Реакции резорцинов с a-аминоацеталями - путь к синтезу новых линейных полифенолов и каликс[4]резорцинов Газизов Альмир Сабирович

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Взаимодействие фенолов с альдегидами и ацеталями: синтез каликс[4]аренов и каликс[4]резорцинаренов 7

1.1. Фенол-альдегидные олигомеры 7

1.2. Циклические олигомеры - каликсарены 9

1.2.1. Номенклатура 9

1.2.2. Синтез каликс[4]аренов в щелочной среде 11

1.2.3. Кислотно-катализируемый синтез каликсаренов 16

1.3. Циклические олигомеры - каликс[4]резорцинарены 17

1.3.1. Стереохимия каликс[4]резорцинаренов 18

1.3.2. Механизм образования каликс[4]резорцинаренов в условиях кислотно-катализируемой реакции 24

1.3.3. Катализ кислотами Льюиса 32

1.3.4. Синтез каликс[4]резорцинаренов, несущих функциональные заместители на нижнем ободе молекулы 38

Глава 2 Исследование реакции конденсации резорцина, 2-метилрезорцина с а-аминоацеталем и его производными, 2,2-диметил-3-диметиламинопропаналем. изучение свойств образующихся продуктов 44

2.1. Взаимодействие диметилацеталя а-метиламиноацетальдегида с резорцином и 2-метилрезорцином 45

2.1.1. Синтез ациклических полифенолов 45

2.1.2. Синтез каликс[4]резорцинов, содержащих аминометильные группы на нижнем ободе молекулы 51

2.2. Взаимодействие 2,2-диметил-З-диметиламинопропаналя с резорцином и 2-метилрезорцином 58

2.3. Взаимодействие функционально замещенных производных диметилацеталя «-метиламиноацетальдегида с резорцином и 2-метилрезорцином 61

2.4. Взаимодействие 1-метил-1-(2,2-диметоксиэтил)-3-фенилмочевины с 2-метилрезорцином 69

2.5. Исследование свойств полученных полифенолов 77

2.6. Исследование свойств каликс[4]резорцинов, содержащих азоторганические группы на нижнем «ободке» молекулы 92

Глава 3 Экспериментальная часть 99

Список литературы 116

• Циклические олигомеры - каликсарены
• Механизм образования каликс[4]резорцинаренов в условиях кислотно-катализируемой реакции
• Синтез каликс[4]резорцинов, содержащих аминометильные группы на нижнем ободе молекулы
• Исследование свойств полученных полифенолов

Введение к работе

Актуальность и цель исследования. В последние десятилетия наблюдается бурный рост супрамолекулярной химии, которая включает химию супрамо-лекул (эндорецепторы), химию организованных молекулярных ансамблей (экзо-рецепторы). Ее по праву называют химией 21 века и с ней связывают большие надежды на возможность создания принципиально новых типов материалов и устройств. Одним из успешно развивающихся разделов химии супрамолекулярных соединений являются каликсарены. Классические каликсарены и ка-ликс[4]резорцины представляют собой макроциклические полостные структуры, образованные несколькими фенольными или резорцинольными фрагментами. Химическая модификация последних и введение заместителей в нижний обод каликс[4]резорцинов позволяет получать соединения, способные к образованию комплексов типа «гость-хозяин» как по верхнему, так и по нижнему «ободу». Неисчезающий интерес к каликсаренам объясняется разнообразием их комплек-сообразующих свойств, возможностью использования данного класса соединений в качестве экстрагентов и переносчиков ионов и (или) комплексов переходных металлов. В то же время, эти макроциклы способны самоорганизовываться, в зависимости от их строения и природы растворителя, в ансамбли различных типов, реакционная способность которых может сильно различаться. Сочетание этих необычных свойств каликсаренов открывает пути создания новых супрамолекулярных структур, играющих важную роль в биологическом, каталитическом и других прикладных аспектах.

Особый интерес в качестве экстрагентов, селективных комплексоообразо-вателей, а также в качестве базовых соединений для дальнейшего конструирования супрамолекулярных систем представляют каликс[4]резорцины, несущие на нижнем «ободке» азотсодержащие фрагменты. Существующие методы синтеза подобных калике[4]резорцинов сводятся к модификации уже готовой каликса-реновой матрицы, что представляет значительные трудности в связи с многоста-дийностью процесса, его невысокой селективностью, и, как следствие, низким общим выходом продукта.

Таким образом, разработка методов синтеза калике[4]резорцинов, несущих на нижнем «ободе» молекулы азотсодержащие группы представляется важной и актуальной задачей.

Целью настоящей работы являлось исследование реакции конденсации резорцина и 2-метилрезорцина с а-аминоацеталем и его производными, {3-амино-альдегидом, направленное на разработку методов синтеза линейных и макроцик-лических полифенолов - каликс[4]резорцинов, модифицированных азотсодержащими группами на нижнем «ободе» молекулы.

Научная новизна:

- Впервые исследованы реакции конденсации диметилацеталя а-метиламино-ацетальдегида, (3-аминоальдегида с резорцином и 2-метилрезорцином. Показано, что синтетический результат реакции существенно зависит от природы реагентов и экспериментальных условий.

- Взаимодействие резорцина, 2-метилрезорцина с диметилацеталем а-метила-миноацетальдегида в присутствии минеральных кислот (НС1, НВг) приводит к образованию солей нового 2,2-бис(2,4-дигидрокси-3-метилфенил)-]Ч-метилэ-танамина. Найдено, что выход этого соединения существенно зависит от при-роы растворителя, количества и типа используемой минеральной кислоты. Разработан оригинальный метод синтеза 2,2-бис(2,4-дигидрокси-3-метилфенил)-N-метилэтанамина основанный на реакции соответствующих солей с гекса-метилдисилазаном с последующим гидролизом его кремниевого производного.

- Показано, что в результате конденсации резорцина, 2-метилрезорцина с 2,2-диметил-3-диметиламинопропаналем образуются новые линейные ациклические полифенолы, содержащие три резорциновых фрагмента.

- Взаимодействием резорцина, 2-метилрезорцина с диметилацеталем а- метиламиноацетальдегида в диоксане в присутствии трифторметансульфокис- лоты получены новые солевые, водорастворимые каликс[4]резорцины с метил- аминогруппами на нижнем «ободе» молекулы. Методом спектроскопии ЯМР К установлено, что эти соединения находятся в конформации «конус» с rccc-расположением заместителей

- Впервые исследованы реакции конденсации резорцина и 2-метилрезорцина с замещенными производными диметилацеталя а-метиламиноацетальдегида, приводящие к новым каликс[4]резорцинам, несущим на нижнем «ободе» молекулы ацетамидные и фталимидные фрагменты. Методом PC А показано, что каликс[4]резорцины, несущие фталимидные группы на нижнем «ободе» молекулы находятся в конформации «конус» с rccc-расположением заместителей.

- Впервые показано, что реакция конденсации 2-метилрезорцина с 1-метил-1-(2,2-диметоксиэтил)-3-фенилмочевиной, приводит к образованию гетероциклического соединения - производного имидазолидин-2-она.

- Показано, что взаимодействие 2,2-бис(2,4-дигидрокси-3-метилфенил)-ЇЧ-ме-тилэтанамина с фенилизоцианатом и различными диизоцианатами приводит к новым мочевинам, а в результате конденсации гидрохлорида 2,2-бис(2,4-дигидрокси-3-метилфенил)-1Ч-метилэтанамина с формалином получен первый представитель каликс[4]резорцинов с чередующимися аминометильными заместителями на нижнем «ободе» молекулы.

- Впервые осуществлена модификация (по реакции Манниха) полученных ка-ликс[4]резорцинов с фталимидными группами на нижнем «ободе» молекулы, приводящая к новым производным, содержащим на верхнем «ободке» молекулы И,1У[-диэтиламинометильные группы. В результате реакции каликс[4]резор-цинов с фталимидными группами на нижнем «ободе» молекулы с гидразингид-ратом получены каликсарены с первичными аминогруппами. Показано, что эти соединения реагируют с фенилизоцианатом, с образованием новых каликс[4]резорцинов, содержащих мочевинные фрагменты на нижнем «ободе» молекулы.

Практическая значимость работы: В результате проведенных исследований разработаны методы получения новых линейных полифенолов, содержащих два или три резорциновых фрагмента. Разработан простой, удобный метод синтеза нового вторичного амина - 2,2-бис(2,4-дигидрокси-3-метилфе-нил)-М-метилэтанамина, содержащего два метилрезорцинольных фрагмента. Показано, что это соединение может выступать в качестве синтетической платфор мы для получения новых макроциклических соединений. Разработан метод синтеза разнообразных каликс[4]резорцинов, несущих на нижнем ободе молекулы аминометильные, фталимидные и ацетамидные группы.

Легкость синтеза полученных соединений и широкий спектр реакций, в которые они могут быть вовлечены, позволяет использовать их в качестве базовых соединений для дальнейшего синтеза супрамолекуляриых структур. Эти соединения являются важными для синтеза новых селективных комплексообра-зователей редкоземельных металлов, а также для получения новых противоопухолевых препаратов.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Международном симпозиуме «Molecular Design and Synthesis of Supramolecular Architectures» (Казань, 2002, 2004), XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003 г.), X International Seminar on Inclusion Compounds, (Казань, 2005), XIII International Conference on Chemistry of Phosphorus Compounds, IV International Sympozium Petersburg Meetings (Санкт-Петербург, 2002), III Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета «Материалы и технологии XXI века» (Казань, 2003), Международной научно-технической конференции «Перспективы развития химии и практического применения алициклических соединений» (Самара, 2004 г.), Четвертой международной конференции молодых ученых по органической химии «Современные тенденции в органическом синтезе и проблемы химического образования» (Санкт-Петербург, 2005 г.), XXX International Symposium on Macrocyclic Chemistry (Dresden 2005), IV Международном симпозиуме "Design and Synthesis of Supramolecular Architectures" (Казань, 2006 г.). По материалам работы опубликованы 4 статьи в центральных российских научных журналах, 11 тезисов российских и международных конференций разного уровня.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 127 страницах, содержит 1 таблицу, 20 рисунков и состоит из введения, 3 глав, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 98 наименований. В первой главе представлен литературный обзор, в котором проанализированы реакции конденсации фенолов с различными альдегидами, ацеталями, направленные на синтез каликс[4]аренов и каликс[4]резорцинов. Во второй главе представлены результаты собственных исследований реакции конденсации резорцина, 2-метилрезорци-на с а-аминоацеталем и его производными, р-аминоальдегидом, а также изучены некоторые свойства продуктов, образующихся в результате этих реакций. В третьей главе представлена экспериментальная часть проведенных исследований.

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]резорцинов 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., в.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 принимавшему активное участие при выполнении и обсуждении данной диссертационной работы. Автор также выражает большую признательность немецким коллегам др. Хаби-шеру 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.

Циклические олигомеры - каликсарены

Несмотря на то, что образование циклических олигомеров в результате реакции конденсации п-алкилфенолов с формальдегидом было обнаружено Зинке ещё в 1940-ые годы, этот синтез оставался почти незамеченным до 1970-ых, когда Гутч [5] повторно интерпретировал результаты Зинке и разработал методы синтеза каждого из трех основных циклических олигомеров. Легкость синтеза полученных циклических олигомеров, названных каликсаренами [6], ускорила их последующее исследование. Особым вопросом является номенклатура каликсаренов. Сам термин "ка-ликсарен" в некоторой степени неоднозначен. Первоначально он применялся к циклическим олигомерам, полученным конденсацией фенолов с альдегидами и имеющим эндо-гидроксильные группы. С целью систематизации номенклатуры, однако, термин "каликсарен" теперь относят только к основной макроцикличес-кой 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 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 конформации. Корнфортом было установлено [7], что каликс[4]арен может существовать в четырех основных конформациях. Эти конформации были позже названы Гутчем как "конус" (симметрия C4v), "частичный конус" (симметрия Cs), "1,2-альтернат" (симметрия C2h) и "1,3-альтернат" (симметрия D2d) . 1,3 - альтернат Часто, однако, конформации реальных молекул (как в растворе, так и в твердом состоянии) отличаются от приведенных на рис.3. 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 конформации возрастает, соответственно возрастает и сложность описания конформационного поведения каликсаренов. Исследования в этой области проводились для каликс[5]аренов [8] и каликс[6]аренов [9].

На сегодняшний день методы синтеза каликс[п]аренов достаточно хорошо разработаны, во многом благодаря работам Гутча. Конденсация п-трет-бутилфенола с формальдегидом в щелочных условиях приводит к образованию циклических тетра-(2а), гекса- (4а) и октамера (6а) с выходами около 50, 85 и 63%, соответственно.

Образование того или иного каликсарена определяется условиями реакции. Для образования тетрамера и октамера оптимальным является соотношение фенола и щелочи, равное 0,03 : 1. При этом образование тетрамера требует более высоких температур. Использование большего количества щелочи (0,4 : 1) способствует образованию гексамера. Следует отметить, однако, что в случае использования большинства других фенолов реакция протекает не так однозначно и образуются трудно разделимые смеси продуктов. Осторожное варьирование условий реакции, которое является ключом к успешному синтезу каликсаренов на основе п-трет-бутилфенола, не дало пока результатов в случае других п-алкилфенолов.

Коллективом авторов [10] установлено, что 4-нитро-, 4-циано-, 4-феноксифенол, 4-гидроксибензойная кислота, 4-гидроксиацетофенон, 4-гидроксибензиловый спирт и гидрохинон не образуют каликсаренов в условиях щелочного катализа. Некоторые успехи, однако, были достигнуты при использовании фенолов, не несущих электроноакцепторных заместителей в пара-положении. Например, при конденсации п-крезола с формальдегидом образовывался продукт (4Ь) с выходом 74 % [8] или (5Ь) с выходом 22 % [11]. Точно так же п-этилфенол и п-изопропилфенол дают каликсарены (5с) (выход 27 %) [9] и (6d) (выход 3%) [12]. При использовании в качестве растворителя этиленгликоля, а в качестве основания - буры, п-изопропилфенол образует смесь каликс[6]арена и каликс[8]арена (4е и бе соотв.) [13]. Дифенил бразует в качестве продуктов реакции конденсации с формальдегидом смесь каликсаренов (4g), (5g), и (6g). Взаимодействие п-бензилоксифенола с формальдегидом дает в качестве продукта каликсарен (6h) с выходом 48 % [14] наряду с небольшими количествами соединений (5h) и (2h). Следует отметить, что аналогичная реакция с использованием п-метоксифенола приводит к сложной смеси олигомеров.

Механизм образования каликс[4]резорцинаренов в условиях кислотно-катализируемой реакции

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 [36, 37, 38]. Как правило, циклотетрамер кристаллизуется из реакционной смеси, но иногда приходится осаждать его добавлением воды. Обычно используется незамещенный резорцин, но в некоторых случаях, например, в реакциях с формальдегидом, использование 2-метилрезорцина или пирогаллола таїоке приводит к каликсаренам с достаточно хорошим выходом [44, 45]. Возможности варьировать структуру альдегида практически неограничены, исключением являются только альдегиды с объемными заместителями (например, 2,4,6-триметилбензальдегид [37]) или альдегиды с функциональными группами, расположенными близко к карбоксильной (например, хлорацетальдегид [37]). Также сообщается, что 2-нитрорезорцин, несущий электроноакцепторные группы в орто-положении, при взаимодействии с ацетальдегидом и 4-метоксибензальдегидом каликсаренов не образует. В этом случае реакция ведет к полифенолам 17 и 18 с выходом около 30% [37].

Интересная модификация этого хорошо известного метода синтеза каликс[4]резорцинаренов предложена авторами [46]. Согласно предложенной методике, реакция проводится без растворителя, в качестве катализатора используется п-толуолсульфокислота. По этой методике был синтезирован ряд каликсаренов, исходя из резорцина и орто- и пара-замещенных бензальдегидов. При этом авторы отмечают существенное повышение выхода каликсаренов (до 96% в случае п-бутоксибензальдегида) и сокращение времени реакции от часов и дней до нескольких минут. К недостаткам этого метода можно отнести образование смеси стереоизомеров, требующей дальнейшего разделения. Теми же авторами сообщалось об успешном применении этой методики для синтеза каликсарена (19), причем в этом случае был выделен только один стереоизомер [47].

Авторами [48] сообщалось о синтезе каликс[4]резорцинов с различными заместителями на нижнем ободе молекулы путем конденсации предварительно полученных полифенолов (20) с альдегидами. Синтез исходных полифенолов осуществлялся путем конденсации 4-бромрезорцина с альдегидом и последующего дегалогенирования полученного соединения.

X = (CH2)2l li, p-C6H,N02 Y = p-Cf,H,OH, CH2C113 Механизм кислотно-катализируемой реакции конденсации резорцина с альдегидами был изучен Вейнальтом и Шнейдером на примере взаимодействия резорцина с ацетальдегидом в растворе соляной кислоты в метаноле [41]. Ими было установлено, что в условиях этой реакции электрофил образуется не непосредственно из альдегида, а из предварительно образующегося ацеталя. Образование каликсарена отслеживалось по спектрам ЯМР Н. Было установлено наличие в реакционной смеси шести соединений: димера А, двух диастереомерных тримеров В1 и В2 и трех изомерных каликсаренов. Линейные тетрамеры обнаружены не были вследствие большой скорости их циклизации. Также было обнаружено наличие олигомеров с числом ароматических колец больше четырех, причем их содержание доходило до 45% в начале реакции, но сильно уменьшалось к ее окончанию. Анализом спектров ЯМР Н показано, что у всех интермедиатов концевыми являются резорцинольные, а не гидроксиэтильные фрагменты, что согласуется с высокими скоростями реакций подобных соединений в кислой среде.

Авторами была предложена следующая схема образования калис[4]резорцинарена и рассчитаны константы всех реакций на основе экспериментальных концентрационных кривых (стадии, непосредственно следующие друг за другом, такие, как отщепление воды от гидроксиэтильного производного и электрофильное замещение, описываются одной константой скорости для каждого интермедиата) (рис. 15).

Основные выводы, следующие из анализа констант скоростей реакций, таковы: 1. Скорость роста полимерной цепи больше, чем скорость изомеризации образующихся каликсаренов, в то время как скорость реакции деполимеризации с ней сопоставима. 2. Скорость реакции циклизации линейных тетрамеров выше, чем скорость реакции дециклизации каликсаренов и реакции их изомеризации. 3. Скорость деполимеризации линейных олигомеров выше скорости дециіслизации каликсаренов. 4. Скорости образования различных диастереомеров (интермедиатов В, С и самих каликсаренов) отличаются в 2-4 раза. 2 I J+ СН3СН н0 ґ т 0Н /OMe W 0 0 + сн3он сн3сн Y ОМе OHHO- -"W}HHOY/ %vOH 1 І F rtct полимер полимер полимер Рис. 15. Схема образования каликс[4]резорцинарена.

Высокую скорость циклизации тетрамеров авторы объясняют их "свернутой" конформацией, так что реакционные центры находятся в непосредственной близости друг к другу. Выгодность такой конформации по сравнению с "развернутой" продемонстрирована авторами при помощи квантовомеханических расчетов.

Синтез каликс[4]резорцинов, содержащих аминометильные группы на нижнем ободе молекулы

Большинство данных, имеющихся в литературе, начиная с классических работ Хогберга [32, 33, 34], положивших начало бурному росту химии калике[4]резорцинов, относится к взаимодействию резорцина и альдегидов в протонодонорных и полярных растворителях (чаще всего используются вода, этанол, метанол или их смесь) в присутствии минеральных кислот средней силы (наиболее широко используется соляная кислота). При этом практически не изучено влияние используемого растворителя на синтетический результат этой реакции. Как отмечалось в предыдущем разделе, в этих условиях резорцин и 2-метилрезорцин реагируют с диметилацеталем ос-метиламиноацетальдегида с образованием ациклических полифенолов (2а-с).

Поэтому с целью получения каликсаренов, содержащих аминогруппы на нижнем «ободе» молекулы, мы выбрали в качестве растворителя неполярный и апротонный диоксан. Выбор диоксана был также обусловлен достаточно высокой температурой кипения (поскольку для быстрого протекания реакции требуются довольно жесткие условия) и хорошей растворимостью в нем исходных соединений.

Для того, чтобы исключить влияние протонодонорных растворителей, в качестве кислотного катализатора (в нашем случае кислота также является и реагентом) вместо водного раствора хлористого водорода нами был использован газообразный хлористый водород, предварительно осушенный. Было показано, что пропускание газообразного хлористого водорода в раствор 2-метилрезорцина и диметилацеталя а-метиламиноацетальдегида в диоксане в соотношении 1:1 с одновременным нагреванием реакционной смеси до температуры 100-110С не приводит к образованию продуктов конденсации. Из реакционной смеси практически количественно были выделены исходный 2-метилрезорцин и гидрохлорид диметилацеталя а-метиламиноацетальдегида. Этот экспериментальный факт можно объяснить низкой растворимостью газообразного хлористого водорода, а также отсутствием его диссоциации в диоксане, что препятствует образованию электрофильной частицы и протеканию ее реакции с 2-метилрезорцином. Поэтому в качестве кислотного реагента -катализатора нами была выбрана трифторметансульфокислота, являющаяся сильной кислотой, которая хорошо растворяется и сольватируется в диоксане.

Оказалось, что в этих условиях, в присутствии эквимольного количества трифторметансульфокислоты, взаимодействие резорцина и 2-метилрезорцина с ацеталем (1) в соотношении 1 : 1 приводит к каликс[4]резорцинам (За) и (36) с высоким выходом (60-70%). Структуру продуктов подтверждали данными ЯМР ]Н, 13С-спектроскопии, а также данными MALDITOF.

В спектрах ЯМР Н полученных соединений (За, б) (рис. 4а) присутствуют сигналы протонов метальных групп, связанных с атомами азота, с химическим сдвигом 2,47 - 2,73 м.д., протонов метиленовых групп (3,45 - 3,68 м.д.) в виде дублета (3JHH 7,31-7,54 Гц), метановых групп (4,68 - 4,90 м.д.) в виде триплета (3JHH 7,31-7,54 Гц), протонов ароматических ядер (6,62 - 6,72 м.д.) в виде синглетов. Кроме того, в спектре соединения (36) присутствует сигнал протонов метильных групп, связанных с ароматическим ядром, с химическим сдвигом 2,00 м.д. В спектре соединения (За) имеется сигнал протона ароматического ядра, находящегося в орто-положении по отношению к обеим гидроксильным группам, с химическим сдвигом 6,09 м.д. В спектрах ЯМР 13С (рис. 46) имеются сигналы атомов углерода метановых групп в области 30,43 - 34,53 м.д., метильных групп, связанных с атомом азота (34,05 - 36,07 м.д.), метиленовых групп (53,26 - 53,65 м.д.), атомов углерода ароматических ядер, связанных с метановыми (118,85 - 119,06 м.д.), гидроксильными группами (151,28 - 154,73 м.д.) и атомом водорода (121,60 - 127,24 м.д.), атомов углерода трифторметильных групп (122,48 - 122,90 м.д.). Кроме того, в спектре соединения (36) имеется сигнал атомов углерода метильных групп, связанных с ароматическим ядром, с химическим сдвигом 9,72 м.д., атомов углерода ароматического ядра, находящихся в орто-положении по отношению к обеим гидроксильным группам, с химическим сдвигом 115,83 м.д. В спектре соединения (За) сигнал этих атомов имеет химический сдвиг 104,58.

Исследование свойств полученных полифенолов

В связи с тем, что полифенолы широко используются как в промышленности, так и в лабораториях в качестве удобной базы для синтеза различных классов органических соединений, многие из которых обладают биологической активностью и применяются в качестве лекарственных препаратов, представлялось важным исследование химических свойств и синтетических возможностей полученных полифенолов (2а-с).

Модификация полифенола (26) была сопряжена с несколькими трудностями. Во-первых, неожиданные затруднения возникли при получении из него свободного амина. При обработке водного раствора соединения (26) щелочью амин не был выделен вовсе. Взаимодействием с бикарбонатом натрия в водном растворе удалось получить свободный амин (16), однако выход при этом составил меньше 30%. Сложность выделения полифенольного амина, вероятно, связана с ионизацией фенолятного гидроксила в щелочной среде с образованием растворимых фенолятов. Однако использование более слабых оснований -третичных аминов также не привело к получению амина (16) с удовлетворительным выходом. Особо следует отметить слабую растворимость свободного амина (16) в большинстве органических растворителей.

В спектре ЯМР И полученного соединения присутствуют сигналы протонов метальных групп, связанных с ароматическим ядром, с химическим сдвигом 1,97 м.д., протонов метильной группы, связанной с атомом азота (2,28 м.д.), протонов метиленовой группы (3,02 м.д.) в виде дублета (3JHH 4,92 Гц), метиновой группы (4,41 м.д.) в виде триплета (3JHH 4,92 Гц), протонов орто- и мета-положениях ароматических ядер (6,16 и 6,43 м.д., соответственно) в виде дублетов ("JHH 8,20 Гц). Таким образом, спектральные характеристики свободного амина (16) и его солевой формы близки. На основании этого можно сделать предположение, что и пространственная организация этих соединений схожа, т.е. наличие свободной метиламиногруппы не приводит к образованию водородных связей, способных существенно изменить конформацию молекулы.

С целью повышения растворимости соединения (16) в органических растворителях, а таюке с целью защиты гидроксильных групп было осуществлено его взаимодействие с уксусным ангидридом в присутствии пиридина. Структура полученного ацилированного производного (17) была подтверждена спектральными данными. NH N—Ас СН3 СН3 16 17 В спектре ЯМР !Н ацилированного производного имеются сигналы протонов метильных групп, связанных с ароматическим ядром, в области 2,01 м.д., протонов метильных групп, связанных с карбонильным атомом углерода (2,35-2,52 м.д.), и атомом азота (2,71 м.д.), протонов метиленовых групп (3,91 м.д.), протона метиновой группы (4,87 м.д.), протонов в орто- и мета-положениях ароматических ядер (6,42 и 6,61 м.д. соответственно) в виде дублетов (3JHH 8,29 Гц).

Растворимость полученного продукта в органических растворителях, как и ожидалось, оказалась значительно выше, чем у исходного соединения. Однако существенным неудобством данного подхода являются трудности, возникающие при удалении защитных групп.

Наиболее удобным методом, позволяющим разрешить все упомянутые выше затруднения (и, в особенности, получение свободного амина), заключался в силилировании соединения (26) избытком гексаметилдисилазана при кипении последнего. В этом случае образующийся хлористый аммоний сублимировался из реакционной массы в холодильнике.

В спектре ЯМР XL тетрасилилированного производного присутствуют сигналы протонов метальных групп, связанных с атомом кремния, в области 0,02 - 0,21 м.д., метальных групп, связанных с ароматическим ядром (2,32 м.д.), и с атомом азота (2,49 м.д.), протонов метиленовых групп (3,06-3,09 м.д.), метиновых групп (4,48 м.д.), протонов в орто- и мета-положениях ароматического ядра (6,16-6,20 и 6,48-6,54 м.д. соответственно).

Обработка соединения (18) горячей водой с последующим выдерживанием в течение 5 дней при комнатной температуре позволила получить свободный амин (16). Константы этого соединения полностью совпали с константами соединения, выделенного с использованием щелочи. OSiMeo + 2H Me SiO CH3 CH3 ,OH HO. JL .OH Из литературы известно, что наиболее эффективными комплексообразующими реагентами являются соединения, имеющие несколько центров связывания и обладающие способностью к образованию хелатных комплексов. В этом плане немалый интерес представляло сшивание двух молекул полученного нами полифенола (16) посредством цепочки-спейсера. Полученные при этом соединения с предорганизованной, благодаря водородным связям, структурой могли бы быть использованы в качестве комплексонов. Кроме того, представлялось возможным управлять селективностью получаемых комплексонов, регулируя длину спейсера.

В качестве сшивающего реагента нами были выбраны диизоцианаты как легкодоступные и достаточно реакционноспособные соединения. С целью предварительного изучения этой реакции и отработки синтетических приемов нами было осуществлено взаимодействие соединения (16) с фенилизоцианатом. Структура полученного продукта (19) была подтверждена спектральными данными. ,NCO ацетон, 20С, 18 ч СНз СНз „он но. Л .он 19 В спектре ЯМР Н (рис. 13) имеются сигналы протонов метильных групп, связанных с ароматическим ядром с химическим сдвигом 2,06 м.д., протонов метильных групп, связанных с атомом азота (2,84 м.д.), метиленовой группы (3,80 м.д.) в виде дублета (3JHH 6,72 Гц), метиновой группы (4,84 м.д.) в виде триплета ( JHH 6,72 Гц), протонов в орто- и мета-положениях ароматических ядер (6,33 и 6,78 м.д. соответственно) в виде дублетов (3JHH 8,53 Гц), сигналы протонов, относящиеся к нижнему ароматическому ядру в виде мультиплетов: 6,88-6,93 м.д. - сигнал протона в пара-положении, 7,16-7,21 м.д. - сигнал протонов в мета-положении, 7,45-7,48 м.д. - сигнал протонов в орто-положении. В спектре ЯМР !3С (рис. 14) имеются сигналы атомов углерода метильных групп, связанных с ароматическим ядром, с химическим сдвигом 9,14 и 9,70 м.д., атома углерода метиновой группы (30,61 м.д.), атомов углерода метильной группы, связанной с атомом азота (36,76 и 38,67 м.д.), атомов углерода метиленовой группы (54,15 м.д.), атомов углерода в орто- и мета-положениях ароматических ядер (107,16 и 126,49 м.д., соответственно), атомов углерода в ароматическом ядре, связанных с метальными группами (112,04 м.д.) и метиновой группой (120,03 м.д.), атомов углерода в орто-, пара- и мета-положениях фенильной группы (119,16, 123,71 и 129,41 м.д., соответственно), атома углерода фенильной группы, связанного с атомом азота (140,92 м.д.), атомов углерода, связанных с гидроксильными группами (154,92 и 155,50 м.д.), атома углерода карбонильной группы (157,66 м.д.).

Похожие диссертации на Реакции резорцинов с a-аминоацеталями - путь к синтезу новых линейных полифенолов и каликс[4]резорцинов

Нитрометил-1,2,4-оксадиазолы. Синтез, строение, реакции и биологическая активностьТырков, Алексей Георгиевич

Реакция [4+2]-циклоприсоединения в синтезе производных бензо[b]тиофен-1,1-диоксидаАндреев Григорий Николаевич

Синтез, термолитические и нуклеофильные реакции 4,5-ди(метоксикарбонил)-1H-пиррол-2,3-дионовЖелезнова, Мария Александровна

Соли 1,3-диметил-2,4-диоксо-1Н,2Н,3Н,4Н-пирано[4,3-d]пиримидиния. Синтез и реакции с нуклеофиламиКоструб Владимир Владимирович

Реакции -азолиленаминов с азидами и гидроксамоилхлоридами. Синтез 4-азолил-1,2,3-триазолов и 4-азолилизоксазоловЕфимов Илья Вагизович

Синтез аналогов природных хинонов на основе реакции [4+2]-циклоприсоединения силоксибутадиенов Нечепуренко Иван Васильевич

Синтез 1,2,4-триазолопиримидинов на основе реакций 1-замещенных 3,5-диамино-1,2,4-триазолов с 1,3-биэлектрофильными реагентамиАстахов, Александр Владимирович

Синтез и реакции производных бензо-1,2,3,4-тетразинаЛипилин Дмитрий Львович

Частично гидрированные 2-амино-1,2,4-триазоло[1,5-Z]пиримидины: синтез и реакции с электрофильнами реагентамиСоколов Андрей Николаевич

Реакция 1,4-дикетонов с бис(триметилсидил)гипофосфитом в синтезе пятичленных гетероциклов с атомом фосфораБирюков, Сергей Власович