Синтез замещенных по нижнему ободу n-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих фотопереключаемые аза- и азометиновые фрагменты тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

004617646

На правах рукописи^

ЗАЙКОВ ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ

СИНТЕЗ ЗАМЕЩЕННЫХ ПО НИЖНЕМУ ОБОДУ п-трет-БУТИЛТИАКАЛИКС[4]АРЕНОВ, СОДЕРЖАЩИХ ФОТОПЕРЕКЛЮЧАЕМЫЕ АЗА- И АЗОМЕТИНОВЫЕ ФРАГМЕНТЫ

02.00.03 - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

1 6 ЛЕН 2010

Казань-2010

004617646

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 Стойкое Иван Иванович

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Хусаннова Наркнс Габбасовна

кандидат химических наук, с.н.с Зиганшина Альбина Юлдузовна

Ведущая организация:

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, г. Москва.

Защита диссертации состоится «23» декабря 2010 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. A.M. 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 «_» ноября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.081.03

кандидат химических наук, доцент Q^jiiP&^JМ-А' Казымова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Одним из бурно развивающихся направлений современной органической химии является целенаправленный синтез веществ с заданными свойствами. Дизайн синтетических реиепторных структур (молекул-«хозяев») стал одной из приоритетных задач вследствие огромного потенциала как самих соединений «хозяев», гак и образующихся супрамолекулярных комплексов между молекулами «хозяина» и «гостя». Создание макроциклических соединений с функциями молекулярного распознавания определенного рода субстратов необходимо при разработке новых высокоинтеллектуальных материатов; стабильных биомиметических сенсоров, высокоэффективных катализаторов, высокочувствительных датчиков, матриц аффинного разделения, нового поколения лекарств и программируемых материалов.

При дизайне синтетических рецепторов принципиальную роль играет исходная молекулярная платформа. С одной стороны, она должна быть геометрически предорганизована для молекулярного распознавания субстрата, с другой стороны, молекулярная платформа должна включать в себя возможность химической модификации для повышения эффективности и селективности связывания молекул «гостя» рецептором. Среди типичных представителей недавно разработанных синтетических рецепторов - криптанды, дендримеры. фуллерены, циклодекстрины. самоорганизующиеся монослои липидоподобных молекул и полимерных молекулярных импринтов.

В последние десятилетия пристальное внимание исследователей привлекает химия каликс[4]аренов. Тиакатиксарены обладают рядом привлекательных свойств для создания синтетических рецепторов: это существование нескольких конформаций (конус, частичный конус, /.¿-альтернат, 1,3-аптериат), способных фиксировать требуемую ориентацию центров связывания в пространстве; возможность фуикционализации как нижнего и верхнего ободов, так и мостиковых фрагментов макроцикла; способность образовывать супрамолекуляряые агрегаты с катионами переходных метатлов; проявление атлостерии при связывании анионных и катионных «гостей».

При разработке синтетических рецепторов большой интерес вызывает возможность внешнего управления эффективностью и селективностью связывания субстрата рецептором. Макроциклические рецепторы, способные находиться, по крайней мере, в двух различных формах, и обратимо переводящиеся из одного состояния в другое внешними воздействиями (такими как свет. рН. присутствие или отсутствие некоторых ионов метатлов и т. п.). могут бьпъ использованы хтя хранения и обработки информации, для создания на их основе молекулярных переключателей, «интеллектуальных» материалов. Особый интерес представляет разработка фоточувствительных систем, способных изменять свою структуру под воздействием света. Фотохимические реакции, такие как £/2-изомеризация азобензолов, димеризация антраценов, взаимный переход спиропиран-мерощганин и т.д., могут быть использованы в качестве фотоконтролируемых процессов.

Нами предложено объединить возможности тиакаликсареновой платформы, а именно способность к образованию наноразмерных агрегатов с катионами металлов и реализацию аллостерии при связывании «гостей», и возможности фотопереключаемых фрагментов для реализации фотоуправляемого переключения агрегационной способности супрамолекулярных систем.

Целью работы является направленный синтез замещенных по нижнему ободу п-трет-бутшгтиакаликсаренов, содержащих одновременно фотоуправляемые группы (аза- и азометиновая группа) и фрагменты, отвечающие за связывание «гостей», установление их структуры комплексом физических методов, оценка комплексообразующей способности ряда полученных соединений по отношению к некоторым катионам металлов, а также создание фотоуправляемых супрамолекулярных систем на их основе.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- впервые синтезированы частично- и тетразамещенные различными заместителями по нижнему ободу и-т^ет-бутилтиакаликс[4]арены в конфигурациях конус, частичный конус и 1,3-аптернат, содержащие азобензольные, фталимидные, амидные, аминные, азометиновые, гидразидные, сложноэфирные и карбоксилатные группы, структура соединений установлена комплексом физических методов;

- разработаны синтетические подходы к получению различно замещенных производных п-т/?г/и-бутшпиакаликс[4]арена и показана возможность введения в структуру тиакаликс[4]арена одновременно как центров связывания (амидные, сложноэфирные и т.д.), так и центров управления (фотопереключаемые фрагменты);

- впервые разработана методика, позволяющая эффективно и селективно получать монозамещенные производные л-трт-бутшггаакаликс[4]арена с различными заместителями по нижнему ободу;

- установлено, что замена одного сложноэфирного фрагмента в тетраэфирах на фталимидный приводит к общему ослаблению экстракционных свойств эфиров по отношению к катионам щелочных металлов, однако при этом повышается селективность экстракции;

- впервые методом динамического светорассеяния установлено влияние процессов Е/'/-изомеризации фотопереключаемых фрагментов в структуре л-т/?ет-бутилтиакаликс[4]арена на способность к образованию наноразмерных агрегатов с катионами металлов (Ре3+, Си2+, Ag+) и их размер.

Практическая значимость работы. Синтезированы 30 новых частично- и тегразамещенных по нижнему ободу и-»^ет-бугилтиакаликс[4]аренов в конформациях конус, частичный конус и 1,3-алътернат. Разработаны методы синтеза функционализированных по нижнему ободу «-т/;т-бутагггаакаликс[4]аренов, содержащих одновременно как центры связывания катионов металлов, так и центры управления - фотопереключаемые фрагменты. Впервые реализовано фотоуправляемое переключение агрегационной способности

супрамолекулярных систем, включающих тетразамехценный по нижнему ободу п-трет-б>тилтиакаликс[4]арен с азобензольными фрагментами в конфигурации 1,3-илытриат и катионы металлов (Fe'u, Си2*, Ag~). посредством £/2-изомеризации при облучении, что открывает новые возможности для создания материалов с фотоконтролируемыми физико-химическими свойствами.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Итоговой научной конференции Казанского государственного университета (Казань, 2008, 2009), VIII Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета «Материалы и технологии XXI века» (Казань. 200S), XV Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Яльчик. Республика Марий-Эл. 2008), V международном симпозиуме «Дизайн и синтез супрамолекулярных архитектур» (Казань, 2009), V Международной летней школе «Супрамолекулярные системы в химии и биологии» (Киев, Украина, 2008).

Публика »пи. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи в российском и международном журналах, а также 6 тезисов докладов в материалах различных конференций и симпозиумов.

Работа выполнена в рамках госбюджетной темы Минобрнауки РФ «Дизайн и закономерности молекулярного распознавания биологически значимых соединений природными и синтетическими наяоразмерными рецепторами» (per. № 1.11.06 308752). Исследования проводились при поддержке грантов РФФИ 06-03-32160-а «Разработка супрамолекулярных систем на основе функционализированных тиакаликс[4]аренов 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 нонами металлов» (2009-2010), международного гранта РФФИ 08-03-91106-АФГИР_а «Транспорт биомакромолекул через коллоидные нанопоры, модифицированные

гуанидинийтиакаликс(4]аренами» (2008-2009), программы совместных грантов CRDF (RUC1-2910-КА-07), 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 К» 1092 «Функционализированные материалы и сенсоры на основе тиакаликсаренов для молекулярного распознавания индивидуальных соединений и экспертной оценки сложных объектов».

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 159 страницах машинописного текста, включает 38 рисунков и 15 таблиц. Состоит из введения, трех глав, выводов и списка использованных библиографических источников, включающего 78 ссылок.

В первой главе представлен обзор литературных данных в области синтеза исходных тиакаликс[4]аренов и способов химической модификации нижнего обода тиакаликсаренового макроцикла: получение частично замещенных и тетразамещенных (функционализированных как одинаковыми, так и различными по типу заместителями) производных тиакаликс[4]арена. Основные результаты экспериментальных исследований и их обсуждение приведены во второй главе. Экспериментальная часть работы, включающая описание проведенных синтетических, экстракционных и спектральных экспериментов, а также экспериментов по изучению агрегации, приведена в третьей главе диссертации.

1. Синтез замещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[41аренов, содержащих фотопереключаемые группы

В соответствии с поставленной целью были предложены и реализованы два подхода к введению фотопереключаемых фрагментов (азометинового и аза-фрагмента) в структуру тиакаликс[4]арена Первый подход (рис.] А) заключается в модификации тиакаликс[4]арена четырьмя фрагментами, содержащими одновременно и фотопереюпочаемый фрагмент (Ф), и злектролодокорный центр для связывания катионов металлов (С). Второй подход (рис.1 Б) представляет собой функционализацию нижнего обода и-трет-бутилтиакаликс[4]арена различными по природе заместителями: с фотопереключаемым фрагментом (Ф) и с электронодонорными группами для связывания катионов металлов (С).

Рис.1. Схема создания фотоуправляемых рецепторных структур на основе функционализированного по нижнему ободу тиакаликс[4]арена.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Ф

1.1. Синтез функционалшированных по нижнему ободу прои ¡полных п-трет-0ут11лтнакалпкс[4)арепа, содержащих в составе заместителя одновременно фотопереключаемую группу и фрагмент для связывания катионов металлов

Первый подход был реализован с использованием двух путей синтеза - блочного и пошагового (рис.2). Блочная стратегия получения целевых соединений заключалась в предварительном синтезе реагента, содержащего участки связывания катионов металлов и фотопереключаемьш фрагмент, с последующей модификацией им п-трет-бутилтиакаликс[4]арена 1 (рис.2). Пошаговый подход заключался в последовательной функционализации макроцикла 1 сложноэфирными, карбоксильными ». наконец, амидными группами (рис.2). Следует отметить, что оба предложенных подхода имеют как преимущества, так и недостатки. Блочный подход позволяет вводить в макроциклическую структуру необходимые фрагменты в одну стадию, но стереохимический результат функционализации нижнего обода тиакаликс[4]арена неоднозначен. Пошаговый подход позволяет на первой же стадии зафиксировать требуемую конфигурацию тиакаликсарена (конус, частичный конус, 1.3-альтернат) посредством матричного эффекта катиона щелочного металла. Однако, различия в химических свойствах стереоизомеров, а именно, стерические эффекты заместителей и макроциклической платформы, не всегда позволяют достичь полноты протекания реакций, и вместо целевых тетразамещенных продуктов могут образовываться смеси различно замещенных веществ.

Рис.2. Схема синтеза целевых производных тиакаяихс[4]арена.

Для реализации блочного подхода (рис.2) предварительно был осуществлен синтез аткилирующего реагента 2, содержащего амидный фрагмент и фотопереключаемую группу, ачилированнем 4-аминоазобензола броманпщридом бромуксусной кислоты в бензоле с выходом 72%. Далее было проведено адаптирование л-т/>ет-бутилтиакаликс[4]арена 1 соединением 2 в присутствии карбонатов натрия, калия и цезия в ацетоне. Было установлено, что при проведении

Блочный подход

реакции в присутствии карбоната натрия образуются два продукта - тетразамещенный 3 и тризамещенный 4 тнакаликсарены в конфигурациях конус, причем последний является основным. Вероятно, образование тетразамещенного продукта в конфигурации конус 3 затруднено из-за стерического влияния заместителей и протекает медленно. Алкилирование же тиакаликс[4]арена 1 в присутствии карбонатов калия и цезия приводит к образованию единственного продукта -тиакатиксарена 5 в конфигурации 1,3-саьтернат.

I " вг 5 ^ "-о

2 72%

Дта реализации пошаговой стратегии (рис.2) предварительно по литературным методикам были синтезированы тетраэфиры 6-8 и тетракислоты 9-11 в различных конфигурациях - конус, частичный конус и 1,3-спыперпат.

Кипячением с избытком хлористого тионила были получены соответствующие хлорангидриды. Далее было изучено взаимодействие хлорангидридов тетракислот на основе п-т/7е«г-бутилтиакаликс[4]арена с 4-аминоазобензолом в хлористом метилене в присутствии триэтиламина.

ОН 4

1

ВгСН2С02Е1, М2003, (СН3)2СО

0=С

6 конус

7 частичный конус

8 1,3-ичьтернат

ЫОН ТГФ/Н20

ОН

9 конус . 10 частичный конус 11 1,¡-альтернат

В случае тетракислоты в конфигурации конус 9 с выходом 47% был выделен тетраамид 3. Однако, в случае кислот в конфигурации частичный конус 10 и 1,3-альтернат 11 целевые амиды выделить не удалось вследствие образования трудноразделимой смеси продуктов частичного ацилирования.

Структура полученных макроциклов охарактеризована комплексом физических методов: ЯМР 'Н и |3С-спектроскопией, ИК-спектроскопией, масс-спектрометрией, индивидуальность подгвервдена измерением температуры плавления и тонкослойной хроматографией, а состав -элементным анализом. В качестве примера на рисунке 3 приведен спеетр ЯМР 'Н соединения 4 в конфигурации конус. Сигналы трет-бутальных протонов представлены в виде 3 синглетов при 0.92, 1.36, 1.39 м.д. с соотношением интенсивностей 2:1:1, амидные протоны - в виде двух синглетов, оксиметиленовые протоны - в виде синглета и АХ-спияовой системы, арильные фрагменты макроцикла проявляются в виде двух синглетов и АВ-спиновой системы. Протоны азобензольного фрагмента заместителей предстаапены в виде соответствующих мультиплетов. Методом двумерной ЯМР 'Н-'Н ЫОЕ8У-спекгроскопш было установлено, что макроциклы 3 и 4 находятся в конфигурации конус, а конфигурация соединения 5 -1,3-ачьтернат.

3 47%

юо >« 91 з;-' "9 ""1 а ьч зт ю

м.д.

РисЛ Спектр ЯМР 'Н соединения 4 (в СОС13,25 "С, 300 МГц).

Таким образом, с помощью блочного подхода с хорошим выходом был получен целевой тиакаликсарен 5 в конфигурации ¡¿-альтернат, а пошаговый подход оказатся оптимальным в случае синтеза стереоизомера конус 3.

].2. Синтез различно замещенных по нижнему ободу производных п-трет-бутилтиакаликс[4]ярена

Синтез функционатизированных по нижнему ободу различными заместителями п-трст-бутилтиакатикс[4]аренов был осуществлен с использованием второго подхода (рис.1 Б). В отличие от химии классических катикс[4]аренов получение частично замещенных по нижнему ободу производных тиакатикс[4]арена является достаточно сложной задачей. При апеллировании макроцикла в условиях недостатка апеллирующего агента образуются трудноразделимые смеси различно замещенных продуктов. Для получения частично замещенных тиакатиксаренов нами было предложено использовать алкилирующие реагенты, имеющие достаточно объемные группы, способные к образованию водородных связей со свободными гидроксильными группами тиакаликс[4]арена. В качестве алкилирующих агентов были использованы Л7-(3-бромпропил)фтатимид и Л-(2-бромэтил)фталимид.

Как и ожидалось, взаимодействие л-ирг«-бутилтиакаликс[4]арена 1 с А'-(З-бромпропил)-фтатимидом в присутствии карбонатов калия и цезия приводит к образованию тетразамещенного продукта 12 в конфигурации ¡¿-альтернат, что характерно для алкилгалогенвдов и отсутствия

темплэтного эффекта. Заменой основания на карбонат натрия уд&тось остановить реакцию на стадии получения дизамещенного производного тиакаликс[4]арена 13.

Изучение функционализации я-трет-бутшггиакаликс[4]арена 1 N-(2-бромэтил)фталимидом показ&то, что, при уменьшении числа метиленовых фрагментов в алкилируюшем реагенте между реакционным центром и гетероциклом, независимо от условий проведения реакции, образуется монозамещенный продукт 14 в конформации конус.

Для установления факторов, влияющих на образование монопроизводного 14, было проведено его аткилирование менее стерически загруженными апеллирующими агентами: 3-хлорбутиронитрилом и Лг-(3-бромпропил)фталимвдом, отличающимся длиной алкильного хвоста на один метиленовый фрагмент. С высокими выходами были выделены тетразамещенные по нижнему ободу тиакаликс[4]арены 15 и 16. Протекание данных реакций свидетельствует о том, что определяющим* фактором, контролирующим образование монозамещекного продукта, является стерический.

Для установления структуры и факторов, влияющих на образование монозамешенного производного 14, его пространственная структура была изучена с помощью двумерной ЯМР 'Н-'Н КОЕВУ спектроскопии (рис.4). В двумерном спектре соединения 14 наблюдаются кросс-пики.

обусловленные диполь-дипольным взаимодействием гидроксидьных протонов нижнего обода макроцикла с мешленовыми протонами заместителя и ароматическими протонами фталимидного фрагмента. Полученные данные подтверждают тот факт, что фталимидный фрагмент приближен к гидроксильным протонам.

Рис.4. Двумерный спектр ЯМР 'Н-'Н NOESY соединения 14 (в СОС]3:25°С. 500 МГц).

Следующим шагом стало проведение реакции гидразинолиза соединений 12 и 14 с целью получения аминоа, обладающих обширным синтетическим потенциалом (например, аминогруппа может бьпъ трансформирована в азометиновую). С высокими выходами (80-90%) были получены соответствующие амины 17 и 18.

Реакционная способность аминогрупп тиакаликсаренов 17 и 18 была изучена на примере взаимодействия с рядом электрофильных реагентов - ароматических альдегидов. Обнаружено различие в химическом поведении моно- и тетразамещенного производных 17 и 18. Продукты взаимодействия амина 17 с изученными ароматическими альдегидами оказались гидролитически неустойчивыми. Взаимодействием же тетраамина 18 с серией ароматических альдегидов были синтезированы соединения 19-23 с высокими выходами 8590%.

1.3. Функционализация монозамещенного по нижнему ободу производного п-трет-бутн.тп1акалнкс[4|арсна фрагментами, содержащими электронодонорные группы

С целью введения заместителей, содержащих центры координации, в тиакатиксареновый макроцикл было изучено взаимодействие п-трет-бутилтиакаликс[4]арена 14 с этиябромацетатом в ацетоне. При проведении реакции варьировали природу матричного катиона (Ыа~, К", Сэ') и время процесса (15-45 часов). В присутствии карбоната цезия был выделен единственный продукт 24 в конфигурации 1.3-саьтернат, в присутствии карбоната натрия получено тетразачешенное производное 25 в конфигурации конус. При апеллировании макроцикла 14 этилбромацетатом в присутствии карбоната катая, кроме основного продукта в конфигурации конус 25. с небольшим выходом (3%) был выделен минорный продуют в конфигурации частичный конус 26.

г,

у о о <>

~ г <; ^л

м У'Уо' 1

25 83%

С целью введения фотопереключае.мого фрагмента с сохранением участков связывания были изучены реакции превращения фталимидного фрагмента в тиакаликсаренах 24 и 25 в аминогруппу. При гидразинолизе триэфиров помимо снятия фталимидного фрагмента происходит замещение сложноэфирных групп на гидразиддые. При щелочном гидролизе производного тиакаликсарена 25 в присутствии гидроксида лития была получена аминокислота 27. В случае щелочного гидролиза макроцикла 24 была получена кислота 29. причем происходит лишь частичный гидролиз фталимидной группы.

Далее бьиа изучена реакция ачкилирования соединения 14 /У,М-дютилхлорацетамидом в условиях, аналогичных реакции алкилирования этилбромацетатом. Алкилированием соединения 14 Л'.А'-диэтилхлорацетамидом в присутствии карбоната цезия бьш синтезирован п-трет-бутилтиакаликс[4]арен 31 в конфигурации 1,3-альтернат, в присутствии карбонатов натрия и калия был выделен тиакаликсарен 32 в конфигурации конус. Затем фталимндный фрагмент был

переведен в аминогруппу гидразинолизом. С высокими выходами были получены соответствующие амины 33 и 34.

НС 1-НЛ -

92%

Для введения азометинового фрагмента было исследовано взаимодействие амина на

основе и-трсш-бутилтиакаликс[4]арена 33 с бензальдегидом. Было синтезировано производное тиакаликсарена 35, которое наряду с тремя связывающими амидными фрагментами содержит фотопереключаемую иминную группу.

Структура и состав всех синтезированных производных тиакаликс[4]арена охарактеризованы рядом физико-химических методов: одномерной и двумерной ЯМР спектроскопией, ИК-спектроскопией. МАНН-ТОР или электроспрей масс-спектрометрией. данными элементного анализа.

2. Изучение комплексообразующнх свойств синтезированных производных п-трет-бути.тп1акалнкс[4]арена

2.1. Изучение экстракционных свойств замешенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакалпкс|4|аренов, содержащих фтал читаные группы, по отношению к однозарядным катионам щелочных металлов и серебра®

В связи с обнаруженным нами влиянием природы катиона щелочного металла на стереохимйческий/ результат реакции этилбромацетатафс макроциклом 14,- образование стереоизомеров конус (25) и ,3-аптернат (24) - была выдвинута гипотеза о темПлатном эффекте катионов. Дтя подтверждения возможности реализации темгщатного эффекта катиона в синтезе соединений 24 и 25 была оценена способность тиакаликс[4]аренов. содержащих фтачимидный фрагмент, 12-14,24 и 25 к распознаванию однозарядных катионов металлов (щелочных металлов

и серебра). Были проведены эксперименты по жидкостной пикратной экстракции во взаимно-насыщенной водно-дихлорметановой системе.

Оказалось, что фтатамидные производные тиакаликсарена 12-14 не экстрагируют катионы щелочных металлов. Эффективность связывания Agi резко уменьшается в ряду тиакаликсаренов: моиозамещенный 14 (100%), дизамешенный 13 (38%). тетразамяценньш 12 (4%), т.е. введение фталимидных групп приводит к снижению экстракционной способности изученных производных тиакаликсарена.

Интересно сравнить свойства описанных в литературе тетраэфиров на основе п-трет-бутиятиакаликс[4]арена конус 6,1,3-альтернат 8 и триэфиров в конфигурации I,3-шьтчрпат 24 и в конфигурации конус 25 (рис.5).

и-» Ма+ к* Сг

Рис.5. Степень экстракции (%Е) ионов щелочных металлов и серебра двумя стереоизомерами конус (6 и 25) и 1.3-алыпернат (8 и 24). Условия экстракции: С(лиганда) = 2.5* Ю-3 М, С(М") = 2.32*10'4 М, С(Рк") = 2.32* 10"4 М.

Оказалось, что замена одного сложноэфирного фрагмента на фтатимндный приводит к ослаблению экстракционных свойств. В случае конфигурации 1,3-шьтернат наблюдается ослабление эффективности связывания катионов, но повышается селективность экстракции катиона К." по сравнению с Сз+. В случае конфигурации конус наблюдается общее ослабление комплексообразующих свойств (рис.5). Таким образом, методом экстракции ионных пар было показано, что корреляция между стереохимическим результатом реакции этиябромацетата с макроциклом 14 и экстракционными свойствами стереоизомеров 1,3-тыпернат 24 и конус 25 не наблюдается, что может свидетельствовать об отсутствии темплатного эффекта катиона щелочного металла в изученных реакциях.

2.2. Фотоуправляемыс супрамолекулярные системы на основе синтезированного тнакаликс[4|арена

Для реализации поставленной задачи по созданию фотоуправляемых супрамолекулярных систем на основе производных тиакаликс[4]арена было проведено исследование систем, включающих тетразамещенный по нижнему ободу п-тргяг-бутилтиакатикс[4]ареи 5 с азобензольными фрагментами в конфигурации 1,3-шьтернат и катионы металлов (Ре",+, Си2+. Ag+), методом динамического светорассеяния.

Предварительно методом электронной спектроскопии была исследована способность п-от/?(?л;-бутилтиакатикс[4]арена 5 изменять свою конформацию под действием УФ излучения за счет ЕЛ изомеризации фотопереключаемых фрагментов. Было установлено, что для £-формы соединения наблюдаются максимумы полос поглощения при 350 нм и 450 нм, соответствующие

и п—»л* электронным переходам азобензольных фрагментов (рис.6).

Рнс.6. УФ-спектры п-трет-бутилтиакаликс[4]арена 5 в Е- и 2-форме в дихлорметане.

А

нм

Под действием УФ излучения при 365 нм в течение 20 минут происходит переход п-трет-бутнлтаакаликс[4]арена 5 из Е- в ¿-форму, при этом полоса переноса заряда при 350 нм исчезает, что доказывает процесс полного превращения £-изомера. Данный процесс яатяется обратимым, так как уже через три часа макроцикл 5 полностью возвращается в исходное состояние с Е-конфигурацией (рис.6), что было подтверждено методами ЯМР и электронной спектроскопии.

Методом динамического светорассеяния было проведено исследование систем, включающих тетразамещенный по нижнему ободу и-т/?еш-бутилтиакатикс[4]арен 5 с азобензольными фрагментами в конфигурации 1,3-альтернат и катионы металлов (Ре^, Си''. А»*), Было показано, что макроцикл 5, находящийся как в £-, так и в г-конфигурациях, не способен к самоассоциации с образованием наноразмерных агрегатов. Однако при введении в систему, содержащую л-трет-бутилтиакаликс[4]арен 5, нитрата серебра происходит образование супрамолекулярных ассоциатов. Иотересно отметить, что изменение природы нитрата металла су щественным образом сказывается как на виде электронных спектров, так и на способности 2- и Е-изомеров и-т/х'т-бутилтиакаликс[4]арена 5 образовывать наноразмерные агрегаты. При добавлении в систему нитрата меди так же, как и в случае с катионами серебра, вследствие взаимодействия данного субстрата с макроциклом происходят изменения в УФ спектрах, однако супрамолекулярные самоассоциаты в данных условиях не образуются (рис.7).

Рнс.7. УФ спектры п-трст-бутилтиахачикс[4]арена 5 в Е- и ¿Г-форме с нитратом серебра (А), меди (Б) и железа (В) в дихлорметане (* - длины волн УФ лампы, при которых происходило облучение систем).

Существенные различия в размерах частиц, образованных двумя изомерами макроиикла 5, наблюдаются в присутствии нитрата железа и нитрата серебра, при этом £-изомеру соответствуют агрегаты порядка 65.2 нм и 41.7 нм. а ¿-изомеру - 146.1 нм и 60.6 нм соответственно (табл. 1).

Таблица 1. Размер агрегатов (гидродинамические диаметры частиц с!|, (Зз. нм) и плошадн максимумов (Би Б?. %) распределения частиц по размеру и интенсивности, образованных в результате ассоциации и-тр£т-бутилтиакаликс[4]арена 5 (5* 1С6 М) в конфигурации 1,3-спьтернат с катионами различных металлов (5* 104 М), нм, индекс полидисперсности (РОГ).

Ре Си:~ А8'

<1|. н.м / Бь % £-изомер 65.2±10,8/100 - 41.7±2.8/100

¿-изомер (365нм) 146.1±48.8 / 89.7±11.3 - 60.6±2.7100

¿-изомер (254нм) 125.7±2).0/94.6±4.0 Ш.9±59.9/85.6±13.5 61.1 ±5.4/ ¡00

(1;. НМ 1 ?>Ъ % ¿■-изомер - - -

¿-изомер (365нм) 4705.0±647.б/12.1±ПЗ - -

¿-изомер (254нм) 4770.0*578.9/5.4±4.0 3730.0±535.8/14.4±13.5 -

РМ £-изомер 0.90±0.11 - 0.20±0.06

¿-изомер (365нм) 0.27±0.06 - 0.15=0.03

¿-изомер (254нм) 0.19±0.05 0.34±0.16 0.16±0.02

При добавлении к макроциклу 5 нитрата меди супрамолекулярные агрегаты не образуются. Отсутствие наноразмерных агрегатов также было установлено при воздействии на систему УФ излучения с длиной волны 365 нм, что связано с невозможностью изменения Е-конфигурации соединения 5 (рис.7 Б). Переход гс-этрг/и-бутюггаакаликс[4]арена 5 из Е- в ¿-форму в присутствии нитрата меди может быть реализован при облучении образца светом с длиной волны 254 нм (рис.7 Б). Интересно отметить, что только в ¿-форме я-шрет-бутллтиакаликс[4]арен 5 способен образовывать супрамолекулярные ассоциаты с нитратом меди. Таким образом, нами впервые реализовано фотоуправляемое переключение агрегационной способности супрамолекулярных систем на основе производных тиакаликс[4]арена.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны новые подходы к синтезу производных п-трет-бутилтиакаликс[4]арена. содержащих в своем составе как центры связывания (амидные, гидразидные. сложноэфирные и карбоксилатные группы), так 1! центры 5Т1рааления (азобензольные и азометиновые группы) (фотопереключаемые фрагменты).

2. Синтезировано 30 новых функшонализироваяных по нижнему ободу п-трет-бутшггиакатикс[4]аренов. содержащих азобензольные, фталимидные. амидные, аминные. азометиновые. гидразидные. сложноэфирные и карбоксилатные группы; структура соединений

установлена комплексом физических методов (одномерной ЯМР 'Н, '"С и двумерной !Н-'Н N'OESV спектроскопией, ИК спектроскопией, масс-спектрометрией).

3. Предложен новый реагент для синтеза монофушшионализированных по нижнему ободу производных л-т/>еш-б}тилтиакаликс[4]арена - Д'-(2-бромэтил)фталимид. Взаимодействие п-ш/^т-бутилтиакатикс[4]арена с Л'-Р-бромэта.'Офтаяимидом приводит к селективному образованию монозамещенного продукта - 5,11,17,23-тегра-№/*и-бутил-25,26,27-тригидрокси-28-(2Ч^-фтатимид)тгокси)-тиакаликс[4]арена, что обусловлено стерическими препятствиями дальнейшей функционализации, поскольку удлинение спейсера на одну метиленовуго группу ведет к образованию не moho-, а тетразамешенного продукта.

4. Установлено нехарактерное химическое поведение фталимидного фрагмента в стереоизомере ¡,3-илътернат 5,11,17,23-тетра-тре/я-бутил-25,26,27-три[( этокси-кар0онил)метокси]-28-[2'-(Л'-фталимид)этокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арена в реакциях щелочного гидролиза. В отличие от других изученных фталимидных производных п-трет-бутилтиакаликс[4]арена происходит лишь частичный гидролиз фталимидной группы.

5. Методом пикратной экстракции определены экстракционные свойства стереоизомеров конус и 1,3-алыпернат и-трет-бутилгиакаликс[4]аренов, модифицированных фталимидными и сложноэфирными функциями, по отношению к однозарядным катионам щелочных металлов и серебра. Выявлено, что замена одного сложноэфирного фрагмента на фталимидный в тетраэфирач на основе и-т/>ет-бутилтиакаликс[4]арена приводит к ослаблению экстракционных свойств, а в случае стереоизомера /,3-шьтернат и к K+/Cs+ селективности.

6. Осуществлено фотоуправляемое переключение агрегационной способности супрамолекулярных систем, включающих производные тиакаликс[4]арена и катионы металлов (Fe3", Cir+, Ag~). на примере f/Z-изомеризации 5,11,17,23-тетра-/гг/7ст-бутил-25,26,27,2S-тет]-)акис[4-(2-оксо-2-{(Е)-4'-(фенилдиазенил)анилино}этокси]-2,8,14г20-тетратиакаликс[4]арена в конфигурации I .З-саыпериат. Изомеризация N=N связей при переходе из £- в Z-форму при облучении образна светом с длиной волны 254 нм приводит к увеличению размера (диаметра) агрегатов тиакатиксарена с катионами изученных металлов: Fe(îïï) (с 65 до 146 iim), Cu(ll) (с 0 до 188 нм), Ag(I) (с 42 до 61 нм).

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях

1. Юшкова, Е. А. Самосборка наноразмерных агрегатов на основе фогопереключаемого производного п-шрете-бутилтаакаликс[4]арена и катионов Fe"1, Cu", Ag1 [Текст] / Е.А.Юшкова, Е.Н.Зайков, И.И.Стойков, И.С.Антипин // Известия Академии наук. Серия химическая,- 2009,- № 1. - С.101-107.

2. Stoikov, I.I. Synthesis and complexation properties of 1,3-altemate stereoisomers of p-tert-butylthiacalix[4]arenes tetrasubstituted at the lower rim by the phthalimide group [Text] / I.I. Stoikov, A.V.Galukhin, E.N.Zaikov, I.S.Antipin// Mendeleev Commun.- 2009.-V.19. - P .193-195.

3. Amirov, R.R. Tetrathiacalix[4]arene as perspective ligand for contrasting MR-images: synthesis and complex formation with Gd(lII) [Text] / R.R.Amirov, A.V.Galuhin, A.B.Ziyatdinova, E.N.Zaikov, E.A.Burilova, A.V.Kononova, I.I.Stoikov // Book of abstracts of V International Symposium "Design and Synthesis of Supramolecular Architectures".-Kazan, Russia, October 12-16,2009. - P. 133.

4. Зайков, E.H. Синтез и рецепторные свойства производных н-трет-бутилтиакаликс[4]арена, содержащих фталимидные и сложноэфирные фрагменты [Текст] / Е.Н.Зайков. Л.В.Гатухин, И.И.Стойков И.С.Антипин, А.И.Конов&тов // Тезисы докладов XV Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем».-Яльчик, 2008. -С.79.

5. Галухин, А.В. Разработка подходов к созданию рецепторов с элементами управления на основе замещенных по нижнему ободу и-трет-буталтиакаликс[4]аренов [Текст] / А.В. Галухин. Е.Н.Зайков. И.И. Стойков // Сборник тезисов VIII научной конференции молодых учёных, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета «Материалы и технологии XXI века». - Казань, 28-29 октября 2008. - С.21.

6. Zaikov, E.N. Synthesis and complexation properties of p-ter/-butylthiacalix[4]arenes substituted at the lower rim by phtalimide and ester groups. [Text] / E.N. Zaikov, A.V. Gakihin, I.S. Antipin, I.I. Stoikov // Book of abstracts of V International Symposium "Supramolecular systems in Chemistry and Biology".- Kyiv, Ukraine, May 12-16,2009. - P.142.

7. Галухин, А.В. Синтез производных п-трет-бутилтиакаликс[4]арена, содержащих фталимидные, аминные и сложноэфирные группы на нижнем ободе [Текст] / А.В. Галухин. Е.Н.Зайков. И.И. Стойков // Итоговая научно-образовательная конференция студентов Казанского государственного университета 2008 года - Казань, 2008. - С.64-65.

8. Галухин, А.В. Разработка подходов к созданию наноразмерных синтетических рецепторов на основе стереоизомеров л-трет-бутилтиакаликс[4]арена, замещенного по нижнему ободу азотсодержащими группами [Текст] / А.В. Гатухин, Е.Н.Зайков, И.И. Стойков // Итоговая научно-образовательная конференция студентов Казанского государственного университета 2009 года.-Казань. 2009.-С.66.

Отпечатано в ООО «Печатный двор», г. Казань, ул. Журналистов, 1/16, оф.207

Тел: 272-74-59, 541-76-41, 541-76-51. Лицензия ПД№7-0215 от 01.11.2001 г. Выдана Поволжски.и межрегиональным территориальным управлением МПТР РФ. Подписано в печать 18.11.2010 г. Печ.л.1,3 Заказ № К-6979. Тираж 150 зю. Формат 60x841/16. Бумага офсетная. Печать - ризография.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА-1. ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ НИЖНЕГО ОБОДА п-трет-БУТИЛТИАКАЛИКС[4]АРЕНА,(ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР):.

1.1 Синтез тиакаликс[4]аренов.

1.2 Синтез тетразамещенных по нижнему ободу производных тиакаликс[4]арена .:.

1.2.1 Взаимодействие тиакаликс[4]арена с алкилгалогенидами.

1.2.2 Взаимодействие тиакаликс[4]арена с алкилирующими реагентами, содержащими карбонильную группу.

1.2.3 Функционализация тетраэфиров на основе тиакаликс[4]арена.

1.3 Синтез частично замещенных по нижнему ободу тиакаликс[4]аренов и их дальнейшая функционализация.

1.3.1 Алкилирование тиакаликс[4]аренов галогенпроизводными.

1.3.2 Синтез частично замещенных производных конденсацией Мицунобу.

1.3.3 Синтез частично замещенных производных тиакаликс[4]арена через трифлатпроизводные.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПОДХОДОВ К СИНТЕЗУ ЗАМЕЩЕННЫХ ПО НИЖНЕМУ ОБОДУ »-ш/?ет-БУТИЛТИАКАЛИКС[4]АРЕНОВ, СОДЕРЖАЩИХ ФОТОПЕРЕКЛЮЧАЕМЫЕ ГРУППЫ, И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ФОТОПЕРЕКЛЮЧАЕМОЙ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЙ АССОЦИАЦИИ (ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ).

2.1 Синтез функционализированных по нижнему ободу производных п-трет-бутилтиакаликс[4]арена, содержащих в составе заместителя одновременно фотопереключаемую группу и фрагмент для связывания катионов металлов.

2.2 Синтез различно замещенных по нижнему ободу производных п-трет-бутилтиакаликс[4]арена, содержащих одну фотопереключаемую группу.

2.3 Изучение фотопереключаемой супрамолекулярной ассоциации тетразамещенного по нижнему ободу «-трет-бутилтиакаликс[4]ареиа, содержащего азобензольные фрагменты, в конфигурации 1,3-альтернат.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Актуальность. Одним- из бурно развивающихся- направлений современной органической химии является целенаправленный синтез веществ с заданными свойствами. Дизайн* синтетических рецепторных структур (молекул-«хозяев») стал одной из приоритетных задач вследствие огромного потенциала как самих соединений «хозяев», так и образующихся* супрамолекулярных комплексов между молекулами «хозяина» и «гостя». Создание макроциклических соединений с функциями молекулярного распознавания определенного рода субстратов необходимо при разработке новых «высокоинтеллектуальных» материалов: стабильных биомиметических сенсоров, высокоэффективных катализаторов, высокочувствительных датчиков, матриц аффинного разделения, нового поколения лекарств и программируемых материалов.

При дизайне синтетических рецепторов принципиальную роль играет исходная молекулярная платформа. С одной стороны, она- должна быть геометрически предорганизована для. молекулярного распознавания субстрата, с другой стороны, молекулярная платформа должна включать в себя возможность химической модификации для повышения эффективности и селективности связывания1 молекул «гостя» рецептором. Среди типичных представителей недавно разработанных синтетических рецепторов - криптанды, дендримеры, фуллерены, циклодекстрины, самоорганизующиеся монослои липидоподобных молекул и полимерных молекулярных импринтов.

В последние- десятилетия пристальное внимание исследователей привлекает химия каликс[4]аренов. Тиакаликсарены обладают рядом привлекательных свойств для создания синтетических рецепторов: это существование нескольких конформаций {конус, частичный конус, 1,2-альтернат, 1,3-алътернат), способных фиксировать требуемую ориентацию центров связывания в пространстве; возможность функционализации как нижнего и верхнего ободов, так и мостиковых фрагментов макроцикла; способность образовывать супрамолекулярные агрегаты с катионами переходных металлов; проявление аллостерии при связывании анионных и катионных «гостей».

При разработке синтетических рецепторов большой интерес вызывает возможность внешнего управления эффективностью и селективностью связывания субстрата рецептором. Макроциклические рецепторы, способные 1 находиться, по крайней мере, в двух различных формах, и обратимо переводящиеся из одного состояния в другое внешними воздействиями (такими как свет, рН, присутствие или отсутствие некоторых ионов металлов и т.п.), могут быть использованы для хранения и обработки информации, для создания на их основе молекулярных переключателей, «интеллектуальных» материалов. Особый интерес представляет разработка фоточувствительных систем, способных изменять свою структуру под воздействием света. Фотохимические реакции, такие как ^^-изомеризация азобензолов, димеризация антраценов, взаимный переход спиропиран-мероцианин и т.д., могут быть использованы в качестве фотоконтролируемых процессов.

Нами предложено объединить возможности тиакаликсареновой платформы, а именно способность к образованию наноразмерных агрегатов с катионами металлов и реализацию аллостерии при связывании «гостей», и возможности фотопереюпочаемых фрагментов для реализации фотоуправляемого переключения агрегационной способности супрамолекулярных систем.

Целью работы является направленный синтез замещенных по нижнему ободу «-«трет-бутилтиакаликсаренов, содержащих одновременно фотоуправляемые группы (аза- и азометиновая группа) и фрагменты, отвечающие за связывание «гостей», установление их структуры комплексом физических методов, оценка комплексообразующей способности ряда полученных соединений по отношению к некоторым катионам металлов, а также создание фотоуправляемых супрамолекулярных систем на их основе.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- впервые синтезированы -частично- и тетразамещенные различными заместителями по нижнему ободу л-тре/;г-бутилтиакаликс[4]арены в конфигурациях конус, частичный конус и 1,3-альтернат, содержащие азобензольные, фталимидные, амидные, аминные, азометиновые, гидразидные, сложноэфирные и карбоксилатные группы, структура соединений« установлена комплексом физических методов;

- разработаны синтетические подходы к получению различно замещенных производных я-тр<?т-бутилтиакаликс[4]арена и показана возможность введения в структуру тиакаликс[4]арена одновременно как центров связывания (амидные, сложноэфирные и т.д.), так и центров управления (фотопереключаемые фрагменты);

- впервые разработана методика, позволяющая эффективно и. селективно получать монозамещенные производные /7-треш-бутилтиакаликс [4] арена с различными заместителями по нижнему ободу;

- установлено, что замена одного сложноэфирного фрагмента в тетраэфирах на фталимидный приводит к общему ослаблению экстракционных свойств эфиров по отношению к катионам щелочных металлов, однако при этом повышается селективность экстракции;

- впервые методом динамического светорассеяния установлено влияние процессов ^/^-изомеризации фотопереключаемых фрагментов в структуре- п-трет-бутилтиакаликс[4]арепа на способность к образованию наноразмерных агрегатов с катионами металлов (Те3+, Си2+, А^4) и их размер.

Практическая значимость работы. Синтезированы 30 новых частично- и тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]артов в конформациях конус, частичный конус и 1,3-алътернат. Разработаны методы синтеза функционализированных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих одновременно как центры связывания катионов металлов, так и центры управления - фотопереключаемые фрагменты. Впервые реализовано фотоуправляемое переключение агрегационной способности супрамолекулярных систем, включающих тетразамещенный по нижнему ободу «-/ирет-бутилтиакаликс[4]ареп с азобензольными фрагментами в конфигурации 1,3-апътернат и катионы металлов (Ре3+, Си2+, А§+), посредством £■/7-изомеризации при облучении, что открывает новые возможности для создания материалов с фотоконтролируемыми физико-химическими свойствами.

На защиту выносятся:

Синтез ряда новых производных л-/и/?£от-бутилтиакаликс[4]арена, содержащих одновременно как фотопереключаемые группы, так и' фрагменты для связывания. Разработка и оптимизация методов синтеза различно замещенных по нижнему ободу производных п-трет-бути лти акал икс [4] арена.

Закономерности, связывающие структурные факторы различно замещенных по нижнему ободу и-^7/?еш-бутилтиакаликс[4]аренов с их комплексообразующей способностью по отношению к однозарядным катионам металлов.

Реализация процессов ^/^-изомеризации производного п-трет-бутилтиакаликс[4]арена, содержащего азобензольные группы, для управления процессами образования и размерами наноразмерных агрегатов с катионами металлов (Ре3+, Си2+, А§+).

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 159 страницах машинописного текста, включает 38 рисунков и 15 таблиц. Состоит из введения, трех глав, выводов и списка использованных библиографических источников, включающего 78 ссылок.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны новые подходы к синтезу производных п-трет-бутилтиакаликс[4]арена, содержащих в своем составе как центры связывания (амидные, гидразидные, сложноэфирные и карбоксилатные группы), так и центры управления (азобензольные и азометиновые группы) (фотопереключаемые фрагменты).

2. Синтезировано 30 новых функционализированных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих азобензольные, фталимидные, амидные, аминные, азометиновые, гидразидные, сложноэфирные и карбоксилатные группы; структура соединений установлена комплексом физических методов (одномерной ЯМР ]Н, 13С и двумерной 1Я-1Я NOESY спектроскопией, ИК спектроскопией, масс-спектрометрией).

3. Предложен новый реагент для синтеза монофункционализированных по нижнему ободу производных /?-ш^ет-бутилтиакаликс[4]арена - N-(2-бромэтил)фталимид. Взаимодействие и-т/?е/и-бутилтиакаликс[4]арена с N-(2-бромэтил)фталимидом приводит к селективному образованию монозамещенного продукта - 5,11,17,23-тетра-т/?ет-бутил-25,26,27-тригидрокси-28-(2'-(Аг-фталимид)этокси)-тиакаликс[4]арена, что обусловлено стерическими препятствиями дальнейшей функционализации, поскольку удлинение спейсера на одну метиленовую группу ведет к образованию не moho-, а тетразамещенного продукта.

4. Установлено нехарактерное химическое поведение фталимидного фрагмента в стереоизомере 1,3-алътернат 5,11,17,23-тетра-йтрет-бутил-25,26,27-три[(этокси-карбонил)метокси]-28-[2'-(]У-фталимид)этокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арена в реакциях щелочного гидролиза. В отличие от других изученных фталимидных производных и-шрега-бутилтиакаликс[4]арена происходит лишь частичный гидролиз фталимидной группы.

5. Методом пикратной экстракции определены экстракционные свойства стереоизомеров конус и 1,3-алътернат /7-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, модифицированных фталимидными и сложноэфирными функциями, по отношению к однозарядным катионам щелочных металлов и серебра. Выявлено, что замена одного сложноэфирного фрагмента на фталимидный в тетраэфирах на основе и-т/?гт-бутилтиакаликс[4] арена приводит к ослаблению экстракционных свойств, а в случае стереоизомера 1,3-алътернат и к K+/Cs+ селективности.

6. Осуществлено фотоуправляемое переключение агрегационной способности супрамолекулярных систем, включающих производные тиакаликс[4]арена и катионы металлов (Fe3+, Cu2+, Ag:), на примере E/Z-изомеризации 5,11,17,23-тетра-^ет-бутил-25,26,27,28-тетракис[4-(2-оксо-2-{(Е)-4'-(фенилдиазенил)анилино}этокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арена в конфигурации 1,3-алътернат. Изомеризация N=N связей при переходе из Е- в Z-форму при облучении образца светом с длиной волны 254 нм приводит к увеличению размера (диаметра) агрегатов тиакаликсарена с катионами изученных металлов: Fe(III) (с 65 до 146 нм), Cu(II) (с 0 до 188 нм), Ag(I) (с 42 до 61 нм). s

151

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ

ИСТОЧНИКОВ

1. Jacques, V. Calixarenes in the nanoworld [Text] / V.Jacques, J.Harrowfield, L.Baklouti // London: Springer.-2007.-395 p.

2. Iki, N. Synthesis of p-tert-butylthiacalix[4]arene and its inclusion property [Text] / N.Iki, C.Kabuto, T.Fukushima, H.Kumagai, H.Takeya, S.Miyanari, T.Miyashi, S.Miyano //Tetrahedron.-2000.-V.56.-P.1437-1443.

3. Ruangpornvisuti, V. Conformational structures, proton affinity ofp-tert-butylthiacalix[4]arene and its zinc complex [Text] / V.Ruangpomvisuti // Journal of Molecular Structure.-2004.-P. 103-113.

4. Sone, T. Abstract book of workshop on calixarenes and related compounds [Text] / T.Sone, Y.Ohba, K.Moriya, H.Kumada // p. PS/B-36, 2-4 June 1993, Fukuoka, Japan.

5. Kumagai, H. Facile synthesis of p-tert-butylthiacalix[4]arene by the reaction of p-tert-butylphenol with elemental sulfur in the presence of a base [Text] / H.Kumagai, M.Hasegawa, S. Miyanari, Y.Sugawa, Y.Sato, T.Hori, S.Ueda, H.Kamiyama, S.Miyano // Tetrahedron Lett - 1997.-V.38.-P.3971.

6. Коп, I. Synthesis of/7-teri-butylthiacalix[«]arenes (n=4, 6, and 8) from a sulfur-bridged acyclic dimer of />feri-butylphenol [Text] / I.Kon, N.Iki, S.Miyano // Tetrahedron Lett.-2002.-V.43.-P.2231-2234.

7. Patel, M.H. Genesis of thiacalixarene: a one-pot highly efficient synthesis of TC4A [Text] / M.H.Patel, V.B.Patel, P.S.Shrivastav // Tetrahedron Lett-2008-V.49.-P.3087-3091.

8. Akdas, H. Thiacalixarenes: synthesis and structural analysis of thiacalix[4]arene and of p-tert-butylthiacalix[4]arene [Text] / H.Akdas, L.Brignel, E.Graf, M.W.Hosseini, G.Mislin, J.Pansanel, A.De Cian, J.Fischer // Tetrahedron Lett-1998.-V.39.-P.2311-2314.

9. Gutsche, C.D. Calixarenes. Monographs in supramolecular chemistry [Text] / Ed. J.F.Stoddart // The Royal Society of Chemistry-1989.-225 p.

10. Lhotak, P. Synthesis of a deep-cavity thiacalix[4]arene [Text] / P.Lhotak, T.Smejkal, I.Stibor, J.Havlicek, M.Tlcadlecova, H.Petrickova // Tetrahedron Lett-2003.-V.44.-P.8093-8097.

11. Shokova, E. First synthesis of adamantylated thiacalix[4]arenes [Text] / E. Shokova, V.Tafeenko, V.Kovalev // Tetrahedron Lett.-2002.-V.43.-P.5153-5156.

12. Lhotak, P. Tetraalkylated 2,8,14,20-tetrathiacalix[4]arenas: novel infinite channels in the solid state [Text] / P.Lhotak, M.Himl, S.Pakhomova, I.Stibor // Tetrahedron Lett.-1998.-V.39.-P.8915-8918.

13. Lhotak, P. Alkylation of thiacalix[4]arenas [Text] / P.Lhotak, M.Himl, I.Stibor and H.Petrickova // Tetrahedron Lett.-2002.-V.43-P.9621-9624.

14. Himl, M. Stereoselective alkylation of thiacalix[4]arenes [Text] / M.Himl, M.Pojarova, I.Stibor, J.Sykora and P.Lhotak // Tetrahedron Lett.-2005.-V.46-P.461—464.

15.1ki, N. Selective synthesis of three conformational isomers of tetrakis[(ethoxycarbonyl)methoxy]thiacalix[4]arene and their complexation properties towards alkali metal ions [Text] / N.Iki, F.Narumi, T.Fujimoto, N.Morohashi, S.Miyano // J.Chem. Soc., Perkin Trans. 2.-1998.-P.2745-2750.

16. Stoikov, I.I. The synthesis of tetracarbonyl derivatives of thiacalix[4]arene in different conformations and their complexation properties towards alkali metal ions [Text] / I.I.Stoikov, O.A.Omran, S.E.Solovieva, S.K.Latypov, K.M.Enikeev, A.T.Gubaidullin, I.S.Antipin, A.I.Konovalov // Tetrahedron—2003.-V.59-P. 1469-1476.

17. Gafiullina, L.I. New host molecules based on the thiacalix[4]arene platform for cation recognition [Text] / L.I.Gafiullina, I.S.Vershinina, I.I.Stoikov, I.S.Antipin, A.I.Konovalov//J. Struct. Chem.-2005.-V.46.-P.22-27.

18. Соловьева, C.E. Синтез, строение, и комплексообразующие свойства тетраамидозамещенных тиакаликс[4]аренов в различных конформациях / С.Е.Соловьева, М.Грюнер, А.О.Омран, А.Т.Губайдуллин, И.А.Литвинов,

В.Д.Хабихер, И.С.Антипин, А.И.Коновалов // Известия академии наук. Серия химическая.-2005.-Т.9.-С.2041-2049.

19. Singh, S. Aminolysis of p-tert-butyltetrathiacalix[4]arene tetraethylacetates in cone, partial cone and, 1,3-alternate conformation: synthesis of amide based receptors for oxyanions [Text]j / S.Singh, A.Chakrabarti, H.Chawla, N.Pant // Tetrahedron.-2008.-V.64.-P. 1983-1997.

20. Stoikov, LI. Novel synthetic receptors for transition metal cations — tetrahydrazides on the basis of p-tert-butylthiacalix[4]arene [Text] / I.I.Stoikov, R.Z.Nasibullin, V.A.Smolentsev, L.I.Gafmllina, A.Yu.Zhukov, J.B.Puplampu, I.S.Antipin, A.I.Konovalov // Mend. Comm.-2006.-V.16.-I.5.-P.248-249.

21. Iki, N. Novel molecular receptors based on a thiacalix[4]arene platform. Preparation of di- and tetracarboxylic acid derivatives and their binding properties towards transition metal ions [Text] / N.Iki, N.Morohashi, F.Narumi, T.Fujimoto, T.Suzuki, S.Miyano // Tetrahedron Lett.-1999.-V.40.-P.7337-7341.

22. Lhotak, P. Synthesys and 'H NMR complexation study of thiacalix[4]arene tetraacetates. [Text] / P.Lhotak, V.Stastny, P.Zlatuskova, I.Stibor, V.Michlova, M.Tcadlecova, J.Havlicek, J.Sykora // Collect. Czech. Chem. Commun-2000— V.65.-P.757-771.

23. Stastny, V. Synthesis of (thia)calix[4]arene oligomers: towards calixarene-based dendrimers [Text] / V.Stastny, I.Stibor, H.Dvorakova, P.Lhotak // Tetrahedron.-2004.-V.60.-P.3383-3391.

24. Stoikov, I.I. Array of fluorescent chemosensors for molecular recognition of halide anions on the basis of the stereoisomers of thiacalix[4]arene tetranaphthylamides [Text] / I.I.Stoikov, V.A.Smolentsev, I.S.Antipin, W.D.Habicher, M.Gruner, A.I.Konovalov // Mend. Comm.-2006.-V.16.-N.6.-P.294-297.

25. Stoikov, I.I. Solvent extraction and self-assembly of nanosized aggregates of p-tert-butyl thiacalix[4]arenes tetrasubstituted at the lower rim by tertiary amide groups and monocharged metal cations in the organic phase [Text] / I.I.Stoikov,

E.A.Yushkova, A.Yu.Zhukov, I.Zharov, I.S.Antipin, A.I.Konovalov // Tetrahedron.-2008.-V.64.-L32.-P.7489-7497.

26. Stoikov, I.I. The synthesis of p-tert-butylthiacalix[4]arenes functionalized with secondary amide groups at the lower rim and their extraction properties and'self-assembly into nanoscale aggregates, [Text] / I.I.Stoikov, E.A.Yushkova, A.Yu.Zhukov, I.Zharov, IiS^Antipin- A.LKbnovalöv // Tetrahedron.-2008.-V.64.-1.30-31.-P.7112-7121.

27. Li, X. The infuence of isomerism on the self-assembly behavior and complexation property of 1,3-aIternate tetraaminopyridyl-thiacaiix[4]arene derivatives [Text] / X.Li, S.Gong, W.Yang, Y.Ghen, X.Meng / Tetrahedron.-2008.-V.64.-P.6230-6237.

28. Stoikov, IT. p-tert-Butyl thiacalix[4]arenes functionalized at the lower rim by 0-, m-, p-amido and o-, m-, p-(amidomethyl)pyridine fragments as receptors for a-hydroxy- and dicarboxylic acids [Text] / I.I.Stoikov, A.Yu.Zhukov, M.N.Agafonova, R.R.Sitdikov, I.S.Antipin, A.I.Konovalov // Tetrahedron.-V.66.-P.359-367.

29. J.-D. van Loon. Selective functionalization of calix[4]arenes at the upper rim, [Text] / J.-D.Loon, A. Arduini, L.Goppi, W.Verboom, A.Pochini, R.Ungaro, S.Harkemä and D.N.Reinhoudt [Text] // J. Org. Chem.-i990.-V.55.-P.5639-5646

30. Lhotak, Pr NMR and; X-ray analysis of 25,27-dimethoxythiacalix[4]arene: unique infinite channels in the solid state /P.Lhotak, L.Kaplanek, I.Stibor, LLang, H.Dvorakova, R.Hrabel, J.Sykora // Tetrahedron Lett.-2000.-V.41 .-P.9339-9344.

31. Kasyan, O. Synthesis, sructure and selective upper rim functionalization of long chained alkoxythiacalix[4]arenas [Text] / O.Kasyan, E.R.Heaiey, A.Drapailo, M.Worotko, S.Cecillon, A. W.Goleman and V.Kalchenko // J. Inc. Phen. Macr. Chem.-2007.-V.58.-P. 127-132.

32. . Kasyan, Oj 25-Decyloxy-26,27,28-trihydroxy-5,ll,17-tris(4-nitrophenyldiazenyl)-2,8,14,20-thiacalix[4]arene toluene hemisolvate [Text] /

O.Kasyan, V.Kalchenko, V.Bohmer and M.Bolte // Acta Cryst.-2007.-V.63.-P.2346-2348.

33 Tabakci, B. Synthesis and binding properties of two polymeric thiacalix[4]arenas [Text] / B.Tabakci, D.Beduk, M.Tabakci, M.Yilmaz // React. & Func. Polym.-2006.-V.66.-P.379-386.

34. Yamato, T. Regioselective synthesis and inclusion properties of distal-bis[(2-pyridylmethyl)oxy]tetrathiacalix[4]arenas [Text] / T.Yamato, C.Perrez, H.Yamamoto, M.Elsegood, S.Dale, C.Redshaw it J. Inc. Phen. Macr. Chem.-2006.-V.54.-P.261-269.

35. Yamato, T. Synthesis, conformational studies and inclusion properties of tetrakis [(2-pyridylmethyl)oxy]thiacalix[4]arenes [Text] / T.Yamato, F.Zhang, Z.Kumamaru, H.Yamamoto // J. Inc. Phen. Macr. Chem.-2002.-V.42.-P.51-60.

36. Yamato, T. Synthesis and Inclusion Properties of a Novel Thiacalix[4]arene-Based Hard-Soft Receptor with 1,3-Alternate Conformation [Text] / T.Yamato, C.P.Casas, M.R.J.Elsegood, S.H.Dale and C.Redshaw // J. Inc. Phen. Macr. Chem.-2006.-V.55.-P.31-36.

37. Casas, C.P. Allosteric bindings of thiacalix[4]arene-based receptors with 1,3-alternate conformation having two different side arms [Text] / C.P.Casas, S. Rahman, N. Begum, Z. Xi, T.Yamato // J. Inc. Phen. Macr. Chem.-2006.-Y.60.-P.173-185.

38 Narita, M. Metal sensor of soluble dansyl-modified thiacalix[4]arenas [Text] / M.Narita, Y.Higuchi, F.Hamada, H.Kumagai // Tetrahedron Lett.-1998.-N.39.-P.8687-8690.

39 Higuchi, Y. Fluorescent chemo-sensor for metal cations based on thiacalix[4]arenes modifed with dansyl moieties at the lower rim [Text] / Y.Higuchi, M.Narita, T.Niimi, N.Ogawa, F.Hamada, H.Kumagai, N.Iki, S.Miyano and C.Kabuto // Tetrahedron.-2000.-N.56.-4659-4666.

40.Lhotak, P. Unprecedented formation of lactone derivatives in thiacalix[4]arene series [Text] / P.Lhotak, M.Dudicc, I.Stibor, H.Petrickova, J.Sykora, J.Hosacova // Chem. Commun.-200r.-P.731-732.

41. Yamato, T. Synthesis and structure of a l,3-alternate-thiacalix[4]arene diamide derivative [Text] / T.Yamato, C.Perez-Gasas, S.Rahman, Z.Xil, M.Elsegood, C.Redshaw // J. Inc. Phen. Macr. Chem.-2007.-V.58.-P. 193-197

42. Dudic, M. Synthesys and spectroscopic properties of porphyrin-(thia)calyx[4]arene conjugates [Text] / M.Dudic, P.Lhotak, I.Stibor, H.Dvorakova, K.Lang // Tetrahedron.-2002.-V.58.-P.5475-5482.

43. Zlatuskova, P. Novel anion receptors based on thiacalix[4]arene derivatives [Text] / P.Zlatuskova, I.Stibor, M.Tkadlecova, P.Lhotak // Tetrahedron.-2004.-V.60.-P.11383-11390.

44. Bhalla, V. Stereoselective synthesis of all stereoisomers of vicinal and distal bis(0-2-aminoethyl)-p-tert-butylthiacalix[4]arene [Text] / V.Bhalla, M.Kumar, T.Hattori, S.Miyano // Tetrahedron.-2004.-V.60.-P.5881-5887.

45. Narumi, F. Stereoselective dialkylation of the proximal hydroxy groups of calix- and thiacalix[4]arenes [Text] / F.Narumi, T.Hattori, N.Morohashi, N.Matsumura, W.Yamabuki, H.Kameyama and'S.Miyano // Org. Biomol. Chem.-2004.-V.2.-P.890-898.

46. Narumi, F. Proximal 0,0'-capped calix[4]arenes with a disiloxane bridge as highly efficient synthetic intermediates for 1,2-dialkylation at the lower rim [Text] / F.Narumi, N.Morohashi, N.Matsumura, N.Iki, H.Kameyama, S.Miyano. // Tetrahedron Lett.-2002.-V.43 .-P.621 -625.

47.Bitter, I. An expedient route to /?-fer/-butylthiacalix[4]arene 1,3-diethers via Mitsunobu reactions [Text] / I.Bitter, V.Csokai // Tetrahedron Lett.-2003.-V.44-P.2261-2265.

48. Csokai, V. Unprecedented cyclisations of calix[4]arenes under the Mitsunobu protocol. Part 3: thiacalix[4]crowns versus dimers [Text] / V.Csokai, B.Balazs, G.Toth, G.Horvath, I.Bitter // Tetrahedron.-2004.-V.60.-P. 12059-12066.

49. Csokai, V. Thia-and calix[4]arene-based Ag ionophores: synthesis and comparative NMR study [Text] / V.Csokai, A.Grun, B.Balazs, A.Simon, G.Toth, I.Bitter // Tetrahedron.-2006.-V.4.-P. 1-8.

50. Bhalla, V. Synthesis and binding studies of novel thiacalixpodands and bisthiacalixarenes having 0,0"-dialkylated thiacalix[4]arene unit(s) of 1,3-alternate conformation [Text] / V.Bhalla, N.Babu, M'.Kumar, T.Hattori, S.Miyano. // Tetrahedron Lett.-2007.-V.48-P. 1581-1585.

51. Kumar, M. Regulation of metal ion recognition by allosteric effects in thiacalix[4]crown based receptors [Text] / M.Kumar, A.Dhir, V.Bhalla // Tetrahedron.-2009.-V.65 .-P.7510-7515.

52. Kumar, M. A Molecular Keypad Lock Based on the Thiacalix[4]arene of 1,3-Alternate Conformation [Text] / M.Kumar, A.Dhir, and V.Bhalla // Org. Lett.-2009.-V. 11 .-P.2567-2570.

53. Dhir, A. Ratiometry of monomer/excimer emissions of dipyrenyl thiacalix[4]arene for Cu2+ detection: a potential Cu and K+ switched INHIBIT logic gate with NOT and YES logic functions [Text] / A.Dhir, V.Bhalla, M.Kumar // Tetrahedron Lett.-2008.-V.49-P.4227-4230.

54. Bhalla, V. Synthesis and binding studies of novel bisthiacalix[4]arenes with diimime linkages [Text] / V.Bhalla, M.Kumar, H.Katagiri, T.Hattori, S.Miyano // Tetrahedron Lett.-2005.-V.46.-P.121-124.

55. Tanaka, S. Ullmann coupling reaction of 1,3-bistriflate esters of calix[4]arenes: facile syntheses of monoaminocalix[4]arenas and 4,4':6,6'-diepithiobis(phenoxathiine) [Text] / S.Tanaka, R.Serizawa, N.Morohashi and T.Hattori // Tetrahedron Lett.-2007.-V.48.-P.7660-7664.

56. Miyaura, N. Palladium-catalyzed cross-coupling reactions of organoboron compounds [Text] / N.Miyaura, A.Suzuki // Chem. Rev.-1995.-V.95-P.2457-2483.

57. Chinchilla, R. The Sonogashira Reaction: A Booming Methodology in Synthetic Organic Chemistry [Text] / R.Chinchilla andC.Najera // Chem. Rev.-2007.-V. 107.-P.874-922.

58. Al-Saraierh, H. Narrow-Rim Functionalization of Calix[4]arenes via Sonogashira Coupling Reactions [Text] / H.Al-Saraierh, D.O.Miller and P.E.Georghiou // J. Org. Chem.-2005.-V.70-P.8273-8280.

59. Habashneh, A. Reactions of thiacalix[4]arene 1,3-bistriflate: formation of thiacalix[2]phenoxathiins — structural and complexation studies [Text] / A.Habashneh, C.RJablonski, J.Collins and P.E.Georghiou // New J. Chem.-2008.-V.32.-P. 1590-1596

60. Serisawa, R. Intramolecular rearrangement of 1,3-bistriflate ester of thiacalix[4]arene to 1,2-counterpart: an efficient di-O-protection method for the stereoselective synthesis of anti-l,2-diethers [Text] / R.Serisawa, S.Tanaka, N.Morohashi, F.Narumi, T.Hattori // Tetrahedron Lett.-2007.-N.48.-P.6281-6285.

61. Atwood, J.L. Comprehensive Supramolecular Chemistry [Text] / J.L.Atwood, J.E.D.Davies, D.D.McNicol, F.Vogtle // Oxford: Pergamon.-1996.-V. 1.-500 p.

62. Gutsche, C.D. Calixarenes revisited. Monographs in supramolecular chemistry [Text] / C.D.Gutsche // London: RSC.-l998.-233 p.

63. Asfari, Z. Calixarenes 2001 [Text] / Z.Asfari, V.Bohmer, J.Harrowfield, J.Vicens // Dordrecht: Kluwer Academic Publisher.-2001.-683 p.

64. Morohashi, N. Thiacalixarenes [Text] / N.Morohashi, F.Narumi, N.Iki, T.Hattori, S.Miyano // Chem. Rev.-2006.-Vol.l06.-P.5291-5316.

65. Lhotak, P. Chemistry of Thiacalixarenes [Text] / P.Lhotak // Eur. J. Org. Chem.-2004.-P. 1675-1692.

66. Gellman, S.H. Foldamers: A Manifesto [Text] / S.H.Gellman // Acc. Chem. ites.-1998.-V.31.-P.173-180.

67. Feringa, B.L. Molecular switches [Text] / B.L.Feringa // Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH.-2001 .-454 p.

68. Lennarz, W.J. Encyclopedia of Biological Chemistry [Text] / W.J.Lennarz, M.D.Lane // Elsevier Inc.-2004.-V.l-4.

69. Matthews, S.E. Calixarene-based Anion Receptors [Text] / S.E.Matthews, P.D.Beer // Supramolecular chemistry.-2005.-V.17.-P.411-435.

70. Пентин, Ю. Физические методы исследования в химии [Text] / Ю. Пентин, JI. Вилков // М.:Мир.-2006.-683с.

71. Gabriel, S. Ueber eine Darstellung primärer Amine aus den entsprechenden Halogenverbindungen [Text] / S.Gabriel //Ber.-1887.-V.20.-P.2224-2236.

72. Stoikov, I.I. Regioselective alkylation of the lower rim of p-tert-butylthiacalix[4]arene with N-(p-nitrophenyl)-bromoacetamide [Text] / I.I.Stoikov, D.S.Ibragimova, N.V.Shestakova, D.B.Krivolapov, I.A.Litvinov, I.S.Antipin, A.I.Konovalov, I.Zharov // Supramolecular Chemistry.-2009.-V.21.-P.564-571

73. Ramamurthy, V. Organic Molecular Photochemistry [Text] / V.Ramamurthy, K.Schanze //New York: Marcell Dekker.-1999.-357 p.

74. Colquhoun, H.M. The complexation of diquat dication by dibenzo-3n-crown-n ethers [Text] / H.M.Colquhoun, E.P.Goodings, J.M.Maud, J.F.Stoddart, J.B.Wolstenholme, D.J.Williams // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2-1985.-P.607-624.

75. Appelhans, D. Novel dendritic cores based on thiacalix[4]arene derivatives [Text] / D.Appelhans, V.Stastny, H.Komber, D.Voigt, B.Voit, P.Lhotak and I.Stibor // Tetrahedron Lett.-2004.-V.45.-P.7145-7149.

76 Физер, JI. Реагенты для органического синтеза, т.1. [Текст] / Л.Физер, М.Физер // Пер. с англ. -М.: Мир.-1970.-258 с.

77 Физер, JI. Реагенты для органического синтеза, т.2. [Текст] / Л.Физер, М.Физер // Пер. с англ. -М.: Мир.-1970.-478 с.

78 Perrin, D.D. Purification of laboratory chemicals. 2nd Ed [Text] / D.D.Perrin, D.R.Perrin, W.L.F.Armarego // Pergamon Press: Exeter.-UK.-1980.- 568p.