Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Молекулярное распознавание карбоновых кислот и карбоксилат-анионов синтетическими рецепторами (литературный обзор) 12
1.1. Аммонийные и полиаммонийные соли. 12
1.2. Протонированные гетероциклы . 21
1.3. Рецепторы, содержащие гуанидиниевый фрагмент. 24
1.4. Амидиниевые соли. 30
1.5. Рецепторы, содержащие мочевинный и тиомочевинный фрагменты. 31
1.6. Рецепторы, содержащие г/мс-амидный и амидопиридиновый фрагменты. 35
1.7. Рецепторы, содержащие металлокомплексные фрагменты . 39
1.8. Другие типы рецепторов. 4 5
1.9. Рецепторы, содержащие а-аминофосфонатный фрагмент. 47
ГЛАВА 2. Синтез а-аминофосфонатов и их способность к молекулярному распознаванию ди- и а-гидрокси карбоновых кислот 51
2.1. Синтез ациклических а-аминофосфонатов и разработка подходов к получению а-аминофосфорильных соединений на основе бисфенолов и каликсаренов. 54
2.1.1. Синтез липофильных ациклических а-аминофосфонатов .
2.1.2. Синтез гидрофосфорильных соединений на основе калике [п]аренов. 57
2.1.3. Изучение реакционной способности полученных гидрофосфорильных соединений на основе бисфенолов и калике [4] аренов. 79
2.2. Влияние структуры а-аминофосфонатов на эффективность транспорта а-гидроксикислот через липофильную жидкую мембрану на примере гликолевой кислоты. 87
2.3. Индуцированный а-аминофосфонатами мембранный транспорт дикарбоновых и а-гидроксикарбоновых кислот. 99
Глава 3. Экспериментальная часть.
3.1. Синтез и подготовка исходных реагентов и растворителей. 113
3.2. Приборы и методы эксперимента 125
Выводы 133
Список использованных библиографических источников 135
Список условных обозначений и сокращений
- Протонированные гетероциклы
- Рецепторы, содержащие металлокомплексные фрагменты
- Синтез липофильных ациклических а-аминофосфонатов
- Приборы и методы эксперимента
Введение к работе
-'
Актуальность работы. Одним из бурно развивающихся направлений органической химии является создание относительно небольших синтетических рецепторных молекул, способных к высокоселективному связыванию определенного типа субстратов. Межмолекулярные взаимодействия лежат в основе процессов специфического распознавания, превращений, транспорта и регуляции, существующих в биологических системах. В последнее время принципы, лежащие в основе молекулярного распознавания, интенсивно используются при создании различных искусственных систем.
Проницаемость и селективность искусственных мембран может быть достигнута за счет введения в нее липофильных молекул-переносчиков (или синтетических рецепторов), способных образовывать комплексы с транспортируемым веществом. Задача целенаправленного синтеза таких соединений, обладающих требуемым набором физико-химических свойств, является актуальной для развития данной области. В связи с этим изучение и установление закономерностей влияния структуры переносчика на эффективность транспорта субстратов имеет принципиальное значение для моделирования и создания новых селективных рецепторных структур. Дизайн высокоселективных синтетических комплексообразователей неразрывно связан со способностью соединений как к молекулярному распознаванию, так и к хранению и передаче информации на молекулярном уровне.
В качестве объектов изучения мы остановили свой выбор на таких органических соединениях, как а-гидрокси- и дикарбоновые кислоты, представляющих как теоретический, так и практический интерес, вызванный их биологической значимостью. Так, например, для успешного лечения некоторых заболеваний, связанных с дефектами ферментных систем, необходимо раннее селективное определение концентрации ряда дикарбоновых и а-гидроксикарбоновых кислот в различных биологических жидкостях.
Дизайн молекул-переносчиков биологически значимых полифункциональных субстратов, таких как пептиды, нуклеозиды, дикарбоновые, а-гидрокси- и а-аминокислоты, направлен на создание структур, отвечающих ряду требований. Во-первых, соединение должно обладать несколькими комплементарными молекуле субстрата центрами координации и, во-вторых, быть в целом достаточно липофильным. И, наконец, необходим компромисс между устойчивостью образующегося в мембранной фазе комплекса и высокой скоростью ионного обмена на границе раздела фаз.
ГОТ"
РАН Аиішіин Пир» ЄшіЄШмч. ЮС НАЦИОНАЛЫ!*^
О» ЇМ 4fc»7 f(J ї
"' Научным консультантом работы является зав. кафедрой органической химии Казанского государственного университета, д.х.н., проф., чл.-корр
Сочетание в единой молекулярной структуре нескольких функциональных групп, способных к комплексообразованию, варьирование липофильности и стерического экранирования центров связывания переносчика с субстратом посредством введения различных алкильных или арильных фрагментов открывают путь к синтезу нового поколения рецепторов, способных к распознаванию органических кислот. Наиболее привлекательными с этой точки зрения являются а-аминофосфонаты, благодаря наличию в них нескольких центров связывания: протонодонорного (NH) и двух протоноакцепторных (Р=0 и НЭП атома азота), способных образовывать водородные связи с гидроксильной и карбоксильной группами субстратов.
Цель работы заключалась в синтезе ряда липофильных ациклических а-аминофосфонатов, различающихся природой фрагментов у центрального атома углерода и гидрофобными алкоксильными радикалами у атома фосфора; в разработке подходов к получению гидрофосфорильных производных на основе каликс[п]аренов; в изучении кинетики массопереноса а-гидрокси- и дикарбоновых кислот посредством а-аминофосфонатов через жидкие импрегнированные мембраны; в исследовании взаимосвязи структуры молекулы-переносчика со скоростью мембранного транспорта субстрата; в определении субстратной селективности.
Новизна и научная значимость работы. Синтезирован ряд новых а-аминофосфонатов с различными фрагментами у а-углеродного атома и с гидрофобными циклическими и ациклическими алкоксильными заместителями у атома фосфора, которые были исследованы в качестве переносчиков а-гидрокси- и дикарбоновых кислот через жидкие липофильные мембраны. Впервые показано, что а-аминофосфонаты являются эффективными и селективными переносчиками дикарбоновых кислот через липофильные импрегнированные жидкие мембраны. Впервые показано, что изученные а-аминофосфонаты распознают щавелевую кислоту в ряду близких по структуре субстратов. Предложен новый способ синтеза гидрофосфорильных производных бисфенолов. Синтезированы новые фосфорсодержащие тиакаликс[4]арен, каликс[4]арены и каликс[6]арен. Впервые разработан способ синтеза циклических гидрофосфорильных соединений на основе каликс[4]аренов с атомом фосфора, связанным непосредственно с каликсареновой платформой, в конформации уплощенный 1,2-алътернат, нетипичной для "классического" каликс[4]арена.
Практическая значимость работы. Синтезирован ряд новых экстракционных реагентов, среди которых найдены эффективные и селективные переносчики а-гидрокси- и дикарбоновых кислот. Получены экспериментальные данные по транспорту изучаемых субстратов, показывающие возможность разделения смесей дикарбоновых кислот. Впервые получены Одцмфдефцдоицуэд едрдинения на основе каликс[4]аренов и изучены их
5 химические свойства. Синтезирован ряд новых фосфорорганических производных п-трет-бутилтиакаликс[4]арена и н-т^ет-бутилтиакаликс[6]арена, проявивших туберкуло-статическую активность.
Основные положения, выносимые на защиту:
Способ синтеза циклических гидрофосфорильных соединений на основе каликс[4]аренов с атомом фосфора, непосредственно связанным с каликсареновой платформой, в шжформацтії,2-алътернат.
Синтез ациклического гидрофосфорильного соединения на основе бисфенола с мостиковым атомом серы.
Синтез ряда новых а-аминофосфонатов с различными фрагментами у а-углеродного атома и с гидрофобными циклическими и ациклическими алкоксильными заместителями у атома фосфора.
Применение полученных а-аминофосфонатов в качестве переносчиков а-гидрокси- и дикарбоновых кислот через жидкие липофильные мембраны.
Закономерности, связывающие структурные факторы а-аминофосфонатов со скоростью индуцированного ими мембранного транспорта ди- и а-гидроксикарбоновых кислот.
Новый способ синтеза 1,3-дизамещенного 2-гидроксиэтильными фрагментами п-трет-бутилкаликс[4]арена.
Новый одностадийный способ синтеза циклических гидрофосфорильных производных бисфенолов по реакции с этиленхлорфосфитом.
Синтез новых фосфорилированных н-т^ет-бутилтиакаликс[4]аренов и п-трет-бутилкаликс[6]арена.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на ХГУ международной конференции по химии фосфора - "XlVth-ICPC" (Цинциннати, Огайо, USA, 1998); V Молодежной научной школе-конференции по органической химии (Екатеринбург, 2002); втором международном симпозиуме "Molecular Design and Synthesis of Supramolecular Architectures" (Казань, 2002); III Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра КГУ "Материалы и технологии XXI века" (Казань 2003); XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань 2003); на итоговой научной конференции Казанского государственного университета (Казань, 2003); на итоговой научной конференции Института органической и физической химии им. А. Е. Арбузова КНЦ РАН (Казань, 2003 - 2 премия), IV Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2003 - 1 премия), Международной конференции, посвященной 50-летию института элементорганических соединений им. Н. А. Несмеянова, "Modern trends in organoelement and
polymer chemistry" (Москва, 2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи и 8 тезисов докладов.
Объём и структура работы. Диссертационная работа изложена на 148 страницах машинописного текста, включает 31 рисунок и 20 таблиц. Состоит из введения, трех глав, выводов и списка использованных библиографических источников, включающего 147 ссылок на отечественные и зарубежные работы.
Работа выполнена на кафедре органической химии Химического института им. А.М.Бутлерова Казанского государственного университета, является частью исследований по основному научному направлению "Строение и реакционная способность органических, элементоорганических и координационных соединений" и проведена в соответствии с госбюджетной темой Минобразования РФ "Теоретическое и экспериментальное исследование термодинамики меж- и внутримолекулярных взаимодействий и взаимосвязи с реакционной способностью органических соединений в термических реакциях" (per. № 01.2.00 308752). Исследования проводились при поддержке грантов РФФИ № 98-03-04105 "Новые супрамолекулярные структуры на основе фосфорилированных макроциклов" (1998-2000) и № 03-03-96185 "Молекулярный дизайн новых рецепторов и молекул-переносчиков на основе каликсаренов для распознавания органических кислот" (2003-2005).
Протонированные гетероциклы
В дальнейшем была получена серия открыто-цепочечных бис-гуанидиниевых производных, соединенных друг с другом различными мостиковыми группами 55-57 [25-28], а также бициклические соединения, включающие гуанидиниевый фрагмент 58-59 [29-33]. Бис-лиганды, как и следовало ожидать, проявили хорошее связывание дикарбоксилатов. Например, константа ассоциации 56 с фумаратом, оцененная по ЯМР данным в ДМСО, превышает 5-Ю4 М"1. Из серии дианионов различной длины от карбоната до и-фениленбис-(З-акрилата) рецептор 60, в котором два бициклогуанидиниевых фрагмента соединены нафталиновым мостиком, предпочтительнее взаимодействует с малонат и 3-нитроизофталат анионами (Xas = 16500 М"1 и 14500 М" , соответственно, в метаноле) [35]. Бициклические лиганды интересны тем, что за счет модификации заместителей в бициклической системе можно добиться изменения как субстратной селективности, так и энантиоселективности связывания. Нафтильные заместители в 59 способствуют эффективному связыванию анионов ароматических кислот за счет дополнительного я-стекинг взаимодействия [35]. Константа устойчивости комплекса с и-нитробензоатом триэтиламмония 61, определенная ПМР титрованием в CDCI3, составила 1609 М"! [28].
Комплексообразование простыми гуанидиниевыми солями карбоксилатов может быть усилено внедрением добавочной функции для водородного связывания [36]. Так, были описаны рецепторы 62 и 63, которые связывают карбоксилаты посредством электростатического взаимодействия в дополнение к множественным водородным связям с гуанидиниевым, пиррольным и амидным фрагментами как в 64. Рецепторы 62 и 63 связывают N-Ac-a-аминокарбоксилаты в 40 % НгО - ДМСО с константами ассоциации (от Kas = 3.6 102 M"1 до К = 1.7-103 M"1 и от 4 = 3.5 102 M 1 до Kas = 5.3 103 M"\ соответственно), зависящими от строения боковой цепи в кислоте [36]. NHAc Был также синтезирован рецептор 65, который в дополнение к гуанидитшевой части обеспечивает третью водородную связь посредством взаимодействия амидного протона с сгш-электронной парой одного кислорода карбоксилатной группы и возможным тс-стекингом с дибензоатным остатком, как в 66 [37].
Описаны карбоксилатные рецепторы 67 и 68, полученные присоединением фрагмента моноциклической гуанидиниевой соли к холевой кислоте [38]. Соединения 67 и 68 были использованы для экстракции N-Ac-a-аминокислот из нейтральных и щелочных водных растворов. Коэффициенты экстракции оказались хорошими (52-57%) для субстратов с неполярными боковыми цепями. Рецептор 68 показал большую экстракционную способность (74-93%), возможно, вследствие существенно повышенной кислотности дихлорфенилкарбомоиламидных протонов [38].
Авторами работы [39] было смоделировано и синтезировано соединение 69, которое проявляет селективность при экстракции цвиттер-ионных форм ароматических ос-аминокислот. Полученные данные приведены в таблице 1.5. Молекулярное распознавание аминокислот гибким, не имеющим большой конформационной предорганизации, рецептором 69 было объяснено авторами [40] в рамках трехточечного связывания субстрата: ті-стекинг боковой цепи кислоты с нафтильным фрагментом "хозяина", ионное связывание карбоксилатной группы "гостя" гуанидиниевым фрагментом и взаимодействие аммонийной группы с краун-эфирной частью лиганда. 67 R=Ph 68 11=2,6-дихлорфенил В дальнейшем был синтезирован рецептор 70 для цвиттер-ионных форм а-аминокислот [41]. Этот "хозяин" содержит фрагмент хиральной бициклической соли как якорную функцию для карбоксилатной группы, триаза-краун-эфир для связывания аммонийной функции и липофильный кремнийорганический фрагмент. Оказалось, что соединение 70 эффективно при экстракции в дихлорметан а-аминокислот, таких как фенилаланин, лейцин, триптофан, глицин, из водной фазы при рН 9 и образует с ними комплексы состава 1:1. С повышением рН раствора степень извлечения субстрата падает. Это свидетельствует о том, что связывается цвиттер-ионная форма кислоты. По сравнению с соединением 69, полученным Де Мендозой (De Mendoza) с соавторами [39], рецептор 70 экстрагирует даже наиболее гидрофильные кислоты, такие как серии и глицин, в 3000 раз сильнее. В случае экстракции фенилаланина была обнаружена энантиоселективность связывания с 40% энантиомерным избытком. Сравнение лиганда 70 и соединения 71, не содержащего фрагмент краун-эфира, показало, что в обоих случаях порядок изменения экстракционной способности одинаков: фенилаланин лейцин триптофан глицин серии, однако первый рецептор более эффективен и селективен, чем второй. .
В качестве эффективного рецептора для дикарбоксилатов, таких как глутарат (Kas= 8.2 103 М"1) и изофталат 73 (Kas = 1.0 Ю4 М"1) тетрабутиламмония в МеОН было предложено соединение (±)-72, полученное присоединением двух фениламидиниевых солей к 1,1 -бинафтильной основе [42]. Рецептор 72 связывает гибкий глутарат и жесткий изофталат 73 с близкими константами ассоциации. Низкую субстратную селективность авторы объясняют тем, что заряд-зарядные взаимодействия, реализуемые в комплексах, не имеют определенной направленности в пространстве.
Сообщалось также о комплексообразовании дикарбоксилатов с тетракис-фенил-имидиниевой солью 74 на основе резорцинкаликс [4]арена [43]. Методом Н ЯМР титрования была определена стехиометрия комплекса 1:2 с 5-нитро-изофталатом аммония в метаноле и в воде. Исследования показали, что в метаноле реализуется взаимодействие субстрата с верхним ободом кавитанда, тогда как в воде один из двух изофталатов связывается таким образом, что гидрофобное ароматическое кольцо оказывается включенным в полость рецептора [43].
Рецепторы, содержащие металлокомплексные фрагменты
Бурное развитие исследований химии и биохимии а-аминофосфонатов (АФ) в последние десятилетия было обусловлено разработкой целого ряда высокоэффективных способов получения АФ. При получении АФ основная задача состоит в создании аминоалкилфосфонатного остова P(0)-C-N. Наибольший интерес представляют четыре основных направления синтеза АФ, представленные на схеме.
Стратегия синтеза АФ, обозначенная на схеме путем А, предусматривает создание аминофосфонатного остова по реакции Кабачника-Филдса и различных ее вариантов [105-109]. Реакция проходит в трехкомпонентной системе диалкил(арил)фосфит -карбонильное соединение (альдегид или кетон) - амин и приводит к а-аминоалкил(арил)фосфонатам, которые принято называть а-аминофосфонатами (АФ).
К образованию АФ приводит катализируемое и некатализируемое присоединение гидрофосфорильных соединений к иминам (путь Б) - реакция Пудовика [ПО], а также взаимодействие аминов с гидроксифосфонатами (путь С) [108].
Получение АФ, основанное на подходе, обозначенном в схеме путем Д, предполагает использование в качестве ключевого синтона созданной заранее комбинации фосфорильного, а-углеродного и аминного фрагментов. Синтез целевых аминофосфонатов осуществляется введением желаемых функциональных групп к ос-атому углерода (С-модификация), к атому азота (W-модификация) или фосфора ( -модификация) [111]. Как показывает анализ литературных данных, эта стратегия требует широкого использования разнообразных приемов функционализации исходных веществ и приводит к созданию АФ с более сложной структурой [111].
Таким образом, исходя из следующих предпосылок: возможность варьирования алкильных или арильных заместителей в карбонильной и аминной компонентах, протекание процессов в относительно мягких условиях, высокие выходы целевого продукта, несложное аппаратурное оформление - для получения ряда ациклических а-аминоалкилфосфонатов, нами была выбрана реакция Кабачника-Филдса [108].
Ранее термохимические исследования сольватации а-аминофосфонатов, проведенные в нашей группе, показали, что замена алкильных заместителей на бензильный у атома азота в а-аминофосфонатах значительно увеличивает способность соединений связываться с протоноакцепторами, такими как пиридин [112, 113]. Отметим, что N-фенил замещенные аминофосфонаты являются значительно более сильными протонодонорными реагентами, однако при этом резко ухудшается их протоноакцепторная способность.
В связи с этим для получении серии а-аминофосфонатов 152-159, 166-169 по реакции Кабачника-Филдса в качестве аминной составляющей был использован бензиламин. Нами варьировались число и структура (циклическая и ациклическая) заместителей у а-углеродного атома, а также строение алкоксильных радикалов у атома фосфора. Р + С + H,N II J „ \p ш Соединения 166-169 были получены впервые и представляют собой вязкие жидкости, за исключением соединения 166 - бесцветного кристаллического вещества. Остальные аминофосфонаты (152-159) синтезированы по известным литературным методикам [94].
Все ос-аминофосфонаты были очищены методом колоночной хроматографии. Строение продуктов было подтверждено методами ИК, ЯМР 31Р спектроскопии и данными элементного состава. ИК-спектры полученных а-аминофосфонатов содержат характеристические полосы в следующих областях: vP.(o-o (960-990 см" ), v(P.o)-c Эффективное распознавание субстрата рецептором может быть достигнуто при максимальной площади взаимодействия между ними [114, 115]. Это возможно также в том случае, когда рецептор может «обхватывать» субстрат со всех сторон, связывая его через многочисленные межмолекулярные нековалентные взаимодействия в соответствии с особенностями его структуры, размера и формы [114, 115]. Широко используемым классом макроциклических соединений для создания синтетических рецепторов являются каликсарены [116]. Обычно за счет функционализации фенольных групп ароматических колец и мостиковых фрагментов с помощью соответствующих органических или элементорганических фрагментов достигается многократное увеличение рецепторной способности макроцикла [117].
В работе [94] впервые показано, что введение двух а-аминофосфонатных фрагментов в 1,3-положения верхнего или нижнего обода калике[4]ареновой платформы (соединения 163-165, см. стр. 50) приводит к изменению их комплексообразующей способности по отношению к ароматическим а-аминокислотам по сравнению с их ациклическими аналогами (соединение 162, см. стр. 50). В связи с этим интерес представляет получение новых а-аминофосфонатов 170, в которых аминофосфонатный фрагмент соединен с каликсареновой платформой через атом фосфора, а не азота, как в соединениях 163-165. С этой целью нами было предложено синтезировать гидрофосфорильные соединения на основе калике[п]аренов для дальнейшего получения на их основе соединений 170 по реакции Кабачника-Филдса или Пудовика.
Анализ литературных данных [118-121] показал, что функционализация циклофанов фосфорсодержащими заместителями может осуществляться по двум основным направлениям [120]: либо введением фосфорорганических групп, в которых атомы фосфора связаны с макроциклической платформой через цепочку других атомов (спейсер) [118]; либо присоединением атома фосфора непосредственно к макроциклической платформе [119].
Селективное алкилирование нижнего обода каликс[4]арена достаточно хорошо изучено [122]. Для модификации п-трет-6утилкгтикс[4]арепа. гидрофосфорильным фрагментом была выбрана реакция с галогензамещенными алканами, приводящая к образованию 1,3-дизамещенного алкильными фрагментами продукта [122].
Нами было проведено О-алкилирование и-трет-бутилкаликс[4]арена 171 бис-(2-хлорэтил)фосфитом. Реакция проводилась в течение 36 часов при температуре кипения ацетонитрила при избытке фосфита.
При разработке реакционной массы было выделено бесцветное кристаллическое вещество, в Р ЯМР спектре которого не наблюдалось никаких сигналов. Изучение полученного соединения методами ЯМР Н, ИК-спектроскопии и масс-спектрометрии показало, что продуктом является макроцикл 173. Состав вещества был также подтвержден данными элементного анализа. Из характеристических сигналов мостиковых метиленовых протонов в ПМР спектре в виде АВ спиновой системы следует, что соединение 173 находится в конформации конус [115].
По-видимому, 1,3-дизамещенный по нижнему ободу 2-гидроксиэтильными фрагментами каликс[4]арен 173 образуется в результате гидролиза ожидаемого соединения 172 при экстракции реакционной смеси 5 М раствором соляной кислоты для нейтрализации основания [123]. В связи с этим нами была предпринята попытка
Синтез липофильных ациклических а-аминофосфонатов
Мембранный транспорт биологически важных соединений, таких как карбоновые кислоты и их производные, через липофильные органические мембраны представляет значительный интерес. Это - применение для анализа и разделения сложных многокомпонентных смесей, возможность имитировать некоторые из свойств биологических систем, в частности, селективную проницаемость фосфолипидных мембран. Следует особо подчеркнуть, что практический интерес вызван их биологической значимостью [103]. Так для успешного лечения некоторых заболеваний, связанных с дефектами ферментных систем, необходимо как раннее селективное определение концентрации ряда дикарбоновых и а-гидроксикарбоновых кислот в различных биологических жидкостях, так и способы селективного выведения из клеток данных субстратов [1].
Селективная проницаемость как биологических, так и искусственных мембран может быть достигнута за счет введения в нее липофильных молекул-переносчиков (рецепторов), способных распознавать, связывать и транспортировать определенный тип субстратов. К молекуле-переносчику предъявляется ряд требований [73, 85]. Во-первых, молекула должна обладать способностью принимать устойчивую конфигурацию, образующую полость, окруженную полярными группами и соответствующую стехиометрическим требованиям субстрата. Неполярные группировки нейтрального переносчика должны образовывать липофильную оболочку вокруг координационной сферы и обеспечивать достаточную растворимость лиганда и комплекса в фазе мембраны. Во-вторых, необходим компромисс между устойчивостью комплекса, с которой связана селективность комплексообразования, и достаточно высокой скоростью обмена, обеспечивающей эффективность мембранного транспорта. В связи с этим изучение и установление закономерностей влияния структуры молекулы-переносчика на эффективность транспорта субстратов через липофильные жидкие мембраны имеет принципиальное значение для моделирования и создания высоко селективных молекул-переносчиков под определенный тип "гостей".
Данные по транспорту а-гидроксикислот через жидкие мембраны достаточно ограничены. В качестве переносчиков, как правило, используются соединения, являющиеся рецепторами на карбоксильную группу [101]. Отличительной особенностью подобных переносчиков является наличие лишь одного потенциального центра связывания с транспортируемым субстратом. Такое взаимодействие не может обеспечить высокую селективность межфазного переноса гидроксикислот, поскольку переносчик не учитывает специфических особенностей их строения.
Недавно в нашей исследовательской группе было показано, что а-аминофосфонаты могут выступать в качестве эффективных переносчиков а-гидроксикислот [91, 96]. В них имеется два протоноакцепторных центра: фосфорильная группа Р=0 и неподеленная электронная пара атома азота, способные вступать в специфическое взаимодействие (образование водородной связи) с гидроксильной и карбоксильной группами гидроксикислот. Кроме того, обязательным условием эффективного связывания является комплементарность (пространственное соответствие) центров связывания взаимодействующих соединений, которое хорошо выполняется в рассматриваемой паре а-аминофосфонат - а-гидроксикислота.
Предварительно нами был синтезирован ряд соединений (152-159, 166-169) в которых варьируется природа и число заместителей у а-атома углерода и фосфорильной группы. а-Аминофосфонаты 199-204 были получены в лаборатории проф. Альфонсова В. А. (ИОФХ им. А.Е. Арбузова КНЦ РАН) по реакции Пудовика [110] из соответствующих азометинов и бис(децил)фосфита.
Следует отметить, что соединения 201 и 202 образуются с высокой стереоселективностью, причем диастереомерный избыток по данным ЯМР Н спектроскопии в случае соединения 201 (интегрировали сигналы РСН протонов) более 95%, а в случае соединения 202 (интегрировали сигналы СбНЦ протонов) составляет около 90%. Фосфорные спектры содержат по одному сигналу (25.1 м.д. и 25.0 м.д. соответственно) в области, характерной для а-аминофосфонатов. Другие аминофосфонаты образуются также стереоселективно, хотя диастереоселективность ниже, чем в случае фосфонатов 201 и 202. Причем диастереомеры соединений 199, 200, 203 и 204, в отличие от соединений 201 и 202, различимы в ЯМР Р спектрах и проявляются в виде двух синглетов в области, соответствующей фосфонатному атому фосфора.
Из литературы известно, что эфиры ос-аминофосфиновых кислот с арильными заместителями у а-углеродного атома способны омыляться при нагревании в кислой среде с образованием соответствующих кислот [139, 140]. Исходя из этого, возникла необходимость изучения устойчивости соединений 201-204 при контакте с кислым водным раствором - в условиях аналогичных тем, что осуществляются в процессах мембранной экстракции. Для этих целей была проведена экстракция 1 М растворов аминофосфонатов 201-204 в растворителе, используемом при приготовлении мембранной фазы - о-нитрофенилоктиловом эфире - с подкисленным до рН=2 водным раствором в течение 8 часов. Затем органическая фракция была отделена и изучена методом ЯМР 3Р спектроскопии. Анализ фосфорных спектров соединений показал, что структура веществ остается без изменений. Следовательно, эти соединения могут быть использованы в качестве переносчиков органических кислот в процессах мембранной экстракции.
Следующим этапом нашей работы стало кинетическое исследование влияния структуры а-аминофосфонатов, на примере соединений 152-159, 166-169, 199-204, выступающих в качестве мембранных переносчиков, на скорость мембранного транспорта гликолевой кислоты.
Приборы и методы эксперимента
Используемые в работе растворители и реагенты очищали по известным методикам [144, 145].
Спектры ЯМР Н и ЯМР 31Р записывали на спектрометре «Varian-XL-300» 300 МГц. Химические сдвиги определяли относительно сигналов остаточных протонов дейтерированного растворителя (дейтерохлороформ). Концентрация анализируемых растворов составляла 3-5%. При регистрации спектров ЯМР 31Р в качестве внешнего стандарта использовали 85%-ный водный раствор ортофосфорной кислоты. Масс-спектры химической ионизации (ХИ) полученных соединений записывали на масс-спектрометре «Finnigan МАТ 95». Молекулярные масс-спектры MALDIOF регистрировали на масс-спектрометре «Dynamo Finnigan». В качестве матриц были использованы 1,8,9-тригидроксиантрацен или 4-нитроанилин.
ИК-спектры регистрировали на ИК-спектрометре с Фурье-преобразованием "Vector 22" (Bruker): разрешение 1 см"1, накопление 64 скана; в таблетках КВг в интервале волновых чисел 500-4000 см"1. Температуру плавления веществ определяли на нагревательном столике «Boetius». Контроль чистоты соединений проводили по температурам кипения и плавления, а также по спектрам ЯМР Н, 31Р и элементному анализу. Дополнительно чистоту веществ контролировали методом хроматографии в тонком слое сорбента (ТСХ) на пластинках типа «Silufol». ТСХ-пластинки проявляли в йодной камере с последующей обработкой водным аэрозолем.
Электронные спектры записывались на спектрометре «Perkin Elmer Lambda-35», толщина пропускающего слоя 1 см.
Квантовомеханические расчеты аминофосфонатов и комплексов проводились с помощью метода молекулярной механики ММ+ и полуэмпирического метода РМЗ, включенных в пакет МОР АС 7.00.
Часть исходных веществ была получена по литературным методикам (табл. 3.1), остальные были доступны в качестве реагентов.
В работе использовали реагенты и растворители: ёД-миндальная кислота (х.ч.); гликолевая кислота (х.ч.); ёД-винная кислота (ч.д.а.); ёД-глутаминовая кислота (ч.д.а.); щавелевая кислота (х.ч.); малоновая кислота (х.ч.); янтарная кислота (х.ч.); ацетат натрия (ч.д.а.); октилбромид (х.ч.); карбонат натрия (х.ч.); треххлористый фосфор (х.ч.); этиленгликоль (х.ч.); триэтиламин (х.ч.); бис(1-гидрокси-4-метил-6-о7/?ет-бутил 115 фенил)метан (х.ч.); бис(1-гидрокси-4-метил-6-трет-бутил-фенил)сульфид (х.ч.); 5,11,17,23-тетра-т/?ет-бутил-25,26,27,28-тетрагидроксикаликс[4]арен (х.ч.); 25,26,27,28-тетрагидроксикаликс[4]арен (х.ч.); 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетра-гидрокситиакаликс[4]арен (х.ч.); 5,11,17,23,29,35-гекса-трет-бутил-37,38,39,40,41,42-гексагидроксикаликс[6]арен (х.ч.); ацетон (х.ч.), ацетонитрил (х.ч.), гексан (х.ч.), бензол (х.ч.), толуол (х.ч.), хлороформ (х.ч.), дихлорметан (х.ч.), диэтиловый эфир (ч.), четыреххлористый углерод (ч.), тетрагидрофуран (х.ч.), метанол (х.ч.), этанол (х.ч.), п-бромтолуол (х.ч.), октан (х.ч.). а-Аминофосфонаты: 0,О-диоктил-1-[2-(1-гидрокси)бутиламино]-/7 метоксибензилфосфонат, 0,0-диоктил-1-[2-(1-гидрокси)бутиламино]бензилфосфонат, О, О-дидецил-1 - [2-(1 -гидрокси)бутиламино]октилфосфонат, О, О-дидецил-1 - [2-( 1 гидрокси)бутиламино] децилфосфонат, О, О-дидецил-1 - [2-( 1 -гидрокси)бутиламино] -о аллилоксибензилфосфонат, О, 0-дидецил-1 - [2-( 1 -гидрокси)бутиламино] -о бензилоксибензилфосфонат - были предоставлены профессором В.А. Альфонсовым (ИОФХ им. А. Е. Арбузова КНЦ РАН).
Синтез а -аминофосфонатов (общие методики). Методика А. В двугорлой колбе на 50 мл, снабженной магнитной мешалкой, насадкой Дина-Старка с обратным холодильником и капельной воронкой, доводили до кипения суспензию, содержащую 22.00 ммоля параформа в 10 мл бензола, и прибавляли по каплям при перемешивании 22.00 ммоля свежеперегнанного амина. После исчезновения осадка к реакционной смеси добавляли 22.00 ммоля диалкилфосфита. Смесь кипятили в течение 12 ч с обратным холодильником, затем в вакууме удаляли растворитель.
Методика Б. В колбе на 50 мл, снабженной магнитной мешалкой и обратным холодильником, растворяли 22.00 ммоля свежеперегнанного амина, 22.00 ммоля диалкилфосфита и 22.00 ммоля карбонильного соединения в 10 мл 0.10%-ного раствора TsOH в толуоле. Раствор нагревали при перемешивании на водяной бане в течение 12 ч при 80С. После отгонки в вакууме избытка реагентов и растворителя остаток дважды хроматографировали на колонке с силикагелем L 100/160 мкм (состав элюента: хлороформ - пропан-2-ол, в соотношении 10:1).
Методика В. В 25 мл колбу, снабженную магнитной мешалкой и обратным холодильником, помещали 24.00 ммоля свежеперегнанного амина, 22.00 ммоля диалкилфосфита и 24.00 ммоля карбонильного соединения. Реакционную смесь нагревали на водяной бане при температуре 60С в течение 4 часов. После отгонки в вакууме избытка реагентов остаток дважды хроматографировали на колонке с силикагелем L 100/160 мкм (состав элюента: хлороформ - пропан-2-ол, в соотношении 10:1). 0,0-Ди-(циклогексил)-1-(бензиламино)циклогексилфосфонат (166) получили по методике Б. Выход 7.25 г (76%), бесцветные кристаллы, іпл= 78С. Элементный анализ. Найдено (%): С, 69.22; Н, 9.36; Р, 7.01. С2бН48 ТОзР. Вычислено (%): С, 69.26; Н, 9.30; Р, 7.14. ИК-спектр (KBr), v, см"1: 980 (Р-О-С); 1020, 1060 (Р-О-С); 1160 (Р-0-С6Ни); 1235 (Р=0); 1650, 3300 (N-H). Спектр ЯМР 31Р (CDC13, 5, м.д.): 28.0 с. С ,0-Ди-(циклогексил)-1-(бензиламино)метилфосфонат (167) получили по 90 90 методике А. Выход 6.27 г (78%), бесцветная вязкая жидкость, J4 L0183, «о 1-5240. Элементный анализ. Найдено (%): С, 65.68; Н, 8.80; Р, 8.51. C20H32NO3P. Вычислено (%): С, 65.73; Н, 8.83; Р, 8.48. ИК-спектр (KBr), v, см 1: 990 (Р-О-С); 1015, 1050 (Р-О-С); 1160 (Р-0-С6Ни); 1235 (Р=0); 1615, 3300 (N-H). Спектр ЯМР 31Р (CDC13, 5, м.д.): 28.0 с. 0,0-Дидецил-1-(бензиламино)метилфосфонат (168) получали по методике А. 90 90 Выход 6.04 г (57%), бесцветная вязкая жидкость, d$ 0.9734, пъ 1.4794. Элементный анализ. Найдено (%): С, 69.71; Н, 10.80; Р, 6.35. C28H52N03P. Вычислено (%): С, 69.82; Н, 10.88; Р, 6.43. ИК-спектр (KBr), v, см"1: 975 (Р-О-С); 1025, 1050 (Р-О-С); 1170 (Р-О- СюВД; 1250 (Р=0); 1645, 3350 (N-H). Спектр ЯМР 31Р (CDC13, 5, м.д.): 30.0 с. 0,0-Ди-(2-этилгексил)-1-(бензиламино)этилфосфонат (169) получили по методике В. Выход 6.48 г (67%), бесцветная вязкая жидкость, t/420 1,0183 nD20 1.4844. Элементный анализ. Найдено (%): С, 68.42; Н, 10.51; Р, 6.99. C25H46NO3P. Вычислено (%): С, 68.30; Н, 10.55; Р, 7.05.
