Синтез функционализированных по нижнему ободу n-трет-бутил (тиа) каликс[4]аренов и изучение их взаимодействия с рядом дикарбоновых, ?-гидрокси-и ?-аминокислот

Актуальность. Молекулярное распознавание синтетическими рецепторами природных соединений (карбоновых кислот и биогенных аминов, аминокислот, пептидов, белков), участвующих в разнообразных биологических процессах, является предметом исследований в ряде областей знания — биохимии, супрамолекулярной, органической и аналитической химии, медицине, фармакологии. Это обуславливает бурное развитие подходов к дизайну рецепторов с заданными свойствами и определенными функциями, обеспечивающими их сродство и селективность к биологически значимым соединениям. Создание новых рецепторов (молекул-«хозяев») для решения задач обнаружения, разделения, трансмембранного переноса субстратов, содержащих карбоксильную или карбоксилатную группу, открывает новые перспективы для создания сенсорных и диагностических устройств, систем разделения и концентрирования органических соединений на основе реализации принципов биомиметики, а также для более глубокого понимания принципов транспорта веществ через биологические мембраны.

Как известно, формирование и функционирование природных супрамолекулярных систем обусловлено нековалентными взаимодействиями. Однако при дизайне рецепторов на дикарбоновые, а-гидроксии а-аминокислоты помимо указанных взаимодействий необходимо учитывать ряд дополнительных факторов (самоассоциация органических кислот, сильная гидратация заряженной цвиттер-ионной формы аминокислот, необходимость распознавания гидрофобной боковой цепи, обычно не содержащей заряженных или полярных групп), усложняющих достижение требуемых характеристик распознавания. В связи с этим направленное конструирование указанных рецепторов является комплексной задачей, более сложной, чем распознавание катионов и анионов. Комбинирование различных по природе центров взаимодействия в рамках макроциклической системы открывает новые возможности дизайна «хозяев» для дикарбоновых, а-гидроксии а-аминокислот.

Каликсарены с уникальной трехмерной и конформационно подвижной структурой являются одной из популярных строительных синтетических платформ для синтеза молекул-«хозяев». Благодаря синтетической доступности исходных соединений, сравнительно легкой функционализации верхнего и/или нижнего ободов макроцикла, способности образовывать несколько конформационных изомеров каликсарены становятся в один ряд с такими хорошо известными классами «хозяев», как краун-эфиры, криптанды и циклодекстрины.

В связи с вышесказанным целью работы явилось молекулярное моделирование и направленный синтез рецепторов на а-гидроксии дикарбоновые кислоты, ароматические и алифатические a-аминокислоты на основе и-тре?и-бутил (тиа)каликс[4]аренов, функционализированных сложноэфирными, пентафторфенильными и аминофосфонатными фрагментами, установление структуры полученных макроциклов комплексом физических методов и характеристика их способности к молекулярному распознаванию методами мембранной экстракции, УФ-спектроскопии и ВЭЖХ.

Научная новизна работы состоит в следующем:

— синтезирован ряд новых 1,3-дизамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилкаликс[4]аренов в конфигурации конус, функционализированных ароматическими, алкильными, сложноэфирными, пентафторфенильными, а-аминофосфонатными фрагментами;

— впервые показано, что при замене двух mpem-бутильных заместителей в 1,3-дизамещенных по нижнему ободу каликс[4]аренах, содержащих пентафторфенильные и сложноэфирные фрагменты, на электроноакцепторные нитро-группы происходит избирательное связывание глутаминовой кислоты;

— впервые разработаны подходы к синтезу монои тетразамещенных по нижнему ободу я-ш/?ет-бутилтиакаликс[4]аренов в конформациях конус и 1,3-альтернат, содержащих а-аминофосфонатные фрагменты;

— установлено, что предорганизация аминофосфонатных заместителей на макроциклической платформе (тиа)каликс[4]арена увеличивает избирательность связывания а-гидроксии дикарбоновых кислот;

— впервые на примере соединений, содержащих а-аминофосфонатные фрагменты, продемонстрировано, что переход к тиакаликс[4]арену от его «классического» аналога усиливает способность синтетического рецептора взаимодействовать с дикарбоновыми и а-аминокислотами.

Практическая значимость работы.

Предложены и реализованы подходы к получению новых рецепторных соединений для эффективного связывания a-гидрокси-, дикарбоновых и а-аминокислот. Синтезированы и охарактеризованы 1,3-дизамещенные по нижнему ободу п-трет-бутилкаликс[4]арены в конформации конус, среди которых найдены эффективные и селективные переносчики глутаминовой и винной кислот. Оптимизированы методики синтеза аминофосфонатных производных на основе и-т/?е/и-бутил (тиа)каликс[4]арена в конфигурациях конус и 1,3-альтернат, среди которых выявлены рецепторы для связывания аспарагиновой, гликолевой, щавелевой, винной и глутаминовой кислот. Реализовано разделение смесей дикарбоновых и a-аминокислот в ряду близких по структуре субстратов, что открывает новые возможности для создания систем анализа и очистки сложных биологических смесей.

На защиту выносятся:

Синтез ряда новых 1,3-дизамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилкаликс[4]аренов в конформации конус, содержащих фрагменты для связывания дикарбоновых и а-аминокислот.

Синтез новых производных и-т/>ет-бутилтиакаликс[4]арена, содержащих один, четыре или восемь аминофосфонатных фрагментов в конфигурациях конус и 1,3-алътернат.

Закономерности, связывающие структурные факторы функционализированных п-т/?е"?-бутил (тиа)каликс[4]аренов с их комплексообразующей способностью по отношению к дикарбоновым, а-гидроксии а-аминокислотам.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 146 страницах машинописного текста, включает 55 рисунков и 16 таблиц. Состоит из введения, трех глав, выводов и списка использованных библиографических источников, включающего 234 ссылки.