РОЗДІЛ 2
Синтез та властивості калікс[4]аренів з амінокарбонільними групами на нижньому
вінці макроциклу
Як видно з огляду літератури, макроциклічні рецептори, які містять
протонодонорні групи, є перспективними для розпізнавання аніонів з різною
геометрією. Найбільш селективними аніонними рецепторами є каліксарени, серед
яких найбільш вивченими є похідні по широкому вінцю макроциклу. Функціональні
похідні по вузькому вінцю вивчені менше і, здебільшого, обмежуються амідами та
їх похідними.
В даному розділі пропонується розглянути підходи, які дають можливість
отримувати широкий спектр амінокарбонільних похідних на вузькому вінці
макроциклу та дослідити їхні властивості. Окрім того, пропонується розглянути
підходи до синтезу рецепторів, здатних до енантіорозпізнавання.
2.1. Синтез та властивості каліксаренкарбаматів
Карбамати (уретани) – продукти взаємодії ізоціанатів з алкоголями – мають
широкий спектр корисних властивостей. Зокрема, вони відомі як ефективні
гербіциди – хлорпрофам, сульфалат [[liv], [lv]], а також як ефективні
інгібітори фотосинтезу [[lvi]] та ферментативної активності [[lvii]]. На їх
основі створені препарати для терапії хвороби Альцгеймера, ефективні
транквілізатори [[lviii]] та протинематодні агенти [[lix]]. Карбаматна група є
цінною і для синтетичної органічної хімії. Відомо, що карбамати з успіхом
використовують для синтезу, наприклад, ізоціанатів і в якості захисної групи
[[lx]]. Але ці похідні мало вивчені в хімії каліксаренів.
Виділимо два основних підходи для отримання карбаматокаліксаренів: a)
приєднання ізоціанатів до вільних гідроксильних груп каліксаренів; б) синтез
відповідних ізоціанато похідних, безпосередньо на макроциклічному остові
каліксаренів, та подальше їх перетворення у карбамати реакцією зі спиртами.
На сьогоднішній день відома лише одна робота, в якій реалізовано перший підхід.
Так, взаємодією слабоелектрофільного н-бутилізоціанату було синтезовано три- та
тетракарбамати [[lxi]]. Вивчено вплив карбонатів лужних металів на результат
реакції приєднання. Показано, що тетраприєднання відбувається в присутності
еквімолярної кількості карбонату калію, а триприєднання - карбонату літію при
тривалому кип’ятінні в ацетонітрилі. Проте результати цієї роботи не набули
подальшого синтетичного застосування.
2.1.1. Синтез тетракарбамату та його конформаційні властивості
В нашому дослідженні ми продовжили вивчення реакцій гідроксикаліксаренів з
ізоціанатами. Так, нами було проведено синтези з ізоціанатами, зокрема з
фенілізоціанатом, але продуктів приєднання виявлено не було. Тому основну увагу
було приділено систематичному вивченню реакцій приєднання активних
ацилізоціанатів до каліксаренів з різною кількістю гідроксильних груп. Відомо,
що такі реакції ацилювання відбуваються швидко в присутності каталітичної
кількості основи.
Так, реакцією тетрагідроксикалікс[4]арену з надлишком трифортацетилізоціанату
[[lxii]], в присутності каталітичної кількості триетиламіну, в середовищі
сухого бензену було отримано тетракарбамат 2.1.
Схема 2.1
Реакція протікає в м’яких умовах, а чистий тетракарбамат 2.1 отримують після
кристалізації з ацетону. Каліксарен кристалізується у вигляді комплексу з двома
молекулами ацетону, вихід складає 55%. Сполука 2.1 являє собою безбарвні
кристали і легко гідролізується в присутності вологи повітря з утворенням
тетрагідроксикаліксарену.
Будову карбамату 2.1 доведено за допомогою спектрів 1Н, 13С ЯМР та ІЧ . Так, у
спектрі ПМР при 3.67 м.ч. наявний синглет протонів метиленових містків, що
свідчить про їх еквівалентність, а в спектрі 13С ЯМР атоми вуглецю мають єдиний
резонансний сигнал при 36.96 м.ч. Ці факти підтверджують „анти” орієнтацію
суміжних ароматичних кілець і, відповідно, конформацію макроцикла -
1,3-альтернат [[lxiii]]. В ІЧ спектрі сполуки 2.1 присутні уширені смуги
валентних коливань при 3380 та 1816 см-1, які відповідають асоційованим NH та
C=O групам. Форма та положення цих смуг не змінюються при розведенні зразку, що
дозволяє говорити про утворення внутрішньомолекулярного водневого зв’язку.
Отримати тетракарбамат у конформації конус не вдається навіть, якщо проводити
ацилювання при температурі -70°С. За цих умов утворюється лише продукт у
конформації 1,3-альтернат.
Відносна стабільність конформації 1,3-альтернат підтверджується
квантово-хімічними розрахунками (табл. 2.1).
Таблиця 2.1
Теплоти утворення конформерів тетракарбамату 2.1
MOPAC 7.0 /MNDO
1,3-альтернат
– 936.029
134.34
Конус
– 801.689
З цих даних було знайдено, що утворення конформації 1,3-альтернат енергетично
вигідніше. Окрім того, ця конформація стабілізується системою водневих
звґязків. Виграш від такої стабілізації становить близько 7 ккал/моль (рис.
2.1).
Рисунок 2.1. Енергетично мінімізована конформація карбамату 2.1. MOPAC 7.0
/MNDO.
Важливо відмітити, що при недостачі ізоціанату утворюється виключно продукт
тетраприєднання та залишається вихідний тетрагідроксикаліксарен, а продукти
часткового приєднання взагалі не зафіксовані. Цей факт можна пояснити тим, що
приєднання першої молекули обумовлює руйнування системи циклічного водневого
зв’язку в молекулі тетрагідроксикаліксарену, що полегшує подальше приєднання
молекул ацилізоціанату. З іншого боку утворення тетракарбамату вигідно
термодинамічно, оскільки конформація продукту стабілізується системою водневих
зв’язків.
При використанні менш активних ацилізоціанатів, як то бензоїлізоціанату,
виділити
- Київ+380960830922