авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Синтез и рецепторные свойства п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих карбамоильные функции по нижнему ободу

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СМОЛЕНЦЕВ Владимир Александрович

Синтез и рецепторные свойства п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих карбамоильные функции по нижнему ободу

02.00.03 Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Казань – 2007

Работа выполнена на кафедре органической химии Химического института им. А.М.Бутлерова Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования “Казанский государственный университет им. В.И.Ульянова-Ленина” Министерства образования и науки Российской Федерации.

Научный руководитель: кандидат химических наук, доцент

Стойков Иван Иванович

Научный консультант: доктор химических наук, профессор,

член-корреспондент РАН

Антипин Игорь Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Катаев Владимир Евгеньевич

кандидат химических наук, доцент

Соколов Феликс Дмитриевич

Ведущая организация: Казанский государственный технологический университет им. Кирова (г. Казань)

Защита диссертации состоится 24 мая 2007 года в 14 часов на заседании Диссертационного совета К 212.081.04 по химическим наукам при Казанском государственном университете им. В. И. Ульянова-Ленина 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 государственного университета.

Автореферат разослан « » апреля 2007 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета

кандидат химических наук Л. Г.Шайдарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из бурно развивающихся направлений органической химии является создание относительно небольших синтетических рецепторных молекул, способных к распознаванию определенного типа субстратов. Дизайн высокоселективных синтетических комплексообразователей неразрывно связан со способностью соединений как к молекулярному распознаванию, так и к хранению и передаче информации на молекулярном уровне. Наиболее распространенным подходом к конструированию рецепторных структур является модификация различными реагентами макроциклической платформы, обеспечивающей требуемую ориентацию центров связывания в пространстве. Продукты циклической конденсации фенолов и серы – тиакаликс[4]арены, широко используются для получения синтетических рецепторов.

Дизайн рецепторных структур строится на принципе двойной комплементарности (геометрической и электронной): необходимо соответствие между пространственным расположением и химической природой центров взаимодействия субстрата и рецептора. С этой точки зрения привлекательными для создания рецепторных структур на основе тиакаликс[4]ареновой платформы являются амидные фрагменты, имеющие в своей структуре как протонодонорные, так и протоноакцепторные центры связывания.



Целью работы является синтез новых производных тиакаликс[4]арена, содержащих карбамоильные функции по нижнему ободу, изучение их структуры, исследование рецепторных свойств полученных соединений по отношению к катионным и анионным субстратам, установление закономерностей, связывающих структурные факторы с эффективностью экстракции катионов металлов карбамоильными производными п-трет-бутилтиакаликс[4]арена.

Научная новизна работы. Синтезирован и охарактеризован ряд новых тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих карбамоильные функции, в конформации конус, частичный конус и 1,3-альтернат, а также впервые получены представители новой группы производных п-трет-бутилтиакаликс[4]арена - стереоизомеры конус, частичный конус и 1,3-альтернат тетрагидразида на основе тиакаликс[4]арена. На основе данных пикратной экстракции катионов металлов синтезированными производными п-трет-бутилтиакаликс[4]арена выявлены закономерности, важные для молекулярного дизайна рецепторов на катионы металлов на основе тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих карбамоильные группы. Методом люминесцентной спектроскопии впервые изучено влияние галогенид-анионов и конформации макроциклического кольца на флуоресцентные свойства стереоизомеров п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих флуорофорные вторичные амидные группы.

Практическая значимость. Синтезировано 30 новых тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих карбамоильные фрагменты, в конформациях конус, частичный конус и 1,3-альтернат. Разработаны эффективные методики получения новой группы производных п-трет-бутилтиакаликс[4]арена – стереоизомеров тетрагидразида на основе п-трет-бутилтиакаликс[4]арена. Синтезированы производные п-трет-бутилтиакаликс[4]арена, содержащие флуорофорные вторичные амидные группы, которые могут быть использованы для создания флуоресцентных сенсорных устройств на галогенид-анионы.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Российской студенческой научной конференции “Проблемы теоретической и экспериментальной химии”, посвященной 80-летию со дня рождения профессора B.Ф. Барковского, (Екатеринбург, 2004), на VII Молодежной научной школе-конференции по органической химии (Екатеринбург, 2004), на XI Всероссийской конференции “Структура и динамика молекулярных систем” (Яльчик, Республика Марий-Эл, 2004), на III Международном симпозиуме “Молекулярный дизайн и синтез супрамолекулярных архитектур” (Казань, 2004), на VIII Международной конференции по каликсаренам CALIX 2005 (Прага, Чешская республика, 2005), на X Международном семинаре по соединениям включения (ISIC-10) (Казань, 2005), на итоговой научной конференции Казанского государственного университета (Казань, 2006).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи в международных журналах, а также 12 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 синтетическим наноразмерными рецепторами” (рег. № 1.11.06 308752), являющейся частью исследований по основному научному направлению “Строение и реакционная способность органических, элементоорганических и координационных соединений”. Исследования проводились при поддержке гранта РФФИ № 04-03-32178-а “Дизайн, синтез и применение синтетических рецепторов на основе функционализированных каликсаренов для молекулярного распознавания ряда катионов, обуславливающих радиоактивное загрязнение окружающей среды” (2004-2006), гранта РФФИ совместно с Инвестиционно-венчурным фондом Республики Татарстан № 04-03-97511-р_офи “Разработка супрамолекулярных систем каликс[4]арен-(био)полимер для создания сенсоров с регулируемой селективностью в отношении ряда биологически значимых соединений” (2006), грантов Федерального агентства по науке и инновациям № 2005-ИН-12.1/012 “Разработка <интеллектуальных> органических и гибридных наноструктурированных пленок” (2005-2006), № РИ-19.0/001/184 “Разработка супрамолекулярных систем на основе функционализированных тиакаликс[4]аренов как компонентов программируемых органических наноразмерных материалов следующего поколения”, совместной программы Минобрнауки РФ и DAAD (Германской службы академических обменов) “Михаил Ломоносов”.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 153 страницах машинописного текста, включает 39 рисунков и 27 таблиц. Состоит из введения, трех глав, выводов и списка использованных библиографических источников, включающего 121 ссылку на отечественные и зарубежные работы.

В первой главе представлен обзор современного состояния исследований по синтезу, строению и химической модификации тиакаликс[4]аренов и рецепторным свойствам их производных. Основные результаты экспериментальных исследований и их обсуждение приведены во второй главе. Обсуждены различные синтетические подходы к получению карбамоильных и гидразидных производных п-трет-бутилтиакаликс[4]арена, экстракционные свойства полученных соединений по отношению к широкому кругу катионов металлов и возможность применения флуоресцентно меченых амидов на основе п-трет-бутилтиакаликс[4]арена в качестве молекулярных флуоресцентных сенсоров на анионы галогенов. Экспериментальная часть работы, включающая описание проведенных синтетических, экстракционных и спектральных экспериментов, приведена в третьей главе диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Одним из наиболее результативных подходов к созданию рецепторных структур является модификация подходящими реагентами соответствующей макроциклической платформы, обеспечивающей требуемую для селективного взаимодействия с субстратом ориентацию центров связывания рецептора в пространстве. В настоящее время бурное развитие получила химия тиакаликс[4]арена – аналога классического каликс[4]арена, в структуре которого метиленовые мостики заменены сульфидными фрагментами. Способность рецептора к связыванию субстрата определяется расположением центров связывания в пространстве и химической природой центров связывания. Введение амидных заместителей, содержащих донор неподеленных пар электронов – карбонильную группу и протонодонорный NH-фрагмент, в тиакаликс[4]ареновую платформу является перспективным подходом к созданию рецепторных структур, способных к связыванию ионных субстратов. Варьирование заместителей при атомах азота амидных групп дает возможность изменять их n-донорность, стерическую загруженность, NH-кислотность (в случае вторичных амидов) и т.д. Варьирование взаиморасположения амидных групп производных тиакаликс[4]арена в пространстве достигается изменением конформации макроциклического кольца тиакаликс[4]арена.

1. Синтез тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих амидные и гидразидные фрагменты

Для синтеза производных п-трет-бутилтиакаликс[4]арена, содержащих амидные функции на нижнем ободе, была использована двухстадийная стратегия (рис.1А), на первой стадии которой алкилированием исходного макроцикла 1 -бромоэтилацетатом в присутствии карбонатов щелочных металлов достигается фиксация макроциклического кольца п-трет-бутилтиакаликс[4]арена в требуемой конформации (конус, частичный конус или 1,3-альтернат). На второй стадии полученные стереоизомеры тетраэфира модифицируются до соответствующих карбамоильных производных. Следует отметить, что стереоизомер 1,3-альтернат можно рассматривать как «двурукий» (two-handed) поданд, стереоизомер частичный конус – «трехрукий» (three-handed), а стереоизомер конус – «четырехрукий» (four-handed) поданд.

 Схемы получения стереоизомеров-1

Рис.1. Схемы получения стереоизомеров амидов и гидразидов на основе тиакаликс[4]арена.

Синтетический потенциал тетраэфиров на основе тиакаликс[4]арена 2 предлагает два основных подхода к получению соответствующих стереоизомеров карбамоильных производных (рис.1Б): а) гидролиз стереоизомеров тетраэфира 2 до соответствующих тетракислот 3, с последующим переводом их в хлорангидриды, и реакцией последних с соответствующими аминами в присутствии основания и б) прямое взаимодействие соответствующих аминов с тетраэфирами 2 на основе тиакаликс[4]арена.

Первоначально было изучено взаимодействие хлорангидридов тетракислот 3 на основе тиакаликс[4]арена с различными аминами в присутствии триэтиламина для связывания выделяющегося хлороводорода. Выходы продуктов 4-10 составили 52-95 % (табл.1).

Таблица 1. Выходы соединений 4-10 (%).

4 5 6 7 8 9 10
конус 93 84 94 90 75 72 52
частичный конус 82 95 92 90 76 86 52
1,3-альтернат 76 90 90 89 72 79 63




Структуры всех полученных соединений были определены комплексом физических методов: ЯМР 1Н и 13С спектроскопией, масс-спектрометрией, ИК-спектроскопией. В спектрах всех конформеров вторичных амидов 6-10 присутствует полоса поглощения ассоциированного амидного фрагмента (3300-3250 см-1). Структуры соединений 9 и 10, содержащих антраценовые и нафталиновые фрагменты, были охарактеризованы комплексом двумерных ЯМР спектров: NOESY 1H-1H, COSY 1H-1H, HMBC 13C-1H и HSQC 13C-1H. Двумерные ЯМР эксперименты подтвердили конформацию макроциклического кольца тиакаликс[4]арена.

Для первичных аминов, являющихся активными нуклеофилами, был исследован подход к получению амидов на основе тиакаликс[4]арена аминолизом стереоизомеров тетраэфира 2. Использование пятикратного избытка амина при температуре 150 С привело к образованию макроциклов 8, 11 и 12 с высокими выходами.

Соединение, R = конус частичный конус 1,3- альтернат
8, C8H17 95 86 89
11, C12H25 92 91 93
12, C18H37 92 96 81

Было установлено, что в изученных условиях при взаимодействии стереоизомеров тетраэфира 2 с н-октиламином, н-додецил- и н-октадециламином конформация макроциклического кольца тиакаликс[4]арена остается неизменной.

Далее был изучен гидразинолиз тетраэфиров 2 в различных растворителях. Использование стандартной методики (кипячение эфира в спирте с избытком гидразингидрата) привело к успеху только в случае конформера частичный конус-2 (выход 95%). Для конформера 1,3-альтернат-2 реакция в указанных условиях не протекает, а в случае соединения конус-2 образуется плохо разделимая смесь продуктов. В связи с этим нами была проведена оптимизация условий синтеза гидразидов на тиакаликс[4]ареновой платформе. Так, применение смеси этанол-тетрагидрофуран повышает растворимость исходного тетраэфира 1,3-альтернат-2 и целевой продукт 1,3-альтернат-13 образуется с выходом 92%. Проведение реакции гидразинолиза конформера конус-2 в смеси этанол-диэтиловый эфир (1:4) в присутствии 1.5 эквивалентов NH2NH2*H2O приводит к целевому продукту - тетрагидразиду конус-13 с выходом 87%.

2. Изучение экстракционных свойств тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих амидные и гидразидные фрагменты

Следующим этапом нашей работы стало изучение влияния заместителей при карбамоильной функции на рецепторные свойства тетрафункционализированных п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов по отношению к катионам металлов. Для изучения влияния циклических фрагментов и донорности заместителя при амидной группе на рецепторные свойства тиакаликс[4]аренов методом пикратной экстракции были изучены экстракционные свойства стереоизомеров производных тиакаликс[4]аренов 4 и 5 по отношению к катионам щелочных металлов (табл.2). Оказалось, что макроциклы 4, содержащие наименее донорные заместители при амидных группах, являются наименее эффективными экстрагентами катионов щелочных металлов. Четко прослеживается влияние конформации тиакаликсаренового макроцикла в структуре соединений 5, содержащих пирролидидные фрагменты, на эффективность связывания катионов щелочных металлов: эффективность экстракции падает в ряду 1,3-альтернат > конус > частичный конус.

Таблица 2. Процент экстракции (%E) катионов щелочных металлов стереоизомерами тетраамидов тиакаликс[4]арена 4 и 5*.

  Li+ Na+ K+ Cs+
холостой эксперимент 0.9 2.0 1.5 0.7
конус-4 9.9 12.2 5.1 5.9
конус-5 77.7 78.4 60.0 51.2
частичный конус-4 5.5 7.9 13.6 9.5
частичный конус-5 18.1 37.7 55.3 18.8
1,3-альтернат-4 15.8 39.8 77.3 40.5
1,3-альтернат-5 18.1 74.3 97.4 79.2


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.