На правах рукописи

ЯНТЕМИРОВА АЛЕНА АРТЕМОВНА

СИНТЕЗ И КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА ЗАМЕЩЕННЫХ ПО

НИЖНЕМУ ОБОДУ п-трет-БУТИЛТИАКАЛИКС[4]АРЕНОВ, СОДЕРЖАЩИХ

АМИДНЫЕ, СЛОЖНОЭФИРНЫЕ И ГИДРОКСИЛЬНЫЕ ГРУППЫ

02.00.03 - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Казань – 2011

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 Стойков Иван Иванович

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Племенков Виталий Владимирович кандидат химических наук, с.н.с.

Зиганшина 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. А.М. 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. кандидат химических наук, доцент М.А. Казымова

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, 1,2альтернат, 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-бутилтиакаликс[4]аренов представляется комплексной, более сложной, чем синтез макроциклов, замещенных одинаковыми фрагментами.

В связи с успешным селективным 1,3-диалкилированием нижнего обода п-третбутилтиакаликс[4]арена 2-бром-N-(4’-нитрофенил)ацетамидом для разработки подходов к созданию 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 п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих N-(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 п-третбутилтиакаликс[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]арена в трех конфигурациях (конус, частичный конус и 1,3-альтернат) 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 N-(4’-нитрофенил)ацетамидный фрагмент, в конформации 1,2-альтернат определяется природой используемого карбоната щелочного металла (натрия, калия);

- впервые установлено, что реакция п-трет-бутилтиакаликс[4]арена с 2-бром-N-(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 N-(4’-нитрофенил)ацетамидного фрагмента в тетразамещенном тиакаликс[4]арене на N,N-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 1,3дизамещенного п-трет-бутилтиакаликс[4]арена с N-(4’-нитрофенил)ацетамидными группами приводит к увеличению констант устойчивости комплекса с исследуемыми анионами на порядок по сравнению с исходным макроциклом, а замена этоксикарбонильной группы (-OCH2C(O)OEt) на объемную N,N-диэтилацетамидную группу приводит к значительному снижению комплексообразующей способности данного макроцикла и увеличению селективности связывания фторид-иона;

- впервые показано, что в ряду изученных смешанно три- и тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-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-альтернат. Разработаны методы синтеза функционализированных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих центры связывания различной природы.

Впервые показано существенное влияние числа и природы заместителей на комплексообразующие свойства различно замещенных по нижнему ободу п-третбутилтиакаликс[4]аренов по отношению к анионным субстратам. Показана возможность использования производных п-трет-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 (СанктПетербург, 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, аспирантов 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, элементоорганических и координационных соединений» и проведена в соответствии с госбюджетной темой Минобрнауки РФ «Дизайн и закономерности молекулярного распознавания биологически значимых соединений природными и синтетическими наноразмерными рецепторами» (рег. № 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), 09-03-00426а «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 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.

В первой главе представлен обзор литературных данных по синтезу, строению, химической модификации нижнего обода п-трет-бутилтиакаликс[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.

экстракционных и спектральных экспериментов, приведена в третьей главе диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Синтез различно замещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов с амидными, сложноэфирными, гидроксильными фрагментами Для изучения хемо- и стереоселективной функционализации нижнего обода п-третбутилтиакаликс[4]арена было предложено синтезировать различно замещенные по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]арены из моно- и 1,3-дизамещенных производных путем их дальнейшей функционализации последовательным введением дополнительных участков связывания анионов (амидных, гидроксильных групп) (рис.1).

Рис.1. Возможные структуры частично замещенных по нижнему ободу п-третбутилтиакаликс[4]аренов – прекурсоров синтетических рецепторов на анионы.

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

Рис.2. Возможные структуры различно замещенных по нижнему ободу п-третбутилтиакаликс[4]аренов - синтетических рецепторов на анионы.

Предварительно для увеличения выхода 1,3-дизамещенного по нижнему ободу тиакаликс[4]арена было изучено влияние соотношения реагентов в процессе алкилирования исходного макроцикла 1. В результате исследования был повышен выход целевого соединения 2 до 60% и синтезирован новый тетразамещенный по нижнему ободу п-третбутилтиакаликс[4]арен 5 в конфигурации конус с выходом 10%.

O OOO HN HN

этилбромацетатом в ацетоне в присутствии карбонатов щелочных металлов (натрия, калия, цезия). Использование этих оснований в алкилировании тиакаликс[4]арена 2 этилбромацетатом было обусловлено возможностью реализации «темплатного» эффекта и получения различных конфигурационных изомеров. Оказалось, что в зависимости от соотношения реагентов образуются три- и тетразамещенные по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]арены 6- (табл.1).

O OO O O OOO

Таблица 1. Выходы выделенных продуктов реакции этилбромацетата с соединением 2 в ацетоне (R=-CH2C(O)OEt).

В случае карбоната натрия при соотношении реагентов 2:этилбромацетат:Na2CO3, равном 1:4:3, с выходом 58% был выделен тризамещенный по нижнему ободу п-третбутилтиакаликс[4]арен 6 в конформации конус, а в случае карбоната калия - с выходом 40% образуется тетразамещенный продукт 7 в той же конфигурации конус. Как и ожидалось, при увеличении избытка алкилирующего реагента и при использовании карбоната калия происходит N-алкилирование по амидному фрагменту и образование тетразамещенного по нижнему ободу п-трет-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 тиакаликс[4]арена 2 с этилбромацетатом не реализуется.

NH NH HN

O NH NH HN

NH O O HN NH

групп ароматическими аминами затруднено. В то же время с целью введения дополнительных центров связывания в тиакаликсарен интерес представляла функционализация макроцикла 2 N-(9’,10’-диоксо-9’,10’-дигидроантрацен-1’ил)ацетамидным фрагментом, содержащим полярную NH группу и хромофорный фрагмент.

В связи с этим было предложено ввести в тиакаликсарен заместители, содержащие 1амидоантрахиноновый 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-N-(9’,10’-диоксо-9’,10’-дигидроантрацен-1’ил)ацетамидом. С выходом 24% и 14% были выделены три- и тетразамещенные производные 12 и 13 соответственно. С помощью двумерной NOESY 1H-1H ЯМР-спектроскопии было установлено, что макроцикл 12 находится в конформации конус, а макроцикл 13 - в конфигурации 1,3-альтернат.

В связи с отсутствием «темплатного» эффекта при взаимодействии тиакаликс[4]арена с этилбромацетатом было предложено получить стереоизомеры тиакаликсарена 7 (конус, частичный конус, 1,3-альтернат) алкилированием диэфира на основе п-третбутилтиакаликс[4]арена 14 2-бром-N-(4’-нитрофенил)ацетамидом в присутствии карбонатов щелочных металлов в ацетоне. Как и ожидалось, в присутствии карбонатов металлов (M2СО3, М = Na, K, Cs) реализуется «темплатный» 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 - 1,3-альтернат 16 с выходом 50%.

Для изучения влияния природы ароматического заместителя у атома азота в алкилирующем реагенте на «темплатный» эффект катионов щелочных металлов было изучено взаимодействие макроцикла 14 с 2-бром-N-(9’,10’-диоксо-9’,10’-дигидроантрацен-1’ил)ацетамидом в присутствии карбонатов металлов (M2СО3, М = Na, K, Cs) в ацетоне. Были выделены три стереоизомера тетразамещенного по нижнему ободу п-третбутилтиакаликс[4]арена 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-N-(9’,10’-диоксо-9’,10’дигидроантрацен-1’-ил)ацетамидом наблюдается «темплатный» 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-альтернат 19. Оказалось, что в изученных превращениях реакционная способность 2-бром-N-(9’,10’-диоксо-9’,10’дигидроантрацен-1’-ил)ацетамида и 2-бром-N-(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 N,N-диэтилацетамидную группу.

Было изучено взаимодействие N,N-диэтилбромацетамида с 1,3-дизамещенным п-третбутилтиакаликс[4]ареном 2 в ацетоне в присутствии карбонатов щелочных металлов.

NH N HN NH HN NH N HN N HN

Оказалось, что в случае карбонатов натрия и калия основным продуктом реакции конформации конус. Тетразамещенный 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-третбутилтиакаликс[4]арена 23. Как правило, для получения монозамещенных производных птрет-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 N,N-диэтилацетамидную группу, способную участвовать в образовании водородных связей.

Алкилированием п-третClCH2C(O)NEt монозамещенное производное 23.

Было изучено взаимодействие монозамещенного производного 23 с 2-бром-N-(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%.

OOOO H O

O2N В литературе имеются лишь единичные примеры синтеза частично замещенных по нижнему ободу тиакаликсаренов в конфигурации 1,2-альтернат, 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-альтернат. В то же время при использовании в качестве основания карбоната калия был выделен O-, N-алкилированный тетразамещенный продукт 27, причем в реакции происходит изменение конформации п-третбутилтиакаликс[4]арена – образуется стереоизомер 1,3-альтернат.

Структура и состав новых производных тиакаликс[4]арена 5-13, 15-27 были доказаны элементным анализом. Для установления пространственной структуры тиакаликс[4]аренов 5-13, 15-27 были использованы методы двумерной NOESY 1H-1H ЯМР-спектроскопии.

заместителей и карбоксильными группами эфирных фрагментов.

Рис.3. Структура соединения 7 в кристаллическом состоянии.

различных конформациях, содержащие амидные (вторичные, третичные), сложноэфирные и гидроксильные (фенольные, спиртовые) фрагменты. Показано, что «темплатный» эффект при взаимодействии 1,3-дизамещенного тиакаликс[4]арена 2, содержащего N-(4’нитрофенил)ацетамидный фрагмент, с этилбромацетатом не реализуется. Установлено, что стереоселективность алкилирования диэфира на основе тиакаликс[4]арена 14 2-бром-N-(4’нитрофенил)ацетамидом определяется природой катиона щелочного металла - натрия, калия или цезия.

2 Комплексообразующие свойства различно замещенных по нижнему ободу птрет-бутилтиакаликс[4]аренов по отношению к некоторым анионам С целью изучения влияния ряда структурных факторов (конформации макроцикла, числа и природы заместителей) на комплексообразующие свойства замещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов 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-Bu4NX (X =F-, Cl-, Br-, I-, СН3СО2-, Н2РО4-, NO3-).

В этих тиакаликсаренах участками связывания анионов могут выступать протонодонорные вторичные амидные (N-(4’-нитрофенил)ацетамидный и моноэтаноламидный) фрагменты и гидроксильные (спиртовые и фенольные) группы.

Предварительно для оценки возможности связывания тетрабутиламмонийного катиона синтезированными тиакаликс[4]аренами растворы соединений 2-7, 10-13, 15-22, 24в присутствии 10-кратного избытка н-Bu4NX (X =F-, Cl-, Br-, I-, СН3СО2-, Н2РО4-, NO3-) в CDCl3 были изучены с помощью спектроскопии ЯМР 1H. В спектрах ЯМР 1Н хим.сдвиги протонов н-Bu4N+ не меняются, что свидетельствует об отсутствии взаимодействия полученных тиакаликс[4]аренов с тетрабутиламмонийным 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 п-трет-бутилкаликс[4]аренов 13, 15-19, 22, 26 в присутствии изученных солей тетрабутиламмония изменений в электронных спектрах не наблюдается, что свидетельствует об отсутствии взаимодействия между этими соединениями и солями тетрабутиламмония. Наиболее существенные изменения в электронных спектрах изученных п-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, иодидом, нитратом тетрабутиламмония, для макроцикла 21 - дополнительно с хлоридом, бромидом, нитратом тетрабутиламмония.

Для количественной оценки комплексообразующей способности соединений 2-7, 10по отношению к некоторым анионам (X =F-, Cl-, Br-, I-, СН3СО2-, Н2РО4-, NO3-) были определены величины констант устойчивости (табл.2) и стехиометрия образующихся комплексов. Методом изомолярных серий было установлено, что все изученные 6, тиакаликсарены образуют комплексы с солями 5, тетрабутиламмония в CHСl3 со стехиометрией 1: (рис.4), за исключением 1,2-дизамещенного тиакаликс[4]арена 4, для которого стехиометрия составила 1:2. Методом разбавления была определена в хлороформе (рис.5). Расчет соответствующих С "хозяин" /(С "хозяин" +С "гость" ) величин констант устойчивости комплексов (табл.2) проводили методом Бенеши-Хильдебранда.

Рис.5. УФ-спектры поглощения для системы тиакаликс[4]арен 12 (С12=2.5·10-5 M) и фторид-ион (Сначальная=2.5·10-5 M, Сконечная=5.0·10-3 M) в СНСl3: определение константы устойчивости комплекса методом разбавления и кривая титрования (С12= 2.5·10-5 M).

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

1:1 5.87±0.235.12±0.074.51±0.103.55±0.135.81±0.245.90±0.20 3.83±0. -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 ниже по сравнению с константами устойчивости комплексов почти всех изученных макроциклов с O2N N анионами (табл.2).

O OOO O OO O

HN O O HN

Введение сложноэфирного фрагмента в нижний обод 1,3-дизамещенного п-третбутилтиакаликс[4]арена 2 с N-(4’-нитрофенил)ацетамидными группами в случае макроцикла 6 приводит к увеличению констант устойчивости на порядок по сравнению с макроциклом (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 дигидрофосфатиону. Следует отметить, что в случае тетразамещенного 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-дизамещенного п-трет-бутилтиакаликс[4]арена 2 в случае соединений 10 и 12 приводит к селективному связыванию фторид-аниона.

O OOO S S S

O OOO O OOO

NH NH HN NH N HN

NH NH HN

NH NH HN

В случае макроциклов 10 и 11 при переходе от тризамещенного 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]ареном 11. Наличие незамещенной фенольной группы по нижнему ободу макроцикла обуславливает более эффективное взаимодействие тиакаликс[4]арена 10 с фторид-ионом.

Тризамещенный тиакаликс[4]арен 20 в конформации конус с высокой селективностью связывает фторид-ион по сравнению с другими изученными анионами. Очевидно, что наличие объемной диэтиламидной 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-трет-бутилтиакаликс[4]арен 5, который содержит четыре N-(4’-нитрофенил)ацетамидных фрагмента. Однако соединение 5 оказалось неселективным комплексообразователем по отношению к изученным анионам. Замена одного фрагмента в соединении 5 на N,N-диэтилацетамидную группу приводит к значительному снижению комплексообразующей способности макроцикла 24.

O OOO S S O OOO

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

В ряду тризамещенных по нижнему ободу п-трет-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-Bu4NX (X =F-, Cl-, Br-, I-, СН3СО2-, Н2РО4-, NO3-). На примере различно замещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов показано существенное влияние числа и природы заместителей на комплексообразующие свойства синтетических рецепторов на основе тиакаликс[4]арена.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Синтезировано 28 новых ранее недоступных частично и смешанно замещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих амидные, сложноэфирные и гидроксильные фрагменты, в конформациях конус, частичный конус и 1,3-альтернат, структура которых установлена комплексом физических методов (одномерной ЯМР 1Н, 13С и двумерной ЯМР NOESY 1Н-1Н спектроскопией, ИК-спектроскопией, масс-спектрометрией).

2. Впервые показано, что при взаимодействии этилбромацетата с 1,3-дизамещенным N-(4’-нитрофенил)-ацетамидным фрагментом по нижнему ободу п-третбутилтиакаликс[4]ареном 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-N-(4’нитрофенил)ацетамидом и 2-бром-N-(9’,10’-диоксо-9’,10’-дигидроантрацен-1’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 стереоселективность взаимодействия этилбромацетата и 1,2-дизамещенного по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]арена, содержащего N-(4’-нитрофенил)ацетамидный фрагмент, в конформации 1,2-альтернат определяется природой используемого основания - карбоната натрия или калия.

5. Впервые установлено, что реакция п-трет-бутилтиакаликс[4]арена с 2-бром-Nдиоксо-9’,10’-дигидроантрацен-1’-ил)ацетамидом в ацетоне в присутствии карбоната натрия приводит к селективному образованию 1,3-дизамещенного производного тиакаликсарена.

6. Методом электронной спектроскопии изучены комплексообразующие свойства синтезированных частично и различно замещенных по нижнему ободу п-третбутилтиакаликс[4]аренов, 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]арен с N-(4’нитрофенил)ацетамидными группами эффективно, но не селективно связывает все изученные анионы. Показано, что в ряду изученных смешанно три- и тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов более эффективно анионы связывают тризамещенные производные.

7. Найдены новые рецепторы, способные эффективно и селективно связывать фторидацетат- и дигидрофосфат-ионы, – три- и тетразамещенные по нижнему ободу п-третбутилтиакаликс[4]арены, содержащие амидные, сложноэфирные и гидроксильные фрагменты. Установлены закономерности молекулярного дизайна рецепторов на основе птрет-бутилтиакаликс[4]арена для распознавания анионов:

- введение одного сложноэфирного фрагмента в нижний обод 1,3-дизамещенного птрет-бутилтиакаликс[4]арена приводит к увеличению констант устойчивости комплексов с изученными анионами на порядок по сравнению с исходным макроциклом;

- введение N-(2’-гидроксиэтил)ацетамидного или N,N-диэтилацетамидного фрагмента в нижний обод 1,3-дизамещенного п-трет-бутилтиакаликс[4]арена с N-(4’нитрофенил)ацетамидными группами приводит к селективному связыванию фторид-аниона;

- введение двух сложноэфирных фрагментов в нижний обод 1,3-дизамещенного птрет-бутилтиакаликс[4]арена с N-(4’-нитрофенил)ацетамидными группами приводит к селективному связыванию дигидрофосфат-иона.

Основное содержание работы

отражено в следующих публикациях 1. Стойков, И.И. Тризамещенный по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]арен с амидными и сложноэфирными фрагментами: синтез и комплексообразующие 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. Стойков, И.И. Синтез и изучение комплексообразующей способности по отношению к анионам гетерофункционализированных п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов с амидными, гидроксильными и сложноэфирными фрагментами на нижнем ободе [Текст] / И.И.Стойков, А.А.Янтемирова, Р.В.Носов, А.Р.Юльметов, В.В.Клочков, И.С.Антипин, А.И.Коновалов // Ученые записки Казанского государственного университета. Серия естественные науки. – 2010. - Т. 152, кн.3. – 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.Stoikov, O.A.Mostovaya, L.S.Yakimova, A.A.Yantemirova, I.S.Antipin, A.I.Konovalov // Mendeleev Communications. 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-tert-butylthiacalix[4]arene [Text] / I.I.Stoikov, A.A.Yantemirova, R.V.Nosov, A.R.Julmetov, V.V.Klochkov, I.S.Antipin, A.I.Konovalov // Mendeleev Communications. - 2011. V. 21. - P.41–43.

5. Stoikov, I.I. p-tert-Butyl thiacalix[4]arenes functionalized at the lower rim by amide, hydroxyl and ester groups as anion receptors [Text] / I.I.Stoikov, A.A.Yantemirova, R.V.Nosov, I.Kh.Rizvanov, A.R.Julmetov, V.V.Klochkov, I.S.Antipin, A.I.Konovalov, I.Zharov // Org. Biomol.

Chem. - 2011. - V. 9. - P.3225–3234.

6. Янтемирова, А.А. Региоселективное О-алкилирование нижнего обода производных п-трет-бутилтиакаликс[4]арена -бромэтилацетатом [Текст] / А.А.Янтемирова, И.И.Стойков, И.С.Антипин, А.И.Коновалов // 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-третбутилтиакаликс[4]арена -бромэтилацетатом [Текст] / А.А.Янтемирова, И.И.Стойков, И.С.Антипин, А.И.Коновалов // Сборник тезисов XI Молодежной научной школыконференции по органической химии. - Екатеринбург, 23-29 ноября 2008. - С.5.

8. Yantemirova, A.A. 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-Петербург, 15-19 июня 2009. - С.511.

9. Yantemirova, A.A. 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] / A.A.Yantemirova, 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] / A.A.Yantemirova, I.I.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, А.А. Комплексообразующие свойства три- и тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[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.87.

12. Yantemirova, A.A. The synthesis of heterofunctionalized 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, Р.В. Синтез п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих 1амидоантрахиноновый 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, Л.С. Стереоселективный синтез тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов с различными 1,3-парными фрагментами [Текст] / Л.С.Якимова, И.И.Стойков, А.А.Янтемирова, А.Н.Ягармина, 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, А.А. Амидотиакаликс[4]арены: комплексообразующие свойства по отношению к ряду анионов [Текст] / А.А.Янтемирова, И.И.Стойков, Л.С.Якимова, А.Н.Ягармина, 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, А.А. Синтез смешанно-функционализированных п-третбутилтиакаликс[4]аренов с хромофорными фрагментами на нижнем ободе [Текст] / А.А.Янтемирова, И.И.Стойков, Р.В.Носов, И.С.Антипин, А.И.Коновалов // Book of abstracts of International Symposium on Advanced Science in Organic Chemistry (ASOC CRIMEA10). Miskhor, Crimea June 21-25, 2010. – С.256.

17. Янтемирова, А.А. Синтез гетерофункционализированных п-третбутилтиакаликс[4]аренов с хромофорными фрагментами [Текст] / А.А.Янтемирова, 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, А.А. Одномерная и двумерная спектроскопия ЯМР для установления пространственной структуры гетерофункционализированных тиакаликс[4]аренов [Текст] / А.А.Янтемирова, Р.В.Носов, А.Н.Ягармина, А.Р.Юльметов, В.В.Клочков, И.И.Стойков, И.С.Антипин, А.И.Коновалов // Тезисы докладов XVII Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем». - Казань, июня-2 июля 2010. - С.239.

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

20. Янтемирова, А.А. Функционализированные по нижнему ободу п-третбутилтиакаликс[4]арены: синтетические рецепторы на анионы [Текст] / А.А. Янтемирова, Р.В. Носов, А.Н. Ягармина, И.И. Стойков, 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.