Актуальность исследования. Бурно развивающейся областью современной органической химии является химия макроциклических соединений. В последнее десятилетие особое внимание привлекают каликсарены, являющиеся универсальными «строительными блоками» для синтеза новых супрамолекулярных систем. Каликсарены — продукты конденсации фенолов и формальдегидаявляются доступными предорганизованными макроциклическими структурами. Основная причина возникновения интереса к этим соединениям — способность образовывать комплексы включения типа «гость — хозяин» с заряженными и нейтральными молекулами.
Впервые продукты макроциклизации фенолов и альдегидов были получены А. Байером в 1872 г. Но приписать им циклическую тетрамерную структуру удалось только в 40-х годах XX столетия. Спустя тридцать лет Гуче с соавторами разработал методики получения каликсаренов с различным четным числом фенольных фрагментов в цикле [1,2].
В 1997 году одностадийным синтезом был получен п-трет-бутилтиакаликс[4]арен (ТСА), ставший новым объектом исследований в химии макроциклических соединений. Очевидно, что замена в молекуле п-трепг-бутилкаликс[4] арена метиленовых мостиков на атомы серы создает новые особенности в химическом поведении и комплексообразующей способности каликсаренов. Однако при этом резко усложняется задача установления конформации макроцикла вследствие отсутствия мостиковых метиленовых протонов, позволяющих определять конформацию каликс[4]аренов по ПМР спектрам [3,4].
Каликсарены широко используются в качестве молекулярной платформы для создания высокоселективных экстрагентов. Наличие в них активных реакционных центров позволяет проводить различные модификации структуры. Функционализацией фенольных групп, ароматических колец и мостиковых 5 фрагментов исходных макроциклов соответствующими органическими и элементорганическими реагентами может быть достигнуто многократное увеличение рецепторной способности [2].
В связи с этим целью настоящей работы является разработка подходов к синтезу различных конформеров тиакаликс[4]арена и синтезу тиакаликс[4]аренов с различной степенью функционализации.
Научная новизна и выносимые на защиту положения состоят в следующем.
Изучено взаимодействие п-т/?ет-бутилтиакаликс[4]арена с а-бромацетофеноном и КДЧ-диэтилхлорацетамидом в присутствии карбонатов щелочных металлов в ацетоне и ацетонитриле. Установлено, что темплатный эффект ионов щелочных металлов приводит к стереоселективному образованию трех конформационных изомеров: конус, частичный конус и 1,3-альтернат.
Показано, что полученные тетракетон и тетраамид на основе тиакаликс[4]арена являются эффективными и селективными экстрагентами, способными к распознаванию катионов щелочных металлов. Причем тетраамид является наиболее эффективным экстрагентом для всех изученных катионов металлов, а тетракетон демонстрирует высокую селективность по отношению к катионам натрия и калия.
Установлено, что стехиометрия (соотношение макроцикл/ион щелочного металла) комплексов, образующихся в дихлорметане, варьируется от 1:1 до 1:4 и зависит от следующих факторов: комплементарности размеров иона и полости, образованной четырьмя лигандирующими фрагментами на нижнем ободе, а также от аллостерического эффекта.
Разработана методика получения с высоким выходом 1,3-дизамещенного по нижнему ободу п-трем-бутилтиакаликс[4]арена в конформации конус, содержащего две (бензоил)метокси-группы.
Показано, что возможно использование CH2-C (0)Ph фрагмента в качестве защитной группы фенольных групп п-т/?ет-бутилтиакаликс[4]арена.
Впервые синтезирован и охарактеризован п-трет-бутилтиакаликс[4]арен с тремя различными группами в нижнем ободе, обладающий внутренней хиральностью. 6.
Практическая значимость работы.
Синтезированы новые эффективные и селективные экстрагенты катионов щелочных металлов, являющиеся перспективными в качестве ионофоров в ионоселективных сенсорах. Пикратным методом показана возможность разделения катионов щелочных металлов.
Применение CH2-C (0)Ph фрагмента в качестве защитной группы открывает широкие синтетические возможности для модификации нижнего обода п-трет-бутилтиакаликс[4]арена и получения смешанных трии тетразамещенных, смешанных дистально дизамещенных, 1,3-дизамещенных и монозамещенных по нижнему ободу п-т/?ет-бутилтиакаликс[4]аренов в различных конформациях.
Объем и структура работы.
Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и списка цитируемой литературы. В первой главе представлен обзор современного состояния исследований способов получения тиакаликс[4]арена и его производных, их конформационного поведения и химических свойств. Во второй главе приведены основные результаты экспериментальных исследований и их обсуждение. В третьей главе (экспериментальная часть) представлены методики синтеза полученных в работе соединений и описание проведенных экспериментов.
Основные выводы и результаты.
1. Реакцией тетра-О-алкилирования п-трет-бутилтиакаликс[4]арена с а-бромацетофеноном и К^-диэтилхлорацегамидом впервые получены и охарактеризованы различными физическими методами 5,11,17,23-тетра-п-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис-[(бензоил)-метокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен и 5,11,17,23-тетра-п-т/>ет-бутил-25,26,27,28-тетракис-[(1Ч, М-диэтиацетил)-метокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен в конформациях конус, частичный конус и 1,3-альтернат. Стереоселективность реакции достигается темплатным эффектом катиона, соответствующего карбоната щелочного металла, используемого в качестве основания.
2. Изучение экстракционных свойств полученных тетракетона и тетраамида на основе тиакаликс[4] арена пикратным методом показало, что полученные соединения являются эффективными и селективными экстрагентами. 5,11,17,23-тетра-п-т/?ет-бутил-25,26,27,28-тетракис-[(бензоил)-метокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен в конформации конус наиболее эффективно экстрагирует катион натрия, а в конформациях частичный конус и 1,3-альтернат — катион калия. 5,11,17,23-TeTpa-n-mpem-6yTM-25,26,27,28-TeTpaKHC-[(N, N-flH3™aue™n)-метокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен связывает катионы щелочных металлов значительно более эффективно, но с низкой селективностью.
3. Впервые разработана методика получения с высоким выходом 1,3-дизамещенного по нижнему ободу п-т/?ет-бутилтиакаликс[4]арена — 5,11,17,23-тетра-п-шрет-бутил-25,27-бис-[(бензоил)метокси]-26,28-дигидрокси-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арена в конформации конус.
4. Впервые синтезированы на основе 5,11,17,23-тетра-п-т/?т-бутил-25,27-бис-[(бензоил)-метокси]-26,28-дигидрокси-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арена и охарактеризованы различными физическими методами смешанный дистально.
157 дизамещенный, 1,3-дизамещенный и монозамещенный по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]арены в конформации конус — 5,11,17,23-тетра-п-т/?ет-бутил-25-[(бензоил)-метокси]-27-(1-пропокси)-26,28-дигидрокси-2,8,14,20-тетратиакаликс [4]арен, 5,11,17,23-те1ра-п-трет-бутил-25,27-бис-(1-пропокси)-26,28-дигидрокси-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен, 5,11,17,23-тетра-п-т/?ет-бутил-25-(1 -пропокси)-26,27,28-тригидрокси-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен.
5. Впервые получен п-т/?ет-бутилтиакаликс[4]арен с тремя различными заместителями в нижнем ободе — 5,11,17,23-тетра-п-т/?ет-бутил-25-[(бензоил) метокси]-26,28-бис-(1-пропокси)-27-гидрокси-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен, обладающий внутренней хиральностью.
6. Применение CH2-C (0)Ph фрагмента в качестве защитной группы открывает широкие синтетические возможности для модификации нижнего обода п-трет-бутилтиакаликс[4]арена и получения смешанных трии тетразамещенных ТСА в различных конформациях.