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

Актуальность. Разнообразие объектов супрамолекулярной химии и их способность проявлять свойства, характерные для высокоорганизованных биомолекул, такие как молекулярное распознавание, катализ, активный и селективный транспорт, привели к бурному развитию химии синтетических рецепторов. Каликсарены и тиакаликсарены широко используются в качестве строительных блоков для дизайна молекул-«хозяев», т.к. они обладают уникальной трехмерной структурой, а также возможностью разнообразной функционализации макроциклической платформы.

Дизайн и синтез систем, способных распознавать анионы, продолжает оставаться одной из актуальных проблем органической химии. Как правило, синтетические рецепторы на анионы содержат протонодонорные группы: амидные, гидроксильные, мочевинные. Многообразие конформационных изомеров тиакаликс[4]арена {конус, частичный конус, 1,2-алыпернат, 1,3-альтернат), а также возможность варьирования числа и природы заместителей позволяют обеспечивать требуемую ориентацию центров связывания макроцикла в пространстве для взаимодействия с определенным типом субстрата.

Региоселективная функционализация нижнего обода макроцикла в случае тиа-аналога каликс[4]арена резко усложняется, так как требует более сложного подбора условий проведения реакции (соотношения реагентов, температуры, времени синтеза). В связи с этим задача получения различно замещенных по нижнему ободу и-треш-бутилтиакаликс[4]аренов представляется комплексной, более сложной, чем синтез макроциклов, замещенных одинаковыми фрагментами.

В связи с успешным селективным 1,3-диалкилированием нижнего обода и-га/?ега-бутилтиакаликс[4]арена 2-бром-Л^(4' -нитрофенил)ацетамидом для создания различно замещенных синтетических рецепторов интерес представляло изучение влияния условий на дальнейшую функционализацию частично замещенных производных сложноэфирными и амидными фрагментами. Также было важно оценить комплексообразующие свойства 1,2-ди-, 1,3-ди-, трии тетразамещенных и-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих Лг-(4'-нитрофенил)ацетамидные фрагменты, по отношению к анионам.

Целью работы является синтез смешанно замещенных по нижнему ободу тиакаликс[4]аренов, содержащих различные амидные, сложноэфирные и гидроксильные фрагменты, и изучение их структуры комплексом физических методов, исследование рецепторных свойств полученных соединений по отношению * к анионным субстратам, установление закономерностей «структура-свойство» синтезированных макроциклов на примере изученных субстратов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

— синтезированы новые частично и различно замещенные по нижнему ободу и-т/?ега-бутилтиакаликс[4]арены, содержащие вторичные, третичные амидные и этоксикарбонильные группы, структура соединений установлена комплексом физических методов;

— разработаны синтетические подходы к получениюразлично замещенных производных я-/я/?ет-бутилтиакаликс[4]арена в трех конфигурациях {конус, частичный конус и 1,3-алътернат) с применением «темплатного» эффекта катионов щелочных металлов (натрия, калия, цезия);

— впервые показано, что хемои стереоселективность взаимодействия этилбромацетата и 1,2-дизамещенного по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]арена, содержащего А^(4'-нитрофенил)ацетамидный фрагмент, в конформации 1,2-альтернат определяется природой используемого карбоната щелочного металла (натрия, калия);

— впервые установлено, что реакция гс-т/?ет-бутилтиакаликс[4]арена с 2-бром-//-(9 ', 10'-диоксо-9', 10 '-дигидроантрацен-1' -ил)ацетамидом в ацетоне в присутствии карбоната натрия приводит к’селективному образованию 1,3-дизамещенного производного тиакаликсарена;

— установлено^ что замена одного 7У-(4'-нитрофенил)ацетамидного фрагмента в-тетразамещенном тиакаликс[4]арене на N. А'-диэтилацетамидную группу приводит к значительному снижению комплексообразующей способности, а замена двух фрагментов на сложноэфирные группы приводит к селективности связывания дигидрофосфат-иона по сравнению со всеми изученными анионами;

— впервые показано, что введение сложноэфирного фрагмента в нижний обод 1,3-дизамещенного л-т/?ега-бутилтиакаликс[4]арена с 7У-(4'-нитрофенил)ацетамидными группами приводит к увеличению констант устойчивости комплекса с исследуемыми' анионами на порядок по сравнению с исходным макроциклом, а замена этоксикарбонильной группы (-0СН2С (0)0Е1) на объемную ДАГ-диэтилацетамидную группу приводит к значительному снижению комплексообразующей способности данного макроцикла и увеличению селективности связывания5 фторид-иона;

— впервые показано, что в ряду изученных смешанно" трии тетразамещенных по нижнему ободу и-/ирет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих вторичные, третичные амидные или этоксикарбонильные группы,. более эффективно анионы связывают тризамещенные производные.

Практическая значимость работы. Синтезированы 28 новых моно-, 1,2- и 1,3-ди-, трии тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих различные амидные и: сложноэфирные фрагменты, в конформациях конус, частичный конус и 1,3-алътернат. Разработаны методы синтеза функционализированных по нижнему ободу я-гарет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих центры связывания различной природы. Впервые показано существенное влияние числа иприроды заместителей на комплексообразующие свойства различно замещенных по нижнему ободу /?-т/?е/и-бутилтиакаликс[4]аренов по отношению к анионным субстратам. Показана возможность использования производных я-трет-бутилтиакаликс[4] арена, содержащих различныеамидные группы, в качестве рецепторов на анионы.

На защиту выносятся:

Синтез ряда: новых производных «-тре/л-бутилтиакаликс[4]арена, содержащих различные амидные и сложноэфирные группы, по нижнему ободу.

Закономерности, связывающие структурные. факторы различно замещенных по нижнему ободу я-«г/?е/и-бутилтиакаликс[4]аренов с их рецепторной способностью по отношению к некоторым однозарядным: анионам.

Применение полученных различно замещенных по нижнему ободу п-тя?>ет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих амидные фрагменты, в качестве рецепторов на анионные субстраты.

Объем и структураработы: Диссертационная работа изложена на 157 страницах машинописного текста, включает 39 рисунков и 14 таблиц. Состоит из введения,, трех глав, выводов и списка использованных библиографических источников, включающего 99 ссылок.