Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Кристаллическое строение производных изостевиола и его молекулярных комплексов

Диссертация: Кристаллическое строение производных изостевиола и его молекулярных комплексов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В последние десятилетия прошлого века широкое распространение получили исследования кристаллического строения природных соединений методом рентгеноструктурного анализа. Одним из важнейших классов природных соединений являются стероиды. Интерес к их интенсивному изучению вызван, в основном, их ценными практическими свойствами, а именно: благодаря известной склонности к образованию комплексов типа… Читать ещё >

Кристаллическое строение производных изостевиола и его молекулярных комплексов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава I. Литературный обзор
    • 1. 1. Супрамолекулярная химия, ее границы и модели
      • 1. 1. 1. Молекулярное распознавание и его концепции
      • 1. 1. 2. Кристаллическая инженерия
    • 1. 2. Кристаллическая структура аннелированных 11 насыщенных тетрациклических соединений
      • 1. 2. 1. Классификация тетрациклических соединений
      • 1. 2. 2. Дезоксихолевая кислота
      • 1. 2. 3. Холевая кислота
      • 1. 2. 4. Апохолевая кислота
      • 1. 2. 5. Производные холевой кислоты и другие 24 представители класса стероидов
      • 1. 2. 6. Тетрациклические терпеноиды ряда каурена и стахена
      • 1. 2. 7. Коэффициент кристаллической упаковки полости хозяина
  • Глава II. Обсуждение результатов. Кристаллическая структура изостевиола и его производных
    • 2. 1. Изостевиол
      • 2. 1. 1. Кристаллическая структура изостевиола
      • 2. 1. 2. Продукты восстановления кетогруппы изостевиола
      • 2. 1. 3. Азометины изостевиола
      • 2. 1. 4. Сложные эфиры изостевиола
      • 2. 1. 5. а-галогенкетоны изостевиола
      • 2. 1. 6. Молекулярные комплексы изостевиола с молекулами 80 ароматических соединений
  • Глава III. Экспериментальная часть
  • Выводы

В последние десятилетия прошлого века широкое распространение получили исследования кристаллического строения природных соединений методом рентгеноструктурного анализа. Одним из важнейших классов природных соединений являются стероиды. Интерес к их интенсивному изучению вызван, в основном, их ценными практическими свойствами, а именно: благодаря известной склонности к образованию комплексов типа «гость-хозяин», они нашли свое применение в качестве селективных сорбентов, экстрагентов, катализаторов, переносчиков и энантиоселективных матриц. Всестороннее изучение строения как самих стероидов и их функциональных производных, так и молекулярных комплексов на их основе, развивает наши представления о процессах, протекающих в живой природе, таких как молекулярное распознавание, транспорт и перенос. По этим причинам структурные исследования стероидов и их производных, несомненно, актуальны.

Одним из важных факторов, благодаря которым изучение кристаллического строения природных соединений в целом и стероидов в частности получило «дополнительное ускорение», явилось значительное развитие и усовершенствование метода РСА. Благодаря новому поколению приборов, значительно сократилось время проведения эксперимента и, существенно повысилась точность получаемых экспериментальных данных. А это, в свою очередь, расширило круг задач, которые могут быть поставлены перед химиками-структурщиками. Так, если для середины прошлого века считалось большой удачей методом рентгеноструктурного анализа установить молекулярную геометрию соединения в кристалле (с достаточно большими, по сегодняшним меркам погрешностями), то в настоящее время расшифровка структуры соединения не представляет уже такой большой проблемы. И все большее внимание ученых привлекает исследование всех возможных межмолекулярных взаимодействий (ММВ) в кристалле, как сильных (классических водородных связей), так и слабых (C-H.0 связей, 71-Ttстекинг и т. д.), которые играют важную роль в биологических объектах. Для различных по химической природе соединений в кристалле реализуются различные мотивы ММВ, что, в свою очередь различные типы кристаллической упаковки, а это является предметом изучения относительно новой, динамично развивающейся области химии — супрамолекулярной химии.

Предлагаемая диссертационная работа посвящена всестороннему изучению кристаллического строения некоторых представителей класса стероидов, депонированных в Кембриджском банке структурных данных (КБСД). В качестве объекта собственных структурных исследований был взят природный дитерпен изостевиол, а также ряд его химических производных и молекулярных комплексов на их основе, предоставленные лабораторией химии природных соединений ИОФХ им. А. Е. Арбузова.

Проведен рентгеноструктурный анализ кристаллического строения химических производных изостевиола и его молекулярных комплексов, включая как молекулярную геометрию, так и всесторонний анализ ММВ в кристалле, и типов образующихся кристаллических упаковок. Самостоятельная задача исследования была сформулирована как выявление на примере класса стероидов (по литературным данным и собственным структурным исследованиям) зависимости между химическим строением соединения и типом супрамолекулярной структуры, образуемой им в кристалле.

Научная новизна: Установлена кристаллическая структура 27 новых соединений на основе изостевиола, в том числе спиртов, иминов, ацетатов, эфиров, а-галогенкетонов и молекулярных комплексов с различными малыми молекулами, проанализированы межмолекулярные взаимодействия и типы упаковки в этих кристаллах. Установлена абсолютная конфигурация оптически активных центров в молекуле изостевиола. Практическая значимость.

1. Проведена систематизация образующихся кристаллических структур на основе холевых кислот и их аналогов.

2. Выявлены структурные условия для образования молекулярных комплексов производных изостевиола с малыми молекулами.

3. Найдена способность изостевиола образовывать устойчивые молекулярные комплексы с ароматическими молекулами малого размера. Эта способность может быть использована в дальнейшем для разделения региои стереоизомеров ароматических молекул в процессе кристаллизации. Апробация работы: Материалы диссертационной работы были представлены на следующих конференциях: II Научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра КГУ «Материалы и технологии XXI века» (Казань, 2001, 2003), III Всероссийская конференция молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2001), III Международная конференция «Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологии» (С.-Петербург, 2001), I и II Международные симпозиумы по молекулярному дизайну и синтезу супрамолекулярных архитектур (Казань, 2000, 2002), II Всероссийская конференция «Химия и технология растительных веществ» (Казань, 2002), V Молодежная научная школаконференция по органической химии (Екатеринбург, 2002), III Национальная кристаллохимическая конференция (Черноголовка, 2003).

Публикации: По материалам диссертации имеется 20 публикаций, в том числе 5 статей в российских изданиях и 15 тезисов докладов на российских и международных конференциях.

Автор выражает благодарность за финансовую поддержку в проведении исследований Российскому Фонду Фундаментальных Исследований (гранты 01−332 188, 01−03−32 190, 02−03−6 020, 02−03−32 280), Российско-Американской Программе BRHE «Фундаментальные исследования и высшее образование» (грант REC-007) и фонду НИОКР Академии наук Республики Татарстан (грант 07−7.4−39), Российскому фонд фундаментальных исследований за финансовую помощь в оплате лицензии за пользование Кембриджским банком структурных данных (грант 99−07−90 133).

ВЫВОДЫ:

1. Установлена кристаллическая структура 27 новых соединений на основе изостевиола, в том числе спиртов, иминов, ацетатов, эфиров, а-галогенкетонов и молекулярных комплексов с различными малыми молекулами, проанализированы межмолекулярные взаимодействия и типы упаковки в этих кристаллах. Установлена абсолютная конфигурация оптически активных центров в молекуле изостевиола.

2. Показано, что для монокаркасных производных изостевиола, кристаллосольваты, или комплексы включения получаются только при наличии немодифицированной кислотной группой.

3. Для бисизостевиольных производных, построенных по типу «голова к голове», молекулярных комплексов не наблюдается, в то время как в кристаллах структур, имеющих тип построения «голова к хвосту» даже при коротком соединительном мостике, получены кристаллосольваты с малыми молекулами.

4. Найдена способность изостевиола образовывать устойчивые изоструктурные молекулярные комплексы с ароматическими молекулами. Супрамолекулярная структура этих комплексов представляет собой двойные спирали вокруг винтовых осей 4-го порядка, образованные молекулами изостевиола.

5. Показано, что образование комплексов изостевиола с молекулами изомеров нитроанилина и ксилола происходит региоселективно. Эта способность может быть использована в дальнейшем для разделения региои стереоизомеров ароматических молекул в процессе кристаллизации.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Лен Ж.-М. Супрамолекулярная химия. Концеции и перспективы. Пер. с англ. -Новосибирск: Наука, 1998. -333с.
  2. А.Ф. Пожарский. Супрамолекулярная химия. Часть I. Молекулярное распознавание. // Соросовский образовательный журнал. 1997. — № 9. — с.32−39.
  3. О.А. Раевский. Развитие концепции молекулярного распознавания. //. Российский химический журнал. 1995.— т.39. — с. 109−119.
  4. Pedersen С. J. The discovery of crown ethers // Nobel lectture. Chemistry 1987. -P. 495−511.
  5. Cram d. J. The design of molecular hosts, guests, and their complexes // Nobel lectture. Chemistry. 1987-P. 419−437.
  6. Lehn J. M. Supramolecular chemistry scope and perspectives. Moleculars -supramoleculars — molecular devices // Nobel lectture. Chemistry — 1987. — P. 444 491.
  7. M. Симонетта, А. Гавезотти, К. Кучицу и др. Молекулярные структуры. Прецизионные методы исследования. М.: Мир, 1997. — 671с.
  8. A. Gavezzotti. Are Crystal Structures Predictable? // Acc. Chem. Res. 1994. -Vol.27. — p. 309−314.
  9. V. Videnova-Adrabinska. The hydrogen bond as a design element in crystal engineering. Two- and three-dimentional building blocks of crystal architecture. // Journal of Molecular Structure. -1996.- Vol.374. p.199−222.
  10. G.R. Desiraju. Crystal Engineering- the Design of organic solids. Elsevier: New York, 1989 -p.312.
  11. Gautam R. Desiraju. The С H.0 Hydrogen bond: Structural Implications and Supramolecular design. // Acc. Chem. Res. — 1996. — Vol.29. — p.441−449.
  12. Gautam R. Desiraju. The С H.0 Hydrogen bond in Crystal: What is it? // Acc. Chem. Res. — 1991. — Vol.24, -p.290−296.
  13. J. Bernstein, M.D. Cohen, L. Leiserowitz. In the Chemistry of Quinonoid compounds. // Patsai, S., Ed.- Interscience: New York, 1974. —p.37.
  14. Z. Berkovitch-Yellin, L. Leiserowitz. The role played by C-H.,.0 and C-H.N interactions in determining molecular packing and conformation // Acta Crystallogr. 1984. — B40. -p.159−165.
  15. V. Videnova-Adrabinska. The hydrogen bond as a design element in crystal engineering. Two- and three-dimentional building blocks of crystal architecture. // Journal of Molecular Structure. 1996. — Vol.374. — p.199−222.
  16. .В. Основы эндокринологии. M.: МГУ, 1994. — 384с.
  17. Latschiroff P. Uebereine der cholsaure analoge neue saure // Chem. Ber. 1885. -Vol. 18.-3039−3047.
  18. Y.Go, O. Kratky // Z.Phys.Chem 1934. — Vol. B26. — p.439.
  19. V.M.Coiro, E. Giglio, F. Mazza, N.V.Pavel, G.Pochetti. Structure of the 4:1 inclusion compound between deoxycholic acid and (?)-/?-dimethylaminoazobenzene // Acta Ciystallogr. 1982.-Vol. B38.-p.2615−2620.
  20. S. Candeloro De Sanctis, E. Giglio, V. Pavel, C. Quagliata. A study of crystal packing of the 2:1 and 3:1 canal complexes between deoxycholic acid and p-diiodobenzene and phenantrene. // Acta Cryst.— 1972. Vol. B28. — p. 3656−3661.
  21. E.Giglio, F. Mazza, L. Scaramuzza // J. Inclusion Phenom.Macrocyclic Chem. -1985.- Vol.3 p.437
  22. S. C. De Sanctis, E. Giglio, V. Pavel and C. Quagliata. A study of the crystal packing of the 2:1 and 3:1 canal complexes between deoxycholic acid, jo-diiodobenzene and phenanthrene // Acta Crystallogr, 1972. — Vol. B28. — p.3656−3661.
  23. V.M.Coiro, E. Giglio, F. Mazza, N.V.Pavel. // J. Inclusion Phenom.Macrocyclic Chem.- 1984-Vol. l-p.329.
  24. S.Limmatvapirat, K. Yamaguchi, E. Yonemochi, T. Oguchi, K.Yamamoto. A 1:1 Deoxycholic Acid-Salicylic Acid Complex // Acta Crystallogr. 1997. — Vol. C53 -p.803−805
  25. M. Gdaniec, T. Bytner, M. Szyrszyng, T. Polonsky. Inclusion compounds of nitrosobenzenes with cholic acid and deoxycholic acid. // Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry. 2001. — Vol. 40. — p.243−247.
  26. M. Gdaniec, M.J. Milewska, T. Polonsky. Enantioselective inclusion complexation of N-nitrosopiperidines by steroidal bile acids. // Angew. Chem. Int. Ed. 1999. -Vol. 38, № 3.-p.392−395.
  27. R. Popovitz-Biro, C. P. Tang, H. C. Chang, M. Lahav, L. Leiserowitz. Solid-state photochemistry of guest aliphatic ketones inside the channels of host deoxycholic and apocholic acids. // J. Am. Chem. Soc. 1985. — Vol. 107. — p.4043−4058.
  28. K. Miki, N. Kasai, H. Tsutsumi, M. Miyata, K. Takemoto. Structure of a 2:1 complex between deoxycholic acid and ferrocene. // J. Chem. Soc., Chem. Commun.- 1987.- p.545−546.
  29. J.G.Jones, S. Schwarzbaum, L. Lessinger and B.W.Low. The structure of the 2:1 complex between the bile acid deoxycholic acid and (+)-camphor // Acta Crystallogr. Sect.A. 1981.-Vol. 37.-p.76.
  30. Wallimann. Steroids in molecular recognition // Chem. Rev. 1997. — V. 97, № 5. -P. 1567- 1608
  31. V.M.Coiro, A. D'Andrea, E.Giglio. Strucrure and van der Waals energy study of the palmatic acid choleric acid complex // Acta Crystallogr., Sect.B. — 1980. — Vol. 36. -p.848−852
  32. V.M.Coiro, F. Mazza, G. Pochetti, E. Giglio, N.V.Pavel. The structure of the 2/1 «channel» inclusion compound between dexycholic acid and pinacolone, 2C24H4o04*C6Hi20 // Acta Crystallogr., Sect. C (Cr.Str.Comm.). 1985 — Vol. 41 -p.229−232.
  33. R. Popovitz-Biro, C.P. Tang, H.C. Chang, M. Lahav, L. Leiserovitz. Solid state photochemistry of guest aliphatic ketones inside the channels of host deoxycholic acid and apocholic acid. // J. Am. Chem. Soc. 1985. — Vol. 107. — p.4043−4058.
  34. M.Lahav, L. Leiserowitz, R. Popovitz-Biro, C.-P.Tang Reactions in inclusion molecular complexes. 2. A topochemical solid-state photoaddition of acetone to deoxycholic acid // J.Am.Chem.Soc. 1978. — Vol. 100. — p.2542−2544,
  35. S.C.de Sanctis, E. Giglio, F. Petri, C.Quagliata. The 2:1:1 canal complex between deoxycholic acid, dimethyl sulphoxide and water // Acta Crystallogr. 1979. — Vol. B35. -p.226−228.
  36. Padmanabhan K., Venkatesan K., Ramamurthy V. Structure-reactivity correlation in inclusion complexes: deoxycholic acid di-tert-butil thioketone // Can. J. Chem. -1984. Vol. 62. — P. 2025−2028.
  37. De Titta G. Т., Craven В. M. Crystal structure determination of the 1:1 complex of deoxycholic acid and acetic acid // J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1972. — P. 530−531.
  38. K.Miki, N. Kasai, M. Shibakami, S. Chirachanchai, K. Takemoto, M.Miyata. Crystal structure of cholic acid with no guest molecules // Acta Crystallogr., 1990 — Vol.1. C46.-p.2442−2445.
  39. Caira M. R., Nassimbeny L. R., Scott J. L. Crystal structure and multiphase decomposition of a novel cholic acid inclusion compound with mixed guests // J. Chem. Soc. Perkin Trans.II. 1994. — Vol. 7. — P. 1403−1405.
  40. Shibakami M., Sekiya A. Crystal structures of cholic acid-aniline and 3-fluoroaniline inclusion compound- fluorine atom effect on channel and hydrogen bonding pattern // J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1994. — P. 429−430.
  41. Sada K., Miyata M., Nakano K. Guest-participating reversion of molecular arrangements in asymmetric multibilayers of cholic acid inclusion crystals // J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1995. — P. 953−954.
  42. Miki K., Masui A., Kasai N., Miyata M., Shibakami M., Takemoto K. New channel-type inclusion compound of steroidal bile acid. Structure of a 1:1 complex between cholic acid and acetophenone // J. Am. Chem. Soc. 1988. — Vol. 110. — P. 65 946 596.
  43. Caira M., Nassimbeni L., Scott J. Selective inclusion by cholic acid // J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1993. — P. 612−614.
  44. Gdaniec M., Polonski T. Generation of hirality in guest Aromatic ketones included in the crystals of steroidal bile acids // J. Am. Chem. Soc. 1998. — Vol. 120. -7353−7354.
  45. Nakano K, Sada K., Miyata M. Novel additive effect of inclusion crystal on polymorphs-cholic acid crystals having different hydrogen-bonded networks with the same organic guest // Chem. Commun. 1996. — P. 989−990.
  46. Caira M. R., Nassimbeny L. R., Scott J. L. Inclusion compounds of cholic acid with aliphatic esters // J. Chem. Soc. Perkin Trans. II 1994. — Vol. 3. — P. 623−628.
  47. Nowak E., Gdaniec M., Polonski T. The crystal structure of the 2:1 cholic acid -benzophenon clathrate // Journal of Inclusion Phenomena. 2000. — Vol. 37. — P. 155−169
  48. Sada K., Miyata M., Kondo Т., Ushioda M., Matsuura Y., Nakano K., Miki K. Functionalization of inclusion cavities of bile acid hosts. Channel-type inclusion compounds of cholamide // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1998. — Vol. 71. — P. 19 311 937.
  49. Sada K., Miyata M., Sugahara M. A robust structural motif in inclusion crystal of norbile acids // Chem. Commun. 1999. — P. 293−294.
  50. S.W.Pelletier, H.K.Desai, J. Finer-Moore, N.V.Mody. Structure of cuauchichicine. Its chemical correlation with (-)-«.beta."-dihydrokaurene // J.Am.Chem.Soc. 1979. -Vol. 101.-p.6741−6742,
  51. E.Foresti Serantoni, A. Krajewski, R. Mongiorgi, L. Riva di Sanseverino, G.M.Sheldrick. The crystal and molecular structure of a mineral diterpene, bombiccite, C20H34. // Acta Crystallogr. 1978. — Vol. B34. -p.1311−1316,
  52. I.L.Karle. The structure of (-)-kaur-15-en-19-al an aldehyde isolated from Espelitia weddeti // Acta Crystallogr. 1972. — Vol. B28. — p.585−589.
  53. R.F.Raffauf, M.D.Meachery, P.W.Le Quesne, E.V.Arnold, J. Clardy Antitumor plants. 11. Diterpenoid and flavonoid constituents of Bromelia pinguin L // J.Org.Chem. 1981. — Vol. 46. — p. l094−1098.
  54. Wu Jianhua, Wang Boyi, Zheng Peiju, Li Zhulian, Chen Ke, Pan Deji, Xu Guangyi // Chinese J.Struct.Chem.(Jiegou Huaxue) 1986 — 5 — p.190.
  55. Cambridge Structural Database System // Cambridge. Version 5.18. Nov. 1999.
  56. A.M.G. Dias Rodrigues, R.H. de Almeida Santos, J.R. Lechat. Structure of (4or)-13-hydroxykaur-16-en-18-oic acid (steviol) methanol solvate // Acta Crystallogr. -1993.-Vol. C49.-p.729−731.
  57. Yellin R. A., Green В. S., Knossov М., Tsoucaris G. Crystal discrimination in crystalline tri-o-thimotide clatrate inclusion complexes chemical and crystallographic studies // J.Am.Chem.Soc. 1983. — Vol. 105 — № 14. — P. 45 614 571
  58. В.Н., Апреленко В. М. Лекарственное растение Стевия. // Московские аптеки. 1999. — № 9. — С. 21.
  59. Ogawa Т., Nozaki М., Matsui М. Total synthesis of stevioside // Tetrahedron. -1980.-Vol. 36, № 18.-P. 2641−2648.
  60. J.R.Hanson. The tetracyclic diterpenes. Oxford: Pergamon Press. — 1968. — 133 p
  61. Rodrigues A.M.G.D., Lechat J.R. Structure of (4a, 8p, 13 P)-13-Methyl-16-oxo-17-norkauran-18-oic acid (Isosteviol) // Acta Crystallogr., Sect. C (Cr.Str.Comm.). -1988.-Vol. 44.-P. 1963−1965.
  62. Oliveira B.-H., Santos M. C., Paulo C. L. Biotransformation of the diterpenoid, Isosteviol, by Aspergillus niger, Penicillium chrysogenum and rhizopus arrhizus // Phitochemistry. 1999. -Vol. 51.-P. 737−741.
  63. B.A., Бакалейник Г. А., Катаев B.E., Ковыляева Г. И., КоноваловА.И., Стробыкина И. Ю., Андреева О. В., Корочкина М. Г. Хлорангидрид изостевиола.// ЖОХ. 2000.- Т. 70, Вып. 8. — С. 1406.
  64. Spek A.L. PLATON for Windows, version 98. // Acta Crystallogr. 1990. -Vol.46, N.l. -P.34−41.
  65. Л., Физер М. Стероиды. Москва: «Мир». — 1964. — 982 с
  66. И.Н., Бергельсон Л. Д. Химия стероидных гормонов. Москва: Издательство академии наук СССР. — 1955. — 752 с.
  67. Н., Gloe К., Schiessl P., Schmidtchen F.P. // Supramol. Chem. — 1995. -N5. —P. 273−280.
  68. Hsieh H., Muller J.G., Burrows C.J. Structural Effects in Novel Steroidal Polyamine-DNA Binding // J.Am.Chem.Soc. 1994. — Vol. 116, N 26. — P. 1 207 712 078.
  69. J. Tamminen, Е. Kolehmainen. Bile acid as building blocks of supramolecular hosts. // Molecules. 2001. — Vol. 6. — P.21−46.
  70. Alfonsov V.A., Bakaleynik G.A., Gubaidullin A.T., Kataev V.E., Kovyljaeva G.I., Konovalov A.I., Litvinov I.A., Strobykina I.Ju., Andreeva O.V., Korochkina M.G. Molecular Complex of Isosteviol with Aniline // Mendeleev Commun. 1999.- .N 6. — P. 227−228.
  71. Clauge A.D.H., Bernstein H.J. II Spectrochim. Acta. 1969. — Vol. 25A, N 3. — P. 593−596.
  72. Iogansen A. V. II Spectrochim. Acta 1999. — Vol. 55A, N 8 — P. 1585−1612.
  73. M.J.S.Dewar, E.G.Zoebisch, E.F.Healy, J.J.P.Stewart AMPAC (IBM), QCPE, No. 527, 1987.
  74. Altomare A., Cascarano G., Giacovazzo C., Viterbo D. SIR. A computer program for the automatic solution of crystal structures. // Acta Crystallogr. 1991. — Vol. A47, N.4. -P.744−748.
  75. Straver L.H., Schreibeek A.J. MOLEN. Structure Determination System. Nonius B.V. Delft. Netherlands. 1994. — Vol.1,2.
  76. Walter C. Hamilton. Significance Tests on the Crystallographic R Factor // Acta Cryst. 1965. — Vol. 18. — P.502−510.
  77. G. M. Sheldrick, SHELX-97 Programs for Crystal Structure Analysis (Release 972), University of Gottingen, Germany.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!