WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

С этой целью нами была изучена циклизация иодидов 8,9a–d,8e в 10,11a–d,10e под действием гидрида натрия в тетрагидрофуране. Данные о выходах бензоазакраунэфиров 10,11a–d,10e представлены в таблице 2. Для сравнения в таблице также представлены выходы N-метилбензоазакраун-эфиров 10,11f.

R I N O O O O2N Путь А O _ _ _ n R I H + I R O N O N H O O O O2N O O2N O O n _ n I + B Путь Б R 8,9a-d, 8e 10,11a-d, 10e O + N _ _ BH+ I H O O O2N O n n = 1 (8,10), 2 (9,11); R = Et (a), n-Pr (b), PhCH2 (c), i-Pr (d), PhMeCH (e) Таблица 2. Условия циклизации иодидов 8,9a–d,f,8e под действием гидрида натрия в ТГФ и выходы нитробензоазакраун-эфиров 10,11a–d,f,10e.

Иодид R n Время Температура Выходы реакции (ч) реакции (°С) 10, 11 (%) 8f Me 1 0.5 64 8a Et 1 2 64 8b n-Pr 1 5 64 8c PhCH2 1 2 64 8c PhCH2 1 7 25 8d i-Pr 1 50 25 8e PhMeCH 1 67 25 9f Me 2 0.5 64 9a Et 2 2 64 9b n-Pr 2 4 64 9c PhCH2 2 7 25 9d i-Pr 2 93 25 Как видно из таблицы, увеличение длины и стерического объема заместителя при атоме азота иодподандов 8,9 приводит к снижению выходов бензокраун-эфиров 10,11. Так, максимальные выходы до 78% наблюдаются для N-этилбензоазакраунэфиров 10,11a. В случае иодида 8e мы не получили нитробензоазакраун-эфир 10e, образование которого наиболее затруднено (по сравнению с другими бензоазакраунэфирами) из-за сильных стерических препятствий, создаваемых самым объемным заместителем у атома азота.

Целевые 15-членные N-алкилбензоазакраун-эфиры получаются с более высокими выходами, чем 18-членные. Было также показано, что уменьшение температуры реакции циклизации до комнатной в случае иодидов 8,9d увеличивает выход целевых нитробензоазакраун-эфиров 10,11d по сравнению с проведением реакции в кипящем тетрагидрофуране.

Исследована эффективность протекания реакции N-деметилирования наиболее доступных N-метильных производных нитробензо-15(18)-краун-5(6)-эфиров 10,11f.

Реакция N-деметилирования была проведена под действием двух различных реагентов. Во всех случаях реакция не доходила до конца. Так, 14 был получен кипячением 10f в смеси уксусной кислоты и этилацетата в течении 120 ч с выходом 35%. Кипячение 10,11f с иодидом аммония в кипящем MeCN в течении 100 ч дало бензоазакраун-эфиры 14,15 со степенью превращения 62 и 19%. Выходы соединений 14,15 на вступившие 10,11f составили 88% и 89%, соответственно.

_ X Me Me O O O + N N N H+ H H O O O - MeX O O O O2N O2N O2N O O O n n n 10,11f 13f 14,n = 1 (10f,14), 2 (11f,15) Так как реакция протекает в присутствии кислых агентов и в течении длительного времени, образование 14,15, по-видимому, происходит через промежуточное образование макроциклической соли аммония 13f, от которой затем под действием нуклеофила (AcO- или I-) отщепляется метильная группа.

Синтез N-деметилированных производных бензоазакраун-эфиров позволит получать при использовании традиционных методов алкилирования по атому азота труднодоступные другими методами функциональные производные бензокраунэфиров.

2. Структура и комплексообразование нитро-N-алкилбензоазакраун-эфиров 2.1. Спектроскопия ЯМР нитро-N-алкилбензоазакраун-эфиров и их комплексов Спектроскопия ЯМР позволяет получить детальную информацию о строении краун-соединений, составе, строении и прочности их комплексов в растворах.

В спектрах ЯМР H 10,11a-с мы наблюдали значительные сдвиги на 0.18 – 0.м.д. в слабые поля сигналов протонов H(3) по сравнению с их положением в исходных иодазаподандах 8,9a-с. Это предполагает меньшую степень сопряжения НЭП атома азота с бензольным циклом в 10,11a-с по сравнению с исходными иодподандами, что, по-видимому, связано с поворотом фрагмента N(Alk)CH2 вокруг связи Ar-N из-за сильного стерического взаимодействия с расположенным в ортоположении фрагментом OCH2. Положения сигналов протонов H(3) в Nдеметилированных бензоазакраун-эфирах 14,15 близко к их положениям в спектрах иодидов 8,9a-c, что указывает на высокую степень сопряжения атома азота с ароматическим циклом.

В спектрах NOE бензоазакраун-эфиров 10a,b мы наблюдали интенсивные кросспики между метиленовыми протонами N-заместителей N-CH2-CH3 в 10a, N-CH2-CH2CH3 в 10b и бензольным протоном H(3), находящимся в орто-положении по отношению к атому азота. Это говорит о том, что в растворе протон H(3) пространственно сближен с протонами N-CH2 по сравнению с протонами N-метиленовой группы краун-эфирного фрагмента N-CH2-CH2-O (в последнем случае кросс-пики отсутствуют).

Полученные данные указывают на то, что атом азота в N-алкилбензоазакраунэфирах в значительной степени выведен из сопряжения с бензольным циклом.

Соответственно его неподеленная электронная пара может дотироваться на образование координационной связи с катионом металла. Вместе с тем, на комплексообразование должны оказывать влияние стерический объём и индуктивный эффект алкильного заместителя при атоме азота.

Мы сравнили NOE спектры нитробензоазакраун-эфиров и их комплексов c Ba(ClO4)2. Оказалось, что в случае 15-членных бензоазакраун-эфиров (показано, на примере N-метильного производного 10f), в NOE спектрах свободного лиганда и его комплекса наблюдается интенсивный кросс-пик между метильной группой и протоном H(3). Следовательно, конформация фрагмента макроцикла вблизи атома азота принципиально не меняется при комплексообразовании с Ba2+. Эти данные хорошо согласуются с данными РСА для 10f и его комплекса с Ba(ClO4)2 (см. раздел 2.4).

Другая картина наблюдается для 18-членных бензоазакраун-эфиров (см., например, N-пропильное производное 11b на рис. 1,2). В NOE спектре свободного лиганда присутствует интенсивный кросс-пик между N-метиленовыми протонами алкильного заместителя и протоном H(3) (рис. 1), а в спектре комплекса наблюдается кросс-пик для -метиленовых протонов макроцикла и протона H(3) (рис. 2).

Следовательно, конформация макроцикла вблизи атома азота при комплексообразовании претерпевает существенные изменения вследствии погружения иона бария в полость макроцикла.

Риc 1. Спектр NOE бензоазакраун-эфирa 11b (MeCN-d3, 30°С).

Рис. 2. Спектр NOE комплекса бензоазакраун-эфирa 11b с Ba(ClO4)2 (MeCN-d3, 30°С).

2.3. Исследование комплексообразования нитро-N-алкилбензоазакраун-эфиров методом ЯМР 1Н-титрования Для количественной оценки способности нитробензоазакраун-эфиров 10,11a,b,f к образованию комплексов с перхлоратами металлов и аммония был использован метод прямого ЯМР 1H-титрования в MeCN-d3.

Из зависимостей изменений химических сдвигов протонов лиганда от количества добавленной соли при помощи программы HYPNMR рассчитывали константы устойчивости комплексов, которые хорошо соответствовали схеме образования комплексов состава 1(L) : 1(Mn+):

KL + Mn+ (LM)n+ (1) где L - краун-соединение, Mn+ - катион металла или аммония (n = 1, 2), K1 (M-1) - константа устойчивости комплекса 1 : 1. В случае катионов металлов с большим ионным радиусом учитывали также возможность образования сэндвичевых комплексов состава 2(L) : 1(Mn+):

K (LM)n+ + L (L2M)n+ (2) где K2 (M-1) - константа устойчивости комплекса 2 : 1. Для сравнения была исследована способность образовывать комплексы с указанными солями ряда ближайших структурных аналогов бензоазакраун-эфиров, таких как бензокраунэфиры 1,2 и N-фенилазакраун-эфиры 10,11g. Результаты представлены в таблицах 3,4.

Таблица 3. Константы устойчивости комплексов нитропроизводных бензоаза-15краун-5-эфиров, бензо-15-краун-5-эфира и N-фенилаза-15-краун-5-эфира с катионами металлов и аммония в MeCN-d3 при 30±1°C ([а] лит. данные).

Лиганд Ионы NH4+ EtNH3+ Na+ K+ Ca2+ Ba2+ O O lgK1 2.1± 0.1 1.7±0.1 3.4± 0.1 2.6± 0.1 2.9± 0.1[а] 4.1±0.O O O2N lgK2 3.5±0.O Me O N lgK1 1.7± 0.1[а] 1.2±0.2 2.7± 0.1[а] 1.9± 0.1[а] 3.3± 0.1[а] 4.2±0.2[а] O O O2N lgK2 2.5± 0.2[а] 1.6± 0.3[а] O 10f Et O N lgK1 1.6± 0.1 1.1± 0.2 1.8± 0.1 1.7± 0.1 3.8± 0.1 3.2± 0.O O O2N lgK2 1.7± 0.2 2.4± 0.O 10a Pr O N lgK1 1.5± 0.2 1.2± 0.2 2.5± 0.1 1.8± 0.1 2.8± 0.1 2.7± 0.O O O2N O 10b O O lgK1 1.8±0.1 1.2± 0.2 1.7± 0.1 0.7±0.2 2.3±0.1 1.4± 0.O2N N O O 10g Было обнаружено, что способность изученных краун-эфиров к образованию комплексов зависит от природы, размера и заряда катиона, размера макроцикла и степени сопряжения атома азота с бензольным фрагментом, а также от алкильной группы при атоме азота бензоазакраун-эфиров.

Для двухзарядных катионов значения констант устойчивости комплексов 15краун-5- и 18-краун-6-эфиров превышают аналогичные значения для однозарядных катионов. Большинство изученных соединений образует с ионами NH4+ более устойчивые комплексы по сравнению с ионами EtNH3+.

Значения констант устойчивости комплексов 18-краун-6-эфиров в среднем на 0.52 порядка больше, чем аналогичных 15-краун-5-эфиров. В случае N-метил- и N-этилбензоазакраун-эфиров 10f и 10a наблюдается образование сэндвичевых комплексов с ионами Ca2+ и Ba2+.

Сравнение значений констант устойчивости комплексов бензоазакраун-эфиров с различными алкильными заместителями при атоме азота макроцикла показали, что введение алкильных заместителей при атоме азота в нитробензоаза-15-краун-5эфирах 10a,b,f практически не влияет на константу устойчивости с катионами аммония, кроме того их значения близки к значениям констант устойчивости для аналогичных комплексов с N-фенилаза-15-краун-5-эфиром 10g.

Таблица 4. Константы устойчивости комплексов нитропроизводных бензоаза-18краун-6-эфиров, бензо-18-краун-6-эфира и N-фенилаза-18-краун-6-эфира с катионами металлов и аммония в MeCN-d3 при 30±1°C ([а] лит. данные).

Лиганд Ионы NH4+ EtNH3+ Na+ K+ Ca2+ O O O lgK1 3.7± 0.1 3.4± 0.1 3.3± 0.1 4.9± 0.2 > 6.O O O2N O Me O lgK1 3.5± 0.1 3.6± 0.1 3.5± 0.1 4.2± 0.2 5.8± 0.3[а] N O O O O2N O 11f O Et lgK1 4.4± 0.2 - 4.9± 0.2 4.2± 0.2 N O O O O2N O 11a Pr O lgK1 4.5± 0.2 3.2± 0.1 4.1± 0.2 4.0± 0.2 5.4± 0.N O O O O2N O 11b O O lgK1 2.3± 0.1 1.5± 0.2 3.2± 0.1 2.1±0.1 4.2± 0.O2N N O O O 11g В случае бензоаза-18-краун-6-эфиров 11a,b,f константы устойчивости комплексов с катионами аммония и этиламмония на 1-2 порядка выше констант устойчивости аналогичных комплексов с N-фенилаза-18-краун-6-эфиром 11g. При образовании комплексов N-алкилбензоазакраун-эфиров с щелочными и щелочноземельными металлами не наблюдается чётких закономерностей влияния длины алкильного заместителя и его +I-эффекта на константу устойчивости комплекса. Однако в некоторых случаях замена метильной группы на этильную приводит к заметному изменению селективности комплексообразования. Так, например, это имеет место для 15-членных бензоазакраун-эфиров в случае ионов кальция и бария, для 18-членных бензоазакраун-эфиров в случае натрия и калия.

Выявлена характерная особенность N-алкильных производных бензоазакраунэфиров, которая заключается в образовании более устойчивых комплексов со всеми исследованными катионами металлов (в случае 18-членных бензоазакраун-эфиров и с катионами аммония и этиламмония) по сравнению с ближайшими структурными аналогами – фенилазакраун-эфирами, а в отдельных случаях и с бензокраун-эфирами с тем же размером макроцикла.

2.4. Рентгеноструктурный анализ нитробензо-15-краун-5-эфира, нитро-Nметилбензоаза-15-краун-5-эфира и его комплекса с Ba(ClO4) Нам удалось вырастить монокристаллы комплекса N-метилбензоаза-15-краун-5эфира 10f с перхлоратом бария. РСА показал, что этот комплекс является биядерным и состоит из двух молекул 10f, двух ионов Ba2+ и четырех анионов ClO4- (рис. 3).

Каждый катион Ba2+ координирован пятью гетероатомами 10f. Катион Ba2+ имеет слишком большой диаметр для полного погружения в полость 15-членного макрогетероцикла, поэтому он располагается приблизительно над центром полости образуя структуру полусэндвича.

Рис. 3. Строение биядерного комплекса 10f·Ba(ClO4)2.

Водородные атомы не приведены.

Представляет интерес сравнение конформаций свободного азакраун-эфира 10f и в составе комплекса. На рис. 4 показаны две проекции наложения молекул 10f и двух независимых комплексов 10f·Ba(ClO4)2 по бензольным фрагментам. Видно, что конформация 10f при комплексообразовании меняется незначительно в бензаннелированной цепи между атомами C(8) и C(13), что указывает на значительную жесткость этого фрагмента молекулы. Напротив, вторая половина макроциклического фрагмента 10f претерпевает существенную перестройку в комплексах, чтобы сделать возможным эффективное участие периферийных атомов кислорода O(3) и O(4) в связывании катиона Ba2+.

Рис. 4. Наложение молекул свободного 10f (тонкие линии) и в составе двух независимых комплексов с Ba(ClO4)2 (утолщенные и полые линии) по бензольным фрагментам в двух проекциях. Атомы минорных конформеров 10f и перхлоратные анионы не показаны.

Таким образом, несмотря на достаточно жесткий скелет 15-членный бензоазакраун-эфир оказался способным к перестройке конформации макроциклического фрагмента для максимально эффективного участия всех гетероатомов макроцикла в связывании катиона металла. Образование комплекса приводит к “переключению” НЭП атома азота макроцикла 10f от сопряжения с бензольным кольцом к образованию координационной связи с катионом металла.

Такое поведение, по-видимому, характерно для всех бензоазакраун-эфиров, что отражают высокие константы устойчивости их комплексов с перхлоратами металлов и аммония, определенные методом ЯМР 1H-титрования.

3. Разработка синтеза формильных производных бензотиа- и бензодитиаазакраун-эфиров Представляет интерес разработка подходов к синтезу формильных производных бензокраун-эфиров, содержащих в макроцикле гетероатомы O, N, S в различных сочетаниях, учитывая их важность для получения хромо- и флуороионофоров способных к эффективному и селективному связыванию катионов переходных и тяжелых металлов.

3.1. Раскрытие макроцикла формильных производных бензотиа- и бензодитиакраун- эфиров Исходные формильные производные бензотиа- и бензодитиакраун-эфиров 16a-e были синтезированы по описанным методикам.

Нами были найдены условия при которых нагревание 16a-e с этанольным раствором MeNH2 и MeNH3+ Cl- и последующий гидролиз реакционной смеси разбавленной кислотой приводят к образованию N-метилтиаазаподандов 17a-e с выходами 40-90%.

H Me Z N Z Z O O O MeNH3+Cl- H MeNH2 H Y + Y Y N N O OHC O Me O Me Z Z Z n H n H n 16a-e Me HO Me HO NH Z NH Z H HBr разб.

+ N O Y Me O Y OHC Z Z H n n 20 17a-e 16,17: Z = S; Y = O; n = 0 (a), 1 (b), 2 (c), 3 (d) Z = O; Y = S; n = 1 (e).

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»