Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. 1. Полифенолы: классификация, реакции электрофильного ароматического замещения в фенольных и полифенольных системах (литературный обзор) 7
1.1 Классификация полифенолов 8
1.1.1 Природные полифенолы 9
1.1.1.1. Полифенолы на основе проантоцианидинов 11
1.1.1.2. Производные галловых и гексагидроксидифениловых эфиров 13
1.1.1.3. Производные гидроксицинамовой кислоты 14
1.1.1.4. Производные флороглюцинола 14 1.1.2. Синтетические полифенолы 15
1.1.2.1. Полифенолы, не содержащие мостиковых атомов 15
1.1.2.2. Полифенолы, содержащие мостиковые углеродные атомы. Фенол-альдегидные олигомеры
1.1.2.3. Циклические олигомеры - каликсарены 21
1.1.2.4. Линейные полифенолы содержащие мостиковые гетероатомы 24
1.1.2.5. Циклические полифенолы (каликсарены), содержащие мостиковые гетероатомы
1.1.2.6. Другие полифенолы 27
1.2. Фенолы в реакциях электрофильного замещения 28
1.2.1. Электрофильное ароматическое замещение в каликсаренах 3 7
1.2.1.1. Электрофильное замещение свободных пара-положений каликсаренов 3 8 и тиокаликсаренов
1.2.1.2. Электрофильное замещение в калике[4]резорцинах 44
1.3. Пространственно-затрудненные фенолы 47
ГЛАВА 2. Исследование реакции каликс[4]резорцинов с 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензилацетатом. Изучение свойств продуктов реакции. (Обсуждение результатов)
2.1. Взаимодействие калике [4]резорцинов с 3,5-дитрет-бутил-4-гидроксибензильными производными 56
2.1.1. Взаимодействие каликс[4]резорцинов с 3,5-дитрет-бутил-4-гидроксибензилгалогенидами 56
2.1.2. Взаимодействие каликс[4]резорцина с 3,5-ди~трет-бугш-4-гидроксибензилацетатом 61
2.2. Взаимодействие тетра-3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил каликс[4]резорцинов с некоторыми злементо(Р,8і)органическими соединениями 80
2.2.1 Фосфорилирование - тетра-3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил калике [4]резорцинов 80
2.2.2. Реакции силилирования тетра-3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил калике [4]резорцинов 84
2.3. Взаимодействие тетра-3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил калике [4]резорцинов с уксусным ангидридом 89
2.4. Исследование реакции раскрытия калике[4]резорцинового цикла под действием 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензилацетата 92
2.5. Свойства синтезированных соединений как стабилизаторов полимерных материалов100
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть 105
Выводы
- Производные галловых и гексагидроксидифениловых эфиров
- Циклические полифенолы (каликсарены), содержащие мостиковые гетероатомы
- Взаимодействие каликс[4]резорцинов с 3,5-дитрет-бутил-4-гидроксибензилгалогенидами
- Реакции силилирования тетра-3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил калике [4]резорцинов
Введение к работе
Актуальность и цель исследования. В последнее десятилетие наблюдается неуклонный рост интереса исследователей к химии трехмерных, пространственно организованных структур, которые могут обеспечить решение ряда проблем современной цивилизации на уровне высоких технологий. Одним из наиболее перспективных направлений исследования является химия каликс[п]аренов, и в частности, каликс[4]резорцинов, отличающихся простотой получения и возможностью дальнейшей функционализации как в орто-положение ароматического ядра, так и по гидроксильным группам. Каликс[4]резорцины являются уникальными макроциклическими соединениями, обладающими пространственно-организованной полостью, которые находят все более широкое применение для молекулярного распознавания и в химии "гость-хозяин". Целенаправленное развитие химии каликс[4]резорцинов, включающее как новые методы синтеза каркасных структур с включением различных структурных фрагментов, так и новые методы селективной функционализации верхнего яруса каликс[4]резорцинареновой матрицы представляет важную и актуальную задачу. Каликсарены имеют в настоящее время не только теоретическое, но и практическое, промышленное значение. Так, например, изучение антиокислительных свойств те??7ра-метилкаликс[4]резорцина показало возможность создания новой группы высокоэффективных ингибиторов термоокислительной деструкции полимеров на его основе. В этом плане модификация каликс[4]резорцинов путем введения стеричесіси затрудненных фенольных фрагментов в их ароматические кольца является задачей важной, поскольку позволяет получать соединения, обладающие комплексообразующими свойствами, а входящие в состав фенольные группы, различающиеся по своей реакционной способности, способны к проявлению внутреннего синергизма в реакциях ингибированного окисления. В качестве объемной группы нами был выбран 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензильный фрагмент, широко используемый в качестве реагента в химии пространственно затрудненных фенолов. Введение этого фрагмента в молекулу каликсарена позволит создать новый тип эффективных ингибиторов термоокислительной деструкции полимеров.
Целью настоящей работы являлось: а) исследование реакции каликс[4]резорцинов с 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензилацетатом; б) изучение химического поведения тетра 3,5-ди-шреж-бутил-4-гидроксибензиилированных каликс[4]резорцинов.
Научная новизна: - Впервые проведено исследование реакции каликс[4]резорцинов с 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензильными производными (хлоридом, бромидом, ацетатом). Показано, что направление реакции и тип образующихся продуктов существенно зависит от природы алкильного заместителя на нижнем «ободке» молекулы каликс[4]резорцина, типа бензилирующего реагента и экспериментальных условий.
Разработан метод синтеза новых тетра Ъ,5-рд-трет-6утл-Л- гидроксибензильных производных каликс[4]резорцинов, содержащих на нижнем ободке молекулы метальные, этильные, пропильные, пентильные группы, в результате реакции каликс[4]резорцинов с 3,5-ди-терет-бутил-4 гидроксибензилацетатом в присутствии муравьиной кислоты. Методом ЯМР !Н корреляции установлено, что эти соединения находятся в конфигурации «конус».
Обнаружено, что количество вводимых в орто-положение каликс[4]резорцинов 3,5-ди-тре7и-бутил-4-гидроксибензильных групп зависит от природы алкильного заместителя на нижнем «ободе» молекулы. Взаимодействие каликс[4]резорцинов, содержащих на нижнем «ободе» молекулы гептильные, октальные, нонильные радикалы с 3,5-ди-тре/и-бутил-4-гидроксибензилацетатом в присутствии муравьиной кислоты приводит к образованию новых продуктов, содержащих две 3,5-ди-трест-бутил-4-гидроксибензильные группы, представляющую собой смесь двух региоизомеров. Бензилирование каликс[4]резорцина, содержащего на нижнем «ободе» молекулы ундецильную группу, 3,5-ди-треда-бутил-4-гидроксибензилацетатом, приводит к новым моно 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензиилированные производные.
- Обнаружена новая реакция разрушения каликс[4]резорцинового скелета под действием 3,5-ди-гарет-бутил-4-гидроксибензилацетата в присутствии сильных минеральных кислот (НС1, НСЮ4), а также органической муравьиной кислоты, приводящая к образованию трис-3,5-ди-т/?ет-бутил-4-гидроксибензилрезорцину, строение которого также было подтверждено методом РСтА. Показано, что эта реакция реализуется только в ряду тетра 3,5-ди-треда-бутил-4-гидроксибензильных производных каликс[4]резорцинов.
- Впервые синтезированы фосфор, кремнийорганические кавитанды в результате реакции тетра 3,5-ди-/лрет-бутил-4-гидроксибензильных производных каликс[4]резорцинов с метилдихлорфосфонатом, диметилдихлорсиланом в присутствии основания. Силилированием тетра 3,5-ди-трет-бутил-4- гидроксибензильньгх производных каликс[4]резорцинов гексаметилдисилазаном получены новые ациклические октатриметилсилильные производные. Ацилированием тетра 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензильных производных калике[4]резорцинов уксусным ангидридом в зависимости от экспериментальных условий получены продукты неполного и полного ацилирования.
- В результате моделирования реакции расщепления каликс[4]резорцинового скелета под действием 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензилацетата были изучены реакции этого реагента с 2,4-дигидроксибензофеноном, 4-формилрезорцином. Впервые получен продукт внедрения 3,5-ди-7«реш-бутил-4-гидроксибензильной группы в 3 положение 2,4-дигидроксибензофенона, строение его подтверждено методом РСтА. Показано, что в присутствии сильной минеральной кислоты (НСЮ4) в этом соединении в мягких условиях происходит 1,3 сдвиг 3,5-ди-терет- бутил-4-гидроксибензильной группы из положения 3 в положение 5. С учетом полученных экспериментальных данных предложена схема разрушения каликс[4]резорцинового скелета под действием 3,5-ди-тирет-бутил-4- гидроксибензилацетата, включающая в себя ряд стадий равновесного протонирования ароматического ядра, приводящих к раскрытию макроцикла с последующим электрофильным замещением с участие бензильной электофильной частицы.
Практическая значимость работы: В результате проведенных исследований разработаны методы синтеза разнообразных С-3,5-ди-/к!рете-бутил-4-гидроксибензилированных каликс[4]резорцинов. Разработаны методы получения новых видов циклических и ациклических элементо(Р, Э1)содержащих производных и установлено их строение. Полученные результаты вносят определенный вклад в химию каликс[4]резорцинов и их функционализированных производных. Синтезированные кавитанды могут найти применение в качестве рецепторов для распознавания разнообразных нейтральных молекул и ионов. Одним из основных свойств синтезированных тетра С-3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензилированных каликс[4]резорцинов является их антиокислительная активность, что позволяет их использовать в качестве макроциклического стабилизатора в резиновых смесях на основе бутадиен-нитрильных каучуков.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов и списка литературы. Первая глава включает литературный обзор посвященный, полифенолам их классификации, некоторым реакциям электрофильного ароматического замещения в фенольных и полифенольных системах. Во второй главе представлено исследование реакции каликс[4]резорцинов с 3,5-ди-дарет-бутил-4-гидроксибензилацетатом и изучение некоторых свойств тетра-С-5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензилированных каликс[4]резорцинов. Представлены результаты изучения антиокислительных свойств полученных тетрабензилированных каликсаренов в резиновых смесях на основе бутадиен-нитрильных каучуков. Третья глава посвящена описанию экспериментальной части работы.
Работа выполнена в лаборатории элементоорганического синтеза Института органической и физической химии им. А. Е. Арбузова Казанского Научного Центра Российской Академии Наук в соответствии с научным направлением Института по гос. бюджетной теме "Молекулярный дизайн новых трехмерных синтетических рецепторов на основе каликс[4]резорцинаренов с целью создания избирательных сорбентов и каталитических комплексов и применения для распознавания химических объектов" (№ гос. per. 01.20.0005787). Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (гранты 02-03-33037, 05-03-32136) и Международным бюро Федерального министерства образования и научных исследований (Германия, BMBF, RUS 02/034). Исследование выполнено под руководством д.х.н., вед.н.с. Бурилова А.Р., автор считает своим долгом выразить благодарность своему учителю. Так же автор считает своим долгом выразить большую благодарность профессору Пудовику М.А., профессору Мукменевой Н.А., д.х.н. Бухарову СВ., принимавшим активное участие при выполнении и обсуждении данной диссертационной работы. Автор также выражает большую признательность немецким коллегам др. Хабишеру В.Д., др. Бауэру И., за поддержку и помощь в проведении эксперимента в г. Дрездене (Германия). Автор благодарит сотрудников лаборатории дифракционных методов ИОФХ им. А.Е. Арбузова за проведение рентгеноструктурного анализа, сотрудников лаборатории молекулярной спектроскопии за помощь в интерпретации ИК спектров, а так же коллектив лаборатории ЯМР спектроскопии за обсуждение совместных результатов.
Производные галловых и гексагидроксидифениловых эфиров
Олигомерные и полимерные проантоцианидины (син. конденсированные танины), составляют одну из наиболее обширных классов природных полифенолов [7]. Существует множество обзоров посвященных синтезу и свойствам проантоцианидинов [7-10]. Олигомерные и полимерные проантоцианидины образуются путем расщепления связи С-С в антоцианидине в кислых средах в присутствии молекулярного кислорода.
Олигомеры проантоцианидинов содержат от двух до шести флавоновых фрагментов, полимеры имеют высокую молекулярную массу флавоновых групп. Новая связь С-С образуется между флавоновыми фрагментами в положение С(4) (С-кольца) электрофильной части флавона, в случае флаван-3,4-диола или флаван-4-ола, и в положение С(8) или С(6) (А-кольцо) нуклеофильной части флавона, например для флавон-3-ола. [8].
Пример синтеза проантоцианидина представлен на схеме 4, в котором исходный фенольный флаван-3-ол подвергается стереоспецифичной нуклефильной конденсации с хинонметидом. Образующийся димер далее таюке конденсируют с хинонметидом с образованием олигомера и полимера в положение С(4)-С(8) и в незначительном количестве С(4)-С(6) связи между флавоновыми фрагментами [10]. олигомер пронтоцианидина Схема 4
Производные галловых и гексагидроксидифениловых эфиров В этом классе, различные производные галловых и гексагидроксиди-фениловых кислот представляют собой эфиры D-глюкозы, в ядре которых содержатся полифенольные фрагменты [11]. Пентагаллол-Б-глюкоза (11) является основным прекурсором для синтеза этого класса соединений. Высшие олигомеры и полимеры этого типа эфиров включают два известных подкласса полифенолов, а именно галлотанины и эллагатанины [12].
Схема 5 Лактонизация гексагидроксидифенилового эфира в присутствии кислоты дает эллагиевую кислоту (бис-лактон гексагидроксидифениловой кислоты); эллагатанин образуется из соответствующего лактона. Существуют различные методы получения эллагатанинов: а) различная степень галлолатизации; б) внутримолекулярная окислительная конденсация с образованием С-С связи между галловыми группами; в) дегидрогенизация и гидролитический распад галловых групп ароматического кольца; с) олигомеризация путем окислительной конденсации С-0 связи [12].
Производные гидроксицинамовой кислоты
Олигомеры гидроксицинамовой кислоты образуются путем конденсации монолигнанов, которые в свою очередь получаются путем окислительного сочетания пропенильных фенолов, например коричного и корниферилового спиртов [13]. Конденсация идет по С-С- связи боковой цепи, орто-орто-атомам углерода, связи С-0 боковой цепи и связи орто-С-0 (Схема б)
Производные флороглюцинола
Олигомеры флороглюцина, образуются путем окислительной конденсации флороглюцина по С-С и С-0 связи. Примером [3] этого класса соединений является фурофурескол (12). Соединения этого типа найдены в морских водорослях [11]. он
Проводя общую классификацию полифенолов, было бы неправильным, не рассматривать полифенолы, получаемые синтетическим путем. Полимеры, полученные из фенолов, и имеющие функционализированные фенольные фрагменты также должны быть приняты во внимание в такой классификации. Получаемые полифенольные системы имеют особую важность. В частности, новолак и пересоль - известные индустриальные полимеры имеют превосходное температурное сопротивление. В настоящее время, фенольные смолы имеют широкое применение в современных технологических областях, например в производстве синтетических волокон, компьютерной технологии (фоторезисторы, микрочипы) и космической технологии [11]. Приблизительно 6-8 % мирового производства фенольных смол, главным образом пересоль, новолаки, алкил- и эфирфенольные смолы используются в качестве покрытий и в производстве типографских красок. Некоторые каликсареновые аналоги, имеющие форму шара и длинные алкильные заместители, находят применение в качестве комплексообразователей.
Полифенолы, не содержащие мостиковых атомов
Класс полифенолов образованный из нескольких фенольных фрагментов через С-С связь между ароматическими частями фенолов, является самым простым. Данный класс полифенолов может быть как линейным, так и циклическим.
Линейные полифенолы. Тип полифенолов, в которых фенольные фрагменты связаны между собой С-С связью, легко себе представить. В действительности он существует ограниченное число таких систем, из-за их неустойчивости к окислению. Синтез таких олигомеров осуществляется окислением фенолов. Например, фенолы с одним или двумя активными положениями и содержащие алкильные группы в присутствии Cu(II) образуют димеры или тримеры (13,14) [И].
При окислении алкилфенолов часто наряду, с соединениями содержащие С-С связь образуются соединения с С-0 связями (15). В случае п-креозола [15] образуется так называемый кетон Пуммерера (17), который является результатом орто-пара-треакцая. с образованием С-С связи и последующим внутримолекулярным присоединением фенольного гидроксила к циклогексадиенону (16). Зависимость выхода димерных продуктов зависит от условий окисления.
Циклические полифенолы (каликсарены), содержащие мостиковые гетероатомы
Несмотря на то, что образование циклических олигомєров в результате реакции конденсации п-алкилфенолов с формальдегидом было обнаружено Зинке ещё в 1940-ые годы, этот синтез оставался почти незамеченным до 1970 года, когда Гутч [31] повторно интерпретировал результаты Зинке и разработал методы синтеза каждого из трех основных циклических олигомєров. Легкость синтеза полученных циклических олигомєров, названных каликсаренами [32], ускорила их последующее исследование. Особым вопросом является номенклатура каликсаренов. Сам термин "каликсарен" в некоторой степени неоднозначен. Первоначально он применялся к циклическим олигомерам, полученным конденсацией фенолов с альдегидами и имеющим эндо-гидроксильные группы. С целью систематизации номенклатуры термин "каликсарен" теперь относят только к основной макроциклической структуре, а остальные фрагменты (в том числе и гидроксильные группы), считаются заместителями. Таким образом, циклический тетрамер, полученный из п-трет-бутилфенола можно назвать "п-трет-бутилкаликс[4]ареном", но его систематическим названием будет 5,11,17,23-тетра-трет-бутилкаликс[4]арен-25,26,27,28-тетрол.
В этом смысле любой [1п] метациклофан, независимо от заместителей, попадает в разряд каликсаренов. Однако не рекомендуется трактовать термин "каликсарен" столь широко, а целесообразно ограничить его использование [1п] метациклофанами, несущими функциональные группы с одним или несколькими гетероатомами. Тем не менее, номенклатура остается не совсем однозначной, и иногда термином "каликсарен" обозначают почти любую систему, в которой ароматические или гетероциклические фрагменты образуют макроцикл.
Еще один аспект номенклатуры каликсаренов касается их конформаций. Корнфортом было установлено [33], что каликс[4]арен может существовать в четырех основных конформациях. Позже Гутчем они были названы как "конус" (симметрия C4v), "частичный конус" (симметрия Cs), " 1,2-альтернат" (симметрия Qh) и "1,3-альтернат" (симметрия D2d) (схема 11)
Часто, однако, конформаций реальных молекул (как в растворе, так и в твердом состоянии) отличаются от приведенных на схеме 11. Например, конформация "конус" часто принимает вид "сплющенного" конуса, когда два ароматических кольца становятся почти параллельными, в то время как остальные два разворачиваются наружу. С увеличением числа ароматических колец в макроцикле число конформаций возрастает, соответственно возрастает и сложность описания конформационного поведения каликсаренов. Исследования в этой области проводились для каликс[5]аренов [34] и каликс[6]аренов [35].
В результате катализируемой основаниями реакции конденсации фенолов с формальдегидом образуются только циклоолигомеры с числом ароматических колец от четырех до восьми. Однако в конце 1980-х годов были выделены п-трет-бутил-каликс[9]арен и п-трет-бутил-каликс[10]арен [36], а данные масс спектрального анализа свидетельствовали о наличии в реакционной смеси п-трет-бутил-каликс[11]арена и п-трет-бутил-каликс[12]арена. Впоследствии были выделены и описаны [37, 38] каликс[п]арены, где п менялось от 9 до 20. Другими авторами также были описаны синтезы п-трет-бутил-каликс[п]аренов с п=9-12 [39], а таюке синтез каликс[10]арена с бензильной группой в п-положении ароматического ядра [40]. Кислотно-катализируемая конденсация фенолов с формальдегидом оказалась более приемлемым методом синтеза каликсаренов с большим числом ароматических колец в макроцикле.
В результате реакции конденсации резорцина с различными алифатическими альдегидами [41,42], образуются циклические олигомеры следующей структуры (схема 12). схема 12 Реакция конденсации резорцина с альдегидами чаще всего проводится в смеси этанола с концентрированной соляной кислотой при длительном нагревании, оптимальные условия реакции подбираются для каждого альдегида отдельно. Дальнейшие исследования [41-44] позволили разработать методы синтеза этих соединений, которые были названы каликс[4]резорцинами.
Структурная формула калике[4]резорцина Каликсареновые сфероиды. Эти соединения являются аналогами каликсаренов, синтезируемые из бисфенолов конденсацией с формальдегидом в присутствии основания (схема 13) [45]. Их можно рассматривать как гибрид каликсарена и сферанда, но их стереохимия более сложная из-за наличия в
Существуют различные типы полифенолов с открытой цепью, содержащие мостиковые гетероатомы. Обычно выделяют два основных типа.
Полифениленовые эфиры. Данный тип соединений образуется из фенолов, которые содержат в качестве мостикового атома - кислород. (Схема14) [46]. Получаемые олигомеры имеют оптические свойства [47] и они также используются в производстве технической пластмассы [48]. Синтез таких олигомеров основан на окислительной реакции полимеризации [49]. Ферментативный катализ в реакции окислительной полимеризации также приводит к получению данного вида олигомеров [28].
Взаимодействие каликс[4]резорцинов с 3,5-дитрет-бутил-4-гидроксибензилгалогенидами
В предыдущей главе нами были рассмотрены фенольные и полифенольные соединения их классификация, основные методы получения, основанные на реакции ароматического злектрофильного замещения. Одним из важных свойств этих соединений, определяющих их использование в живых организмах и синтетических материалах, является высокая антиоксидантная активность, способность образовывать стабильные радикалы. Это свойство наиболее полно проявляется в пространственно затрудненных фенолах, многие, из которых активно используются в промышленности при получении полимерных материалов. Поэтому важной задачей для создания новых стабилизаторов является синтез принципиально новых структур, содержащих пространственно затрудненные фенольные фрагменты, имплантированные на полифенольную матрицу. Одной из бурно развивающихся областей химии макроциклических полифенольных соединений является химия каликс[4]резорцинов - макроциклических тетрамеров, отличающихся простотой получения и возможностью дальнейшей функционализации как в орто-положение ароматического ядра, так и по гидроксильным группам, расположенным на верхнем ободе "чаши". В литературном обзоре отмечалась высокая активность тетраметилкаликс[4]резорцина в качестве противостарителя для эластомеров [122, 123].
Следует заметить, что реакции злектрофильного замещения в орто-положение каликс[4]резорцинов, как метод функционализации каликсаренов по верхнему ободу «чаши», являются мало изученными; в литературном обзоре представлены реакции бромирования [109], азосочетания [112] и реакции по типу Манниха [113,114,115,116]. Известно, что способность каликсаренов к самоассоциации является одним из ключевых свойств этих соединений, широко исследуемых в настоящее время [125]. Для калике[п]аренов в общем и каликс[4]резорцинов в частности весьма характерны процессы мицелообразования, сопровождающиеся формированием агрегатов различного типа. Это могут быть как небольшие (димеры, тримеры, тетрамеры), так и полимолекулярные (моно- и бислои, мицелы, жидкие кристаллы) ансамбли. Характерной особенностью каликс[4]резорцинов, существующих в агрегированном состоянии, являются высокие температуры плавления, плохая растворимость, и как следствие, их низкая реакционная способность. Мы полагали, что введение объемного заместителя в орто-положение ароматического ядра калике [4]резорцинов будет препятствовать самоассоциации этих соединений.
Каликсарены, широко используемые в качестве молекулярной матрицы для создания предорганизованных трехмерных рецепторов, имеют в настоящее время не только1 теоретическое, но и практическое значение. Так, например, изучение антиокислительных свойств тетря-метилкаликс[4]резорцина показало возможность создания новой группы высокоэффективных ингибиторов термоокислительной деструкции полимеров на основе каликс[п]аренов [122]. В этом плане модификация каликс[4]резорцинов путем введения стерически затрудненных фенольных фрагментов в их ароматические кольца представляет существенный интерес, поскольку позволяет получать соединения, обладающие комплексообразующими свойствами, в то же время имеющиеся фенольные группы, различающиеся по своей активности, потенциально способны к проявлению внутреннего синергизма в реакциях ингибированного окисления. В качестве объемной группы нами был выбран 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензильный фрагмент, широко используемый в химии пространственно затрудненных фенолов.
Целью диссертационной работы является исследование реакций калике [4]резорцинов с 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензилацетатом, изучение структуры и свойств получаемых С-бензилированных производных.
Одним из наиболее часто используемых приемов в синтезе пространственно затрудненных фенольных стабилизаторов является введение одного или нескольких стерически затрудненных фенольных фрагментов, в частности 3,5-ди-т/7т-бутил-4-гидроксибензильных, в молекулу какого-либо субстрата. Так для их введения могут быть использованы соответствующие замещенные бензилгалогениды (1,2), бензиловый спирт (3), фенольные основания Манниха (4), бензилацетат (5) [68]. Анализ литературных данных показывает, что использование 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензильных производных (1-5) для введения пространственно затрудненных фенольных фрагментов в различные соединения в подавляющем большинстве случаев основано на способности этих соединений, выступать в качестве предшественников соответствующего 3,5-дд-трет-бутил-4-гидроксибензильного карбкатиона и 2,6-ди-трет-бутилметиленхинона.
Взаимодействие тетраметилкаликс[4]резорцина (6) с 3,5-ди-трет-бутил-4 гидроксибензилхлоридом и бромидом проводили в среде органического растворителя при комнатной температуре в присутствии триэтиламина в соотношении 1:4:4. Впервые был получен тетра-С-бензилированный тетраметилкаликс[4]резорцин (7) с выходом 10-15%. В отличие от базового тетраметилкаликс[4]резорцина (6), тетра-С-бензилированный тетраметилкаликс[4]резорцин (7) имеет необычно хорошую растворимость в органических растворителях, в том числе и неполярньгх (пентан, гексан).
Реакции силилирования тетра-3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил калике [4]резорцинов
Проведенные рентгеноструктурные исследования 2,4,6-трис(3,5 ди-трет-бутил-4-гидрокси бензил)резорцина (13) показали, что молекула в целом имеет строение «чаши», основанием которой служит резорциновое кольцо, а «боковые стенки» состоят из 3,5-ди-:трет-бутил-4-гидроксибензильных фрагментов, расположенных симметрично по одну сторону от «основания» (рис.3). Длины связей и валентные углы в молекуле фенола (13) обычные. Плоскость резорцинового фрагмента и плоскость бокового бензольного кольца образуют двугранный угол 77.4(1).
Неожиданным для нас оказался тот факт, что гидроксильные группы резорцинового фрагмента (13)в кристалле не образуют классических внутри - и межмолекулярных водородных связей. При этом упаковка молекул в кристалле бислоевая, гидрофильные «донышки» ориентированы внутрь слоя, трет-бутильные группы - наружу. Слои имеют ван-дер-ваальсовы контакты между трет-бутильными заместителями (рис.4.). Интерес к соединению (13) обусловлен тем обстоятельством, что эффективность антиокислительного действия фенольных стабилизаторов, в ряде случаев, определяется их пространственным строением. Края «чаши» являются ловушкой для захвата пероксидных радикалов, и здесь происходит их дезактивация гидроксильными группами.
В результате проведения реакции тетраметилкалике[4]резорцина (6) с с 3,5-ди-трйт-бугил-4-гидроксибензилацетатом (5) в присутствии НСЮ4 и соотношении реагентов 1:12 основным соединением является 2,4,6-трис(3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси-бенчил)ре:юрцина (13), и в незначительных количествах был выделен тетрабензиилированный каликсарен (7).
Таким образом, нами было обнаружено новое направление реагирования электрофильной молекулы с каликсареном, приводящее к полному разрушению макроцикла и образованию трисбеї-пилировашюго резорцина.
С целью оптимизации метода синтеза тетрабеизилированного каликсарена (7), мы исследовали влияние типа кислоты на направление протекания реакции. В результате замены хлорной кислоты на соляную кислоту, муравьиную мы обнаружили, что состав реакционной смеси зависит от типа и количества используемый кислоты. Состав реакционной смеси определяли при помощи спектров ЯМР Н (ацетон-Бб) образцов, полученных в результате удаления растворителя из аликвот исследуемых растворов в вакууме масляного насоса. Все данные приведены в расчете на 1 г тетраметилкаликс[4]резорцина (табл.3). Как видно из табл.3 наиболее оптимальный метод получения тетрабензиилированного каликсарена (7) является использование муравьиной кислоты. В случае использования соляной кислоты выход соединения (7) незначительный.
Такое необычное влияние муравьиной кислоты, как мы полагаем, может быть объяснено протеканием реакции переацилирования исходного соединения (5). В растворе муравьиной кислоты происходит быстрое превращение бензилацетата (5) в соответствующей бензилформиат (5а) [133].
Муравьиная кислота обладает достаточными кислотными свойствами для протонирования ацетатной группы и отщепления уксусной кислоты от молекулы соединения (5). Следует отметить, что в растворе более слабой масляной кислоты соединение (5) остается неизменным. Поскольку формиатная группа является, по-видимому, более хорошо уходящей группой, по сравнению с ацетатной, бензилформиат (5а) является лучшим по сравнению с бензилацетатом бензилирующим агентом. Это обстоятельство обуславливает интерес к использованию муравьиной кислоты в качестве кислотного агента для генерирования бензильного карбкатиона (11) в реакции бензилацетата (5) с каликс[4]резорцином.
Мы установили, что при использовании в качестве кислотного агента муравьиной кислоты, в реакции каликсарена с бензилацетатом, происходит существенное изменение соотношения продуктов реакции (13) и (7) - 10 и 85%, соответственно. Строение полученных соединений (13) и (7) подтверждено данными физико-химических методов.
На основании, результатов полученных при изучении ЯМР H спектров гомоядерной корреляции установлено, что С-бензилированный каликс[4]резорцин находится в конформации «конус». Такое заключение следует из того, что квартет метинового протона бензилированного каликс[4]резорцина (7) находится в области 4.5 м.д., там же где и квартет метинового протона каликс[4]резорцина (6), имеющего по данным РСтА конформацию «конус» [134,13 5]. Известно, что изменение конформации «конус» на «1,3-альтернант» в фенольных каликсаренах приводит к смещению сигнала метиленовых протонов на 1 м.д. В 2D ROESY
![2,3-дитиоло[5,4-С]хинолин-1-тионы в реакциях циклоприсоединения](/i/i/4246/329363.png "2,3-дитиоло[5,4-С]хинолин-1-тионы в реакциях циклоприсоединения Медведева Светлана Михайловна")
