Синтез и исследование конформационных и комплексообразующих свойств производных 1,5-дифенил-3,7-диазабицикло [3.3.1] нонан-9-она тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

рГ6 ол

: - ноя Ш'

На правах рукописи УДК 547.824:546.562

ВАЦАДЗЕ СЕРГЕЙ ЗУРАБОВИЧ

СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНФОРМАЦИОННЫХ И ЮМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИХ СВОЙСТВ ПРОИЗВОДНЫХ 1,5-ДИФЕНИЛ-3,7-ДИАЗАБИЦИКЛО[3.3.1]НОНАН-9-ОНА

(02.00.03- органическая химия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 1995

Работа выполнена на кафедре органической химии Химического факультет Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова

Научные руководители:

академик

Н.С.Зефиров

доктор химических наук,

профессор

Н.В.Зык

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор A.B. Анисимов

доктор химических наук,

профессор

М.П. Коротеев

Ведущее учреждение: Институт Органической химии им. Н.Д.Зелинского

()0

Защита состоится___швыа. 1095 года в II час

на заседании специализированного Ученого Совета Д 053.05.46 1 химическим наукам при, Московском государственном университете и М.В.Ломоносова по адресу: 119899, ГСП, .Москва, В-234, Воробьевы горы, МГ Химический факультет, аудитория

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химическс факультета МГУ им. М.В.Ломоносова

Автореферат разослан _1995 года

Ученый секретарь специализированного Ученого Совета, канди; химических наук, старший научный сотрудник —Т.В.Магдесиева

/1<1/ / '

<3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ктуальность темы. Начало химии 3,7-диазабицикло|3.3.1]нонанов (биспидинов) гносится к 1930 году, когда был синтезирован первый представитель этого ласса соединений. Интенсивное исследование 3,7-Диазабицикло[3.3.1]нонанов ачалось в 1950-е годы, когда было найдено, что биспидиновый фрагмент вляются структурной основой биологически активных природных алкалоидов упинового ряда. В дальнейшем был предложен механизм биологического ействия лупиновых алкалоидов, включающий стадии комплексообразования рганической молекулы с ионами кальция и магния, что стимулировало сследования в области координационной химии этих соединений.

Изучение комплексообразования 3,7-диазабицикло[3.3.1]нонанов епосредственно связано с проблемой их конформационного анализа. Особый нтерес представляют 1,5-дифенилбиспид-9-оны, известные своим необычным онформационным поведением и проявляющие свойства локальных нестетиков. В кристаллическом состоянии для некоторых из них установлена онформация кресло-ванна; для описания поведения в растворе принимают уществование вырожденного обменного процесса кресло-ванна ванна-

ресло:

кресло-ванна ванна-кресло

Однако, исследование конформационного поведения 1,5-дифенил-испидонов требует проведения специальных магнитно-резонансных и гнтгеноструктурных экспериментов, а критерии, основанные на методе ИК-тектроскопии, не выдерживают критики. Поэтому разработка простых методов гнесения конформации в данном ряду соединений является необходимым [агом в изучении механизмов их биологического действия. Кроме того, в итературе практически не освещен вопрос об основных термодинамических араметрах этих соединений, таких, как потенциалы ионизации, потенциалы кисления и восстановления, нет данных о масс-спектральном поведении, т.е. гсутствует большой массив объективной информ?ции, которая может прямо или освенно служить целям конформационного анализа исследуемых структур.

В области координационной химии биспидинов накоплен богатый опыт янтеза и исследования структур комплексов переходных металлов, а также агний-, литий- и цинксодержащих комплексов с природными алкалоидами, месте с тем мало уделено внимания поведению комплексных соединений в детворе, их устойчивости, разрознены данные спектральных иследований и

практически не изучены комплексы биспидинов с донорными группами I заместителях при атомах азота.

Варьирование структуры лиганда является одним из основных методо! •'настройки" комплекса на проявление необходимых свойств. Для биспидинм наиболее целесообразно использовать введение дополнительных донорных групг в заместители при атомах азота и исследование происходящих изменений структуры и свойств комплексных соединений:

Полому проблема синтеза такого рода лигандов и комплексов на их основе является важной и актуальной.

Целыо работы является синтез новых полидентатных лигандов на основе 3,7-дизамешенных биспидонов и исследование их конформационного поведения и комплексообразующей способности физико-химическими методами. Научная новизна и практическая значимость. Синтезирован ряд новых 1,5 -дпфе'пилбиспидонов. С помощью ЯМР спектроскопии и рентгеноструктурных исследований проведен конформационный анализ полученных структур. Для ряда алкилзамещенных биспидонов установлена конформации кресло-ванна. Методом динамической ЯМР спектроскопии определены кинетические параметры вырожденной интерконверсии бициклического каркаса для 3,7-ди I по про пи л 71, 5-дифенил-З,7-диазабицикло| 3.3.1 ]нонан-9-она. Установлено, что наличие гидроксильных групп в заместителях при атомах азота может приводить к конформации двойного кресла.

Синтезирована и исследована методами рентгеноструктурного анализа и оптической спектроскопии серия комплексных соединений биспидонов с ионом меди (II). Установлено, что введение в заместители в положениях 3 и 7 гидроксильных групп повышает дентатность лигандов и приводит к изменению структуры и устойчивости комплексов.

Методом циклической вольтамперометрии впервые изучено - редокс-иоведение 1,5-дифенилбиспидонов и их комплексов.

Впервые методами двойной масс-спектромегрии и масс-спектрометрип высокого разрешения установлена схема масс-спектрального распада 1,5-дифенилбиспидонов.

Полученные результаты могут быть использованы при исследовании механизмов биологического действия новых препаратов на основе 3,7-диазабицикло|3.3.1 |нонан-9-онов.

Публикации н апробация работы. Основные результаты работы изложены в 4 статьях. Работа представлялась на 1-ой Международной конференции молодых ученых "Органический синтез: история развития и современные тенденции".

п+

У:

Г

У

лнкт-Петербург, 1994 г., на конкурсе молодых ученых кафедры органическом имии химического факультета МГУ, 1994 г. и на 15-ом Международном онгрессе по химии гетероциклических соединений, Тайбей, 1995 г. Масс-пектральная часть докладывалась на 43-ей конференции Американского бщества по масс-спектрометрии, Атланта, 1995 г.

Структура работы. Диссертационная состоит из введения, литературного обзора ю теме конформационного анализа и комплексообразующих свойств испидонов, обсуждения полученных результатов, экспериментальной часта с I етодиками экспериментов и физико-химическими характеристиками олученных веществ, выводов и приложений с данными рентгеноструктурных сследований.

1. Синтез 3.7-дизамешенных биспидонов и изучение их конформационного

повеления

Для синтеза всех изученных 1,5-дифенилбиспидонов была использована онденсация дибензилкетона, парафорцальдегида и соответствующей аминной омпоненты, взятой в виде четвертичной аммониевой соли (для соединения (I)) ли в виде свободного основания (для остальных соединений):

РЬ

(PhCH,)2CO + 4СН,0

EtOH

R

а сн2-< >

7 (R)-CH(EtyCH,OH

8 (SJ-CH(Me)COOH

9 (S)-CH(Et)COOH

21% 11% 78% 25%

были синтезированы известные ранее соединения заместителями Я = Я = метил (10), аллил (_П), 2-

R

1 Et 27%

2 i-Pr 80%

3 (CH2)2CN 57%

4 (СН2)20Ме 24%

5 (CH2)3OEt 29%

Дополнительно сследуемого ряда с адроксиэтил (12) и карбоксиметил (13).

Конденсация протекает как многостадийный процесс, конечным родуктом которого всегда является бициклический диамин. Даже при зменении соотношения реагентов (1:2:1) в используемых условиях не удается :тановить реакцию на стадии моноциклического производного, что было эказано на примере соединения (2). Приведенные выше данные шдетельствуют, что введение функциональной группы и/или увеличение длины гпи в исходном амине резко снижает выход продукта.

Сочетание в одной структуре двух природных фрагментов - биспидинового аминокислотного, обладающих комплексообразующими свойствами, эедставляется весьма перспективным с точки зрения изучения биологической :тивности. На начало нашего исследования не существовало общих методов штеза карбоксизамещенных 1,5-дифенилбиспидонов. Нам удалось найти

условия, в которых можно эффективно получать производные биспидонов из о аминокислот: реакцию Манниха проводят с калиевой солью аминокислоты пр контролируемом рН (7.0-7.5).

ЯМР-спекгры 13С соединений 1-6, 10-12 в области сигналов каркасных фенильных атомов углерода практически не отличаются друг от друга:

как-С;.

Сигналы протонов бициклического каркаса соединений 1-6 и 10-проявляются на ЯМР ]Н спектрах в виде АВ-системы (химические сдвиги области 3.5 и 3.1 м.д. и константы спин-спинового взаимодействия 27 10-11 Гц)

На основании ЯМР-спектров было предположено, что соединения 1-6 10-12 в растворе характеризуются одинаковым конформационным поведенж (ранее для 10 было доказано существование равновесия кресло-ванна ванн кресло в растворе, в кристаллическом состоянии для соединений И) и Ц найде конформация кресло-ванна ). Для доказательства этого предположения бы. проведены следующие исследования.

Методом рентгеноструктурного анализа для 3,7-ди(2-цианоэтил)-1, дифенилбиспид-9-она 3 бьиа найдена конформация кресло-ванна кристаллическом состоянии.

Существование обменного процесса КВ - ^ В К в растворе в случае 3 диизопропил-1,5-дифенилбиспидона 2 было доказано изучением зависимое спектров ЯМР 13С и 'Н от температуры.

В спектре 13С при низких температурах (ниже -74 °С) происхо/1 разделение одного сигнала от С2, С4, Сб и на два равной интенсивности (С, СьЬ относящихся к разным кольцам, с максимальной разницей химическ сдвигов 6.6 м.д. Сигнал метальных атомов углерода также распадается на дв; при 17.56 и 17.04 м.д. Остальные сигналы остаются практически без изменен] По соображениям симметрии такое наблюдение согласуется с предположениел существовании при низких температурах индивидуальных конформеров крес; ванна. Температура коалесценции сигналов Са и Сь составляет -73.5 ± 1.5 ' Рассчитанная энергия активации вырожденной интерконверсии КВ ВК данной системе равна 8.6 ± 0.1 ккал/моль.

Проведенные нами эксперименты позволили впервые описать 'Н спектр :онформера КВ и соотнести сигналы в протонных и углеродных спектрах. Спектр ПМР при -100 °С в области каркасных протонов представляет собой [етыре сигнала А, В, С, Б, соответствующих двум АВ-системам протонов с юпарно одинаковыми КССВ. Для корректного отнесения сигналов были ыполнены эксперименты по селективному гомо- и гетероядерному резонансу. В 1езультате для индивидуального конформера кресло-ванна получены следующие ¡анные по значениям химических сдвигов и взаимосвязи сигналов:

Значение энергии активации интерконверсии, оцененное по температуре соалесценции протонных сигналов А и В, хорошо согласуется с полученным из :пектров 13С. Максимальная разница химических сдвигов 0.36 м.д., температура соалесценции -83.5 ± 1.0 °С. Расчитанное значение барьера инверсии равно 8.7 Ь 0.1 ккал/моль, что в пределах ошибки эксперимента совпадает с полученным 13 анализа 13С ЯМР-спектров. Предполагается, что динамический процесс шверсии бициклического каркаса происходит независимо от пирамидальной шверсии атома азота.

Близкие значения химических сдвигов атомов углерода бициклического :аркаса и фенильных групп в ЯМР 13С спектрах биспидонов 1-6 и 10-12 дают >снование утверждать, что все эти соединения при комнатной температуре фетерпевают быструю (в шкале времени ЯМР) вырожденную интерконверсию :ресло-ванна (КВ) — ванна-кресло (ВК) (Рисунок 1). При этом сигналы фотонов Нак (аксиальный протон кольца кресло), Нев (экваториальный протон :ольца ванна) и Нек (экваториальный протон кольца кресло), Нав"(аксиальный [ротон кольца ванна) соответственно должны усредняться, что и наблюдается в фотонных спектрах.

кресло-ванна ванна-кресло

'исунок 1. Инверсия биспидинового каркаса в 1,5-дифенилбиспид-9-онах.

Далее мы исследовали особенности ЯМР-спектров 1,5-дифенилбиспид-5 онов, находящихся в конформации двойного кресла. Как было известно и литературы, данную конформацию в кристалле имеют комплексы биспидинов четвертичные аммониевые соли, в которых, как правило, протон находите между двумя атомами азота.

Нами изучены хлоргидраты Ц4) и (15) соединений 2 и 4, синтезировании пропусканием сухого НС1 через раствор биспидона в бензоле ил четыреххлористом углероде. Кроме этого мы исследовали трифторацетаты (16) (1Z) соединений I и 12, полученные in situ в ЯМР-ампуле добавлением избытк кислоты. В качестве модельного координационного соединения был изуче комплекс (18) соединения 1 с безводным хлоридом магния, который получали situ кипячением раствора лиганда в дситерохлороформс с двукратным нзбьпко соли в вакуумированной запаянной ЯМР-ампуле.

Переход конформации КВ в свободных биспидонах к КК в четвертичнь аммониевых солях 14, 11, 16 и 17 и комплексе 18 сопровождается следуюши\ важнейшими изменениями ЯМР-спектров:

- 1) дезэкранируются сигналы атомов С9 на 4.5-7.7 м.д. и С, на 7.5-11.2 м.д.;

- 2) происходит слабопольный сдвиг сигналов каркасных протонов и протоне при а-атоме углерода в заместителе И, при этом сигналы протонов Нс для ВС1 соединений проявляются в области 4.0-4.1 м.д.

Полученные нами параметры спектров ЯМР 13С конформеров К коррелируют с аналогичными для ранее изученных 5,7-дифенил-1,

С6: 207.2 Св : 207.6

С, : 138.7 С1 : 132.1

12 20

Проведенное исследование показало, что наиболее характеристичными точки зрения отнесения конформации 1,5-дифенилбиспид-9-онов являют химические сдвиги атомов углерода карбонильной группы и четвертичн]

атомов углерода фенильных колец: для соединений, находящихся в обмене КВ ВК, сигналы С9 и С, лежат в области 210-212 м.д. и 142-143 м.д. соответственно; конформация двойного кресла характеризуется значениями 204207 м.д. и 132-139 м.д.

Разработанный нами подход был успешно использован при исследовании

7 8 2

В случае биспидонов (7-9) фиксирование конформации КК происходит, по-видимому, за счет образования внутримолекулярных водородных связей. Заключение о таком конформационном поведении основано не только на характерных химических сдвигах С9 (в области 205 м.д.) и Q (в области 135 м.д.), но и на наличии у всех протонов каркаса констант спин-спинового взаимодействия V (2.4-2.8 Гц), связаннь1х с указанными ниже (на примере дикислот 17-18) взаимодействиями экваториальных протонов одного цикла (4Лте-Не) и взаимодействиями аксиальных протонов соседних циклов (4^Цл-На):

На примере соединений 7-9 впервые показано, что зафиксировать конформацию КК в 1,5-дифенилбиспидинах можно не только превращением в аммониевую соль, по и введением в заместители при атомах азота специфически взаимодействующих групп.

В заключении этого раздела следует отметить, что разработанный нами метод определения конформации 1,5-дифенилбиспидонов наиболее целесообразно применять для моноторинга образования комплексных соединений в растворе.

2. Синтез и исследование комплексных соединений 1.5-дн(Ьенилбиспилонов а). Исследование комплексных соединений меди с бидентатными биспидонами

Комплексные соединения 21-27 синтезировали из безводного СиСЬ и

/

СиВг2 и соответствующего лиганда.по схеме:

Р}: Ме 21 25 аллил 22 26 * Е1 23* П" ЮУгСЫ 24

Состав комплексов подтвержден-данными элементного анализа. Комплексные соединения (23 , 26 и 27) выделены в виде аддуктов с хлороформом СиЬХг (СНС1з)„ (Ь-соответствующий лиганд, п=0.5-1.3).

Соединения 22, 24 и 26 изучены методом рентгеноструктурного анализа. Основные параметры координационного окружения металла для исследованных структур приведены в Таблице 1.. Структуры дихлоро- и дибромокомплексов 22 и 26, содержащих один и тот же биспидоновый лиганд 11, не имеют принципиальных отличий.

Таблица 1. Важнейшие длины связей, расстояния и углы в галоидных комплексах .биспидонов СиЬХг 22, 24 и 26 по данным рентгеноструктурных _исследований.__

Расстояния, А Углы, 0

Комплекс Си-Ы Си-Х Ы-Си- Х-Си-Х' Между

N1' плоскостям

Ы-Си-Ы' и X-

Си-Х'

22, (А)» 2.022(4) 2.221(2) 2.81 88.3(2) 104.1(1) 62.7

2.010(4) 2.228(2)

(Б)* 2.021(4) 2.242(2) 2.80 88.1(2) 104.2(1) 62.6

Х=С1 2.003(4) 2.212(2)

24, (А)* ■ 1.99(1) 2.241(5) 2.81 89.6(5) 101.9(2) 65.5

2.00(1) 2.225(5)

(Б)* 2.01(1) 2.231(6) 2.84 90.5(5) 100.9(2) 60.7

Х=С1 1.98(1) 2.205(6)

26, Х=Вг 1.999 2.335 2.82 88.9 104.4 63.8

2.027 2.346

"■-кристаллографически независимь)е молекулы

Общий вид комплексов на примере соединения 26 приведен на Рисунках

а-б.

а). б),

'исунок 2. а). Перспективный вид комплексного соединения 26; б), проекция яруктуры на плоскость метиленовых групп бициклического каркаса.

Координационное окружение атома меди во всех комплексах представляет :обой искаженный тетраэдр. Из Рисунка 26 видно, что симметрия органического шганда (за исключением фенильных фрагментов) близка к Сг- Необходимость сомпактной упаковки молекул в кристалле "замораживает" один из «торможенных конформеров, связанных с вращением вокруг экзоциклических Ч-С-связей (связи N1-011 и N2-08 - Рис.2а,б). Стерические требования )бъемных заместителей при С8 и С11 (Рис.2б) вызывают искажение идеальной еграэдрической структуры и существенное отклонение угла между плоскостями Ч-Си-Ы и Х-Си-Х от 90° (Табл.1).

Очевидно, что снятие ограничений на вращение вокруг указанных связей три переходе комплексов в раствор, должно приводить к возникновению «скольких энергетических состояний разной симметрии:

ч х

/Л—\ / Л /—

СНг— N Си Н—СНг , сн2—N Си >1—СНг

* \-\,—/ \ / / \

\ /

С, \ /

Я—СНг—Си —СНг—Р?

С2\/ X

В случае Я=Н (комплексы 21 и 25) в растворе по существу присутствуют только :остояния симметрии СДля Я=алкил (остальные структуры) существование

состояний симметрии С2 можно, в принципе, обнаружить методами оптическо спектроскопии, т.к. могут проявляться электронные переходы, запрещенные рамках группы симметрии С-^.

В электронных спектрах (700-1500 нм, СНС1з) в растворах все исследованных комплексов наблюдаются две полосы поглощения в области 76( 860 нм и 990-1015 нм (Таблица 2). Помимо этого в спектрах соединений 23, 7 (Я=Е1) и 22, 26 (К=аллил) проявляются полосы при 1270-1360 нм. Длины вол максимумов поглощения для однотипных переходов мало отличаются в рях исследованных соединений, что позволяет предположить одинаков^ равновесную псевдо-тетраэдрнческую координацию для всех комплексов растворе.

Дополнительное доказательство одинаковой структуры комплексов растворе следует из характерных полос переноса заряда. Для хлоридны комплексов значения длин волн в максимумах поглощения (±5нм) находятс при 356, 300 и 256 нм, для бромидных - 425, 325 и 240 нм.

Таблица 2. Данные электронной спектроскопии поглощения комплексе

диалкилзамещенных биспидонов с галогенидами меди СиХ?.

Замест Галоген Х.Макс> нм (ОТН. Ачакс- НМ (ОТН. ^макс, нм (отн.

итель интенсивность) интенсивность) интенсивность)

21 Ме С1 760 (1.0) 1015 (1.3) *

23 а 811 (1.0) 1030 (0.6) 1270 (0.8)

22 Алл ил С1 820 (1.0) 1030 (0.8)** 1250 (1.0)

25 Ме ' Вг «60 (1.0)** 1010 (1.2) *

21 Е1 Вг 840 (1.0) 1016 (0.7) 1320 (0.7)

26 Алл ил Вг 868 (1.0) 992 (0.8) 1360 (0.6)

* - не проявляется

** - проявляется в виде плеча

Из данных Таблицы 2 видно, что для комплексов с метальным заместителями (21 и 25) в спектрах не проявляются полосы поглощения области 1250-1360 нм. В спектрах комплексов с этильными и аллильным заместителями (22, 23, 26, 27) поглощение в этой области достаточн интенсивно. Это можно объяснить тем, что в спектрах этих комплексе проявляется дополнительная полоса, свидетельствующая о наличии состояни симметрии более низкой, чем Сг^.

Таким образом, по данным электронной спектроскопии поглощени можно сделать вывод, что комплексные соединения биспидонов в раствор имеют одинаковую, предположительно тетраэдрическую, структуру.

В ИК-спектрах галоидных комплексов биспидонов полоса поглощени карбонильной группы наблюдается при более, высоких частотах (сдвиг 15-2 см"1) по сравнению с исходными лигандами (Таблица 3). Этот эффе»

рояшмется как в твердой фазе, так и в растворе, что было показано на примере эмплекса 25.

аблица 3 Данные полос поглощения чс=о карбонильных групп в ИК-спектрах

комплексов биспидонов

Сомплекс Усо, СМ"1 Комплекс уСо, см"1 Комплекс уСо> см"1

21 1750 24 1750 27 1750

22 1750 25 174а

23 1740 26 1750

По-видимому, основной причиной повышения частоты \'с=о в комплексах вляется искажение геометрии мостикового карбонильного фрагмента. Такое бъяснение хорошо согласуется с полученными нами данными ентгеноструктурных исследований лиганда 3 и его комплекса 24: при переходе онформации от КВ в свободном амине к КК в комплексе угол С-С(0)-С меньшается. Наблюдаемые сдвиги являются для рассматриваемых комплексов истематическими и могут являться одним из признаков их образования.

б"). Синтез и исследование строения комплексных соединений меди с тетрадентатными биспидонами

Как указывалось выше, введение в заместители при атомах азота испидонов функциональных групп с донорными атомами (ОН или ОЫ) величивает дентатность соответствующих лигандов и может влиять на тереохимию и устойчивость комплексных соединений.

Внутрикомплексные соли (28) и (29) были получены из кислот I и П и вежеприготовленного гидроксида меди кипячением в абсолютном спирте с обавкой диметилфорамида:

28, (? = н

29, И = (|_)-Ме

Дальнейшая перекристаллизация из водного ДМФА дает соединения 28 и !9. Последнее, по данным РСА, кристаллизуется в виде дигидрата и имеет две «зависимые молекулы в ячейке. На Рисунке 3 показано взаимное расположение ■юлекул в кристалле.

Рисунок 3. Перспективный вид взаимное расположение кристалле независимых молеку соединения 22-

В качестве пример комплекса с диолами ряда 3,7 диазабицикло|3.3.1]-нонана бы изучен комплекс (30' полученный из биспидона 12 хлорида меди. Кипячение спирте хлорида меди с лигандо] 12 приводит не просто образованию адамантаноподобной структуры, как в случае бидентатны алкилзамещенных биспидонов, но и к замене одного из внутрисферных хлорид анионов на два координированных гидроксильных атома кислорода: о о

т. №

' Си СЬ

Сй-

'но

На ^Рисунке 4 изображен перспективный вид катиона [СиЬС1]+ (Ь-соединени 12) комплекса 30. По данным РСА, соединение 30 кристаллизуется в вид сольвата с одной молекулой этанола и воды.

Рисунок 4. Общий вид катиона [СиЬС1] комплекса 23.

Рентгеноструктурное исследовани комплексов 29 и 30 показывает, чт координация иона меди в комплексах тетрадентатными лигандами отличается о рассмотренной выше для галоидны производных. Жесткое расположени

етырех донорных атомов в одной плоскости вынуждает ион металла принимать вадратно-пирамидальную координацию. Пятым лигандом для одной из [езависимых молекул в случае комплекса 22 является карбонильный атом :ислорода соседней независимой молекулы (Рисунок 3, атом 04'), для которой в вою очередь пятым лигандом служит одна из молекул воды (Рисунок 3, атом )11). В комплексе 30 роль пятого лиганда принадлежит одному из хлорид-нионов (Рисунок 4, атом СП).

Анализ структурных данных (Таблица 4, Рисунок 5) показывает, что оба оединения имеют близкие геометрические характеристики окружения металла.

б).

Кроме приведенных в Таблице 4 значений, необходимо отметить, что в труктуре 29 атомы меди отклоняются от плоскости N-N-0-0 в среднем на 0.34 I ; направление связи. Си-Х отклоняется от нормали к той же плоскости в реднем на 2.1°. Для структуры 30 аналогичные параметры равны 0.37 А и 3.0°.

Таблица 4. Важнейшие расстояния и углы в комплексных _соединениях 22 и 23.__

Расстояния, А Углы, 0 1

Сомгш. Си^ Си-О Си-Х О-О' ^аич' О-Си-О'

'2, А* 1.989 1.949 2.216 2.839 2.822 90.0 93.6

2.026 1.922

Б* 2.025 1.914 2.199 2.809 2.816 89.0 93.5

(=0 1.984 1.953

!3 2.013 2.021 2.426 2.781 2.792 87.1 95.3

<=С1 2.024 1.999

-независимые молекулы

Таким образом, структурные исследования показывают, что, в отличие с бидентатных производных,* координационное окружение меди в комплексах тетрадентатными биспидонами представляет собой квадратную пирамиду.

3. Исследование 1,5-ди(Ьенилбиспидонов и их комплексов в растворе методом циклической вольтамперометоии

Метод циклической вольтамперометрии (ЦВА) позволяет изуча" термодинамические характеристики органических и металлоорганичесю соединений в растворе. Нами изучено редокс-поведение комплексов меди(И) 2 23. 28, 29 и соединений 1, 2, 4, б, 10, 11 и 19. Потенциалы окисления восстановления приведены в Таблице 5.

Таблица 5. Потенциалы окисления (Е°х) и восстановления (Е8®*1) соединений 1, 2, 6, 10, Ц, 19 и комплексов меди 21, 23,

Соединение Е„их, В т- Кей т. Е0 , В , —V" А' • •> Соединение ЕпШ В -Е»"", В

1 2.17 * 21 2.12 , 0.03; 0.54

2 больше 2.0 * 23 2.07 0.01; 0.78

6 больше 2.0 * 28 ** 0.54: 0.99

10 2.09 * 29 1.52 0.36: 0.72

11 больше 2.0 * 19 1.32 *

* - Не восст.

** - Не окисл. до 2.0 В

Биспвдоны окисляются необратимо в одну стадию при достаточно высок) потенциалах (больше 2 В). Исключение составляет 2-метоксиэтильн< производное (41, для которого потенциалы окисления и восстановлен! составляют +1.39 В и -1.51 В соответственно. Очевидно, такое поведен! объясняется наличием способной к окислительно-восстановительны превращениям метоксиэтильной группы. В случае остальных биспидонов м предполагаем, что процесс окисления идет по иеподеленной электронной па] атома азота с последующими быстрыми необратимыми превращениям образующегося ион-радикала (особенности превращения молекулярных иош изучены масс-спектрально, см. ниже). Диазаддамантанон 12 также окисляет« необратимо, но характеризуется меньшим значением потенциала окисления.

Восстановление комплексов 21 и 23 протекает в две одноэлектроннь стадии, причем на первой происходит разрушение комплекса, что мож> свидетельствовать ^ о малой устойчивости комплексов одновалентной меди биспидонами. Перенос второго электрона приводит к выделению металлическс меди на поверхности платинового электрода:

Си1_С12 СиС1 + + СГ -» С11ада° + и + 2СГ

Окисление комплексов 21 и 23 также сопровождается их деструкцией, а 1менио - окисленный лиганд выбрасывает СиС1,:

Си1.С12->1/ + [СиСЬ] СиС1 + С1

Исходя из идентичного электрохимического поведения комплексов 21 и 13, можно предположить одинаковый тип координации и структуры соединений 1 растворе. Этот вывод согласуется с полученным из данных электронной :пектроскопии поглощения. -

Добавление в ячейку с раствором хлорида меди (II) растворов лигандов 2 и > приводит к возникновению пиков восстановления закомплексованного металла ]ри 0.00 В и +0.13 В соответственно, Т.е. в области пиков известных комплексов П (-0.03 В) и 23 (-0.01 В). Полученные значения (в пределах ошибки жсперимента) свидетельствует об одинаковой термодинамической устойчивости сомплексов как с алкилзамещенными биспидонами (1, 2, И)), так и с 1>уранильным производным (6).

Электрохимическое поведение внутрикомплекньгх солей 28-29 отличается уг рассмотренных выше комплексов. Во-первых, потенциалы обеих волн зоестановления лежат в более катодной области, чем для комплексов 21 и 23 [Таблица 4). Во-вторых, при восстановлении не наблюдается образования адсорбированного на электроде нульвалентного металла. Эти наблюдения согласуются с данными структурных исследований о различном типе •соординации в комплексах с би- и тетрадентатными лигандамй. Более того, перенос первого электрона с образованием комплекса одновалентного металла не приводит к разрушению комплексов. В данном случае проявляется достаточно эедкий эффект стабилизации низковалентных состояний металла ациклическими полидентатными лигандами.

4. Исследование 1.5-диФенилбиспидонов'в газовой Фазе методами масс-спектрометрии и Фотоэлектронной спектроскопии .

Изложенные в предыдущем разделе данные о необратимом электрохимическом окислении биспидонов при высоких потенциалах побудили нас провести масс-спектральное исследование этих соединений.

Соединения 1, 2, 4, И), И и 19 оказались достаточно устойчивы при ионизации электронным ударом (ЭУ, 70 эВ), для всех из них наблюдаются молекулярные ионы (Таблица 6), обусловленные локализацией заряда на атомах азота.

Основной путь фрагментации включает разрыв С]-С2-связи с образованием интермедиата А (Рисунок б). Миграция водорода по механизму, сходному с перегруппировкой Мак-Лафферти, дает ион, в большинстве соединений основной в спектре, - ион В . Заряд также может оставаться на циклическом фрагменте (ион С), что, согласно правилу Стивенсона, может свидетельствовать о близких энергиях ионизации обеих частиц.

Таблица 6. Важнейшие ионы в масс-спектрах соединений 1, 2, 4, 10,

11. 19. Приведены интенсивности пиков в процентах к полному ионному току._ - ___

М+ В С О Е 234 103 91 77

10 2.2 8.5 5.6 6.6 2.8 13.4 9.1 3.4 3.2

1 1.9 4.4 8.9 4.4 1.9 8.8 5.0 1.6 1.4

2 0.7 3.5 2.9 1.8 1.0 4.1 2.9 1.4 1.2

11 1.4 11.3 5.0 3.6 1.9 8.4 8.1 2.7 2.8

4 0.8 9.6 5.9 3.6 2.0 10.6 8.0 2.1 2.9

19 10.4 23.1* 14.3** - - 5.0*** 7.5 1.6 1.6

- для иона 42, ** - для иона 261, *** - для иона 233.

РИ

н >=о N—р: N_

РЬ

■ сн^м—я

а

сн2

111

□

Я-N

-СНгПЧ—и

РИ—с=с=о 11

т/г 234

Рисунок 6. Схема масс-слектрального распада биспидонов 1, 2, 4,10 и И

Интермедиа! А также может выбрасывать молекулу имина, R2N=CH2-олученный фрагмент D, по-видимому, перегруппировывается в более ггойчивую частицу, например, D', давая далее ион с m/z 234 (наблюдаемый для ;ех соединений), фрагменты В и Е. Кроме этих осноъ.1. х пиков, ион D' также 1ет несколько ионов меньшей интенсивности, элиминируя частицы с массой 8, 103 и 131. Ион с m/z 234 распадается с потерей частиц с массой 15, 29 и 106. езультирующие фрагменты не являются основными в спектрах, но наблюдаются ля всех изученных биспидонов. Ионы с m/z 103, 91 и 77 возникают на разных гадиях распада из различных предшественников.

Схема фрагментации была подтвержена MS/MS экспериментами, состав бсуждаемых фрагментов доказан масс-спектрометрией высокого разрешения для оединения 10:

ион состав ион состав

58 (В) C3H8N 234 С17НпО •

103 С8Н7 262 (С) CisHi6NO

160 (Е) CnN14N 277 (D) Ci9H19NO

В фотоэлектронном спектре соединения 2 в области низких энергий тонизации наблюдаются четыре выраженные полосы (в эВ): 7.70, 8.30, 8.76, 9.32. Хля аргументированного отнесения потенциалов ионизации был также изучен фотоэлектронный спектр дибензилкетона (8.73 эВ, 9.27 эВ и 9.63 эВ). Интерпретация первых четырех полос в ■ спектре соединения 2 представлена на Рисунке 7.

ли, 30

9 10-

Ph =--по—*'

_ "N

— пм Ph

по

а). б).

Рисунок 7. Корреляционная диаграмма потенциалов ионизации: а), дибензилкетон, б). 3,7-диизопропил-1,5-дифенилбиспид-9-он 2.

Исходя из данных циклической вольтамперометрии, можно было предполагать, что первый потенциал ионизации должен лежать в области достаточно высоких энергий. По-видимому, конформационное поведение 1,5-дифенилбиспидонов в растворе и в газовой фазе не коррелируют друг с другом.

Таким образом, впервые исследованы особенности и установлена схема масс-спектрального распада 1,5-дифенилбиспидонов и впервые изучен фотоэлектронный спектр представителя этого класса соединений.

ВЫВОДЫ

1. Синтезированы новые производные 1,5-дифенил-3,7-диазаби цикло|3.3.1|нонан-9-она с заместителями в 3 и 7 положениях, несущим! различные функциональные группы. Проведен конформационный анали полученных структур. Установлены параметры ЯМР 13С-спектров характеризующие интерконверсию кресло-ванна ванна-кресло I конформацию двойного кресла.

2. Методом динамического ЯМР определены кинетические параметрь вырожденной интерконверсии кресло-ванна 5== ванна-кресло в случае 3,7 диизопропил-1,5-дифенил-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-она. Впервые описа! ПМР спектр конформера кресло-ванна при низких температурах. Энерги! активации рассматриваемого динамического процесса находится в интервал» значений 8.6-8.7 ккал/моль.

3. Синтезирован и исследован методами рентгеноструктурного анализа \ оптической спектроскопии ряд комплексных соединений меди (II) 1 производными 3,7-диазабицикло|3.3.1]нонана:

а), показано, что в случае алкилметильных заместителей в 3 и " положениях координационное окружение иона меди в кристалле представляв: собой искаженный тетраэдр, в растворе все соединения характеризуют тетраэдрической координацией;

б), показано, что в комплексах с г пдрокди л содержащими лигандами иоь меди является пентакоординированным. Структурные параметрь координационного окружения одинаковы для производных как спиртов, так ^ карбоновых кислот.

4. Методом циклической вольтамперометрии впервые изучено редокс-поведение 1,5-дифенилбиспидонов и их комплексных содинений в растворе:

а), найдено, что окисление и восстановление биспидонов и их комплексет протекает необратимо;

б), показано, что комплексы алкилзамещенных лигандов характеризуют« одинаковыми константами устойчивости;

в), найдено, что в случае производных аминокислот ациклический гетрадентатный лиганд способен стабилизировать низковалентное состояние металла.

5. Впервые исследовано поведение 1,5-дифенилбиспидонов в газовой фазе:

а), методами двойной масс-спектрометрии и масс-спектрометр'ии высокогс разрешения установлена схема распада и показана ее общность для все* исследованных соединений;

б), изучен фотоэлектронный спектр 3,7-диизопропнл-1,5-дифенил-3.7-диазабицикло|3.3.1]нонан-9-она и предложена последовательность потенциалоЕ ионизации.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Н.С.Зефиров, Н.В.Зык, С.З.Вацадзе, В.С.Тюрин. Аминокислоты в синтезе эоизводных 3,7-диазабицикло|3.3.11нонана. Изв.АН, сер.хим., 1992, 11, 2687-2688

2. С.З.Вацадзе, Н.В.Зык, Р.Д.Рахимов, К.П.Бутин, Н.С.Зефиров. Комплексо-зразующие свойства 3,7-диазабицикло[3.3.1]нонанов . Сообщение 1. олътамперометрическое исследование комплексов с хлоридом меди(П). Изв.АН, ■р.хим., 1995, 3, 456-45S.

3. Вацадзе С.З., Сосонюк С.Е., Зык Н.В., Потехин К.А., Левина О.И., тручков Ю.Т., Зефиров Н.С. Молекулярная и кристаллическая структура 3,7-1(Р-цианоэтил)-1,5-дифенил-3,7-диазабицикло[3.3.1|нонан-9-она Доклады кадемии наук, 1995, 341, 3, 201-205.

4. Вацадзе С.З., Сосонюк С.Е., Зык Н.В., Потехин К.А., Левина О.И., тручков Ю.Т., Зефиров Н.С. Молекулярная и кристаллическая структура эмплексного соединения 3,7-бис(2-пропенил)-1,5-дифенил-3,7-диазабицикло-!.3.11нонан-9-она с хлоридом меди(П). Доклады Академии наук, 1995, в печати

5. С.З.Вацадзе. Синтез и исследование внутримолекулярных взаимо-:йствий в 3,7-диазабицикло[3.3.1]нонанах. 1-ая Международная конференция олодых ученых "Органический синтез: история развития и современные :нденции", Санкт-Петербург, 6-10 сентября 1994 г., Тезисы докладов, часть I. 39.

6. Natalia Yu. Tretyakova, Sergey Z. Vatsadze, Albert T. Lebedev, Nikolay V. yk, Nikolay S. Zefirov, J. Ronald Hass. Fragmentation of 3,7-dialkyl-l,5-diphenyl-,7-diazabicyclo[3.3.11nonan-9-ones under electron impact. 43rd Conference of merican Society for Mass Spectroscopy, Atlanta, Georgia, USA, May 21-26, 1995, IPC 131.

7. Sergey Z. Vatsadze. Intramolecular interactions in 3,7-diazabicyclo-i.3.1]nonanes and their complexes. 15th International Congress of Heterocyclic lvemistry, Taipei, Taiwan, R.O.C., August 6-11, 1995, P02-164.

"Зня:: Ночята" изд»те.льствд МГУ "" '4"ii9>3§y Москва „"[«ганские гор1.; очщ?з ::• ц66 Ткрте i-oo экз.