добавлении. Этот факт объясняет упомянутое выше изменение пути реакщш в присутствии (I). Продукты реакции в отсутствие цихлодекстр'.гна, по-видимому, образуются через бимолекулярную конденсацию интермедиатов. Включение катехолов в полость блокирует этот процесс и промагирует образование продуктов окисления единичной молекулы субстрата.

Независимо от характера влияния циклодекстринов, кривые зависимости скорость реакции - концентрация циклодекстрииа всегда выходили на предельный уровень при высоких концентрациях циклодекстринов, что позволило вычислить константы (К) связывания катехолов (5) и константы скорости автоокисления свободного и связанного субстратов (Табл. 2).

Как ускоряющие, так и замедляющие эффекты циклодекстринов могут достигать 8-10 раз. Ингибирующее влияние проявляется по отношению к тем катехолам, которые дают орто-хннон в качестве основного продукта. Определяющей скорость стадией здесь является бимолекулярный перенос электрона с катехолат-аниона на молекулярный кислород. Таким образом, наблюдаемый эффект можно объяснить простой сгерической защитой связанного катехола от молекулы кислорода. В соответствии с этим объяснением, цихлодекстрины (1в,г), имеющие более объемистые триметиламмонневые группы, дают более высокий ингибирующий эффект.

В соответствии с представленными выше результатами катехолы, принадлежащие ко второй группе, подвергаются более глубокому окислению, чем кофейная и 3,4-днгидрокснбенэойная кислоты. Известно, что в дальнейшем окислении хиноидных интермедиатов принимают участие восстановленные формы кислорода. Поскольку эти формы имеют отрицательный заряд, а цихлодекстрины (I) являются катионами, причиной катализа может быть электростатическое взаимодействие между супероксид- или пероксид-аиисмом и комплексом щпслодекстрин - хинон при условии, чго эта стадия является лимитирующей.

Каталитический эффект зависит от структуры катехола и возрастает в ряду: 3,4-дигиАрокснфеиилуксусная кислота (Нв) < гидрокофейная кислота (Иг), 'ДОФА (Из) < миндальная кислота (Не). Эта чувствительность к структуре отражает важность ориентации молекулы субстрата в полости циклодексгрина.

Таблица 2. Константы скорости псевдо-пераого порядка автоокисления свободного (ко) и связанного с циклодекстршшм (кг) катехолов общей формулы 3,4-(НО)2СбНзК при рН 10.0 и 25°С.а>

N Я Цкклодекстрин 10*ко,с"* Ю^с.с"1 кс/ко

1. ссь- Па) озз6)

2. СН=СНСОг" (1а) 3.40 1.1 031

3.--- (16) 1.4 0.40

4 - а - (Гв) 0.6 02

5.--- (1г) 02 0.07

6. СИ? СО?" (1а) 6.98 11 1.6

7.--- (16) 92 13

8. СН2СН2С02- (1а) 552 15 2.7

9. —»— 25 45

10. СН(0Н)СО2" (1а) 1.03 85 7.9

И.--- (16) 8.6 8.0

12. СН2СН(НН2)С02" (16) 0.84 >25 >3

13. сн2мн2 (1а) 0.76

14. — « — (16) 1.1

а) константы скорости второго порядка для свободных тгаркатехша (К==Я) и 3,4-лтсдроксибеизиламша (К=СН2гШ2) равны 4.73 и 3.14 М 1с" , соответственно. ' определено, как отношение начальных скоростей реакций в присутстши и в отсутствие (1а).

Молекулярное узнавание

Влияние катионных шдслодекстр:шов на автоокисление катехолов позволяет исследовать помимо каталитических свойств также интересные закономерности связывания субстратов с молекулой-'хозяином". Для лучшего понимания этого аспекта были определены константы связывания катехолов различной структуры при разных значен! у тс рН, а также изучено связывание некоторых родственных соединений. В зависимости от условий и природы исследуемых соединений использовались несколько различных методов определения констант связывания.

Связывание нейтральных катехолов

В диапазоне рН 2.0 - 85 катехолы в водном растворе достаточно устойчивы, и исследование связывания проводилось спектрофотометрическим методом. Константы связывания и условия их определения приведены в Таблице 3. Видно, что катионные циклодексгрины связывают катехолкарбоновые кислоты, существующие при рН 6.0 в виде соответствующего моноаниона с депротонированной карбоксильной группой, в несколько раз лучше, чем незамещенный циклодекстрин. Этот эффект может бьгть отнесен на счет электростатических взаимодействий карбоксилат-аниона с аммонийными труппами (1а,б).

Из литературных данных известно, что среднее значение свободной энергии злект{юстатическнх взаимодействий на одну ионную пару, ЛО^р, составляет для комплексов включения различной структуры -5 кДж/моль. Эго соответствует при-

Таблица 3. Константы связывания (К) некоторых катехолов с циклодекстринами, определенные спектрофотометрнчески при длинах волн А с использованием разность« коэффициентов экепппецин ^ - еСОБ) "Р" рН 6.0 и 25°С.

Катехол

1£К (М-1)

Я (им)

р-СБ (1а) (16)

224 2.49 2.64

<2 <2 <2 227 < 2 2.66

285 280 280 285

250 75 100 2700

близнтелыю десятикратному возрастанию величины К. По-видимому, значительна меньший эффект, наблюдгюияшея в данном случае, объясняется большим расстоянием между ионными группами. Такое разделение зарядов соответствует неблагоприятной ориентацш карбоксилатного аниона, показанной на рис. 2 а.

Связывание катехолат-аыштов

Как отмечалось выше, запредвливающийся характер влияния катионных цнклодекстрниов на скорость автоокиелешга позволяет вычисл1ггь коистанты связывания из кинетических данных (см. Экспериментальную часть).

Объединение двух методов - спектрофотометрического и кинетического -позволяет изучить связывание субстратов с щпслодекстринами в широком интервале рН. На рис. 3 показана рН-зависимосгь констант связьшаиия кофейной кислоты (Ид) с 0-циклодексгрином и (1а), определенных обеими методами. Связывание с р-цнклодекстршюм ослабевает при рН > 4, когда кофейная кислота переходит в форму моиоаниона ( рКа = 45 и становится пренебрегало малым при рН > 8, при депротонированнн 3,4-дигидроксифешльнсй группы. Это вполне естествешю и связано с потерей гидрофобностн "гостя" при депротонировагаш. Конста1ггы же связывания с катионным циклодекстршюм (1а) не уменьшаются при рН 4-5 и достигают максимума при рН 95-10.

Электростатическое взаимодействие карбоксилат-шшона с аммонийной группой цшслодексгрина, очевидно, компенсирует уменьшение шдрофобноспи катехола в области рН 4-5, а дополнительное взаимодействие с депреггоннровашю!! 3,4-дигидроксифенильной группой (рКа = 8.76) обеспечивает увеличение константы при рН > 85. Значаще рКа вторичной аминогруппы (1а) составляет около 10.7. Эп> объясняет понижение К при рН > 105, поскольку депротонирование ампжкруипи делает (1а) нейтральным.

В Таблице 4 приведены константы связывания для всей серии катехолов при рН 10.0, когда не менее 94% (II) существует в анионной и не менее 80% (I) в катионнон форме. Из данных, приведенных в Таблицах 3 и 4 выгекают несколько закономерностей.

Связывание катехолат-анионов с дикатионными циклодекстринами всегда лучше, чем с моиокатиониыми, кроме случаев (На), где имеет место обратный эффект и (Нж), где константы связывания практически одинаковы для обоих (I). В соединениях (На,к) отсутствует карбоксклатная группа. Поэтому количественный учет вкладов различных взаимодействий в свободную энергию связывания проводился для ряда структурно аналогичных молекул-"гостей" (Нб-е,з) с "хозяевами" (1а,б).

Используемый б литературе подход Рис.2. Возможные способы для учета электростатического вклада включения катехолов в полость ДСе1, предсказывает, что циклодексгрина.

ДОе1 = ДОф-п

где п - число всех возможен попарных ионных взаимодействии в комплексе "гость"-"хозяин". Для оценки ДОф мы усреднили все вклады в изменение свободной энергии связывания, вызванное появлением дополнительного единичного заряда (например, разница в константах связывания (Ил) с (1а) и с (16) соответствует Двф = -53 кДж/моль). Предполагая структуру соединений включения с (Пб-с,з), показанную на рис. 2 б, и пренебрегая взаимодействиями с удаленной карбоксилатиой группой (см. ниже) можно оценить среднее значение ДО|р, которое оказывается равным -5.9± 1.8 кДж/моль для взаимодействий между сближенными катехолат-аиионами и аммонийными группами (1а,б), что сравнимо с изаесгны?«ш из литературы данными для "гостей" другой природы.

Особенностью четвертичных аммониевых групп является то, что они не диссоциируют при высоких значениях рН, Это позволяет пропер.ггь данное выше

>". «I

>»; o--. il

в

Таблица 4. Константы связывания (К) катехалоз (II) с циклодекстрннами (1), определенные по влиянию цшслодекстргаюв на скорости автоокнслення катехолов при рН 10.0 и 25°С.

Катехол

(1а)

1цК (КГ1)

(16)

(1в)

(1г)

Л«

(На) 3.76 3.19 2.15

(Нб) 3.02 1.87

(Нв) 322 4.43 1.41

(Иг) 4.15 4.77 1.90

(«А) 3.80 4.72 2.40" 2.78 2.10

(Не) 2.11 2.82 0.40

(Их) 3.48 354 1.09

(Из) < 1 130 -1.43

3 Логарифмы коэффициентов распределения соответствующих производных бензола между октан олом и водой. " 1яК = 2.64 при рН 11.0.

объяснение максимума на рис. 3. Действительно, константа связываши (11а) с (1н) не уменьшается при рН > 10 (см. примечание к Таблице 4).

4.0

3.5

« ад

з.о

2.5

2.0 -

р/С, рКш рК.

6 8 рН

Рис.3. рН-Зависи иостъ коисга. г сваливания кофейной кислоты (Ид) с /I циклодекстрииол (Ь) и (1а) (а)

Помимо электростатики, следует принимать во внимание также тдрофобность молекул-YocreiT. Широко используемой мерой гндрофобносп является логарифм константы распределения данного соединения между неводныги растворителем, например, октанолом (Poet) и водой. Поскольку в литературе недостаточно данных по распределению катехолов, мы использовали дл? корреляции величины Рос1 для сооггветствующнх производиьк бензола: бензойно! кислоты для (116), фенилуксусной кислоты для (Ив) и т.д., приведенные в Таблиц« 4. Эти величины отличаются от истинных на постоянную для всех катехоло; величину.

Рис.4. Зависимость свободной энергии связывания катехолов (II) > имклодекстршииии (I) от гидрофобности молекул ы- "гостя".

Уравнение, описывающее как электростатические, так и гидрофобные вклад! пожег быть представлено в следующей форме:

1о&К = а - С1р п/(23 ЯТ) + ЫоёРос, (1)

где 0)р - - 5.9 кАж/моль, 23ЯТ = 5.7 кДж/моль; "а" к "Ь" - конста1ггы. На рис показаны данные Таблиц 3 и 4 для (ПП-е,з), построенные в координатах уравнен:

(1). Наклон прямой на рнс.4 и отсекаемый отрезок равны, соответственно, *ЪИ™ 1.01 0.1 и "а"» 0.7J ± 0.15. Таким образом, окончательно уравнение принимает вил:

logK - 0.71 + 1.0-n + 1.0-logPoct

Экспериментальные результаты описываются со стандартным отклонением S=030.

Более строгим подходом была бы корреляция, не включающая предварительно оцененных параметров, и принимающая во внимание два типа электростатических взаимодействии, а именно дальние (число попарных взаимодействий п() и ближш<е (число попарных взаимодействий Пр). Это может быть выражено следующим уравнением:

logK ■» а + b logPoct + «mj + d-Пр (2)

Многопараметровая линейная регрессия дает следующие значения параметров уравнения (): "а" = 05±03, V = 1.0 ± 0.1, "с" = 0.09 ±0.19, "d" ■» 1.06 ±0.15 и S » 029.

Уравнение (2) незначительно лучше со статистической точки зрения и дает фактически те же оценки электростатических и гидрофобных вкладов. Так, коэффициент при logPod близок к единице и значение AGjp, полученное из коэффициеэта "d" в пределах экспериментальной ошибки совпадает с приведенным выше. Вклад дальних взаимодействий является статистически малозначимым, и вклад в свободную энергию связывания, вычисленный из коэффициента "с", довольно мал (-0.85 кАж/моль). Этог 1, однако вполне достаточно для объяснения данных для (Пд), приведенных в Таблице 2.

Связывание некоторых родственных соединений

Аля того, чтобы определить, в какой степени щпслодекстрниы (1а,б) "узнают" хатехолат-анионы, мы исследовали связывание в тех же самых условиях коричной кислоты и фенола. Коричная кислота структурно подобна кофейной (Ид), но не содержит ароматических гидроксилов. Фенол же аналогичен пирокатехину (На), но содержит лишь одну гидроксильную группу. Обнарузкилось, что анионные циклодексгрины дискриминируют нейтральный и заряженный фенол аналогично пирокатехину, тогда как ионизация карбоксильной группы коричной кислоты почти не влияет на связывание с (1а).

Полученные результаты показывают, что в ряду структурно подобных соединений, а именно (11б-е,э), как электростатические, так и гидрофобные взаимодействия вносят аддитивные вклады в свободную энергию связывания, уравнение (2). Более того, взаимодействия обоих типов реализуются здесь в максимальной степени, что следует из единичных коэффшшенггоэ при

Б

соответствующих слагаемых в уравнении (2). Комбинация этих взаимодействий обеспечивает весьма сильное и специфичное связывание с константами равновесия, приближающимися к 10^ М'* для цшслодексгрина (16).

Аддитивность электростатических и гидрофобных взаимодействий не является тривиальной, поскольку гидрофобносгь обычно зависит от наличия ионных групп. Структурная особенность циклодекстринов (1а-г) заключается в том, что аммонийные ионные группы пространственно отделены от полости и могут взаимодействовать с ионными группами "гостя", также вынесенными за ее пределы (рис. 26).

ВЫВОДЫ

1. Исследовано влияние стерических факторов на гидроксилирование фенола и его производных в системе Гамильтона. Установлено, что выход продуктов и селективность реакции почти не зависят от природы хелатирующего лиганда. Выход продукта максимален при рН 4.0. Пара-селективность системы Гамильтона возрастает в ряду производных фенола: фенол < триметилсилилфенол < фенилацетат < фенилпропионат, достигая в последнем случае значения, в 14 раз превышающего статистическое.

2. Включение фенилацетата в полость р-циклодекстрина повышает пара-/орто-соотношение продуктов реакции гидроксилирования приблизительно в 2 раза. Включение в циклодексгрин хелатирующего лиганда ингибирует окисление.

3. Синтезированы 4 аминопроизводных р-циклодекстрина (3 из них впервые) и изучено их влияние на окисление рада производных 1,2-дигидрокси бензола кислородом воздуха в щелочных средах.

4. Характер влияния катионных циклодекстринов на автоокисление зависит от структуры катехола: реакция ингибируется в случае превращения в хинон; ускоряется в случае дальнейшего окисления хинона. Включение субстрата в полость препятствует протеканию бимолекулярных реакции конденсации.

5. Использование различных методов, включая кинетические, позволило исследовать связывание катехолов с циклодексгринами в широком интервале рН. Предложены корреляционные уравнения, позволяющие разделить эффекты гидрофобного и. электростатического связывания "гость"-"хозяин". Оба типа взаимодействий реализуются полностью и независимо друг от друга. На основании полученных данных предложены возможные структуры комплексов включения.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Елисеев АЗ, Яцнмирский АХ. Молекулярное узнавание 1,2-дигидрокси бензолов циклодекстринами. // ДоклАН СССР. 1990. т314. N05. с.1158-1161.

2. Eliseev A.V, Yatsimirsky AX. Selectivity of bydroxylation of phenol and phenyl esters in the system Fe(III> catechol- H2O2. // React. Kinet. Catal. Lett. 1991. V.43. No.2. P.419-424.

3. Катионные циклодексгрины - эффекторы автоокисления о-диоксибензолов./ Конференция молодых ученых химического факультета МГУ. Тезисы докладов. М, 1990. с22.

4. Синтетические модели сцдерофоров на основе замещенных р-циклодекстринов./ Тезисы докладов научно-теоретической конференции "Экология окружающей среды". Ташкент, 1990г. с.163.

5. Molecular recognition of catechols by cydodextrins./ 7th International conference of young scientists on organic and biological chemistry. The book of abstracts. Sofia, Bulgaria, 1990. P.L59-161.