Синтез и свойства каликс[4]резорциновых оснований манниха, содержащих на верхнем ободе молекулы ацетальные (альдегидные) группы Вагапова Лилия Ильгизовна

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Реакция Манниха в органическом синтезе (литературный обзор) 7

1.1 Механизм реакции Манниха 9

1.2 Синтез и свойства фенольных оснований Манниха 11

1.2.1 Стандартная процедура получения фенольных оснований Манниха 11

1.2.2 Предсформированные реагенты как прекурсоров электрофилов в реакции Манниха с фенолами 13

1.2.3 Основания Манниха - прекурсоры для синтеза новых органических структур 15

1.3. Реакция Манниха на каликс[4]резорциновой платформе 20

1.3.1 Региоселективность и хемоселективность реакции Манниха на каликс[4]резорциновой платформе 22

1.3.2 Использование предсформированных реагентов в реакции Манниха с каликс[4]резорцинами 29

1.3.3 Свойства аминометилированных оснований Манниха на каликс[4]резорциновой платформе 34

1.3.4 Модификация каликс[4]резорциновых оснований Манниха элементоорганическими соединениями 40

1.4 Применение каликс[4]резорциновых оснований Манниха 42

ГЛАВА 2. Синтез и свойства каликс[4]резорциновых оснований Манниха, содержащих на верхнем ободе молекулы ацетальные (альдегидные) группы 47

2.1 Синтез каликс[4]резорциновых оснований Манниха 49

2.1.1 Взаимодействие каликс[4]резорцинов с диметилацеталем а-метиламиноацетальдегида 49

2.1.2 Взаимодействие М-(2,2-диметил-3,3-диметоксипропан-1-ил)этиламина с каликс[4]рсзорцинами 56

2.1.3 Взаимодействие каликс[4]резорцинов с. 3-(этиламино)-2,2-диметилпропаналем 60

2.1.4 Взаимодействие моно-К-(2,2-диметил-3-оксопропан-1-ил)метиламиноме-тильного производного каликс[4]резорцина с диметилацеталем а-метиламино-ацетальдегида по реакции Манниха 70

2.1.5 Реакции каликс[4]резорцинов с диметилацеталем аминоацетальдегида и диэтилацеталем 4-аминобутаналя 73

2.2 Изучение химических свойств каликс[4]резорцинов с ацетальными фрагментами на верхнем ободе молекулы 79

2.2.1 Реакции каликс[4]резорцинов, содержащих >Ц2,2-диметоксиэтил)метил аминометильные фрагменты на верхнем ободе молекулы с уксусным ангидридом ..79

2.2.2 Исследование взаимодействия резорцина, 2-метилрезорцина с каликс[4]ре-зорциновыми основаниями Манниха, содержащими на верхнем ободе молекулы ацетальные группы. Конструирование макроциклической полости каликс[4]резорцинов 89

2.2.2.1 Исследование взаимодействия резорцина, 2-метилрезорцина с N-Сдиме-токсиэтил)метиламинометильными производными каликс[4]резорцинов 90

2.2.2.2 Исследование взаимодействия 2-метилрезорцина с тетра-]Ч-(2,2-диме-тил-3,3-диметоксипропан-1-ил)этиламинометильными производными каликс[4]резорцинов 97

2.2.2.3 Исследование взаимодействия оксазиновых производных каликс[4]резорцинов с резорцином и 2-метилрезорцином 100

ГЛАВА 3. Экспериментальная часть 104

Выводы 140

Список литературы 142

• Предсформированные реагенты как прекурсоров электрофилов в реакции Манниха с фенолами
• Свойства аминометилированных оснований Манниха на каликс[4]резорциновой платформе
• Взаимодействие моно-К-(2,2-диметил-3-оксопропан-1-ил)метиламиноме-тильного производного каликс[4]резорцина с диметилацеталем а-метиламино-ацетальдегида по реакции Манниха
• Исследование взаимодействия резорцина, 2-метилрезорцина с N-Сдиме-токсиэтил)метиламинометильными производными каликс[4]резорцинов

Введение к работе

Актуальность и цели исследования. Химия каликсаренов, в частности ка-ликс[4]резорцинов, интенсивно исследуется на протяжении последних 30 лет. Повышенный интерес к этим макромолекулам связан с возможностью их использования в качестве строительных блоков для конструирования супрамолекулярных и координационных систем, которые находят применение для создания новых типов материалов, катализаторов, экстрагентов, а также для изучения механизмов молекулярного распознавания, являющихся основой биологических процессов. Ключевым моментом для создания таких систем является процесс распознавания субстрата рецептором, в роли которого могут выступать каликс[4]арены. Гибкость каликсареновой платформы и эффективность процессов молекулярного распознавания зависят от природы, геометрии и числа функциональных групп, введенных в каликсареновую платформу. Химическая модификация каликс[4]резорцинов позволяет варьировать размер и форму молекулярной полости с получением соединений, отличающихся рецепторной и комплексообразующей способностью.

Поэтому развитие методов функционализации каликс[4]резорциновой платформы является важной и актуальной задачей.

Наиболее простым и доступным методом модификации каликс[4]резорцинов является реакция Манниха. Этим способом был получен разнообразный круг соединений, которые нашли свое применение в качестве шифт-реагентов в ЯМР-спектроскопии, селективных рецепторов анионов галогенов. Показана возможность использования аминометилированных каликс[4]резорцинов (АМК) в качестве медиаторов - переносчиков электронов в мицеллярных системах при электрохимическом и фотоиндуцированном химическом окислении органических субстратов, в качестве катализаторов гидролиза фосфатов. Однако в литературе до начала наших исследований отсутствовали данные о синтезе каликс[4]резорциновых оснований Манниха с ацетальными фрагментами на верхнем ободе молекулы. Разработка методов синтеза подобных соединений позволит получить новые молекулы-«хозяева», которые могут найти применение в качестве строительных блоков для конструирования новых супрамолекулярных систем, обладающих практически полезными свойствами. Кроме то-

го, наличие на верхнем ободе молекулы каликс[4]резорцина ацетальной группы, способной к различным превращениям, открывает широкие перспективы использования этих соединений в качестве полупродуктов для синтеза новых нано-размерных производных.

Целью настоящей работы являлась разработка методов синтеза каликс[4]резорциновых оснований Манниха, содержащих на верхнем ободе молекулы ацетальные (альдегидные) фрагменты, и изучение их свойств.

Научная новизна:

Впервые в реакцию Манниха с каликс[4]резорцинами введены а-, Р-амино-ацетали и р-аминоальдегид, имеющие в составе молекулы вторичные аминогруппы; в результате этого получены новые производные, содержащие на верхнем ободе молекулы ацетальные и альдегидные группы.

Впервые обнаружено, что варьирование экспериментальных условий и природы заместителей на нижнем ободе молекулы позволяет целенаправленно вводить в o/wzo-положения ароматических ядер каликсареновой матрицы один или четыре аминоальдегидных фрагмента. Показано, что монозамещенные производные могут быть модифицированы путем конденсации с формальдегидом и а-амино-ацеталем в соотношении 1:3:3, приводящей к образованию нового полифункционального каликс[4]резорцина.

Реакцией Манниха каликс[4]резорцинов с первичными а-, у-аминоацеталями в зависимости от соотношения исходных реагентов получены тетраоксазиновые и NH-содержащие производные каликс[4]резорцинов, в которых ацетальные группы связаны с атомом азота углеводородными спейсерами различной длины.

Показано, что взаимодействие тетра-М-(2,2-диметоксиэтил)аминометильных производных калике[4]резорцинов с уксусным ангидридом в зависимости от экспериментальных условий позволяет получать новые каликсарены, содержащие на верхнем ободе молекулы 8 или 12 ацетатных групп.

Впервые исследована конденсация резорцина, 2-метилрезорцина с аминоацеталями, содержащимися на верхнем ободе каликсареновой платформы. Показано, что данная реакция позволяет вводить в состав каликсарена, в

зависимости от природы аминоацетального заместителя на верхнем ободе

молекулы, два или четыре диарилметановых фрагмента. Взаимодействием оксазиновых производных каликс[4]резорцинов с алкильным

заместителем у атома азота с резорцином и 2-метилрезорцином получены новые

каликс[4]резорцины, содержащие на верхнем ободе молекулы четыре арильных

фрагмента. Практическая значимость: В результате проведенных исследований разработаны методы синтеза новых каликс[4]резорциновых оснований Манниха, несущих на верхнем ободе молекулы ацетальные (альдегидные) фрагменты. Показано, что эти соединения образуют смешанные супрамолекулярные агрегаты с полиэтиленимином, каталитический эффект которых в реакции гидролиза некоторых фосфатов превышает каталитический эффект аналогичных систем на основе аминометилированных ка-ликс[4]резорцинов с алкильными заместителями при атоме азота в 100 и более раз. На основе каликс[4]резорцинов с ацетальными группами на верхнем ободе молекулы разработаны методы синтеза новых каликс[4]резорцинов, содержащих ацетатные, арильные, диарилметановые группы.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на XI Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем » (Йошкар-Ола, 2004), Международном симпозиуме «Molecular Design and synthesis of supramolecular architetures» (Казань, 2004), Международной научно-технической конференции «Перспективы развития химии и практического применения алициклических соединений» (Самара, 2004), International Conference Dedicated to 50^th Anniversary of A. N. Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds, Russian Academy of Sciences (Москва, 2004), XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003), Xlth international seminar on Inclusion compounds ISIC-11 (Kyiv, Ukraine, 2007), XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007), XI школе-конференции по органической химии, посвященной 110-летию со дня рождения И. Я. Постовского (Екатеринбург, 2008). По материалам работы опубликованы 9 статей в центральных российских научных журналах, 9 тезисов докладов российских и международных конференций.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 161 странице, содержит 2 таблицы, 20 рисунков и состоит из введения, 3 глав, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 157 наименований. В первой главе представлен литературный обзор, в котором показана роль реакции Манниха в органическом синтезе, проанализированы методы получения и свойства фенольных и каликс[4]резорциновых оснований Манниха. Во второй главе представлены результаты собственных исследований: на основе реакции Манниха получены новые каликс[4]резорцины, содержащие аминоацетальные (альдегидные) группы на верхнем ободе молекулы; изучены свойства этих соединений, включающие реакции с уксусным ангидридом, резорцином, 2-метилрезорцином, в результате которых образуются новые каликсарены, содержащие ацетатные, арильные, диарилметановые фрагменты. В третьей главе представлены экспериментальные результаты проведенных исследований.

Работа выполнена в лаборатории Элементоорганического синтеза Учреждения Российской академии наук Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН в соответствии с научным направлением 4.10 по государственной бюджетной теме Института "Молекулярный дизайн селективных циклофановых рецепторов и конструирование супрамолекулярных систем, обладающих ионофорными, каталитическими и сенсорными свойствами на основе амфифильных каликсаренов, дендримеров, полимеров, ионов металлов и ПАВ" (№ гос. регистрации 0120.0503493). Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (гранты 02-03-33037-а, 05-03-32136-а, 08-03-00512-а), Международным бюро Федерального министерства образования и научных исследований (Германия, BMBF, RUS 02/034) и программой №7 ОХНМ РАН "Химия и физико-химия супрамолекулярных систем и атомных кластеров".

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю д.х.н., профессору Бурилову А.Р. за постоянное внимание и чуткое руководство. Автор считает своим долгом выразить благодарность профессору Пудовику М.А., принимавшему активное участие при выполнении и обсуждении данной диссертационной работы, а также сотрудникам лаборатории ЭОС ИОФХ им. А.Е.

Арбузова к.х.н. Князевой И.Р., к.х.н. Газизову А.С., к.х.н. Садыковой Ю.М., к.х.н. Касымовой Э.М. Автор также выражает большую признательность немецким коллегам др. Хабишеру В.Д., др. Бауэру И. за поддержку и помощь в проведении эксперимента в г. Дрезден (Германия), сотрудникам лаборатории Дифракционных методов ИОФХ им. А.Е. Арбузова за проведение рентгеноструктурного анализа, сотрудникам лаборатории Молекулярной спектроскопии за помощь в интерпретации ИК спектров, коллективу лаборатории ЯМР спектроскопии за обсуждение совместных результатов, сотрудникам лаборатории Элементорганического синтеза за

поддержку, а также к.х.н.] Кудрявцевой Л.А.|, д.х.н. Рыжкиной И.С., к.х.н. Пашировой

Т.Н., к.х.н. Гайнановой Г.А., к.х.н. Сякаеву В.В., к.х.н. Криволапову Д.Б., к.х.н. Мусину Р.З. за плодотворное сотрудничество и помощь в выполнении работы.

Предсформированные реагенты как прекурсоров электрофилов в реакции Манниха с фенолами

Реакцией Манниха называют взаимодействие альдегида (чаще всего это формальдегид) и амина с соединениями, проявляющими С-Н кислотность. В качестве СН-кислотных компонентов в реакции Манниха использовались различные субстраты: кетоны, В-кетоэфиры, малонаты, нитросоединения и производные фенолов[ 1-2,7]. Поиск исследователями лучших условий реакции, а также расширение круга доступных реагентов и субстратов сделали эту реакцию более универсальной. Она зарекомендовала себя одним из наиболее доступных методов получения новых макро-циклических структур [8, 9], а также подтвердила свое распространение на более сложные структуры, в качестве которых выступают каликс[4]резорцины [10]. Использование в качестве бимолекулярной версии реакции Манниха предсформирован-ных иминиевых солей [1,2, 10-16] или генерируемых in situ иминиевых или N-ацил-иминиевых ионов, а также углеродных нуклеофилов позволило расширить круг вовлекаемых в реакцию Манниха субстратов (использовать менее реакциоиноспособ-ные субстраты), а также проводить ее в мягких условиях.

В настоящее время интерес к реакции Манниха не угасает, и наиболее интенсивные исследования направлены как на разработку оригинальных методов получения фенольных оснований Манниха, так и на исследование фундаментальных вопросов реакционной способности нового класса макроциклических соединений ка-ликс[4]резорцинов - циклических тетрамеров — продуктов конденсации альдегидов и резорцина.

Интерес к каликс[4]резорцинам связан с разнообразием их комплексообразую-щих свойств, возможностью использования данного класса соединений в качестве экстрагентов, переносчиков ионов и комплексов переходных металлов [17, 18]. В то же время, эти молекулы способны самоорганизовываться в зависимости от их строения и природы растворителя в ансамбли различных типов, а также образовывать на-норазмерные агрегаты с разнообразными ПАВ, изменяя каталитические свойства последних.

Химическое поведение каликс[4]резорцинов, благодаря наличию в молекуле четырех резорциновых фрагментов, можно сравнить с поведением фенолов, резорцинов и их производных. Наличие трехмерной предорганизованной макрополости в молекуле каликс[4]резорцинов отражается как на реакционной способности этих молекул в реакции Манниха, так и на химических свойствах полученных соединений.

В предложенном литературном обзоре мы попытались раскрыть роль реакции Манниха, а также ее продуктов — оснований Манниха — в органическом синтезе, а также основные тенденции развития в области: - синтеза и свойств фенольных оснований Манниха, - синтеза и свойств каликс[4]резорциновых оснований Манниха Аминоалкилирование СН-кислотных соединений было описано несколькими авторами еще в ХІХв. Тем не менее, Карл Манних [1] был первым, кто признал значительную привлекательность реакции этого типа, и именно он был тем человеком, кто посредством систематических исследований трансформировал эту химию в широко распространенную синтетическую методологию. С того времени эта реакция носит его имя и переросла в одну из самых важных реакций в органической химии с наращиванием углеродного скелета. Исследованию реакции Манниха посвящено большое число работ, в частности фундаментальные обзорные статьи и монографии [1-3, 6, 19-20]. Несмотря на наличие в литературе обширного экспериментального материала по реакциям Манниха, среди исследователей не существует единого мнения относительно механизма этих реакций [19]. Механизм реакции Манниха можно представить следующей схемой (схема 2) [1]: Как видно из схемы 2, реакция Манниха может протекать, по крайней мере, по двум путям и обычно приводит к комплексу равновесных процессов, зависящих от природы реагентов и условий реакции, которые определяют ее путь. Однако путь А считается более предпочтительным. Манних [21] предполагал, что промежуточным продуктом в реакции конденсации вторичного амина с формальдегидом является N-аминокарбинол (путь А). Большинство исследователей придерживаются этой же точки зрения и рассматривают реакцию Манниха, как случай сложного катализа в амфотерной системе, где из формальдегида и амина образуется катион, который конденсируется с анионом соединения, имеющего активный атом водорода. По мнению Хельмана [22-24], реакция Манниха может протекать только в том случае, если амин имеет более высокий нуклеофильный потенциал, чем СН-кислот-ный компонент. В этом случае электрофильный формальдегид с нуклеофильным амином образуют N-аминокарбинол. Авторы [25] установили, что N-аминокарбинолы в основном неустойчивы при комнатной температуре и в растворах (вода, бензол, эфир) переходят в соответствующие N,N -метилен-бис-амины. Ответственными за реакцию Манниха в кислой среде являются не N-аминокарбинолы и не 1,ТМ -метилен-бис-амины, а имоний-карбониевые катионы типа N=CH2X, где X - более электроотрицательный анион, чем гидроксил. Изучая влияние природы аминометилирующей частицы на скорость реакции, исследователи [26-27] пришли к заключению, что атака альдегида амином является скоростьопределяющей стадией в кислой среде. В нейтральной или щелочной среде лимитирующей стадией является элиминирование гидроксигруппы из метилоламина HO-CH2-NR2 с образованием метилен-имониевого катиона.

Свойства аминометилированных оснований Манниха на каликс[4]резорциновой платформе

Несмотря на обширный круг реакций, в которых могут быть использованы основания Манниха, как базовые соединения для синтеза новых производных, лишь небольшое количество работ посвящено изучению химических свойств этих молекул. В основном в них рассмотрены реакции ацилирования уксусным ангидридом.

Было показано [118], что при попытке ацилировать бензоксазиновые производные каликс[4]резорцинов уксусным ангидридом (небольшой избыток) в хлороформе при комнатной температуре в присутствии триэтиламина и каталитических количеств 4-диметиаминопиридина единственным выделенным с высоким выходом продуктом оказался тетраамид 48, при этом не наблюдалось свидетельств О-ацилирования продукта. Этот результат согласуется с продуктами ацилирования бензоксазиновых производных на основе нафтолов [119], в которых также более нуклеофильный (по сравнению с кислородом) азот подвергается ацилированию, в то время как элиминируется формальдегид из 1,0-ацеталя.

В то же время в схожих условиях [87] был получен О-ацилированный тетра-бензоксазин 49 (схема 19). По-видимому, в реальности имеют место обе реакции.

Авторами работы [120] предложен метод региоселективного ацилирования аминокаликс[4]резорцинов, заключающийся в последовательном раскрытии оксази-нового цикла (HCl, BuOH, Н20) с образованием тетрааммонийной соли 50, которая при взаимодействии с ВОС-ангидридом (ВОС20) в присутствии триэтиламина в качестве основания (СН2СІ2, 20 С) приводит к региоселективному ацилированию аминогруппы. Исчерпывающее ацилирование соединений 51 уксусным ангидридом в присутствии пиридина при комнатной температуре позволяет получать тетраэфиры 52 с выходом 40-90%.

Аналогичным превращениям были подвергнуты С2-симметричные оксазиновые производные каликсаренов, полученные в результате реакции Манниха с C2v-симметричным каликс[4]резорциновым тетратозилатом. В результате региоселективного ацилирования этих соединений ВОС-ангидридом в присутствии триэтиламина в качестве основания (СН2С12, 20 С) с выходом 52-61% были получены диамиды 53. Исчерпывающее О-ацилирование диамида 53 уксусным ангидридом в присутствии пиридина при комнатной температуре приводит к образованию октаэфира 54 с выходом 80%.

Авторами работы [121] был предложен интересный метод получения алкокси-производных каликс[4]резорцина 55 с использованием стандартной процедуры реакции Манниха, заключающейся во взаимодействии калике [4]резорцина с трис-гидроксиметиламином, формальдегидом и спиртом (схема 20). Предполагается, что первой стадией этой реакции является аминометилирова-ние, второй - нуклеофильная атака спирта на аминный фрагмент в тетрааминомети-лированном продукте. Нуклеофильное замещение аминного остатка в ка-ликс[4]резорциновом тетраамине другими аминами известно как ретро-реакция Манниха, а алкоксиметилирование же с участием трис(гидроксиметил)аминометила описывается впервые [121]. Ацилирование гидроксильных групп соединения 55 уксусным ангидридом (пиридин, комнатная температура - (а)), или алкилированием этил-бромацетатом (К2СОэ, MeCN - (б)) приводит к образованию окта-О-замещенных производных 56а-в с выходом 49-98%.

Известно, что бензоксазиновые производные фенолов могут аминоалкилиро-вать разнообразные соединения HY, характеризующиеся присутствием высокореакционоспособного атома углерода или азота, с образованием третичного амина [122]. К таким соединениям относятся фенолы, индолы, карбазолы, имиды и алифатические нитросоединения. Было показано [123], что бензоксазиновые производные ка-ликс[4]резорцинов способны аминоалкилировать нафтолы. В результате реакции бен-зоксазинового каликс[4]резорцина с 2-нафтолом в соотношении 1:4 в смеси бензола и этанола (1:1) был получен третичный тетрааминовый каликс[4]резорцин 57. При этом было показано, что взаимодействие калике[4]резорцина 14 с нафтооксазином 58 в смеси бензола и этанола (1:1) также приводит к образованию соединения 57.

Авторы считают, что этот метод можно использовать для получения карцеп-лекса путем взаимодействия соединения 14 с бензоксазиновым производным ка-ликс[4]резорцина 18.

Различие в селективности реакции замещения каликс[4]резорцинов и СгУ-симметричных тетратозилатов позволяет получать на их основе структуры с утонченным дизайном. Конденсацией каликс[4]резорцинов с формальдегидом и алифатическими диаминами, проводимой в условиях сильного разбавления [93], было получено первое производное каликс[4]резорцина 59а-в, в котором два противоположных резорциновых кольца ковалентно связаны. Реакцией каликс[4]резорциновых тетратозилатов 24 с 1,1-диметилэтилендиамином или N-метилэтилендиамином и формальдегидом получены только макробициклические дибензоксазины 60а (89%) и 606 (62%) или монобензоксазин 61 (79%), соответственно.

Однако конденсация октола с 1,3-диаминопропаном и формальдегидом приводит к образованию гексагидропиримидинового кольца (соединение 636 получено с выходом 91%) вместо бензоксазинового фрагмента - это указывает на то, что N,N-ацеталь более стабильный в этих условиях, чем М,0-ацеталь.

Взаимодействие моно-К-(2,2-диметил-3-оксопропан-1-ил)метиламиноме-тильного производного каликс[4]резорцина с диметилацеталем а-метиламино-ацетальдегида по реакции Манниха

В результате реакции Манниха калик[4]резорцинов 1в,г, с аминоальдегидом 6 в этаноле при соотношении исходных реагентов 1:1:1 с высокими выходами были получены другие представители гомологического ряда моно- Т-(2,2-диметил-3-оксопропан-1-ил)метиламинометильных производных каликс[4]резорцинов, 9в,г.

Структура полученных соединений 8, 9в,г,е доказана методами спектроскопии, ЯМР ( Н, 13С), ИК- спектроскопии, масс-спектрометрии, состав подтвержден данными элементного анализа.

Асимметрия наглядно проявляется в спектре ЯМР !Н соединения 9е. В спектре ЯМР Н соединения 9е (рис. 6) присутствуют два синглета (6.25, 6,26 м.д. в соотношении 2:1), отвечающие 3-м протонам в opmo-положении между гидроксильными группами резорцинового кольца, в то время как четыре другие протона резорцинового кольца проявляются в виде двух синглетов (7.42, 7.45 м.д. в соотношении 1:3), а протоны альдегидной группы в виде синглета (9.59 м.д.), протоны метановых групп каликсаренового обода проявляются в виде двух триплетов, (4.30 м.д., JHn 8.10 Гц) и 4.31 м.д. (3JHH 8.36 Гц) в соотношении 1:1. Спектр ЯМР ЛН соединения 9е содержит также сигналы протонов метальных групп этильного радикала, метальных групп ал-кильного радикала (0.89 - 0.92 м.д.), метиленовых групп алкильного радикала; метальных групп.при четвертичном атоме углерода (1.33 - 1.39 м.д., 2.38-2.39 м.д.); метиленовых групп,этильного радикала в виде мультиплета (2.44 м.д.), метиленовых групп при четвертичном атоме углерода и атоме азота в виде синглета (2.77 м.д.), ме-тиленовых групп, связанных с ароматическим ядром в виде синглета (3.81 м.д.). В спектре отчетливо проявляются сигналы в области (8.00 м.д., 3.57-3.60 м.д., 0.95-0.98 м.д.), указывающие на присутствие в полости каликс[4]резорцина молекул бензола и диэтилового эфира.

В спектре ЯМР С соединения 9е имеются сигналы атомов углерода метальной группы этильного радикала (9.62 м.д.), метильных групп гептильного радикала (13.68 м.д.), метильных групп при четвертичном атоме углерода (22.62 м.д.), метиле-новых групп гептильного радикала (24.99 - 33.63 м.д.), метановых групп каликсаре-нового остова (31.98 м.д.), сигналы четвертичного атома углерода (46.86 м.д.), сигнал углерода метиленовой группы этильного радикала (48.13 м.д.); сигналы углерода ме-тиленовой группы при атоме азота, связанных с метиновой группой (53.07 м.д.) и с ароматическим кольцом (60.20 м.д.), атомов углерода ароматических ядер ка-ликс[4]резорцина, связанных с атомом водорода, в opwo-положении по отношению к обеим гидроксильным группам (103.10), метиленовой группой (107.53 м.д.), атомом водорода (3 сигнала в области 123.04 - 124.48 м.д.), метиновой группой (3 сигнала в области 124.59 - 124.71 м.д.), гидроксильными группами (151.07 - 151.43м.д), сигнал атома углерода альдегидной группы (204.79 м.д.).

Необходимо отметить, что на образование тетразамещенного продукта 8 указывало отсутствие в спектре ЯМР !Н сигналов opmo-протнов ароматических колец каликс[4]резорцинов. Однако к нашему удивлению, в спектре отсутствовали сигналы протонов альдегидной группы, но появлялся сигнал в области (4.8 — 4.9 м.д.), соответствующий четырем протонам полуацетальной группы. Эти данные указывали на то, что при определенных условиях (а именно, при повышенных температурах) амино-альдегидные фрагменты на каликс[4]резорциновой платформе подвергаются внутримолекулярной циклизации (рис. 7).

Строение соединения 10 доказано данными методов спектроскопии ЯМР Н, ИК-спектроскопии, состав подтвержден данными элементного анализа. Соединение представляет собой порошок розового цвета, растворимый в хлороформе, ДМФА, ДМСО.

Спектр ЯМР Н соединения 10 содержит сигналы протонов метильных групп алкильного радикала, метильных групп этильного радикала, метильных групп при четвертичном атоме углерода (1.12 — 1.75 м.д.), метиленовых групп этильного радикала (2.71 м.д.), метиленовых групп при четвертичном атоме углерода и метиленовых групп, связанных с ароматическим ядром, в виде уширенного мультиплета (3.64 — 3.82 м.д.), метановых групп в виде уширенного синглета (4.26 м.д.), л/ета-протонов резорцинового кольца (7.13 м.д.). Необходимо отметить, что в спектре ЯМР !Н соединения 10 отсутствуют сигналы орто-протояов резорцинового кольца и сигналы протонов альдегидной группы, в то время как в области (4.95 м.д.), появляется сигнал, соответствующий четырем полуацетальным группам. В ИК-спектре соединении 10 отсутствует полоса поглощения С=0 связи альдегидной группы.

ИК-спектр соединений 7, 9в,г,е также дает наглядную информацию о типе замещения и структуре образующегося продукта. Интенсивность полосы поглощения альдегидной группы пропорциональна количеству замещенных с/?то-протонов ароматического кольца каликс[4]резорцинов. Так, для тетразамещенного продукта 7 с четырьмя альдегидными группами характерна полоса поглощения в области 1725 см"1 высокой интенсивности, в то время как для монозамещенного продукта 9е ее интенсивность значительно ниже. Полоса поглощения гидроксильных групп 3296см" имеет более узкий характер для тетразамещенного каликс[4]резорцина, чем в случае монозамещенного продукта (3172 - 3322 см" ).

Таким образом, нами впервые показано, что на результат реакции Манниха существенное влияние оказывает природа функциональной группы в амине, длина алкильного радикала на нижнем ободе каликс[4]резорцина и условия проведения реакции. Были подобраны условия для селективного получения монозамещенных оснований Манниха на каликсареновой платформе.

На наш взгляд, ключевую роль в реакции играет процесс распознавания реагента каликс[4]резорциновой платформой. При этом процесс распознавания является функцией, зависящей как от строения вводимого субстрата, так и от пред организации каликсареновой платформы (зависящей от длины алкильного радикала на нижнем ободе молекулы). Кроме того, на предорганизацию калике[4]резорциновой платформы значительное влияние оказывает природа растворителя, смена которого приводит к изменению микроархитектуры молекулярного ансамбля, полученного из молекул каликс[4]резорцина и как следствие, изменению его реакционной способности.

Исследование взаимодействия резорцина, 2-метилрезорцина с N-Сдиме-токсиэтил)метиламинометильными производными каликс[4]резорцинов

В нашем случае процесс псевдовращения несколько замедлен, в результате чего в спектре ЯМР JH в виде пары уширенных сигналов проявляются протоны метиленовых групп, связанных с ацетатным фрагментом (4.67, 4.87 - 4.89 м.д.) и ароматических протонов в области (6.2-6.8 м.д. и 7.4 - 7.8 м.д.); а сигналы протонов ацетильной и ацетатной групп проявляются в спектре в виде двух синглетов соответствующих квазикопланарному и квазиперпендикулярному расположению ароматических колец (1.95, 1.97 м.д. и 2.32, 2.35 м.д., соответственно).

В спектре ЯМР Н соединений 19б,в,ж наблюдаются сигналы протонов метильных групп алкильного радикала (0.83 - 0.92 м.д.), метиленовых групп алкильного радикала (1.21 - 1.34 м.д., 1.88 - 1.91 м.д.), метильных групп ацетильного радикала (1.90 - 1.97 м.д.), метильных групп ацетатного фрагмента в виде двух синглетов (2.27 - 2.32 м.д., 2.32 - 2.35 м.д.), метановых групп (3.91 - 3.98 м.д.), метиленовых групп, связанных с ацетатным фрагментом и ароматическим ядром (4.83 - 4.94 м.д.), сигна лы л«ета-протонов ароматического кольца в виде двух уширенных сигналов в облас ти (6.08 - 6.39 м.д.) и (7.27 - 7.68 м.д.). В спектрах ЯМР 13С соединений 19б,в,ж имеются сигналы атомов углерода метальной группы алкильного радикала (12.86 - 14.05 м.д.), метильных групп ацетильного фрагмента (20.43 - 20.47 м.д.) метильных групп ацетатного фрагмента (20.62 -20.63 м.д.), метиленовых групп алкильного радикала (22.62 - 35.97 м.д.), метановых групп каликсаренового остова (36.79 — 39.42 м.д.), метиленовых групп связанных с ароматическим ядром (56.64 - 56.70 м.д.), карбонильной группы ацетильного (168.40 - 168.57 м.д.) и ацетатного (170.33 - 170.36 м.д.) фрагментов. Помимо перечисленных выше, в спектрах ЯМР С соединений 19б,в,ж в виде пары проявляются сигналы атомов углерода ароматических ядер каликс[4]резорцина, связанных с метиленовой группой (121.28 - 122.39 м.д. и 122.67 - 123.23 м.д.), атомом водорода (125.13 -126.91 м.д. и 126.06 - 127.85 м.д.), метиновой группой (134.59 - 136.31 м.д.) и ацетильными группами (145.36 - 148.12м.д.).

В ИК-спектре соединений 18а-в имеются интенсивные полосы поглощения, соответствующие -С=С- (1597см"1) связи ароматического кольца и С=0 (1759 см"1) связи ацетильной группы, в то время как в ИК-спектре соединений 19б,в,ж полоса поглощения соответствующая связи -С=С- появляется в области (1615 см"1), связи С=0 ацетильной группы (1736 см"1) и С=0 ацетатной группы (1762 см"1).

Одновременно с нашими исследованиями в литературе [130] появились данные о синтезе соединений подобных 19, которые получались авторами с низкими выходами (27%).

Таким образом, в результате изучения реакции каликс[4]резорцинов с уксусным ангидридом разработан метод, позволяющий в зависимости от условий реакции получать с высокими выходами каликсарены, содержащие на верхнем ободе молекулы 8 или 12 ацетильных групп; показана возможность целенаправленной трансформации каликс[4]резорцинов из конформации «конус» в конформацию «лодка»; сформированы дополнительные центры координации.

Другой возможностью формирования новых центров координации в аминоал-килированных каликс[4]резорцинах является их взаимодействие с соединениями, содержащими подвижный атом водорода. Известно, что фенольные основания Манниха реагируют с тиофенолами, меркаптанами и др. путем обмена аминогруппы на мер-каптогруппу, в результате чего образуются тиопроизводные фенолов. Кроме того, известно, что наиболее эффективными комплексообразующими реагентами являются соединения, имеющие несколько центров связывания и обладающие способностыо к образованию хелатных комплексов. Учитывая изложенное выше, с целью получения соединений имеющих дополнительные центры координации нами было изучено взаимодействие каликс[4]резорцинов 20, выбранных в качестве модельных соединений, с 8 экв. диэтилдитиофосфорной кислоты в хлороформе.

В результате реакции, вместо ожидаемого нами продукта замещения аминогрупп каликс[4]резорцина диэтоксидитиофосфатными фрагментами (рис. 15) с высоким выходом были выделены аммонийные соли состава 21а-г.

Такое направление реакции в данном случае можно объяснить высоким акти-вационным барьером, необходимым для разрыва связи CH2-N, для снижения которого необходимо повысить температуру реакции, что в нашем случае невозможно из-за процессов разложения диэтилдитиофосфорной кислоты при высоких температурах.

Строение соединений 21а-г доказано данными методов спектроскопии ЯМР (31Р, Н, 13С), ИК-спектроскопии, состав подтвержден данными элементного анализа.

Спектр ЯМР !Н соединения 21а содержит сигналы протонов метильных групп аминоэтильного фрагмента в виде триплета (1.22 м.д., JHH 7.60), метильных групп этоксильного фрагмента (1.38 м.д., .3JHH 7.45), метильных групп алкильного радикала (1.73 м.д., . Унн 7.11) в виде дублета. Протоны метиленовых групп этильного радикала неэквивалентны и проявляются в спектре в виде двух мультиплетов (3.21 - 3.24м.д., 3.26 - 3.31 м.д.). Подобное расщепление от атома фосфора наблюдается и для метиленовых протонов в этоксильном радикале (3.98 - 4.03). Спектр ЯМР Н соединения 21а также содержит сигналы метиленовых протонов, связанных с ароматическим кольцом каликс[4]резорцина (4.35), метановых протонов каликсаренового остова в виде квар-тета (4.67 м.д., JHH7.11), мета-протонов ароматического кольца (7.39 м.д.) и протонов гидроксильных групп (8.74 м.д.).

В ИК-спектре соединений 21а-г наблюдаются полосы поглощения 775 см"1 (P=S-), 1025см 1 (Р-О-С), 1595 см-1 (С=Саром), 2668 (NH+), 3201 (ОН), 3440 (NH+) связей.

Полученные соединения представляют собой порошки от белого до светло-розового цвета 21а-в и маслообразную жидкость 21г с низкими температурами плавления. В отличии от исходных соединений, помимо хлороформа, они становятся растворимы в ацетоне, спиртах, ДМФА. Соединение 21г растворимо даже в гексане и пентане. Полученные солевые структуры обладают не только улучшенной растворимостью, но и дополнительными центрами координации, а также потенциальной биологической активностью, благодаря наличию в них атомов фосфора и серы.

Похожие диссертации на Синтез и свойства каликс[4]резорциновых оснований манниха, содержащих на верхнем ободе молекулы ацетальные (альдегидные) группы

Синтез, строение и комплексообразующие свойства тиакаликс[4]аренов, содержащих карбонильные группы на нижнем ободеКлешнина Софья Рушатовна

Синтез и комплексообразующие свойства стереоизомеров тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих БИ- и полифункциональные группыЖуков Аркадий Юрьевич

Синтез и комплексообразующие свойства замещенных по нижнему ободу n-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих амидные, сложноэфирные и гидроксильные группыЯнтемирова, Алена Артемовна

Селективные реакции азидных групп, синтез и свойства высокоспиновых нитренов Чапышев Сергей Викторович

Синтез и координационные свойства новых групп хиральных P, N-бидентатных производных фосфористой кислоты и их использование в асимметрическом катализе аллильного замещенияЦарев Василий Николаевич

Синтез и свойства дифталоцианинов IV группы и их аналоговОвчинникова, Наталья Ананьевна

Синтез и свойства новых ациклических азахалькогененов с терминальными ароматическими группами и родственных соединенийМакаров, Аркадий Глебович

Синтез и свойства металлокомплексов фталоцианинов и макрогетероциклических соединений с заместителями, содержащими трифенилметильные группыЕлькин Игорь Александрович

Синтез и свойства 4-замещенных 5H-1,2,3-дитиазоловБольшаков Олег Игоревич

Синтез и свойства 2-[4-(гидроксиимино)циклогекса-2,5-диен-1-илиден]арилацетонитриловКоновалова Наталия Валерьевна