CC BY
56
Сер. 4. 2009. Вып. 3
ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
УДК 541.64:542.06
Т. С. Ушкова, Г. Г. Егорова, Н. В. Гирбасова, И. М. Зорин, А. Ю. Билибин
СИНТЕЗ ДЕНДРИТНЫХ ИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ ИЗ ПОЛИКИСЛОТ И ДЕНДРОНОВ НА ОСНОВЕ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ *
Одним из интенсивно развивающихся направлений современной химии, и в том числе химии высокомолекулярных соединений, является формирование сложных макро-молекулярных и супрамолекулярных структур как за счёт ковалентных, так и нековалентных взаимодействий. В частности, в последнее время для таких целей всё шире используются электростатические взаимодействия, реализация которых возможна при ионном связывании полимерных электролитов с противоионами [1—5]. В качестве компонентов при образовании ионных комплексов могут быть использованы различные неорганические и органические заряженные низкомолекулярные соединения, белки, противоположно заряженные макромолекулы полиэлектролитов и т. д. Образующиеся системы представляют собой полиэлектролитные комплексы, обладающие специфическими свойствами и интересными особенностями поведения.
Абсолютно большая часть работ по формированию как интерполиэлектролитных комплексов, так и ионных комплексов макромолекул полиэлектролитов с низкомолекулярными противоионами выполнены в водных средах. Это связано с тем, что именно такие системы адекватно моделируют полиэлектролитные взаимодействия, которые реализуются в организме в водных же средах.
В ряде таких работ определены устанавливающиеся равновесия, степени связывания полиэлектролит-противоион и проведены соответствующие расчёты, основанные на том, что степени диссоциации (и рКа) различных ионных соединений в водных средах хорошо изучены.
Изучение формирования ионных связей в органических системах представляет собой гораздо более сложную проблему, что во многом определяется полярностью растворителя и его сродством к участвующим во взаимодействии компонентам.
Как правило, в малополярных средах ионные связи обеспечивают высокую устойчивость комплексов, однако, вопросы связанные с возможностью их диссоциации, а тем более количественным их описанием, изучены весьма слабо.
Ранее нами были получены и исследованы комплексы полистиролсульфокисло-ты (ПСС), в которых в качестве противоионов использовались молекулы дендронов на основе аспарагиновой кислоты, имеющие фокальную первичную аминогруппу [6] и метилокси- или гексилоксикарбонильные группы на периферии. Такие комплексы были названы дендритными ионными комплексами (ДИК). Полученные комплексы устойчивы при комнатной температуре в сухом виде и в растворах, но могут быть легко разрушены добавлением рассчитанного количества щёлочи с образованием соли ПСС и исходного дендрона.
Использование дендронов в подобных исследованиях представляет особый интерес из-за наличия на периферии их молекул большого числа функциональных групп,
* Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант № 06-03-32926а.
© Т. С. Ушкова, Г. Г. Егорова, Н. В. Гирбасова, И. М. Зорин, А. Ю. Билибин, 2009
способных участвовать в различных химических реакциях. Такой подход открывает широкие перспективы для формирования с помощью ионного связывания сложных макромолекулярных систем, осуществления химических реакций с их участием, и для разборки систем путём разрушения ионных связей при необходимости.
Для успешного решения подобных задач необходимо учитывать влияние различных факторов на процесс ионного связывания полимеров с дендронами. Существенными факторами являются природа дендрона и способность фокальной точки к ионному связыванию.
До настоящего времени были исследованы только ДИК, содержащие дендроны, полученные из аспарагиновой кислоты, представляющие собой разветвлённые полиамиды с первичной аминогруппой в фокальной точке. Однако в литературе широко представлены дендроны другой природы [7], которые при введении в их фокальную точку ионогенных групп могут быть использованы для получения ДИК.
В данной работе изучен процесс ионного связывания полимерных кислот с дендро-нами, полученными из ароматических соединений и содержащими в фокальной точке третичную аминогруппу.
Для исследования были выбраны дендроны на основе 3,5-дигидроксибензилового спирта (дендроны Фреше) первой-третьей генераций (Д-1-1, Д-1-2, Д-1-3 - схема (1а)).
CH3 I
CH3
Д-1-1 Д-1-2
Синтез дендронов осуществляли в несколько стадий. Дендрон первой генерации был получен из 3,5-дигидроксибензойной кислоты и бензилхлорида по известной методике [6] (схема (2)).
Дендроны второй и третьей генерации, имеющие фокальную карбоксильную группу, были получены реакцией гидролиза соответствующих метиловых эфиров, синтезированных ранее по методике [6] в университете г. Лёвена (Бельгия). Далее осуществляли реакцию дендронов с N,N-диметиламинопропиламином через стадию образования пентафторфениловых эфиров в присутствии дициклогексилкарбодиимида (ДЦГК).
сн
Д-1-3
(2)
Полученные дендроны растворимы в хлороформе, диоксане, этилацетате, диметилфор-мамиде (ДМФА), диметилацетамиде (ДМАА), диметилсульфоксиде (ДМСО).
В качестве полиэлектролита для ионного связывания первоначально использовали полиакриловую кислоту (ПАК). Ранее сообщалось, что при взаимодействии ПАК с дендронами на основе аспарагиновой кислоты, имеющими фокальную первичную аминогруппу, степень ионного связывания составляла 30-50 % [8]. Можно было
ожидать, что введение третичной аминогруппы в фокальную точку дендрона будет способствовать более эффективному ионному связыванию с карбоксильными группами ПАК.
Получение ионных комплексов осуществляли в тех же условиях, что и для аспарагиновых деидроиов [5]. В исследовании использовали ПАК с Мп = 2000 и 450 ООО. Реакцию проводили в системе растворителей метанол-диоксан. Соотношение ПАК-дендрон составляло 1:1,05. Комплекс выделяли из раствора, выливая реакционную смесь в ди-этиловый эфир, избыток дендрона отмывали этилацетатом. Полноту вымывания избыточного дендрона контролировали методом ТСХ. Степень ионного связывания рассчитывали по содержанию азота с использованием расчётной зависимости или методом УФ-спектроскопии.
Комплексы, полученные с Д-1-1 растворимы только в ДМСО, а комплексы, полученные с Д-1-2, растворимы в диоксане, хлороформе и ДМСО.
Из табл. 1 видно, что степень связывания не превышает 38 % для дендрона первой генерации и падает при переходе к дендрону Д-1-2. Полученное значение степени связывания не превышает величину, найденную для дендронов на основе аспарагиновой кислоты с первичной фокальной аминогруппой [8]. Таким образом, введение третичной аминогруппы в молекулу дендрона и изменение природы самого дендрона не приводит к существенному увеличению степени ионного связывания. Другим путём увеличения количества дендронов, связанных с цепью ПАК, может быть повышение степени её ионизации. Для этого в литературе рекомендуется добавлять воду [9] или ионы щелочных металлов [10]. Из таблицы видно, что введение воды в систему позволяет повысить степень связывания с дендронами второй генерации, однако не даёт возможности достичь глубоких степеней превращения. Введение в реакционную смесь метилата № существенно ухудшает растворимость компонентов системы и также не приводит к значительному увеличению степени связывания. Поэтому для повышения степени ионного связывания необходимо использовать более сильную полимерную кислоту.
Таблица 1
Характеристика комплексов ПАК с дендронами
№ Комплекс Содержание азота, % Степень связывания, %
оп. определено рассчитано* по содержанию N по УФ-спектр.
1 ПАК2000-Д-І-І 4,45 5,71 35 -
2 ПАК450 000-Д-1-1 4,60 5,71 38 -
3 ПАК2000-Д-І-2 2,20 3,06 17 18
4 ПАК4Б0 ооо-Д-1-2 2,36 3,06 21 19
5 ПАК4Б0000-Д-І-2** 2,63 2,63 32 32
* Рассчитано на количественное связывание.
** Опыт проведён в присутствии воды.
Были получены комплексы этих же дендронов с ПСС. Использовали ПСС с Мп = = 80 000. Соотношение звеньев ПСС к дендрону в соответствии с разработанной ранее методикой для аспарагиновых дендронов составляло 1:1,05 (опыты 1-3). Комплексы выделяли по методике, описанной для ПАК. Полученные комплексы были охарактеризованы методами элементного анализа и спектроскопии ЯМР 1Н. В ЯМР 1Н спектрах комплексов при 9,5 м. д. находятся сигналы, соответствующие протонированной третичной аминогруппе, что доказывает наличие ионной связи в полученных продуктах.
Степень связывания рассчитывали из данных элементного анализа по соотношению N/S (табл. 2).
Таблица 2
Характеристика комплексов ПСС с дендронами
№ оп. Элементный состав, % Соотношение N/8 Степень
Образец найдено рассчитано найдено рассчитано связывания.
N | Я N | Я %
Соотношение ПСС:Д = 1:1,05
1 Д-1-1 3,83 5,51 4,65 5,31 0,69 0,87 80
2 Д-1-2 2,37 3,46 2,73 3,12 0,68 0,88 78
3 Д-1-3 1,13 1,63 1,49 1,70 0,69 0,88 80
Соотношение ПСС:Д = 1:1,5
4 Д-1-1 4,65 5,35 4,65 5,32 0,87 0,87 100
5 Д-1-2 2,35 3,31 2,73 3,12 0,71 0,88 80
6 Д-1-3 1,09 1,55 1,49 1,70 0,70 0,88 80
7 Д-2-1 12,67 3,67 13,86 3,96 3,46 3,50 98
*) Рассчитано на количественное связывание.
Из табл. 2 видно, что при практически эквимольном соотношении ионогенных групп степень ионного связывания составляет около 80 % и не зависит от номера генерации дендрона. При полуторакратном избытке дендрона (опыты 4-6) удаётся достичь количественного связывания только для дендрона первой генерации (Д-1-1). Такое поведение может быть связано со стерическими затруднениями, возникающими по нескольким причинам. Так, наличие двух метильных групп при атоме азота в фокальной точке дендрона может оказаться существенным стерическим препятствием, особенно в случае нерегулярного строения полимерной цепи ПСС, а именно, при присоединении соседних звеньев по типу: «голова к голове» или «хвост к хвосту». Следует отметить, что для ДИК с аспарагиновыми дендронами степень связывания была практически количественной вплоть до третьей генерации дендронов. Кроме того, в процессе протекания реакции ионного связывания возможно изменение конформации полимерной цепи, в результате чего часть сульфогрупп может оказаться недоступной для связывания с дендронами. Нами были изучены зависимости приведённой вязкости разбавленных растворов комплексов от их концентрации (рис. 1).
Рис. 1. Зависимость приведённой вязкости от концентрации:
в ДМСО, Т = 30 °С для ПСС (-•-) и комплексов ПСС-Д-1-1 (-А-) и ПСС-Д-1-2 (-■-) в хлороформе, Т = 25 С для ПСС-Д-1-2 (-□-) и ПСС-Д-1-3 (-V-)
Из рис. 1 видно, что в растворе ДМСО наблюдается эффект полиэлектролитно-го набухания (увеличение значений приведённой вязкости с разбавлением). Кривая для комплекса с дендроном второй генерации лежит на графике ниже соответствующей кривой для комплекса с дендроном первой генерации. В случае аспарагиновых дендронов наблюдалась обратная зависимость, т. е. вязкость растворов комплексов возрастает с ростом генерации дендронов [5]. Это, вероятно, обусловлено природой дендрона: ДМСО хорошо сольватирует внутреннюю сферу аспарагиновых дендронов и препятствует компактизации макромолекул комплекса. А для комплексов с денд-ронами Фреше подобной сольватации не происходит, и наблюдается компактизация макромолекул с ростом генерации дендронов. В хлороформе зависимость приведённой вязкости от концентрации имеет обычный прямолинейный характер. В этом растворителе наблюдается уменьшение значений приведённых вязкостей комплексов с ростом генерации входящих в их состав дендронов. Величины характеристических вязкостей определённые в хлороформе для комплексов ПСС с Д-1-2 и Д-1-3, (комплекс ПСС с Д-1-1 ограниченно растворим в хлороформе, поэтому не был исследован), уменьшаются от 0,12 до 0,08 дл/г, несмотря на существенное увеличение абсолютных значений их молекулярных масс. Это может быть связано с компактизацией макромолекул с ростом генерации дендронов. Аналогичный характер в неполярных растворителях имели зависимости приведённой вязкости от концентрации для ДИК с аспарагиновыми денд-ронами [5].
Таким образом, проведённые исследования показали, что при ионном взаимодействии сульфокислотной группы ПСС с дендронами Фреше, имеющими третичную аминогруппу в фокальной точке, степень связывания, близкая к количественной, достигается только для дендронов первой генерации. Однако, даже при использовании дендро-нов первой генерации, введение заместителей в ароматические фрагменты дендронов является перспективным путём создания повышенной концентрации реакционноспособных функциональных групп на периферии макромолекулы. Исследованные дендроны состоят из остатков 3,5-дигидроксибензилового спирта, соединенных гибкими простыми эфирными связями. Такие дендроны растворимы в органических растворителях и легко изменяют свою конформацию в пространстве.
Для изучения влияния природы дендрона на способность образования комплексов нами был синтезирован дендрон из 3,5-диаминобензойной кислоты и хлорангидрида
3,5-динитробензойной кислоты по известной методике [11]. Такой дендрон содержит в своей структуре ароматические фрагменты, связанные жёсткими амидными связями, и имеет четыре нитрогруппы на периферии:
соон
Реакцию между карбоксильной группой дендрона и N,Ы-диметиламинопропиламином проводили в присутствии бензотриазол-1-илокситрис(диметиламино)фосфониум гек-сафторфосфата (БОФ). Затем был получен комплекс ПСС с дендроном Д-2-1. С учётом приведённых выше результатов, при синтезе комплекса использовали соотношение ионогенных групп равное 1:1,5 (сульфогруппы ПСС и третичные аминогруппы денд-ронов, соответственно). Полноту вымывания несвязанного дендрона контролировали методом ТСХ. Степень связывания, определённая из данных элементного анализа, составила 98 %. Оказалось, что в случае дендронов первой генерации природа дендрона не оказывает существенного влияния на степень связывания с ПСС. Таким образом, было показано, что в разработанных условиях можно стабильно получать комплексы ПСС с ароматическими дендронами различного строения первой генерации с третичной аминогруппой в фокальной точке. В таких комплексах достигается практически количественная степень связывания.
Экспериментальная часть. Коммерческие реактивы: 3,5-дигидроксибензойную кислоту, бензилхлорид, дициклогексилкарбодиимид (ДЦГК), пентафторфенол, N N --диметиламинопропиламин, 3,5-диаминобензойную кислоту, 3,5-динитробензойную кислоту, диизопропилэтиламин (ДИЭА), бензотриазол-1-илокситрис(диметиламино) фосфониум гексафторфосфат - использовали без дополнительной очистки. Растворители очищали по известным методикам [12]. УФ-спектры снимали на приборе СС-56 «Ломо». 1Н ЯМР-спектры снимали на приборе Вгикег DPX-300 (300,13 МГц) в растворах CDClз, DMSO-d6. Вязкость растворов полимеров определяли в вискозиметре Уббелоде при 30 °С в ДМСО и при 25 °С в хлороформе.
Синтез дендронов Д-1.
Синтез 3,5-дибензилоксибензойной кислоты (Д-1-1). В двугорлую круглодонную колбу, снабжённую механической мешалкой и обратным холодильником, помещали 5,0 г (0,0324 моль) 3,5-дигидроксибензойной кислоты, 13,5 г (0,0972 моль) карбоната калия, 40 мл ДМФА, 11,2 мл (0,0972 моль) бензилхлорида и К1 в каталитических количествах. Интенсивно перемешивали при 70 °С в течение 18 ч. Процесс контролировали методом ТСХ. Затем реакционную смесь выливали в 200 мл воды и экстрагировали ди-этиловым эфиром (3 х 40 мл). Эфирные вытяжки объединяли и удаляли растворитель на роторном испарителе. Продукт алкилирования помещали в двугорлую круглодонную колбу, снабжённую механической мешалкой и обратным холодильником, добавляли 90 мл ДМСО и раствор 3,2 г (0,08 моль) ^ОН в 10 мл воды. Смесь интенсивно перемешивали при 80 С в течение 15 ч. Протекание процесса гидролиза контролировали методом ТСХ. Затем реакционную смесь выливали в 300 мл воды и подкисляли
2 н. раствором соляной кислоты до рН = 3. Образовавшийся осадок 3,5-дибензилокси-бензойной кислоты отделяли фильтрованием, промывали ацетоном и перекристалли-зовывали из хлороформа. Выход 80 %. Тпл = 214 °С. (Тпл(лит.) = 214 С [6]).
Синтез 3,5-бис[3,5-ди(бензилокси)бензил]оксибензойной кислоты (Д-1-2). В двугорлую круглодонную колбу, снабжённую механической мешалкой и обратным холодильником, помещали 6,0 г (0,008 моль) метилового эфира 3,5-бис[3,5-ди(бензилокси)бензил]оксибензойной кислоты, добавляли 40 мл ДМСО и раствор 0,8 г (0,02 моль) ^ОН в 5 мл воды. Интенсивно перемешивали при 80 С в течение 15 ч. Протекание процесса гидролиза контролировали методом ТСХ. Реакционную смесь выливали в 300 мл воды и подкисляли 2 н. раствором соляной кислоты до рН = 3. Образовавшийся осадок 3,5- бис(3,5-дибензилоксибензилокси)бензойной кислоты отделяли фильтрованием и промывали ацетоном. Выход 98 %. Тпл = 174-175 °С. Спектр ЯМР 1Н ^С1з): 5, м. д.: 4,60 (с., 4Н, 2СН2 бенз.), 4,68 (с., 8Н, 4СН2 бенз.), 6,40-6,60 (м., 7Н, Н-аром.), 7,10-7,30 (м., 22Н, Н-аром.). Найдено, %: С - 77,52; Н - 5,56. С49Н42О8. Рассчитано, %: С - 77,55; Н - 5,58. Спектр УФ: X = 279 нм, £ =10, 2 л/г.
Синтез 3,5-бис[(3,5-бис[3,5-бис(бензилокси)бензил]оксибензил)окси]бензойной кислоты (Д-1-3). В двугорлую круглодонную колбу, снабжённую механической мешалкой и обратным холодильником, помещали 5,0 г (0,003 моль) метилового эфира 3,5-бис[(3,5-бис[3,5-бис(бензилокси)бензил]оксибензил)окси]бензойной кислоты, прибавляли 100 мл ДМСО, нагревали до 50 С для полного растворения, приливали раствор 0,32 г (0,008 моль) ^ОН в 4 мл воды и интенсивно перемешивали при 80 С в течение 15 ч. Протекание процесса гидролиза контролировали методом ТСХ. Реакционную смесь выливали в 400 мл воды и подкисляли 2 н. раствором соляной кислоты до pH = 3. Образовавшийся осадок 3,5-бис[(3,5-бис[3,5-бис(бензилокси)бензил]оксибензил)окси]-бензойной кислоты отделяли фильтрованием, промывали ацетоном и перекристаллизовывали из хлороформа. Выход 97 %. Тпл = = 149-150 С. Спектр ЯМР 1Н ^С13): 5, м. д.: 4,9-5,1 (м., 28Н, 14СН2 бенз.), 6,5-6,6 (м., 6Н, Н-аром.), 6,65-6,7 (м., 12Н, Н-аром.), 6,83 (м., 1Н, Н-аром.), 7,3-7,43 (м., 42Н, Н-аром.).
Общая методика синтеза пентафторфениловых эфиров кислот (Д-1-1,
-2, -3). В коническую колбу, снабжённую магнитной мешалкой и капельной воронкой с хлоркальциевой трубкой, помещали 0,0048 моль кислоты, 15 мл сухого этилацета-та, 4 мл ДМФА, перемешивали до полного растворения и прибавляли раствор 0,975 г (0,0053 моль) пентафторфенола в 5 мл этилацетата. Затем при охлаждении смесью лёд-вода и постоянном перемешивании прикапывали заранее охлажденный до —18 С раствор 2,067 г (0,0053 моль) ДЦГК в 5 мл этилацетата. Реакционную смесь перемешивали ещё 1 ч при 0 С, выдерживали в течение суток при 4 С и перемешивали при комнатной температуре 1 ч. Затем для разложения избытка ДЦГК прибавляли 0,2 мл конц. уксусной кислоты и перемешивали ещё 1 час. Выпавшую дициклогексилмочевину отделяли фильтрованием, отгоняли этилацетат, остаток выливали в воду и растирали до порошкообразного состояния. Осадок отделяли фильтрованием, промывали небольшим количеством ацетона, перекристаллизовывали из смеси бензол-петролейный эфир (1:1) и сушили в вакууме масляного насоса (3 мм рт. ст.) над парафиновой стружкой до постоянной массы.
Пентафторфениловый эфир 3,5-дибензилоксибензойной кислоты. Выход 74 %. Тпл = 114 °С. Найдено, %: С - 64,65; Н - 3,51. С27Н17F5O4. Рассчитано, %: С - 64,80; Н - 3,42.
Пентафторфениловый эфир 3,5-бис(3,5-дибензилоксибензилокси)бензойной кислоты. Выход 74 %. Tпл = 136 °С. Найдено, %: С - 70,04 Н - 4,б1. С55Н4Д508. Рассчитано, %: C - 71,42; H - 4,47.
Пентафторфениловыйэфир3,5-бис[(3,5-бис[3,5-бис(бензилокси)бензил]оксибен-зил)окси]бензойной кислоты. Выход 8б %. TПл = 66-б8 С. Найдено, %: С - 75,11; Н - 5,27. С111H89F5O16. Рассчитано, %: C - 75,1б; H - 5,0б.
Общая методика синтеза N,N-диметиламинопропиламидов ароматических кислот (Д-1-1, -2, -3). В плоскодонную колбу помещали раствор 0,0019 моль пентафторфенилового эфира ароматической кислоты в 15 мл этилацетата и прибавляли 0,47 мл (0,0038 моль) ^^диметиламинопропиламина. Реакционную смесь перемешивали в течение 2 суток при комнатной температуре. Растворитель отгоняли на роторном испарителе, к остатку добавляли 20 мл диэтилового эфира. Выпавший при охлаждении осадок отделяли фильтрованием, промывали раствором соды, водой и сушили в вакууме масляного насоса (3 мм рт. ст.) до постоянной массы.
NN-диметиламинопропиламид 3,5-дибензилоксибензойной кислоты. Выход 9б %. ХПл = 97 С. Спектр ЯМР 1Н ^DC^): б, м. д.: 1,70 (м., 2Н, СН2-СН2-СН2), 2,34 (с., бН, 2СНз), 2,55 (м., 2Н, N-№2), 3,58 (м., 2Н, NH^^), 5,10 (с., 4Н, 2СН2 бенз.), б, 73 (с., 1Н, Н-аром.), 7,07 (с., 2Н, Н-аром.), 7,30-7,50 (м., 10Н, Н-аром.), 8,37 (с., 1Н, NH). Найдено, %: С - 74,21; Н - 7,19; N - б,55. С26Н30N2O3. Рассчитано, %: C - 74,б1; H - 7,22; N - б,б9.
NN-диметиламинопропиламид 3,5-бис(3,5-дибензилоксибензилокси)бензойной кислоты. Выход 82 %. Tnn = 124 С. Спектр ЯМР 1Н ^DC^): б, м. д.: 1,80 (м., 2Н, СН2-СН2-СН2), 2,32 (с., бН, 2СНз), 2,53 (м., 2Н, N-С^), 3,58 (м., 2Н, NH-С^), 5,07 (с., 12Н, бСН2 бенз.), б,58 (с., 2Н, Н-аром.), б,70 (с., 5Н, Н-аром.), 7,0б (с., 2Н, Н-аром.), 7,30-7,50 (м., 20Н, Н-аром.), 8,40 (с., 1Н, NH). Найдено, %: С - 7б,8б; Н - б,40; N - 3,32. С54Н54^07. Рассчитано, %: C - 7б,94; H - б,4б; N - 3,32.
N, N-диметиламинопропиламид 3,5-бис[(3,5-бис{[3,5-бис(бензилокси)бензил]окси} бензил)окси]бензойной кислоты. Выход б9 %. TПл = 90-92 С. Спектр ЯМР 1Н (СDCl3): б, м. д.: 1,80 (м., 2Н, СН2-СН2-СН2), 2,28 (с., бН, 2 СН3), 2,50 (м., 2Н, N-СН2), 3,55 (м., 2Н, NH-СН2), 4,9-5,1 (м., 28Н, 14СН2 бенз.), б,5-б,б (м., бН, Н-аром.), б,б5-б,8 (м., 13Н, Н-аром.), 7,05 (с., 12, Н-аром.), 7,3-7,5 (м., 4Н, Н-аром.), 8,25 (м, 1Н, NH). Найдено, %: С - 7б,б0; Н - б,20; N - 1,25. С110Н102N2O15. Рассчитано, %: C - 78,08; H - б,08; N - 1,бб.
Синтез арамидного дендрона Д-2-1.
3,5-бис(3,5-динитробензоиламино)бензойная кислота. Реакцию проводили в токе аргона. В двугорлую круглодонную колбу, снабжённую магнитной мешалкой и хлоркальциевой трубкой, помещали б,09 г (0,04 моль) 3,5-диаминобензойной кислоты и 200 мл ДМАА. Раствор охлаждали до —70 С, используя охладительную смесь этилацетат-жидкий азот. Затем порциями добавляли хлорангидрид 3,5-динитробензойной кислоты (20,3 г, 0,088 моль). Реакционную смесь медленно нагревали до комнатной температуры, перемешивали 15 ч и выливали в разбавленный раствор соляной кислоты. Выпавший осадок отделяли фильтрованием, промывали горячим метанолом и перекристаллизовывали из ТГФ. Выход 9б %. TПл = 314 С (разл.). Спектр ЯМР 1Н (DMSO-d6): б, м. д.: 8,1б (д., 2Н, Н-аром.), 8,б8 (т., 1Н, Н-аром.), 9,00 (т., 2Н, Н-аром.), 9,20 (д., 4Н, Н-аром.), 10,90 (с., 2Н, СО№Н). Найдено, %: С - 4б,б4; Н - 2,30; N - 15,б3. С21H12N6O12. Рассчитано, %: C - 4б,б8; H - 2,24; N - 15,55.
NN-диметиламинопропиламид 3,5-бис(3,5-динитробензоиламино)бензойной кислоты. Реакцию проводили в токе аргона. В двугорлой круглодонной колбе, снабжённой
хлоркальциевой трубкой, при нагревании растворяли 16,15 г (0,03 моль) 3,5--бис(3,5-динитробензоиламино)бензойной кислоты в 160 мл ДМАА, добавляли 14,59 г (0,033 моль) БОФ и перемешивали 15 мин при 60 С. Затем добавляли раствор 4,5 мл (0,036 моль) N N -диметиламинопропиламина и 25 мл (0,15 моль) ДИЭА в 80 мл ДМАА. Реакционную смесь перемешивали 8 ч при 50 °С, 12 ч при комнатной температуре и выливали в 400 мл 1М КЖО4. Образовавшийся осадок отделяли фильтрованием, промывали насыщенным раствором ^НСОз и водой. Продукт сушили и перекристал-лизовывали из ТГФ. Выход 98 %. Тпл = 162-164 С. Спектр ЯМР 1Н (DMSO-d6): 5, м. д.: 1,6-1,8 (м., 2Н, СН2-СН2-СН2), 2,22 (с., 6Н, 2СНз), 2,37 (т., 2Н, N-№2), 3,32 (кв., 2Н, №Н-СН2), 7,99 (с., 2Н, Н-аром.), 8, 58 (с., 1Н, Н-аром.), 8,69 (т., 1Н, №Н), 9,0 (с., 2Н, Н-аром.), 9,2 (с., 1Н, Н-аром.), 11,11 (с., 2Н, NH-аром.). Найдено, %: С - 49,97; Н - 3,92; N - 18,02. С2бН24^Оц. Рассчитано, %: С - 50,00; Н - 3,87; N - 17,94.
Взаимодействие поликислот с дендронами типа Д-1. Общая методика получения ДИК с ПАК. Дендрон 0,50 г (0,0012 моль Д-1-1 или 0,0006 моль Д-1-2) растворяли в 20 мл растворителя (метанол для Д-1-1 и диоксан для Д-1-2). К полученному раствору при перемешивании на магнитной мешалке в течение 30 мин прикапывали раствор ПАК2ооо в 5 мл метанола или ПАК45оооо в 5 мл диоксана. Количество ПАК составляло 0,079 г (0,0011 моль) для Д-1-1 и 0,041 г (0,00057 моль) для Д-1-2. Реакционную смесь выдерживали сутки при комнатной температуре, затем выливали в 50 мл абсолютного диэтилового эфира. Осадок отделяли фильтрованием, многократно промывали этилацетатом для вымывания несвязанного дендрона. Полноту вымывания избыточного дендрона контролировали методом ТСХ. Полученные комплексы сушили в вакууме масляного насоса (3 мм рт. ст.) до постоянной массы. Комплексы характеризовали методом элементного анализа. Далее строили расчётные зависимости степени связывания от содержания азота.
ПАК2ооо-Д-1-1. Найдено, %: С - 58,24; Н - 7,04; N - 4,45.
ПАК45оооо-Д-1-1. Найдено, %: С - 61,41; Н - 6,78; N - 4,60.
Рассчитано для ПАК-Д-1-1, %: С - 71,02; Н - 6,94; N - 5,71 для степени связывания 100 %. С29Н34N205.
ПАК2ооо-Д-1-2. Найдено, %: С - 67,92; Н - 6,32; N - 2,20.
ПАК45оооо-Д-1-2. Найдено, %: С - 69,80; Н - 6,44; N - 2,36.
Рассчитано для ПАК-Д-1-2, %: С - 74,83; Н - 6,34; N - 3,06 для степени связывания 100 %. С57Н58N209.
Степень связывания дендронов с ПАК определяли по содержанию азота с использованием расчётных графиков (табл. 1). Для комплексов ПАК-Д-1-2 степень связывания определяли также методом УФ-спектроскопии по поглощению при X = 279 нм, используя соотношение удельных коэффициентов поглощения комплекса и дендрона.
Общая методика получения ДИК с ПСС.
К раствору дендрона при перемешивании на магнитной мешалке в течение 1 ч по каплям добавляли раствор ПСС в метаноле. Перемешивание продолжали ещё 2 ч, и оставляли реакционную смесь на сутки. Образовавшийся маслянистый продукт отделяли декантацией, добавляли 100 мл абсолютного диэтилового эфира и растирали до образования осадка. Осадок отделяли фильтрованием и многократно промывали этилацетатом. Полноту вымывания избыточного дендрона контролировали методом ТСХ. Полученные вещества сушили в вакууме масляного насоса (3 мм рт. ст.) до постоянной массы. Характеризовали методом элементного анализа. Степень связывания рассчитывали по соотношению N/S (табл. 2).
Соотношение ионогенных групп ПСС:дендрон = 1:1.05.
ПСС-Д-1-1. В реакции использовали 0,5 г (0,0012 моль) Д-1-1 в 20 мл метанола и 0,2 г (0,0011 моль) ПСС в 10 мл метанола. Найдено, %: С - б1,4б; Н - 5,9б; N - 3,83; S - 5,51; N/S - 0,б9. Сз4^8N2O6S. Рассчитано, %: C - б7,77; H - б,31; N - 4,б5; S - 5,31; N/S - 0,87 для степени связывания 100 %.
ПСС-Д-1-2. В реакции использовали 0,5 г (0,000б моль) Д-1-2 в 20 мл диоксана и 0,105 г (0,00057 моль) ПСС в 10 мл метанола. Найдено, %: С - б8,48; Н - 5,70;
N - 2,37; S - 3,4б; N/S - 0,б8. С62^2^0^. Рассчитано, %: C - 72,51; H - б,04;
N - 2,73; S - 3,12; N/S - 0,88 для степени связывания 100 %.
ПСС-Д-1-3. В реакции использовали 0,5 г (0,0003 моль) Д-1-3 в 20 мл диоксана и 0,051 г (0,00028 моль) ПСС в 10 мл метанола. Найдено, %: С - 75,28; Н - 5,99;
N - 1,13; S - 1,б3; N/S - 0,б9. С^ЩюN2O18S. Рассчитано, %: C - 75,5б; H - 5,89;
N - 1,49; S - 1,70; N/S - 0,88 для степени связывания 100 %.
Соотношение ионогенных групп ПСС:дендрон = 1:1.5.
ПСС-Д-1-1. В реакции использовали 0,5 г (0,0012 моль) Д-1-1 в 20 мл метанола и 0,147 г (0,0008 моль) ПСС в 10 мл метанола. Найдено, %: С - б0,07; Н - б,4б;
N - 4,б5; S - 5,35; N/S - 0,87. С34Щ8N2O6S. Рассчитано, %: C - б7,77; H - б,31;
N -4,б5; S - 5,32; N/S - 0,87 для степени связывания 100 %. Спектр ЯМР 1Н (DMSO-d6):
б, м. д.: 1,20-2,0 (уш., 3H, СН-СН2 цепи), 1,75-1,95 (м., 2H, СН2-СН2-СН2), 2,б0-2,75 (с., бН, 2СНз), 2,95-3,15 (м., 2Н, N-С^), 3,20-3,35 (м., 2Н, NH-С^), 5,05-5,20 (с., 4Н, 2СН2 бенз.), б,00-б,80 (уш., 2Н, Н-аром.), б,75-б,85 (уш., 1Н, Н-аром.), 7,10-7,20 (уш., 2Н, Н-аром.), 7,25-7,55 (м., 12Н, Н-аром.), 8,б0-8,70 (м., 1Н, NH), 9,40-9,б0 (уш., 1Н, NH+).
ПСС-Д-1-2. В реакции использовали 0,5 г (0,000б моль) Д-1-2 в 20 мл диоксана и 0,074 г (0,0004 моль) ПСС в 10 мл метанола. Найдено, %: С - б8,31; Н - 5,79;
N - 2,35; S - 3,31; N/S - 0,71. С62^2^0^. Рассчитано, %: C - 72,51; H - б,04;
N - 2,73; S - 3,12; N/S - 0,88 для степени связывания 100 %.
ПСС-Д-1-3. В реакции использовали 0,5 г (0,0003 моль) Д-1-3 в 20 мл диоксана и 0,037 г (0,0002 моль) ПСС в 10 мл метанола. Найдено, %: С - 75,52; Н - б,03; N - 1,09; S - 1,55; N/S - 0,70. С^ЩюN2O18S. Рассчитано, %: C - 75,5б; H - 5,89; N - 1,49; S - 1,70; N/S - 0,88 для степени связывания 100 %.
Синтез ДИК из ПСС и Д-2-1.
Растворяли 0,25 г (0,0004 моль) Д-2-1 в 3 мл ацетона и добавляли 3 мл метанола. К полученному раствору при перемешивании на магнитной мешалке в течение 30 мин по каплям добавляли раствор 0,049 г (0,0002б моль) ПСС в 5 мл метанола. Реакционную смесь перемешивали 2 ч и выдерживали сутки при комнатной температуре. Образовавшийся осадок отделяли фильтрованием, промывали смесью растворителей ацетон:метанол 1:1, затем ацетоном. Полноту вымывания избыточного дендрона контролировали методом ТСХ. Полученный комплекс сушили в вакууме масляного насоса (3 мм рт. ст.) до постоянной массы, характеризовали методом элементного анализа и ЯМР 1Н. Степень связывания рассчитывали по соотношению N/S (табл. 2). Найдено, %: С - 48,80; Н - 4,0б; N - 12,б7; S - 3,б7; N/S - 3,4б. Сз4Hз2N8Ol4S. Рассчитано, %: C - 50,50; H - 3,9б; N - 13,8б; S - 3,9б; N/S - 3,50 для степени связывания 100 %. Спектр ЯМР 1Н (DMSO-d6): б, м. д.: 1,2-1,8 (уш., 3Н, СН-СН2 цепи), 1,8-2,0 (м., 2Н, СН2-СН2-СН2), 2,б5 (с., бН, 2СНз), 3,1 (м., 2Н, N-С^), 3,45 (м., 2Н, NH^^), б,0-б,8 (уш., 2Н, Н-аром.), 7,2-7,б (уш., 2Н, Н-аром.), 7,9 (уш., 2Н, Н-аром.), 8,4-8,5 (уш., 1Н, Н-аром.), 8,55 (м., 1Н, NH), 8,8 (с., 2Н, Н-аром.), 9,15 (с, 4Н, Н-аром.), 9,25-9,5 (уш.,
1Н, NH+), 10,7-11,1 (с, 2Н, NH-аром.).
Литература
1. Du J., Dai J., Liu J. L. Dankovich T. Novel pH-sensitive polyelectrolyte carboxymethyl Konjac glucomannan-chitosan beads as drug carriers / React. & func. polymers. 2006. Vol. 66. P. 1055-1061.
2. Yermakova L. N., Frolov Yu. G., Kasaikin V. A. et al. Interaction of sols of polysilicic acid with quaternized poly-4-vinylpyridines // Polymer sci. U.S.S.R. 1981. Vol. 23. P. 2529-2544.
3. Latov V. K., Fastovskaya M. I., Belikov V. M. Synthetic macromolecular catalysts exhibiting proteolytic activity. Importance of polyelectrolyte complexes catalyst-protein in proteolysis // Ibid. 1987. Vol. 29. P. 2830-2836.
4. Zanuy D., Casanovas J., Aleman C. Structure and dynamics of the surfactant molecules in dodecyltrimethylammonium poly(a,L-glutamate) self-assembled complexes // Chemical phys. 2004. Vol. 305. P. 85-93.
5. Fant K., Esbjorner E. K., Lincoln P., Norden B. DNA condensation by PAMAM dendrimers: self-assembly characteristics and effect on transcription // Biochemistry. 2008. Vol. 47. P. 1732-1740.
6. Bilibin A. Y., Moukhina I. V., Girbasova N. V., Egorova G. G. Self-assembly of dendritic macromolecules based on the ionic interaction of linear chain polyelectrolyte cores with oppositely charged focal ionogenic groups of dendrons // Macromol. chem. phys. 2004. Vol. 205. P. 1660-1666.
7. Forier B., Dehaen W. Alternative convergent and accelerated double-stage convergent approaches towards functionalized dendritic polyethers // Tetrahedron. 1999. Vol. 55. P. 9829-9846.
8. Билибин А. Ю., Мухина И. В., Егорова Г. Г. Синтез функционализированных по фокальной точке дендронов и изучение их ковалентного и ионного связывания с функциональными группами линейных макромолекул // Мат. XII межд. конф. молодых учёных «Человек. Природа. Общество. Актуальные проблемы». СПб., 2001. С. 657-661.
9. Бренеман М. Л., Курмаева А. И., Барабанов В. П. Взаимодействие поликислот с галоге-нидами щелочных металлов и тетраметиламмония в спиртах и спирто-водных смесях // Изв. высш. учебн. завед. Сер.: хим. технол. 1986. T. 29. Вып. 8. C. 56-60.
10. Klooster N. Th. M., van der Touw F., Mandel M. Solvent effects in polyelectrolyte solutions. 1. Potentiometric and viscosimetric titration of poly(acry1ic acid) in methanol and counterion specificity // Macromolecules. 1984. Vol. 17. P. 2070-2078.
11. Ishida Y., Jikei M., Kakimoto M. Rapid synthesis of aromatic polyamide dendrimers by an orthogonal and a double-stage convergent approach // Ibid. 2000. Vol. 33. P. 3202-3211.
12. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М., 1976. 541 с.
Принято к публикации 26 декабря 2008 г.
