Синтез и комплексообразующие свойства замещенных по нижнему ободу n-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих амидные, сложноэфирные и гидроксильные группы тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ЯНТЕМИРОВА АЛЕНА АРТЕМОВНА

СИНТЕЗ И КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА ЗАМЕЩЕННЫХ ПО НИЖНЕМУ ОБОДУ л-третл-БУТИЛТИАКАЛИКС[4]АРЕНОВ, СОДЕРЖАЩИХ АМИДНЫЕ, СЛОЖНОЭФИРНЫЕ И ГИДРОКСИЛЬНЫЕ ГРУППЫ

02.00.03 - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата хими^ских наук

Казань-2011 9 Н/0Н 20Ц

4849607

Работа выполнена на кафедре органической химии Химического института им. А.М.Бутлерова федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет» Министерства образования и науки Российской Федерации.

Научный руководитель: доктор химических наук, доцент

Стоиков Иван Иванович

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Племенков Виталий Владимирович

кандидат химдаеских наук, с.н.с. Зигантина Альбина Юлдузовна

Ведущая организация:

Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, г. Москва.

Защита диссертации состоится «23» июня 2011 года в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.081.03 по химическим наукам при ФГАОУВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлёвская, 18, Химический институт им. АМ. Бутлерова, Бутлеровская аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского (Приволжского) федерального университета. Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлёвская, 18, ФГАОУВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет», научная часть.

Автореферат разослан « » мая 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.081.03 кандидат химшеских наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Разнообразие объектов супрамолекулярной химии и их способность проявлять свойства, характерные для высокоорганизованных биомолекул, такие как молекулярное распознавание, катализ, активный и селективный транспорт, привели к бурному развитию химии синтетических рецепторов. Каликсарены и тиакаликсарены широко используются в качестве строительных блоков для дизайна молекул-«хозяев», т.к. они обладают уникальной трехмерной структурой, а также возможностью разнообразной функционализации макроциклической платформы.

Дизайн и синтез систем, способных распознавать анионы, продолжает оставаться одной из актуальных проблем органической химии. Как правило, синтетические рецепторы на анионы содержат протонодонорные группы: амидные, гидроксильные, мочевинные. Многообразие конформационных изомеров тиакаликс[4]арена (конус, частичный конус, 1,2-апыпернат, 1,3-альтернат), а также возможность варьирования числа и природы заместителей позволяют обеспечивать требуемую ориентацию центров связывания макроцикла в пространстве для взаимодействия с определенным типом субстрата.

Региоселективная функционализация нижнего обода макроцикла в случае тиа-аналога каликс[4]арена резко усложняется, так как требует более сложного подбора условий проведения реакции (соотношения реагентов, температуры, времени синтеза). В связи с этим задача получения различно замещенных по нижнему ободу п-трет-бупитгиакаликс[4]аренов представляется комплексной, более сложной, чем синтез макроциклов, замещенных одинаковыми фрагментами.

В связи с успешным селективным 1,3-диалкилированием нижнего обода п-трет-бутшггиакаликс[4]арена 2-бром-Лг-(4'-ншрофенил)ацеташщом для разработки подходов к созданию синтетических рецепторов интерес представляло изучение влияния условий на дальнейшую функционализацию частично замещешп.1х производных сложноэфирными и амидными фрагментами. Также было важно оценить комплексообразующие свойства 1,2-ди-, 1,3-ди-, три- и тетразамещенных я-л2/>е«-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих N-(4'-нитрофенид)ацетамидные фрагменты, по отношению к анионам.

Целью работы является синтез смешанно замещенных по нижнему ободу тиакаликс[4]аренов, содержащих различные амидные, сложноэфирные и гидроксильные фрагменты, и изучение их структуры комплексом физических методов, исследование рецепторных свойств полученных соединений по отношению к анионным субстратам, установление закономерностей «структура-свойство» синтезированных макроциклов на примере изученных субстратов.

Научная новнзна работы состоит в следующем:

- синтезированы новые частично и различно замещенные по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4] арены, содержащие вторичные, третичные амидные и этоксикарбонильные группы, структура соединений установлена комплексом физических методов;

- разработаны синтетические подходы к получению различно замещенных производных п-трет-бутилтиакаликс[4]аренав трех конфигурациях (конус, частичный конус

и 1,3-альтернат) с примененная «темплатного» эффекта катионов щелочных металлов (натрия, калия, цезия);

впервые показано, что хемо- и стереоселективность взаимодействия этилбромацегата и 1,2-дизамещенного по нижнему ободу и-т/?е7я-бутшпиакаликс[4]арша, содержащего Л^-(4'-нитрофенил)ацетамидный фрагмент, в конформации 1,2-алыпернат определяется природой используемого карбоната щелочного металла (натрия, калия);

- впервые установлено, что реакция п-трет-бутилтиакаликс[4]арена с 2-бром-А'-(9',10'-диоксо-9',10'-дигидроантрацен-Г-ил)адетамвдом в ацетоне в присутствии карбоната натрия приводит к селективному образованию 1,3-дизамещгнного производного тиакаликсарена;

- установлено, что замена одного Л^-(4'-нитрофенил)ацетамидного фрагмента в тетразамещенном тиакаликс[4]арене на ДУУ-диэтилацетамидную группу приводит к значительному снижению комплексообразующей способности, а замена двух фрагментов на сложноэфирные группы приводит к селективности связывания дигидрофосфат-иона по сравнению оо всеми изученными анионами;

- впервые показано, что введение сложноэфиршго фрагмента в нижний обод 1,3-дизамещенного л-тре/и-бутилтиакаликс[4]арена с ^-(4'-нитрофенил)ацетамидными группами приводит к увеличению констант устойчивости комплекса с исследуемыми анионами на порядок по сравнению с исходным макроциклом, а замена этоксикарбонильной группы (-0СНгС(0)0Е1.) на объемную //„ЛАдиэтилацетамидную группу приводит к значительному снижению комплексообразующей способности данного макроцикла и увеличению селективности связывания фторид-иона;

- впервые показано, что в ряду изученных смешанно три- н тетразамещенных по нижнему ободу и-т/?ет-бутилтиакаликс[4]аряов, содержащих вторичные, третичные амидные или этоксикарбонильные группы, более эффективно анионы связывают тризамещенные производные.

Практическая значимость работы. Синтезированы 28 новых моно-, 1,2- и 1,3-ди-, три- и тетразамещенных по нижнему ободу л-отргт-бутилтиакаликс[4]ареюв, содержащих различные амидные и сложноэфирные фрагменты, в конфоршциях конус, частичный конус и 1,3-альтернат. Разработаны методы синтеза функционализированных по нижнему ободу я-отреш-бутилтиакаликс[4]ареюв, содержащих центры связывания различной природы. Впервые показано существенное влияние числа и природы заместителей на комплексообразующие свойства различно замещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]ареюв по отношению к анионным субстратам. Показана возможность использования производных и-/я/?еот-бутилтиакаликс[4]арена, содержащих различные амидные группы, в качестве рецепторов на анионы.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на X и XI Молодежной научной школе-конференции по органической химии (Уфа, 2007; Екатеринбург, 2008), Итоговой научной конференции Казанского государственного университета (Казань, 2009), XXIV Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Санкт-Петербург, 2009), V Международном симпозиуме "Супрамолекулярные системы в химии и

биологии" (Киев, 2009), V Международном симпозиуме "Молекулярный дизайн и синтез супрамолекулярных архитектур" (Казань, 2009), Всероссийской школе-конференции «Супрамолекулярные системы на поверхности раздела» (Москва, 2009), Международном симпозиуме "Advanced Science in Organic Chemistry" (Мисхор, Крым, 2010), III Международной летней школе "Супрамолекулярные системы в химии и биологии" (Львов,

2010), Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Актуальные проблемы органической химии» (Казань, 2010), Всероссийской научной школе для молодежи «Проведение научных исследований в области инноваций и высоких технологий нефтехимического комплекса» (Казань, 2010), XVII Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Казань, 2010), X Научной конференции молодых ученых, аспирантсв и студентов научно-образовательного центра Казанского (Приволжского) федерального университета «Материалы и технологии XXI века» (Казань,

2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей в российских и международных журналах, а также 15 тезисов докладов в материалах различных конференций и симпозиумов.

Работа выполнена на кафедре органической химии Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского федерального университета, является частью исследований по основному научному направлению «Строение и реакционная способность органических, элементооргшических и координационных соединений» и проведена в соответствии с госбюджетной темой Минобрнауки РФ «Дизайн и закономерно ста молекулярного распознавания биологически значимых соединений природными и синтетическими наноразмерными рецепторами» (per. № 1.11.06 308752). Исследования проводились при поддержке грантов РФФИ 0б-03-32160-а «Разработка супрамолекулярных систем на основе функционализированных тиакаликс[4]аршов как компонентов программируемых органических наноразмерных материалов следующего поколения» (2006-2008), 09-03-00426-а «Функционализированные тиакаликс[4]арены как компоненты самособирающихся наноразмерных частиц: дизайн и закономерности самоассоциации и агрегации с ионами металлов» (2009-2010), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (ГК № П1295 от 9 июня 2010 г.), программы грантов Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых -докторов наук (МД-2747.2010.3), при поддержке аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» Министерства образования и науки Российской Федерации, проект № 1092 «Функционализированные материалы и сенсоры на основе тиакаликсаренов для молекулярного распознавания индивидуальных соединений и экспертной оценки сложных объектов».

Объем и струю-ура работы. Диссертационная работа изложена на ¡57 страницах машинописного текста, включает 39 рисунков и 14 таблиц. Состоит из введения, трех глав, выводов и списка использованных библиографических источников, включающего 99 ссылок.

В первой главе представлен обзор литературных данных по синтезу, строению, химической модификацш нижнего обода я-/йреот-бутшггиакаликс[4]арена: получение частично замещенных и замещенных различными по типу заместителями производных тиакаликс[4[арена, а также их рецепторные свойства по отношению к анионам. Основные результаты экспериментальных исследований и их обсуждение приведены во второй главе. Экспериментальная часть работы, включающая описание проведенных синтетических, экстракционных и спектральных экспериментов, приведена в третьей главе диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Синтез различно замещенных по нижнему ободу и-/ирап-бутшггиакаликс[4]аренов с амидпыми, сложноэфирными, гвдроксильными фрагментами

Для изучения хемо- и стереоседективной функционализации нижнего обода п-трет-бутилтиакаликс[4]ареш было предложено синтезировать различно замещенные по нижнему ободу л-трет-бутилтиакаликс[4]арены из моно- и 1,3-дизамещенных производных путем их дальнейшей функционализации последовательным введением дополнительных участков связывания анионов (амидных, гидрсксильных групп) (рис.1).

Рис.1. Возможные структуры частично замещенных по нижнему ободу п-трет-бута1ггиакаликс[4]ареюв - прекурсоров синтетических рецепторов на анионы.

Теоретически алкилированием moho- и 1,3-дизамешенных производных возможно получение тризамещенных производных в конформации конус и частичный конус и стереоизомеров конус, частичный конус и 1,3-альтернат тетразамещенных по нижнему ободу тиакаликеаренов (рис.2).

тризамещенные -t^^L- Ч" о

частичный конус

конус частичный конус 1,3-альтернат тетразамещенные

Рис.2. Возможные структуры различно замещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]ареюв - синтетических рецепторов на анионы.

0*14

Ранее было

показано, что при взаимодействии п-трет-бутшггиакаликс[4]арена 1 с 2-бром-ЛН4'-

нитрофенил)ацетамидом в зависимости от природы карбонатов щелочных металлов и растворителя образуются различно замещенные по нижнему ободу производные

тиакаликс[4]арена 2-4: 1,2-ди, 1,3-ди- и

тризамещенные производные.

Предварительно для увеличения выхода 1,3-дизамещенного по нижнему ободу тиакаликс[4]арена было изучено влияние соотношения реагентов в процессе алкилирования

4 (53%)

исходного макроцикла I. В результате исследования был повышен выход целевого соединения 2 до 60% и синтезирован новый тетразамещенный по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]арен5 в конфигурации конус с выходом 10%.

С целью получения различно замещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]ареюв было исследовано взаимодействие я-;^е«г-бутилтиакаликс[4]арена 2 с этилбромацетатом в ацетоне в присутствии карбонатов щелочных металлов (настрия, калия, цезия). Использование этих оснований в алкилировании тиакаликс[4]ареиа 2 эталбромацетатом было обусловлено возможностью реализации «темплатного» эффекта и получения различных конфигурационных изомеров. Оказалось, что в зависимости от соотношения реагентов образуются три- и тетразамеиенные по нижнему ободу гс-треот-бутилтиакаликс[4]арены6-9 (табл. 1).

Таблица 1. Выходы выделенных продуктов реакции этилбромацетата с соединением 2 в ацетоне (Я=-СН2С(0)0Е1).

Основание 2:ЯВт:М2С03 Время, ч. Выход (%) 6 7 8 9

Ыа2С03 1 4:3 50 58 58 - - -

К2С03 1 4:3 60 50 10 40 - -

Сз2С03 1 4:3 20 6 - 3 3 -

№2С03 1 8:8 60 74 39 35 - -

К2С03 1 8:8 60 30 5 25 - -

Сб2СОЗ 1 8:8 20 50 - - - 50

К2С03 1:40:3 60 33 2 17 14 -

В случае карбоната натрия при соотношении реагентов 2:этилбромацетат№2СОз, равном 1:4:3, с выходом 58% был выделен тризамещенный по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренб в конформации конус, а в случае карбоната калия - с выходом 40% образуется тетразамеиенный продукт 7 в той же конфигурации конус. Как и ожидалось, при увеличении избытка алкилирующего реагента и при использовании карбоната калия происходит Д'-алкилирование по амидному фрагменту и образование тетразамещенного по нижнему ободу гс-/ирет-бутилтиакаликс[4] арена 8 с выходом 14%. Однако в случае карбоната цезия с выходом 50% было выделено соединение 9, не содержащее амидных групп. Обращает на себя внимание тот факт, что синтезированные макроциклы 6-8, образующиеся в случае использования карбонатов калия и натрия, находятся в конформации конус. Таким образом, ожидаемый «темплатный» эффект при взаимодействии тиакаяикс[4]арена 2 с этилбромацегатом не реализуется.

Далее была изучена реакционная способность

сложноэфирных групп в

тиакаликс[4] аренах 6 и 7 на примере их взаимодействия с 2-аминоэтанолом в тетрагидрофуране. Выход тризамещенного производного 10 составил 98%. В то же время выход тетразамещенного аналога 11 значительно ниже - 48%, что, по-видимому, связано со стерической загруженностью нижнего обода макроцикла и возможностью образования побочных продуктов.

Получение вторичных амидных 11 (48/о) групп аминолизом сложноэфирных групп ароматическими аминами затруднено. В то же время с целью введения

9

дополнительных центров связывания в тиакаликеарен интерес представляла функционализация макроцикла 2 Лг-(9',10'-диоксо-9',10'-дигадроантрацен-Г-ил)ацетамвдным фрагментом, содержащим полярную ЫН группу и хромофорный фрагмент. В связи с этим было предложено ввести в тиакаликеарен заместители, содержащие 1-амидоантрахиноновый фрагмент, алкилированием свободных фенольных гидроксилов. Было изучено взаимодействие 1,3-дизамещенного тиакаликс[4]арена 2 в присутствии карбонатов щелочных металлов в ацетоне с 2-бром-ЛЧ?\10'-диокс»-9\10'-дигидроантрацен-Г-ил)ацетамидом. С выходом 24% и 14% были выделены три- и тетразамещенные производные 12 и 13 соответственно. С помощью двумерной ЖЖЗУ 'Н-'Н ЯМР-спектроскопии было установлено, что макроцикл 12 находится в конформации конус, а макроцикл 13 - в конфигурации 1,3-альтернат.

В связи с отсутствием «темплатаого» эффекта при взаимодействии тиакаликс[4]арена 2 с этилбромацетатом было предложено получить стереоизомеры тиакаликсарена 7 {конус, частичный конус, 1,3-альтернат) алкилированием диэфира на основе п-трет-бутилтиакаликс[4]арет 14 2-бром-Л/'-(4'-нитрофенил)ацетамидом в присутствии карбонатов щелочных металлов в ацетоне. Как и ожидалось, в присутствии карбонатов металлов (М2СО3, М = Ыа, К, Св) реализуется «темшгагаый» эффект катионов щелочных металлов: в случае карбоната натрия был выделен стереоизомер конус 7 с выходом 60%, в случае карбоната калия -частичный конус 15 и 1,3-альтернат 16 с выходами 30% и 49% соответственно, а в случае карбоната цезия - ¡,3-альтернат 16 с выходом 50%.

Для изучения влияния природы ароматического заместителя у атома азота в ажилирующзм реагенте на «темплатный» эффект катионов щелочных металлов было изучено взаимодействие макроцикла 14 с 2-бром-7У-(9\10'-диоксо-9',10'-дигидроантрацен-Г-ил)ацетамидом в присутствии карбонатов металлов (М2С03, М = Ыа, К, Сэ) в ацетоне. Были выделены три стереоизомера тетразамещенного по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]арет в конфигурации конус 17, частичный конус 18 и 1,3-альтернат 19.

Следует отметить, что в зависимости от природы катиона щелочного металла (карбонат натрия, калия или цезия) в реакции диэфира 14 с 2-бром-Л'-(9\10'-диоксо-9\10'-дигидроантрацш-1 '-ил)ацетамидом наблюдается етемплатный» эффект катиона металла.

Так, при использовании карбоната натрия образуется тетразамещенный продукт 17 в конфигурации конус, при использовании карбоната калия — смесь тетразамещенных стереоизомеров 17 и 18 в конфигурациях конус и частичный конус соответственно, а при использовании карбоната цезия - стереоизомер 1,3-алыпернат 19. Оказалось, что в изученных превращениях реакционная способность 2-бром-ЛГ-(9',10'-диоксо-9',10'-дигидроантрацш-1 '-ил)ацетамида и 2-бром-7У-(4'-нитрофенил)ацетамида является схожей.

С целью варьирования природы электронодонорности карбонильной группы в тиакаликсаренах - сложноэфирной группы в соединениях 6, 7, 15, 16 - были синтезированы три- и тетразамещенные производные 20-22, содержащие АуУ-диэтилацетамидную группу. Было изучено взаимодействие Л'.А'-диэтилбромацгтамида с 1,3-дизамещгнным п-трет-бутилтиакаликс[4]ареюм 2 в ацетоне в присутствии карбонатов щелочных металлов.

11

О О О О ВГСН2С(0)Р|Е12 ОООО ВЮВД0)КЕ1, ио^О

V-»

20 (81%)^°2

ч

СШ ВгСНДО)!«! СБгСОз

ацетон У

N0,

20 (78%)22 (15%)

21 (40%)

Оказалось, что в случае карбонатов натрия и калия основным продуктом реакции является тризамещенный по нижнему ободу и-тре/и-бутилтиакаликс[4]арен 20 в конформации конус. Тетразамещгнный продукт 22 в конфигурации конус образуется с невысоким выходом (15%) в случае карбоната натрия, при использовании карбоната цезия было выделено тризамещенное производное 21 в конформации частичный конус.

Далее была изучена функционализация монозамещенного по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]ареш 23. Как правило, для получения монозамещенных производных п-т/?ет-бутилтиакаликс[4]арена используют объемные функциональные группы, которые способны образовывать внутримолекулярные водородные связи со свободными фенольными гидроксилами. С целью получения монозамещенного производного нами было предложено использовать объемную ДА^-диэтилацетамидную группу, способную участвовать в образовании водородных связей. Алкилированием п-трет-

бутилтиакаликс[4]арет диэтилхлорацетамидом в

присутствии карбонатов кадия или цезия было получено монозамещенное производное 23.

Было изучено взаимодействие монозамещенного производного 23 с 2-бром-Д'-(4'-нитрофенил)ацетамидом в присутствии карбонатов натрия, калия и цезия. Было установлено, что в присутствии карбоната натрия с выходом 43% образуется тетразамещенный по нижнему ободу тиакаликс[4]арен 24. При использовании карбоната цезия было выделено 1,2-дизамещенное производное 25 в конформации частичный конус с выходом 42%.

В литературе имеются лишь единичные примеры синтеза частично замешенных по нижнему ободу тиакаликсаренов в конфигурации 1,2-альтершт, в то же время особый интерес представляет их реакционная способность. В связи с этим было изучено взаимодействие макроцикла 4 с этилбромацетатом в ацетоне с карбонатами натрия и калия. Оказалось, что при использовании карбоната натрия образуется тризамещенный продукт 26, который был выделен с выходом 87%. Следует отметить, что реакция протекает с сохранением конформации макроцикла 1,2-апьтернат. В то же время при использовании в качестве основания карбоната калия был выделен О-, А'-алкилированный тетразамещенный продукт 27, причем в реакции происходит изменение конформации гнпрет-бугалтиакаликс[4]арена - образуется стереоизомер 1,3-апьтернат.

Структура и состав новых производных тиакаликс[4]арена5-13,15-27 были доказаны методами ЯМР 'Н, |3С, ИК-спекгроскопии, масс-спекгрометрии (MALDI-TOF, ЭУ и ESI) и элементным анализом. Для установления пространственной структуры тиакаликс[4]аренов 5-13,15-27 были использованы методы двумерной NOESY 'Н-'Н ЯМР-спектроскопии.

Структура тетразамещенного продукта 7 была охарактеризована методом рентгеноструктурюго анализа (рис.3). Тип кристаллической решетки -объемноцентрированная, группа симметрии - Сгс. Конформация конус продукта стабилизирована водородной связью, образованной двумя протонами NH-rpyim заместителей и карбоксилыыми группами эфирных фрагментов.

Методом ИК-спектроскопии также было показано наличие в структуре тетразамещенного тиакаликс[4]<рена сильной внутримолекулярной водородной связи. Полоса'поглощения N11 группы сдвинута в область низких частот и проявляется в спектре при 3261 см"', что обусловлено образованием внутримолекулярной водородной связи. Полоса поглощения сложноэфирной группы проявляется в спектре в виде узкой полосы при 1753 см"'.

Рис.3. Структура соединения 7 в кристаллическом состоянии.

Таким образом, синтезированы новые производные л-трет-бутилтиакаликс[4]арага в

различных конформациях, содержащие амидные (вторичные, третичные), сложноэфирньк и гидроксильньЕ (фенольные, спиртовые) фрагменты. Показано, что «темплатный» эффект при взаимодействии 1,3-дизамещенного тиакаликс[4]арена 2, содержащего ЛЦ4'-нитрофенил)ацетамидный фрагмент; с эгилбромацетатом не реализуется. Установлено, что стереоселективность алкилироваггая диэфира на основе тиакаликс[4]арет 14 2-бром-А'-(4'-нитрофенил)ацегамидом определяется природой катиона щелочного металла - натрия, калия или цезия.

2 Комплексообразуюцие свойства различно замещенных по нижнему ободу и-/я^ет-бутнлтиакалнкс[4]аренов по отношению к некоторым анионам

С целью изучения влияния ряда структурных факторов (конформащм макроцикла, числа и природы заместителей) на комплексообразующие свойства замещенных по нижнему ободу л-т/?ет-бутилтиакаликс[4]араюв с помощью УФ-спектроскопии была проведена оценка рецепторной способности синтезированных соединений 2-7, 10-13, 15-22, 24-26 по отношению к солям тетрабутиламмония н-ВщИХ (X =Р, С1", Вг", I", СН3С02", Н2Р04", Ж)3"). В этих тиакаликсаренах участками связывания анионов могут выступать протонодонорные вторичные амидные (ЛЦ4'-нитрофенил)ацетамидный и моноэтаноламидный) фрагменты и гидроксильньв (спиртовые и фенольные) группы.

Предварительно для оценки возможности связывания тетрабутиламмонийного катиона синтезированными тиакаликс[4]аренами растворы соединений 2-7,10-13,15-22,2426 в присутствии 10-кратного избытка н-ВиЛМХ (X =1% СГ, Вг", Г, СН3С02", Н2Р04", 1\т03") в СОС13 были изучены с помощью спектроскоп™ ЯМР 'Н. В спектрах ЯМР 'Н хим.сдвиги протонов н-ВщК* не меняются, что свидетельствует об отсутствии взаимодействия полученных таакаликс[4]аренов стетрабутиламмонийным катионом.

Влияние комплексообразования соединений 2-7, 10-13, 15-22, 24-26 с анионами на электронные спектры было изучено в присутствии избытка солей тетрабутиламмония в

хлороформе. В случае ег-т/?е/и-бутилкаликс[4]аренов 13, 15-19, 22, 26 в присутствии изученных солей тетрабугаламмония изменений в электронных спектрах не наблюдается, что свидетельствует об отсутствии взаимодействия между этими соединениями и солями тетрабутиламмония. Наиболее существенные изменения в электронных спектрах изученных гс-трет-бутилтиакаликс[4]аренов в присутствии солей тетрабутиламмония, а именно батохромный сдвиг полосы поглощения в области 300-400 нм, наблюдаются при взаимодействии изученных макроциклов с ацетатом, дигидрофосфатом и фторидом тетрабутиламмония, а в случае макроцикла 5 - дополнительно с хлоридом, бромидом, иодвдом, нитратом тетрабутиламмония, для макроцикла 21 - дополнительно с хлоридом, бромидом, нитратом тетрабутиламмония.

Для количественной оценки комплексообразующей способности соединений 2-7, 1012, 20, 21, 24, 25 по отношению к некоторым анионам (X СГ, Вт", I", СН3С02", Н2РО4", N03") были определены величины констант устойчивости (табл.2) и стехиометрия образующихся комплексов. Методом изомолярных серий было установлено, что все изученные тиакаликсарены образуют комплексы с солями тетрабутиламмония в СНС1з со стехиометрией 1:1 (рис.4), за исключением 1,2-дизамещенного тиакаликс[4]арена 4, для которого стехиометрия составила 1:2. Методом разбавления была определена константа устойчивости для исследуемых комплексов в хлороформе (рис.5). Расчет соответствующих величин констант устойчивости комплексов (табл.2) проводили методом Бенеши-Хильдебранда.

С"м;зяин"/(С'гшзяИНп+СпгосТЬ*)

Рис.4. График Джоба для системы

Рис.5. УФ-спектры поглощения для системы тиакаликс[4]арен 12 (С]2=2.5-Ю-5 М) и фторид-ион (С начальная-2-5Т0 " М, СК0Нечная—5-0'10 М) в СНС1з. определение константы устойчивости комплекса методом разбавления и кривая титрования (С:г= 2.5-10° М).

15

Кривая титрования

СР.=2.5

Таблица 2. Логарифмы констант устойчивости (^К^) комплексов синтезированных соединений 2-7,10-12,20,21,24, 25,28 с анионами.

Соединение «Хозяин, гость» lgKass

F СГ Bf Г H2P04" СНзСОО" N03"

2 1:1 3.67±0.19 ß ß ß 3.41±0.09 3.50±0.32 ß

3 1:1 5.25±0.56 ß ß ß 4.93±0.21 4.85±0.12 ß

4 1:2 7.38±0.17 _а> ß ß 7.52±0.19 7.58±0.26 ß

5 1:1 5.87±0.23 5.12±0.07 4.51±0.10 3.55±0.13 5.81±0.24 5.90±0.20 3.83±0.12

6 1:1 4.27±0.24 _а> ß ß 4.43±0.34 4.48±0.22 ß

7 1:1 ß ß _а> ß 2.98±0.23 _a> ß

10 1:1 4.55±0.18 ß _а> ß 3.51±0.02 3.48±O.K ß

11 1:1 3.68±0.22 _а> _а> ß 3.24±0.28 3.15±0.05 ß

12 1:1 4.77*0.19 ß ß ß 3.37±0.09 3.30±0.32 ß

20 1:1 3,53±0.44 ß ß ß _a> ß ß

21 1:1 3.80±0.32 3.36±0.18 2.93±0.04 ß 3.51±0.10 3.37±0.11 2.64±0.09

24 1:1 2.53±0.07 _а> _а> ß 2.18±0.38 ß ß

25 1:1 4.23±0.17 ß ß ß 2.90±0.31 3.15±0.3C ß

28 1:1 2.52±0.48 ß ,а> ß 2.81±0.27 2.32±0.56 ß

а)-нет изменений в УФ-спектрах

Для оценки вклада тиакаликсареновой платформы в связывание анионов были изучены свойства модельного соединения 28. Оказалось, что константы устойчивости комплексов соединения 28 с анионами на порядок

Введение сложноэфирного фрагмента в нижний обод 1,3-дизамещенного п-трет-бутилтиакаликс[4]ареш 2 с Лг-(4'-нитрофенил)ацетамидными группами в случае макроцикла 6 приводит к увеличению констант устойчивости на порядок по сравнению с макроциклом 2

(табл.2), что, по-видимому, связано с предорганизацией участков связывания вследствие изменения внутримолекулярных водородных связей между амидными протонами и карбонильной группой. Введение второго сложноэфирного фрагмента (соединение 7) приводит к формированию молекулярной псевдополости, комплементарной дигидрофосфат-иону. Следует отметить, что в случае тетразамещеннош тиакаликс[4] арена 7 логарифм константы устойчивости с дигидрофосфат-ионом близок к модельному соединению 28 Очевидно, что понижение эффективности связывания анионов вследствие образования внутримолекулярных водородных связей приводит к селективности связывания тетрабутиламмония дигидрофосфата. Введение дополнительного протонодонорного амидного фрагмента в нижний обод 1,3-дизамешгниого гс-шрет-бутилтиакаликс[4]арена 2 в случае соединений 10 и 12 приводит к селективному связыванию фторид-аниона.

В случае макроцшиюв 10 и 11 при переходе от тризамеаценнош продукта (10) к тетразамещенному (11) увеличивается число протонодонорных групп. В связи с этим при введении второго моноэтаноламидного фрагмента в нижний обод тиакаликс[4]арена предполагалось увеличение константы связывания изученных анионов. Оказалось, что константы связывания (табл.2) соединениями 10 и 11 изученных анионов очень близки, за исключением фторид-иона. Следует отметить, что константа связывания фторид-иона макроциклом 10 на порядок выше по сравнению с тиакаликс[4]аршом 11. Наличие незамещенной фенольной группы по нижнему ободу макроцикла обуславливает более эффективное взаимодействие тиакаликс[4]арена 10 с фторид-ионом.

Тризамещгнный тиакаликс[4]арен20 в конформации конус с высокой селективностью связывает фторид-ион по сравнению с другими изученными анионами. Очевидно, что наличие объемной диэтиламиднюй группы затрудняет связывание остальных анионов. Однако тризамещенный тиакаликс[4]арен 21 в конформации частичный конус эффективно связывает почти все изученные анионы, за исключением большого по размеру иодид-иона

Среди всех изученных макроциклов наиболее эффективно анионы связывает тетразамещенный по нижнему ободу п-/лрет-бутшпиакаликс[4]арен 5, который содержит четыре Л'-(4'-нитрофенил)ацетамидных фрагмента. Однако соединение 5 оказалось неселективным комплексообразователем по отношению к изученным анионам. Замена одного фрагмента в соединении 5 на Л'.Л'-диэтилацегамидную группу приводит к значительному снижению комплексообразующей способности макроцикла 24.

Интересно заметить, что 1,2-дизамещенный по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]арен 25 в конформации частичный конус, содержащий только один амидный фрагмент, связывает фторид-, ацетат- и дигидрофосфаг-ионы.

В ряду тризамещенных по нижнему ободу я-я!/>ет-бутилтиакаликс[4]аренов 3, 6, 10, 12, 20 и 21 наиболее эффективно изученные анионы связывает макроцикл 3 в конформации частичный конус (табл.2). В целом тризамещенные производные связывают анионы лучше тетразамещенных, что связано с наличием в макроцикле свободного фенольного гидроксила, который способен участвовать в связывании анионов.

Таким образом, с помощью УФ-спектроскопии была изучена комплексообразующая способность синтезированных тиакаликс[4]аренов по отношению к ряду солей тетрабутиламмония н-Ви4№С (X Ч3", СГ, Вг, Г, СН}С02\ Н2РО4", 1МОз"). На примере различно замещенных по нижнему ободу гс-т|зет-бутилтиакаликс[4]аренов показано существенное влияние числа и природы заместителей на комплексообразующие свойства синтетических рецепторов на основе тиакаликс[4]фена.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Синтезировано 28 новых ранее недоступных частично и смешанно замещенных по нижнему ободу л-т/;ете-бутилтиакаликс[4]аршов, содержащих амидные. сложноэфирные и гидроксильньк фрагменты, в конформаииях конус, частичный конус и 1,3-альтернат, структура которых установлена комплексом физических методов (одномерной ЯМР 'Н, 13С и двумерной ЯМР МОЕЭУ 'Н-'Н спектроскопией, РЖ-спектроскопией, масоспектрометрией).

2. Впервые показано, что при взаимодействии этилбромацетага с 1,3-дизамещенным Л'-(4'-нитрофенил)-ацетамидкым фрагментом по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]ареюм отсутствует «темплатный» эффект катионов щелочных металлов, и образуются продукты в конформации конус.

3. Установлено, что стереоселективность реакции 1,3-дизамещенного этилацетатным фрагментом по нижнему ободу п-трет- бутилтиакаликс[4]арена с 2-бром-./У-(4'-нитро фенил) ацетамидом и 2-бром-Аг-(9',10'-диоксо-9',1О'-дигидроантрацрн-Г-ил)ацетамидом достигается «темплатным» эффектом катиона соответствующего карбоната щелочного металла, используемого в качестве основания: в случае катиона натрия

образуются тетразамещенные продукты в конфигурации конус, катиона калия - частичный конус, катиона цезия -1,3-альтернат.

4. Впервые показано, что хемо- и стереоселекгивность взаимодействия этилбромацегата и 1,2-дизамещенного по нижнему ободу /7-трет-бутилтиакаликс[4]арена, содержащего Лг-(4'-шггрофенил)анртамидный фрагмент, в конформации 1,2-альтернст определяется природой используемого основания - карбоната натрия или калия.

5. Впервые установлено, что реакция п-трет-бутилтиакаликс[4]арет с 2-бром-Л/-(9,,10'-диоксо-9',10'-дигидроантрацен-Г-ил)ацетамидом в ацетоне в присутствии карбоната натрия приводит к селективному образованию 1,3-дизамещрнного производного тиакаликсарена.

6. Методом электронной спектроскопии изучены комплексообразующие свойства синтезированных частично и различно замещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]ареюв, содержащих амидные, сложноэфирные и гидроксильные фрагменты, в конформациях конус, частичный конус и 1,3-альтернат по отношению к ряду анионов. Установлено, что тетразамещенный по нижнему ободу тиакаликс[4]арш с N-(4'-нитрофенил)ацетамидными группам! эффективно, но не селективно связывает все изученные анионы. Показано, что в ряду изученных смешанно три- и тетразамещенных по нижнему ободу я-/пре/я-бутилтиакаликс[4]араюв более эффективно анионы связывают тризамещенные производные.

7. Найдены новые рецепторы, способные эффективно и селективно связывать фторид, ацетат- и дигидрофосфат-ионы, - три- и тетразамещенные по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]ареш, содержащш амидные, сложноэфирные и гидроксильные фрагменты. Установлены закономерности молекулярного дизайна рецепторов на основе п-трет-бутилтиакаликс[4]арена для распознавания анионов:

- введение одного сложноэфирного фрагмента в нижний обод 1,3-дизамещенного п-/я/>ет-бутилтиакаликс[4]арша приводит к увеличению констант устойчивости комплексов с изученными анионами на порадок по сравнению с исходным макроциклом;

- введение //-(2'-гидроксиэтил)ацетамидшго или ЛД-диэтилацетамидного фрагмента в нижний обод 1,3-дизамещенного п-трет-бутилтиакадике[4]арека с N-(4'-нитрофенил)ацетамидными группами приводит к селективному связыванию фторид-аниона;

- введение двух сложноэфирных фрагментов в нижний обод 1,3-дизамещенного п-трет-бутилшакаликс[4]арена с Л,-(4'-нитрофенил)ацегамидными группами приводит к селективному связыванию дигидрофосфатиона.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях

1. Стойков, И.И. Тризамещенный по нижнему ободу л-тре/п-бутилтиакаликс[4]аренс амидными и сложноэфирными фрагментами: синтез и комплексообразующш свойства [Текст] / И.И.Стойков, А.А.Янтемирова, А.Р.Юльметов, В.В.Клочков, И.С.Антипин, А.И.Коновалов // Ученые записки Казанского государственного университета. Серия естественные науки. - 2010.-Т. 152,кн.1.-С.51-59.

2. Стойкое, И.И. Синтез и изучение комплексообразующей способности по отношению к анионам гетерофунационализированных /г-/ирет-бутилтиакаликс[4]аренов с амидными, гидроксильными и сложноэфирными фрагментами на нижнем ободе [Текст] / И.КСтойков, А.А-Янтемирова, Р.В.Носов, А.Р.Юльметов, В.В.ЬСлочков, И.С.Антипин, А.И.Коновалов // Ученые записки Казанского государственного университета. Серия естественные науки. - 2010. - Т. 152, кн.З. - С.9-25.

3. Stoikov, I.I. Phosphorus-bridged calixarene phosphites: dramatic influence of a tert-butyl group at the upper rim of the macrocycle upon anion binding [Text] I I.I.Stoikov, O.A.Mostovaya, L.S.Yakimova, A.A.Yantemirova, I.S.Antipin, A.I.Konovalov // Mendeleev Communications. -2010.-V. 20. - P.359-360.

4. Stoikov, I.I. Chemo- and stereocontrolled alkylation of 1,2-disubstituted at the lower rim 1,2-alternate p-/er/-butylthiaca!ix[4]arene [Text] / I.I.Stoikov, AAYantemirova, R.V.Nosov, AR Julmetov, V.V.Klochkov, I.S.Antipin, A.I.Konovalov // Mendeleev Communications. -2011.-V. 21.-P.41-43.

5. Stoikov, I.I. p-lert-Butyl thiacalix[4]arenes functionalized at the lower rim by amide, hydroxyl and ester groups as anion receptors [Text] / I.I.Stoikov, AAYantemirova, R,V.Nosov, I.Kh.Rizvanov, A.RJulmetov, V.V.Klochkov, I.S.Antipin, ALKonovalov, I.Zharov // Org. Biomol. Chem. - 2011. - V. 9. - PJ225-3234.

6. Янтемирова, AA. Региоселективное О-алкилирование нижнего обода производных п-трет-бутил1иакалжс[4]арена а-бромэтил ацетатом [Текст] / А.А.Янтемирова, И.И-Стойков, И.С.Антипин, А.ИКоновалов // Сборник тезисов X Молодежной научной школы-конференции по органической химии. - Уфа, 26-30 ноября 2007. - С.66.

7. Янтемирова, А.А. Селективное О- и N-алкилирование производных п-трет-бутилтиакаликс[4]арет а-бромэтилацегатом [Текст] / ААЯнтемирова, И.И. Стоиков, И.С.Антипин, А.И.Коновалов // Сборник тезисов XI Молодежной научной школы-конференции по органической химии. - Екатеринбург, 23-29 ноября 2008. - С.5.

8. Yantemirova, А.А. Complexation of novel p-tert-butylthiacalix[4]arenes containing secondary and tertiary amide groups with some metal cations [Text] / A.A.Yantemirova, A.C.Aniskin, I.I.Stoikov // Сборник тезисов XXIV Международной Чугаевской конференции по координационной химии. - Санкт-Петер^рг, 15-19июня2009.-С.511.

9. Yantemirova, AA. The synthesis of tri-substituted p-tert-butyl thiacalix[4]arene with amide and ester fragments at the lower rim and its complexation properties with some anions [Text] / AAYantemirova, I.I.Stoikov // Book of abstracts of Vth International Symposium "Supramolecular Systems in Chemistry and Biology". - Kyiv, Ukraine, May 12-16, 2009. - P.203.

10. Yantemirova, A. A. The synthesis and anion complexation properties of heterofunctionalized p-tert-butyl thiacalix[4]arenes with amide, hydroxy and ester groups at the lower rim [Text] / AAYantemirova, Ll.Stoikov, I.S.Antipin, V.I.Kalchenko // Book of abstracts of Vth International Symposium "Design and Synthesis of Supramolecular Architectures". - Kazan, Russia, October 12-16,2009. -P.80.

11. Янтемирова, AA Комплексообразующие свойства три- и тетразамещенных по нижнему ободу л-трет-бутшпиакаликс[4]аренов, содержащих различные амидные, сложноэфирные и гидроксильные группы на нижнем ободе, по отношению к некоторым анионам [Текст] / А.А.Янтемирова, А.А.Онищенко, А.С.Анискин, И.И.Стойков, И.С.Антипин // Сборник тезисов Всероссийской школы-конференции «Супрамолекулярные системы на поверхности раздела». - Москва, 25-27 мая 2009. - С.&7.

12. Yantemirova, А.А. The synthesis of heterofiinctionalized p-tert-butyl thiacalix[4]arenes with chromophore fragments at the lower rim and its complexation properties

with some anions and metal cations / A.A.Yantemirova, I.I.Stoikov, R.V.Nosov, I.S.Antipin, A.I.Konovalov [Text] // Book of abstracts of 3rd International Summer School "Supramolecular Systems in Chemistry and Biology". - Lviv, Ukraine, September 6-10,2010. -P.176.

13. Носов, P.B. Синтез я-от/?е/я-бутилтиакалисс[4]аренов, содержащих 1-амидоантрахиноновый фрагмент [Текст] / Р.В.Носов, А.А.Янтемирова, И.И.Стойков, Л.С.Якимова, И.С.Антипин, А.И.Коновалов // Сборник материалов Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Актуальные проблемы органической химии». - Казань, 6-8 октября 2010. - С.54.

14. Якимова, JI.C. Стереоселективный синтез тетразамаценных по нижнему ободу и-/л^г/и-бутил'шакаликс[4]араюв с различными 1,3-парньши фрагментами [Текст] / Л.С.Якимова, И.И.Стойков, А.А.Янтемирова, А.НЛгармина, И.С.Антипин, А.И.Коновалов // Сборник материалов Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Актуальные проблемы органической химии». - Казань, 6-8 октября 2010. - С.77.

15. Янтемирова, A.A. Амидотиакаликс[4]арены: комплаксообразующие свойства по отношению к ряду анионов [Текст] / А.А.Янтемирова, И.ИСтойков, Л.СЯкимова, А.НЛгармина, И.С.Антипин, А.И.Коновалов // Сборник материалов Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Актуальные проблемы органической химии». - Казань, 6-8 октября 2010. - С.78.

16. Янтемирова, A.A. Сиптез смешанно-функционапизированных п-трет-бутилтиакаликс[4]ареюв с хромофорными фрагментами на нижнем ободе [Текст] /

A.А.Янтемирова, И.ИСтойков, Р.В.Носов, И.С.Антипин, А.ЙКоновалов // Book of abstracts of International Symposium on Advanced Science in Organic Chemistry (ASOC CRIMEAI0). -Miskhor, Crimea June 21-25,2010. - C.256.

17. Янтемирова, A.A. Синтез гетерофункционализированных n-mpem-бутилтиакаликс[4]ареюв с хромофорными фрагментами [Текст] / А.АЛнтемирова, Р.В.Носов, И.И.Стойков // Сборник материалов Всероссийской научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области инноваций и высоких технологий нефтехимического комплекса». - Казань, 19-21 сентября 2010.- С.31.

18. Янтемирова, A.A. Одномерная и двумерная спектроскопия ЯМР для установления пространственной структуры гетерофункционализированных тиакаликс[4]аренов [Текст] / А.АЯнтемирова, Р.В.Носов, А.НЛгармина, А.Р.Юльметов,

B.В.Клочков, И.И.Стойков, И.С.Антипин, А.И.Коновалов // Тезисы докладов XVII Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем». - Казань, 28 июня-2 июля 2010, - С.239.

19. Носов, Р.В. Синтез различно замещенных по нижнему ободу стереоизомеров п-/иреот-бутилтиакалжс[4]арена, содержащих этоксикарбонильные и амидные фрагменты [Текст] / Р.В.Носов, А.А.Янтемирова, И.ИСтойков, И.С.Антипин, А.И.Коновалов // Сборник тезисов X Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского (Приволжского) федерального университета «Материалы и технологии XXI века». - Казань, 28-29 марта 2011. - С.75.

20. Янтемирова, A.A. Функционалнзированные по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]ареш: синтетические рецепторы на анионы [Текст] / A.A. Янтемирова, Р.В. Носов, А.Н. Ягармина, И.И. Стойкое, И.С. Антипин, А.И. Коновалов // Сборник тезисов X Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского (Приволжского) федерального университета «Материалы и технологии XXI века». - Казань, 28-29 марта 2011. - С. 120.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства Казанского университета Тираж 150 экз. Заказ 76/5

420008, ул. Профессора Нужина, 1/37 тел.: 233-73-59, 292-65-60

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СИНТЕЗ И ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ НИЖНЕГО ОБОДА п-wpew-БУТИЛТИАКАЛИКС[4]АРЕНОВ, ИХ РЕЦЕПТОРНЫЕ СВОЙСТВА ПО ОТНОШЕНИЮ К АНИОНАМ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР).

1.1 Синтез исходных тиакаликсаренов.

1.2 Частично замещенные по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]арены.

1.2.1 Фунщионализация п-трет-бутилтиакаликс[4]арена по нижнему ободу.

1.2.2 Региоселективная функционализация тиакаликсаренов по нижнему ободу с использованием реакции Мицунобу.

1.2.3 Региоселективная функционализация тиакаликсаренов по нижнему ободу с использованием защитных групп.

1.3 Синтез различно замещенных по нижнему ободу тиакаликс[4]аренов и их химические свойства.

1.4 Распознавание анионов рецепторами на основе тиакаликс[4]арена.

ГЛАВА 2. СИНТЕЗ И ИЗУЧЕНИЕ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИХ СВОЙСТВ РАЗЛИЧНО ЗАМЕЩЕННЫХ ПО НИЖНЕМУ ОБОДУ АМИДНЫМИ, СЛОЖНОЭФИРНЫМИ, ГИДРОКСИЛЬНЫМИ ФРАГМЕНТАМИ и-трет-БУТИЛТИАКАЛИКС [4]АРЕНОВ ПО ОТНОШЕНИЮ К НЕКОТОРЫМ ОДНОЗАРЯДНЫМ АНИОНАМ (ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ).

2.1 Синтез различно замещенных по нижнему ободу амидными, сложноэфирными, гидроксильными фрагментами п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов.

2.2 Комплексообразующие свойства различно замещенных по нижнему ободу амидными, сложноэфирными, гидроксильными фрагментами п-гарет-бутилтиакаликс[4]аренов по отношению к некоторым анионам.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Актуальность. Разнообразие объектов супрамолекулярной химии и их способность проявлять свойства, характерные для высокоорганизованных биомолекул, такие как молекулярное распознавание, катализ, активный и селективный транспорт, привели к бурному развитию химии синтетических рецепторов. Каликсарены и тиакаликсарены широко используются в качестве строительных блоков для дизайна молекул-«хозяев», т.к. они обладают уникальной трехмерной структурой, а также возможностью разнообразной функционализации макроциклической платформы.

Дизайн и синтез систем, способных распознавать анионы, продолжает оставаться одной из актуальных проблем органической химии. Как правило, синтетические рецепторы на анионы содержат протонодонорные группы: амидные, гидроксильные, мочевинные. Многообразие конформационных изомеров тиакаликс[4]арена {конус, частичный конус, 1,2-алыпернат, 1,3-альтернат), а также возможность варьирования числа и природы заместителей позволяют обеспечивать требуемую ориентацию центров связывания макроцикла в пространстве для взаимодействия с определенным типом субстрата.

Региоселективная функционализация нижнего обода макроцикла в случае тиа-аналога каликс[4]арена резко усложняется, так как требует более сложного подбора условий проведения реакции (соотношения реагентов, температуры, времени синтеза). В связи с этим задача получения различно замещенных по нижнему ободу и-треш-бутилтиакаликс[4]аренов представляется комплексной, более сложной, чем синтез макроциклов, замещенных одинаковыми фрагментами.

В связи с успешным селективным 1,3-диалкилированием нижнего обода и-га/?ега-бутилтиакаликс[4]арена 2-бром-Л^(4' -нитрофенил)ацетамидом для создания различно замещенных синтетических рецепторов интерес представляло изучение влияния условий на дальнейшую функционализацию частично замещенных производных сложноэфирными и амидными фрагментами. Также было важно оценить комплексообразующие свойства 1,2-ди-, 1,3-ди-, три- и тетразамещенных и-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих Лг-(4'-нитрофенил)ацетамидные фрагменты, по отношению к анионам.

Целью работы является синтез смешанно замещенных по нижнему ободу тиакаликс[4]аренов, содержащих различные амидные, сложноэфирные и гидроксильные фрагменты, и изучение их структуры комплексом физических методов, исследование рецепторных свойств полученных соединений по отношению * к анионным субстратам, установление закономерностей «структура-свойство» синтезированных макроциклов на примере изученных субстратов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- синтезированы новые частично и различно замещенные по нижнему ободу и-т/?ега-бутилтиакаликс[4]арены, содержащие вторичные, третичные амидные и этоксикарбонильные группы, структура соединений установлена комплексом физических методов;

- разработаны синтетические подходы к получению- различно замещенных производных я-/я/?ет-бутилтиакаликс[4]арена в трех конфигурациях {конус, частичный конус и 1,3-алътернат) с применением «темплатного» эффекта катионов щелочных металлов (натрия, калия, цезия);

- впервые показано, что хемо- и стереоселективность взаимодействия этилбромацетата и 1,2-дизамещенного по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]арена, содержащего А^(4'-нитрофенил)ацетамидный фрагмент, в конформации 1,2-альтернат определяется природой используемого карбоната щелочного металла (натрия, калия);

- впервые установлено, что реакция гс-т/?ет-бутилтиакаликс[4]арена с 2-бром-//-(9 ',10'-диоксо-9', 10 '-дигидроантрацен-1' -ил)ацетамидом в ацетоне в присутствии карбоната натрия приводит к'селективному образованию 1,3-дизамещенного производного тиакаликсарена;

- установлено^ что замена одного 7У-(4'-нитрофенил)ацетамидного фрагмента в-тетразамещенном тиакаликс[4]арене на N.А'-диэтилацетамидную группу приводит к значительному снижению комплексообразующей способности, а замена двух фрагментов на сложноэфирные группы приводит к селективности связывания дигидрофосфат-иона по сравнению со всеми изученными анионами;

- впервые показано, что введение сложноэфирного фрагмента в нижний обод 1,3-дизамещенного л-т/?ега-бутилтиакаликс[4]арена с 7У-(4'-нитрофенил)ацетамидными группами приводит к увеличению констант устойчивости комплекса с исследуемыми' анионами на порядок по сравнению с исходным макроциклом, а замена этоксикарбонильной группы (-0СН2С(0)0Е1) на объемную ДАГ-диэтилацетамидную группу приводит к значительному снижению комплексообразующей способности данного макроцикла и увеличению селективности связывания5 фторид-иона;

- впервые показано, что в ряду изученных смешанно» три- и тетразамещенных по нижнему ободу и-/ирет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих вторичные, третичные амидные или этоксикарбонильные группы,. более эффективно анионы связывают тризамещенные производные.

Практическая значимость работы. Синтезированы 28 новых моно-, 1,2- и 1,3-ди-, три- и тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих различные амидные и: сложноэфирные фрагменты, в конформациях конус, частичный конус и 1,3-алътернат. Разработаны методы синтеза функционализированных по нижнему ободу я-гарет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих центры связывания различной природы. Впервые показано существенное влияние числа и; природы заместителей на комплексообразующие свойства различно замещенных по нижнему ободу /?-т/?е/и-бутилтиакаликс[4]аренов по отношению к анионным субстратам. Показана возможность использования производных я-трет-бутилтиакаликс[4] арена, содержащих различные; амидные группы, в качестве рецепторов на анионы.

На защиту выносятся:

Синтез ряда: новых производных «-тре/л-бутилтиакаликс[4]арена, содержащих различные амидные и сложноэфирные группы, по нижнему ободу.

Закономерности, связывающие структурные . факторы различно замещенных по нижнему ободу я-»г/?е/и-бутилтиакаликс[4]аренов с их рецепторной способностью по отношению к некоторым однозарядным: анионам.

Применение полученных различно замещенных по нижнему ободу п-тя£>ет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих амидные фрагменты, в качестве рецепторов на анионные субстраты.

Объем и структура; работы: Диссертационная работа изложена на 157 страницах машинописного текста, включает 39 рисунков и 14 таблиц. Состоит из введения, , трех глав, выводов и списка использованных библиографических источников, включающего 99 ссылок.