Введение к работе
Актуальность исследования. Исследование синтеза, структуры и превращений наноразмерных макрогетероциклических полостных систем является одним из базовых направлений развития современной органической химии. Такое положение обусловлено необходимостью расширения набора сложных каркасных архитектур, выявления общих закономерностей их устойчивости, реакционной способности и молекулярного узнавания, а также развития дизайна оригинальных функционализированных производных, представляющих интерес в качестве биорегуляторов, новых типов катализаторов, селективных сорбентов молекул и ионов, сенсоров и других рецепторных систем.
Эру синтетических рецепторных систем открыли работы нобелевских лауреатов К.Дж. Педерсона, Ж.-М. Ленна и Д.Дж. Крама, посвященные дизайну макроциклических архитектур различных типов. В начале восьмидесятых годов прошлого века Д.Дж. Крамом были получены соединения, которые можно представить как молекулярные чаши или полости. От латинского слова cavitas они были названы автором кавитандами. Для синтеза кавитандов были использованы реакции доступных симметричных октаолов, резорцинаренов, с дифункциональными электрофилами, например, дигалоидалканами, дигалоидсиланами. За счет конденсации бифункциональных соединений с полигидроксирезорцинареновой системой формируется верхний обод рассматриваемой конструкции. Логическим развитием этих работ является синтез фосфокавитандов - молекулярных чаш, в верхний обод которых встроены фосфорные функции.
В 1990 г Л.Н. Марковским и В.И. Кальченко были опубликованы первые данные о фосфорилировании резорцинаренов. Взаимодействием последних с диалкилхлорфосфатами были получены конформационно лабильные производные, содержащие на периферии молекулы 4 или 8 диалкилфосфатных фрагментов. Тогда же, в начале 90-х годов в нескольких лабораториях независимо друг от друга начались исследования по дизайну и изучению химических особенностей жестких полостных фосфоциклических конструкций -фосфокавитандов. В лаборатории Р.Дж. Пудефата осуществили циклофосфорилирование тетра(этилфенил)резорцинарена дихлорангидридом фенилфосфонистой кислоты в присутствии триэтиламина и с небольшим выходом получили симметричный фосфокавитанд. На низкой результативности синтеза сказалась необходимость очистки основного продукта от гидрохлорида амина. В группе Э. Дальканале было проведено циклофосфорилирование тетраметилрезорцинарена дихлорфосфатами, которое привело к получению трудноразделимой смеси стереоизомеров с различным расположением алкоксильных групп у атомов фосфора. Мы предложили амидный метод фосфорилирования резорцинаренов, который прост в исполнении, эффективен и
делает доступными различные типы стереоиндивидуальных
фосфорезорцинаренов и фосфокавитандов.
Цель исследования. Дизайн, исследование структуры, химических превращений и особенностей поведения нового семейства полостных систем -фосфокавитандов, а также родственных им полициклических соединений. Изучение влияния предорганизации макроциклической матрицы на регио- и стереонаправленность рассматриваемых процессов и реакционную способность полостных полифосфоциклических систем.
Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые
исследовано взаимодействие резорцинаренов с амидами фосфористой кислоты.
Изучено влияние предорганизации резорцинареновой матрицы и природы
фосфорилирующих реагентов на регио- и стереонаправленность процессов.
Разработаны методы стереонаправленного циклофосфорилирования
резорцинаренов три- и диамидами фосфористой кислоты. Синтезированы и
выделены индивидуальные симметричные стереоизомеры амидофосфито- и
фосфитокавитандов. Установлено, что стереоселективность
циклофосфорилирования зависит от природы и размера заместителей у атомов
фосфора. Разработаны методы синтеза кавитандоконьюгатов с биомолекулами.
Получены фосфокавитанды, в которых чаша макроцикла окружена поясом
хиральных фрагментов природных спиртов. Выявлены особенности
взаимодействия резорцинаренов и некоторых других
полигидроксиароматических соединений с диамидоарилфосфитами.
Обнаружена супрамолекулярная регуляция регионаправленности
циклофосфорилирования полигидроксиароматических соединений
диамидоарилфосфитами. Доказано, что оно происходит за счет разрыва одной из P-N и Р-0 связей, вторая P-N связь при этом сохраняется. Разработаны методы стереонаправленного октафосфорилирования резорцинаренов три- и моноамидами фосфористой кислоты, различающимися природой и стерической нагруженностью заместителей у атомов фосфора. Синтезированы индивидуальные конформеры полициклических коньюгатов резорцинаренов с 1,3,2-дигетерофосфинанами и проведен их конформационный анализ. С использованием методов двумерной корреляционной спектроскопии ЯМР и рентгеноструктурного анализа доказано, что конформации продуктов октафосфорилирования предопределяются природой и объемом заместителей в межъядерных метилиденовых мостиках и в орт о-положениях бензольных колец макроциклического остова. Показано, что взаимодействие пирогаллоларена с 2-амино-1,3,2-диоксафосфинананом сопровождается раскрытием фосфинановых циклов с последующим фосфорилированием образовавшихся периферических гидроксильных групп, дальнейшее межмолекулярное взаимодействие интермедиатов приводит к образованию хемиполукарцеплекса, в котором резорцинареновые чаши связаны двумя фосфонеопентилиденовыми мостиками.
Впервые исследована регио- и стереонаправленность окислительных
реакций фосфо(Ш)резорцинаренов. Разработаны методы синтеза
индивидуальных симметричных стереоизомеров фосфато-, тионфосфато- и
селенонфосфатокавитандов, в которых все атомы окислителя имеют аксиальную
ориентацию и направлены внутрь полости кавитанда. Проведено
региоселективное окислительное иминирование амидофосфитокавитандов
фенилазидом и получены производные, содержащие в молекуле атомы фосфора
различной координации: три атома фосфора связаны с иминофенильными
группами и являются четырехкоординационными, четвертый не подвергается
окислению и остается трехкоординационным. Осуществлено алкилирование
амидофосфитокавитандов галоидными алкилами и тетрафторборатом
триэтилоксония и получены квазифосфониевые соли кавитандов,
представляющие собой дифильные системы, в верхнем ободе которых
находятся заряженные фосфорные фрагменты, в нижнем - липофильные
углеводородные радикалы. Установлено, что полифосфоциклические
конъюгаты резорцинаренов с 1,3,2-дигетерофосфинанами образуют
октаядерные и тетраядерные хелатные комплексы с переходными металлами.
Степень модификации и структура комплексов зависят от природы
используемого комплексообразователя. Показано, что комплексообразование
амидофосфитокавитандов с AgBr происходит стереорегулярно и приводит к
симметричным тетраядерным комплексам анионного типа, которые в
присутствии катионов диэтиламмония способны димеризоваться с
образованием молекулярного ансамбля состава [(C2H5)2NH2] 2[KaBHTaHfl-Ag4(|i-
Br)4(|X4-Br)]"2,7C4H802. На примере тетраядерных комплексов фосфокавитандов с
acacRh(CO)2 с привлечением РСА доказано, что внедрение в молекулу
фосфо(Ш)кавитанда четырех объемных металлофрагментов приводит к
искажению макроциклического остова кавитанда, потере симметричности
молекулы в целом и образованию структуры с различными конформациями
четырех фосфоциновых циклов. Осуществлено региоселективное
комплексообразование фосфокавитандов с карбонилами переходных металлов
[Мо(СО)6, Сг(СО)6, W(CO)6, Fe(CO)5, С5Н5Мп(СО)3] и получены комплексы с
различной степенью модификации макроциклической матрицы, содержащие в
молекуле 1, 2 и 4 металлофрагмента. Установлено, что региоселективность
процессов зависит от природы фосфорных фрагментов и геометрии
комплексообразователя. Последовательным взаимодействием
фосфо(Ш)кавитандов с комплексообразователями различного типа получены гетерометаллические производные этих соединений, в которых на макроциклической матрице закреплены два различных металла.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на Симпозиуме по органической химии (С.-Петербург, Россия, 1995); XIII, XIV, XV и XVI международных конференциях по химии фосфора(ІСРС) (Иерусалим, Израиль, 1995; Цинцинати, США, 1998; Сендай,
Япония, 2001; Бирмингем, Великобритания, 2004); XI, XII, XIII и XIV международных конференциях по химии фосфорорганических соединений (ICCPC) (Казань, Россия, 1996; Киев, Украина, 1999; С.-Петербург, Россия, 2002; Казань, Россия, 2005); Международном симпозиуме "Химия и применение фосфор-, сера- и кремнийорганических соединений" (С.-Петербург, Россия, 1998), Всероссийской конференции "Химия и перспективы ее развития на пороге XXI века" (Москва, Россия, 1998), VII Всероссийской конференции по металлоорганической химии (Москва, Россия, 1999), I, II, III и IV международных симпозиумах "Молекулярный дизайн и синтез супрамолекулярных архитектур " (Казань, Россия, 2000, 2002, 2004 и 2006); Международной конференции по химии каликсаренов (Ванкувер, Канада, 2003); XVII и XVIII Менделеевских съездах по общей и прикладной химии (Казань, Россия, 2003; Москва, Россия, 2007).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 1 обзор, 2 обзорные статьи, 35 статей в рецензируемых журналах и 26 тезисов докладов.
Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 275 страницах, состоит из введения, литературного обзора, трех глав, экспериментальной части и выводов, и содержит 31 схему, 47 рисунков и 26 таблиц. Список цитируемых публикаций включает 254 наименования.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ кафедры органической химии химического факультета МПГУ по теме «Синтез, исследование структуры и химических свойств фосфомакроциклов. Создание супрамолекулярных систем» при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных исследований (гранты № 94-03-08338, 97-03-33057, 00-03-32844, 03-03-32390, 06-03-32354), грантов Президента Российской федерации поддержки ведущих научных школ России (НШ-2000.3, 560.2003.3, 5515.2006.3), Министерства образования и исследований Германии (грант RUS 00/216) и ИНТ АС (грант 01-2044).
![Новые методы синтеза тиазоло[3,4-a]хиноксалинов и родственных им гетероциклических систем](/i/i/4243/365472.png "Новые методы синтеза тиазоло[3,4-a]хиноксалинов и родственных им гетероциклических систем Жукова Наталья Анатольевна")
