CC BY
6
УДК 547.898
Пашанова А.В., Зубенко А.Д., Федорова О.А.
НОВЫЙ МЕТОД КОМБИНИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ХЕЛАТИРУЮЩИХ ГРУПП В СТРУКТУРЕ АЗАКРАУН-СОЕДИНЕНИЙ
Пашанова Анна Вячеславовна, обучающаяся Высшего химического колледжа Российской академии наук Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва, Миусская пл., д.9, e-mail: 1404an99@mail.ru;
Зубенко Анастасия Дмитриевна, к.х.н., научный сотрудник Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова, Россия, Москва, ул. Вавилова, д.28;
Федорова Ольга Анатольевна, д.х.н., профессор Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, заведующая лабораторией фотоактивных супрамолекулярных систем Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова.
В данной работе предложен новый метод синтеза 15- и 18-членных бензоазакраун-эфиров, содержащих различные типы хелатирующих групп в одной молекуле: карбоксильные, ацетамидные, пиридильные и пиколинатные.
Ключевые слова: бензоазакраун-эфиры, хелатирующие группы, комплексообразование.
A NEW METHOD OF COMBINING VARIOUS CHELATING GROUPS IN THE STRUCTURE OF AZACROWN COMPOUNDS
Pashanova A.V.1-2, Zubenko A.D.1, Fedorova O.A.1-2
:A.N. Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia 2D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In this work a new method for the synthesis of 15- and 18-membered benzoazacrown ethers containing various types of chelating groups (carboxyl, acetamide, pyridyl andpicolinate) is proposed.
Keywords: benzoazacrown ethers, chelating group, complex formation.
15- и 18-членные азамакроциклы представляют собой класс лигандов, способных образовывать прочные комплексы с широким кругом катионов тяжелых металлов, а также с лантаноидами. Такие комплексы представляют большой интерес для медицинской диагностики и терапии благодаря термодинамической
устойчивости и кинетической инертности [1]. Идея, предложенная в данной работе, заключается в создании азакраун-эфиров, содержащих структурно жесткий фрагмент, который ограничивает стерическую подвижность макроцикла и, тем самым, способствует быстрому связыванию катиона метала [2]. Кроме того, для увеличения устойчивости образующихся комплексов необходимо наличие дополнительных координирующих групп [3]. Разнообразие размера макроциклической полости и природы хелатирующих групп позволит оценить влияние тех или иных факторов на комплексообразующую способность полученных соединений, а также установить возможную селективность по отношению к определенным катионам металлов.
Региоселективная ^функционализация азамакроциклов представляет большой интерес, так как она позволяет настраивать
комплексообразующие свойства лигандов путем подбора сочетаний координирующих групп различной природы. В литературе описаны два
общих подхода к получению лигандов с различными типами хелатирующих заместителей.
Первый подход основан на использовании защитных групп для селективного алкилирования аминогрупп макроцикла, а второй на функционализации три-Ы-алкилированного
производного DOTA. Однако оба эти подхода имеют ограниченное применение, поскольку сильно зависят от природы макроциклического соединения
[4].
В данной работе предложен новый метод синтеза симметричных 15- и 18-членных азамакроциклов, содержащих 2 типа дополнительно введенных координирующих групп. Он заключается в последовательном алкилировании лигандов: хелатирующие заместители одного типа вводят в исходный циклический диамид, затем амидные группы восстанавливают, и в полученное производное вводится второй тип заместителей.
Таким образом, цель данной работы заключается в создании новых лигандов на основе бензоазакраун-эфиров с двумя типами дополнительных хелатирующих групп. Дальнейшее изучение их комплексообразующих свойств позволит выявить влияние сочетания различных донорных групп в структуре макроциклов на геометрию, состав, термодинамическую и кинетическую устойчивость образуемых ими комплексов с катионами металлов.
Для получения производных с двумя различными типами хелатирующих групп 15- и 18-членные членные амидные макроциклы 1 и 2 алкилировали хлорметилпиридином и
бромацетамидом при кипячении в ацетонитриле в присутствии основания [5]. Далее амидные группы производных 3-6 восстанавливали комплексом БЫ3ТГФ с получением бензоазакраун-эфиров 7, 8 и 9. В случае соединений 5 и 6 происходит восстановление как макроциклических амидогрупп, так и ацетамидных. Для разрушения образующегося в ходе реакции комплекса Py BH3 использовали метанол, продукт присоединения борана разлагали добавлением соляной кислоты (Схема 1). Целевой продукт восстановления соединения 4 выделить не удалось, т.к. при кипячении в HCl происходит полимеризация метилпиридина с разрывом связи К(макроцикл)-СЫ2(метилпиридин). Вероятно, это связано с формированием более прочного комплекса 2Py-BH3 [6], который невозможно разрушить с помощью метанола, поэтому в дальнейшем мы планирует оптимизировать условия выделения и очистки продукта данной реакции.
Схема 1. Введение первого типа хелатирующих групп
Карбоксильные группы широко
используются в качестве хелатирующих, т.к. обеспечивают более прочное связывание катиона за счет кулоновских сил. В бензоазакраун-эфир 7 карбоксильные группы вводились по реакции N алкилирования третбутиловым эфиром
бромуксусной кислоты в ацетонитриле при кипячении в присутствии карбоната калия в качестве основания с последующим гидролизом третбутильных групп кипячением в воде (Схема 2). В ходе этой реакции возможно алкилирование по пиридильному атому азота, однако методом ЯМР-спектроскопии такой продукт не был обнаружен.
Ацетамидные группы имеют два потенциальных центра связывания катионов. В нейтральной среде комплексообразование обычно происходит по карбонильному кислороду, который является наиболее основным. При
депротонировании амида атом азота становится более основным, чем атом кислорода, и может наблюдаться комплексообразование по азоту. Ацетамидные группы вводились в соединение 6 путем алкилирования бромацетамидом в присутствии карбоната калия при кипячении в ацетонитриле.
Схема 2. Введение второго типа хелатирующих групп
Пиколинатные группы содержат в структуре как жесткие донорные атомы кислорода, так и мягкие гетероциклические, способные действовать одновременно при координации катиона металла, поэтому особенности их комплексообразующих свойств представляют большой интерес. N Алкилирование бензоазакраун-соединения 7 метиловым эфиром хлорметилпиридин-2-карбоновой кислоты проводили в условиях, аналогичных синтезу пиридильных, карбоксильных и ацетамидных производных, затем сложноэфирные группы гидролизовали в щелочной среде (Схема 2).
Нами была осуществлена попытка введения карбоксильных групп в структуру краун-эфиров 8 и 9 в аналогичных условиях. Алкилированию подвергались как макроциклические, так и первичные аминогруппы заместителей (Схема 3). Однако на данный момент выделить целевые продукты 13 и 14 с хорошим выходом не удалось. В настоящее время проводится оптимизация условий синтеза, выделения и очистки. Лиганды такого типа могут применяться в качестве комплексонов для катионов лантаноидов, т.к. имеют соответственно 10 и 14 центров координации, и способны инкапсулировать ион лантаноида, что увеличивает термодинамическую стабильность и кинетическую инертность образующихся комплексов.
Схема 3. Введение карбоксильных групп
Таким образом, по разработанной нами методике была получена серия различных по структуре бензоазакраун-эфиров с двумя типами хелатирующих заместителей. Преимуществами данной методики являются высокие выходы целевых продуктов, а также возможность модификации структуры комплексонов. Структура полученных
соединений была подтверждена методами ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии.
На следующем этапе работы планируется изучение комплексообразующих свойств синтезированных соединений. Разнообразие размера макроциклической полости и природы хелатирующих групп позволит оценить влияние тех или иных факторов на комплексообразующую способность полученных бензоазакраун-эфиров, а также установить возможную селективность по отношению к определенным катионам металлов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта РНФ 18-73-10035, подтверждение структуры полученных соединений проведено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации с использованием научного оборудования Центра исследования строения молекул ИНЭОС РАН.
Список литературы
1. Le Fur M. et al. Expanding the Family of Pyclen-Based Ligands Bearing Pendant Picolinate Arms for Lanthanide Complexation // Inorg. Chem. -2018. - V. 57. - P. 6932-6945.
2. Panchenko P.A., Zubenko A.D., Chernikova E.Y., Fedorov Y.V., Pashanova A.V., Karnoukhova
V.A., Fedyanin I.V., Fedorova O.A. Synthesis, structure and metal ion coordination of novel benzodiazamacrocyclic ligands bearing pyridyl and picolinate pendant side-arms // New Journal of Chemistry. - 2019. - Vol. 43. - P. 15072-15086.
3. Пашанова А. В., Зубенко А. Д., Федорова О. А. Разработка рецепторов для биогенных катионов Ca2+, Cu2+ и Zn2+ // Успехи в химии и химической технологии. — 2019. — Т. 33, № 7. — С. 21-23.
4. Siaugue J.-M. et al. Regioselective synthesis of N-functionalized 12-membered azapyridinomacrocycles bearing trialkylcarboxylic acid side chains // Tetrahedron. - 2001. - Vol. 57. -P. 4713-4718.
5. Zubenko A.D., Egorova B.V., Kalmykov S.N., Shepel N.E., Karnoukhova V.A., Fedyanin I.V., Fedorov Y.V., Fedorova O.A. Out-cage metal ion coordination by novel benzoazacrown bisamides with carboxyl, pyridyl and picolinate pendant arms // Tetrahedron. - 2019. - Vol. 75. - P. 2848-2859.
6. Staubitz A. Amine- and Phosphine-Borane Adducts: New Interest in Old Molecules // Chem. Rev. - 2010. - Vol. 110. - P. 4023-4078
