CC BY
30
Том 151, кн. 3
Естественные науки
2009
УДК 547.562.4+547.6+547.542+541.49
СИНТЕЗ И СТРУКТУРА НОВЫХ МОНО- И ДИЗАМЕЩЕННЫХ СЕРУСОДЕРЖАЩИХ ПРОИЗВОДНЫХ п-трет-БУТИЛТИАКАЛИКС [4] АРЕНА
А.А. Тюфтин, С.Е. Соловьева, С.В. Харламов, К.А. Лысенко, Ш.К. Латыпов, И.С. Антипин, А.И. Коновалов
Аннотация
Синтезированы с высокими выходами новые моно- и дизамещенные п-трет-бу-тилтиакаликс[4]арены (ТСА) с тиоацетатными и меркаптогруппами. Наиболее удобным способом получения тиол-содержащих ТСА является восстановление тиоацетат-ной группы бутиламином. Структура полученных соединений установлена с помощью ряда гомо- и гетероядерных корреляционных ЯМР-экспериментов и РСА.
Ключевые слова: моно-, ди-, бромалкокси-, тиоацето-, тиол-замещенные тиака-ликс[4]арены, стереоизомер конус, бис-каликсарены, 2D ЯМР, РСА.
Введение
П-трет-бутил-тиакаликс[4]арен 1 (ТСА) и его производные представляют собой новые перспективные объекты супрамолекулярной химии [1-4]. Незамещенный ТСА способен к связыванию катионов металлов за счет мостиковых атомов серы в макроцикле [4-7]. В последнее время наблюдается все возрастающий интерес к его производным [2-4]. Наличие нескольких реакционных центров на нижнем [2-4] и верхнем [3, 4, 8] ободе позволяет модифицировать ТСА различными функциональными группами для создания предорганизован-ных структур, способных к распознаванию различных субстратов. Введение дополнительных заместителей на нижний или верхний обод макроцикла способно увеличить комплексообразующую способность тиакаликс[4]аренов.
Серусодержащие производные «классического» каликсарена 2 проявили высокую экстракционную способность по отношению к мягким катионам металлов, таким, как Ag+, Р^+, Си2+, С^+, РЬ2+ [9-11]. Кроме того, тиолсодержащие каликсарены могут служить молекулярными строительными блоками при конструировании супрамолекулярных структур, а также в качестве и высокоселективных экстрагентов и материалов для сенсоров [12-15]. За счет алкилтиольных групп возможно создание моно- и полимолекулярных нанослоев макроцикли-ческих соединений на поверхности металлов, в том числе отдельных наноча-стиц [16-18].
В работе [19] описан синтез тетразамещенных меркаптопроизводных ТСА в конформации 1,3-альтернат. Настоящее исследование посвящено синтезу моно- и дизамещенных серусодержащих производных ТСА 3-8 в конформации конус. Частично замещенные ТСА имеют свободные гидроксильные группы,
что может быть использовано для связывания металлов или дальнейшей функ-ционализации.
Синтез частично замещенных по нижнему ободу производных ТСА является существенно более сложной задачей по сравнению с получением тетраза-мещенных аналогов. Поэтому такие примеры синтеза в литературе редки, и, как правило, они характеризуются невысокими выходами и селективностью [20-24]. Обычно в результате реакции алкилировании фенольных групп макроцикла образуется смесь частично замещенных продуктов, а при избытке алкилирую-щего реагента - тетразамещенные производные. Трудность получения частично замещенных производных связана со сравнительно небольшой разницей в кислотности взаимодействующих фенольных ОН-групп тиакаликсарена [25]. Исключение составляет подход [26-29] к хемоселективному синтезу дизамещенных ТСА при использовании условий реакции Мицунобу [30]. Варьируя соотношение трифенилфосфина (TPP) и диэтилдиазокарбоксилата (DEAD), можно получать как тетразамещенные тиакаликсарены в конформации 1,3-альтернат, так и дизамещенные производные в конформации конус с выходами до 89% [26].
В настоящее время известно достаточно много способов введения тиольных групп в органические молекулы. К наиболее распространенным относятся синтезы тиолов через алкилгалогениды реакцией нуклеофильного замещения тио-мочевиной, тиоацетатом, тиобензоатом, этилдитиокарбонатом металла и последующим гидролизом полученных тиоэфиров либо их восстановлением до соответствующих тиолов [31]. В связи с этим для введения серусодержащих заместителей на нижний обод ТСА 1 в качестве исходного был выбран диза-мещенный бромэтокси ТСА 3, полученный в условиях реакции Мицунобу [26].
К сожалению, задача установления пространственной структуры ТСА является более сложной, чем для «классических» каликсаренов, в которых надежные выводы о конформации могут быть сделаны только на основании анализа спектров ЯМР H мостиковых метиленовых протонов [32]. В данном случае такой подход для ТСА не применим, и только анализ ЯЭО позволил сделать однозначные выводы о пространственной структуре соединения 3 [33]. Таким образом, наблюдаются ЯЭО между протонами СН2- и ОН-групп заместителей в нижнем ободе, между трет-бутильными протонами и между ароматическими протонами каликсаренового обода. Учитывая симметрию протонного спектра, можно сделать вывод, что данное соединение приобретает в растворе конфор-мацию конус.
Реакция соединения 3 с тиоацетатом калия была проведена при различных соотношениях реагентов. Найдено, что продукты реакции и их выходы существенно зависят от соотношения реагентов (схема 1). При использовании стехио-
1 X-S; R1-R2-R3-R4-H
2 X-CH2; Ri -R2 -R3-R 4-H
3 X-S; R1-R3- H; R2-R4-CH2CH2Br
4 X-S; R1-R2- R3-H; R3-CH2CH2SC(O)CH3
5 X-S; R1-R3- H; R^^-CHjCHiSC^CH-s
6 X-S; R1-R3- H; R2-CH2CH2Br; R4-CH2CH2SC(O)CH3
7 X-S; R1-R3- H; R2-R4-CH2CH2SH
Обсуждение результатов
метрического соотношения реагентов (2-кратный избыток тиоацетата калия) из реакционной смеси были выделены три продукта 4-6. Кроме ожидаемого ди-тиоэфира 5, выделенного с выходом 30%, были получены монозамещенный тиоэфир 4, а также продукт монозамещения 6. Образование монотиоэфира 4 может быть объяснено деалкилированием одного заместителя на нижнем ободе в щелочных условиях реакции нуклеофильного замещения. Несимметрично ди-замещенный ТСА 6, представляющий интерес для дальнейшей функционализа-ции с целью получения хиральных макроциклов, был выделен с выходом 5%.
С целью повышения выхода целевого дитиоэфира 5 был увеличен избыток тиоацетата калия в реакционной смеси. При его 2.5-кратном избытке дизаме-щенный тиоэфир 5 был выделен с помощью колоночной хроматографии с 45%-ным выходом. Такое соотношение реагентов является наиболее оптимальным для его синтеза, так как при увеличении соотношения тиоацетат калия: соединение 3 до 3.65, несмотря на повышение выхода продукта 5 до 66%, его выделить сложнее из реакционной смеси в связи с тем, что при этом увеличивается и выход монозамещенного соединения 4 до 34%. Это создает серьезные трудности при разделении соединений 4 и 5.
Реакция 3 с еще большим избытком тиоацетата калия (от 6- до 8-кратного) при кипячении в течение 2.5 ч в ДМФА при 90 °С приводит к образованию только монозамещенного производного 4 с выходом 55%, что свидетельствует об усилении процесса гидролиза алкильных групп на нижнем ободе макроцикла.
Производные 4-6 были охарактеризованы комплексом физических методов. Предварительно с помощью HSQC и НМВС экспериментов [34, 35] были надежно соотнесены сигналы в спектрах ЯМР :Н и установлены химические сдвиги сигналов углерода. Далее наличие ЯЭО между протонами СН2- и ОН-групп заместителей при нижнем ободе, также эффектов ЯЭО между сигналами протонов трет-бутильных групп и ароматическими протонами каликсаренового обода свидетельствует о том, что, как и в случае ТСА, для данных соединений в растворе сохраняется конформация конус. В то же время экспериментально не наблюдали ЯЭО между протонами заместителей нижнего и верхнего обода,
(ррт)
Рис. 1. Спектр ЯМР 1Н соединения 6 в СБС13 при Т = 298 К
что позволяет исключить другие конформации. В спектре ЯМР :Н соединения 6 присутствуют четыре триплета от разных заместителей (рис. 1), что говорит о его асимметричном дизамещении.
Триплет 5.02 мд принадлежит О-СН7СН9БГ (I = 6.3 Гц) группе, а сигнал 4.56 (I = 6.3 Гц) соответствует тиоацетатному фрагменту 0-СН?СН28С(0)СН3 и находится в более сильных полях. Сигналы трет-бутильных групп соединения 6 также не эквивалентны и проявляются в виде трех синглетов (0.65 (8, 9Н, С(СНз)з(С)), 0.95 (9Н, С(СНз)з(А)), 1.35 (8, 18Н, С(СНз)з (Б,Б)). В кристаллической фазе конформация конус продуктов 5 и 6 сохраняется, что было подтверждено методом РСА. На рис. 2 представлена структура соединения 5 (а) по данным РСА и его кристаллическая упаковка (б). Кристаллы были выращены из смеси гексана и эфира в соотношении 8 : 1.
Противолежащие замещенные фенольные кольца соединения 5 располагаются параллельно друг другу, а незамещенные - отклонены наружу.
На рис. 3 приведена структура соединения 6 по данным РСА.
Интересно отметить, что водородная связь в дизамещенных производных 5 и 6 не является циклической, как в исходном ТСА. Это является следствием межмолекулярных контактных взаимодействий, в которых важную роль играют атомы серы как тиакаликсаренового обода, так и тиоацетатных групп. В связи с этим водородная связь образуется только у одного атома кислорода 0Ь
Рис. 3. Структура соединения 6 (а) и его кристаллическая упаковка (б) по данным РСА. Атомы водорода показаны только для ОН-групп
Для получения меркаптопроизводных были проведены реакции гидролиза полученных тиоацетатов 4 и 5 в присутствии соляной кислоты в диоксане или гидрокарбоната калия в водно-этанольной смеси. Солянокислый гидролиз соединения 5 в 8-кратном избытке HCl в диоксане при 95-100 °С в течение 1 ч приводил, согласно данным 1H ЯМР-спектроскопии, к образованию монозамещенного продукта 4, то есть происходило «снятие» одной замещающей группы. После выделения продуктов была получена смесь соединений 5 и 4 в соотношении 3 : 1. Реакция 5 с 7-кратным избытком KHCO3 в системе MeOH : H2O = = 10 : 1.5 при кипячении в течение 7 ч приводит к полному снятию групп заместителей и образованию исходного тиакаликсарена 1. По данным масс спектров в реакционной смеси также обнаруживаются лишь примеси ди- и моноза-мещенных меркаптопроизводных. Более короткое время проведения реакции (3 ч) приводит, по данным ЯМР 1H, к образованию наряду с ТСА 1 монозаме-
щенного продукта 4 с 30%-ным выходом. При уменьшении количества KHCO3 до 2.5-кратного избытка и кипячении с добавлением 5 мл хлороформа в течение 30 мин реакция не проходит.
В 1960 г. был описан синтез меркаптопроизводных из тиоацетатов в присутствии аминов [36]. Метод был применен для получения тиола из соединения 5, которое нагревали в гексане при 69 °С с двукратным избытком BuNH2 в течение 1.5 ч. При этом, согласно данным ЯМР 1H, образовывался монозамещен-ный 4 в соотношении 1 : 2 к исходному 5. В реакционной смеси также обнаруживались сигналы тиакаликсарена 1. Реакция с четырехкратным избытком гид-разингидрата приводила к полному деалкилированию с образованием ТСА 1. Таким образом, методы синтеза не привели к образованию дизамещенного тиола из соединения 5.
Для получения монозамещенного меркаптопроизводного 7 из соединения 4 был проведен гидролиз соединения 4 в системах HCl : /PrOH, KHCO3 : CH3ONa, а также в присутствии CH3SNa в метаноле [37]. В результате из реакционных смесей был выделен ТСА 1. Кипячение соединения 4 в бутиламине и гидразин-гидрате также приводит к удалению заместителя и образованию ТСА 1. В процессе реакции 4 с 2-кратным избытком бутиламина в гексане были получены кристаллы комплекса соединения 4 с бутиламином, которые удалось выделить и охарактеризовать методом РСА. На рис. 4, а представлена структура аниона соединения 4 (кристаллы выращены из гексана) по данным РСА.
Рис. 4. Структура аниона соединения 4 по данным РСА. Молекулы бутиламина и атомы водорода не показаны (а). Кристаллическая упаковка комплекса соединения 4 с бутиламином с образованием димера (б)
В структуре комплекса 4 с бутиламином наблюдается депротонирование ОН-группы находящейся напротив заместителя. Протон мигрирует на молекулу бутиламина с образованием катиона бутиламмония. Эти структуры образуют супрамолекулярные димеры (рис. 4, б).
а)
б)
Получить монотиол 7 удалось кипячением 4 в гексане в присутствии 2-кратного избытка бутиламина при 90 °С в течение 1.5 ч (схема 2). В спектре ЯМР :Н продукта реакции 7, кроме сигналов протонов тиола 7, были найдены группы сигналов, соответствующие дисульфиду 8 (бистиакаликсарену), который мог легко образоваться за счет окисления на воздухе. Выход тиола 7 по данным 1Н ЯМР составил 38%.
2BuNH2 CöHg
пел
H OH
NEt3
Схема 2. Синтез тиола 7 и бискаликсарена 8
Молекулярная масса соединения 7 была также подтверждена данными масс-спекторометрии (ЕИ, m/z = 780).
Для однозначного доказательства структуры соединения 8 было проведено полное окисление тиола 7 йодом в хлороформе в присутствии триэтиламина (схема 2). При этом удалось увеличить выход дисульфида до 78%.
Структура 8 была доказана методами 2D ЯМР-спектроскопии. Согласно ЯЭО конформация конус сохраняется в растворе CDCl3. Как и в монозамещен-ном 4, протоны трет-бутильных групп не эквивалентны и проявляются с различными химическими сдвигами: 1.16 (s, 9H, C(CH3)3(A)), 1.20 (s, 9H, C(CH3)3(C)), 1.22 (s, 18H, C(CH3)3(B)). Молекулярная масса продукта была установлена методом масс-спектрометрии ЕИ, а также MALDI TOF. В масс-спектре ЕИ присутствовал только один пик молекулярного иона 1556.69 m/z, в MALDI TOF масс-спектре присутствовали пики 1556.69 [M]+ и 1579.74 [M+Na]+. Было проведено компьютерное моделирование методом PM3 (MOPAC 2000, v. 1.11 метод расширенного Хартри Фока [38]), которое также подтвердило конформа-цию конус соединения 8 (рис. 5).
4
Рис. 5. Оптимизированная структура соединения 8, метод PM3, GNORM = 0.001
Выводы
Гидролиз или восстановление соединения 5 с двумя метиленовыми группами в заместителях в присутствии HCl, KHCO3 аминов и гидразингидрата приводит к деалкилированию и образованию ТСА 1. Наиболее удобный способ получения меркаптопроизводного монозамещенного ТСА 7 состоит в восстановлении тиоацетатной группы бутиламином. Установлено образование супрамоле-кулярной системы соединения 4 с бутиламином. Получен бискаликсарен 8 в конформации конус.
Экспериментальная часть
Растворители и реагенты перед применением очищали по известным методикам [39]. Коммерчески доступные реагенты были использованы без очистки (2-бромэтанол 97%, триэтиламин 99%, трифенилфосфин 99% фирмы Acros, гидразинмоногидрат (98%) и тиоацетат калия (98%) - Alfa Aesar, диэтилазоди-карбоксилат 97% фирмы Lancaster). Температуры плавления веществ определяли на малогабаритном нагревательном столике BOETIUS с визуальным устройством РНМК 05 без корректировки. ЯМР-эксперименты (1D DEPT, 1D NOESY, 2D COSY, 2D HSQC, 2D HMBC) в растворе CDCI3 были проведены на ЯМР-спектрометре Avance-600 (Bruker) (600 МГц (1Н) и 150.926 МГц (13С)) при температуре 298 К. В качестве внутреннего стандарта использовали остаточный сигнал CDCl3 (8Н 7.24 м.д. и 8С 77.0 м.д.). Символы в ЯМР-спектрах CHo, Cm, Ci соответствуют протонам ароматической части спектра, где CHo -это протон в орто-положении фенила, Cm - мета и Ci - в ипсо-положении. ИК-спектры были получены на Фурье-спектрометрах Tensor 27 и Vector 22 (Bruker) при разрешающей способности 4 см- с накоплением 64 скана в таблетках KBr в интервале волновых чисел 400-4000 см- . Масс-спектры электронной ионизации (ЕИ) получены на квадрупольном масс-спектрометре Finnigan TRACE MS производства «ThermoQuest». Напуск образца осуществлялся посредством системы прямого ввода с водяным охлаждением. Молекулярные масс-спектры были получены на масс-спектрометре Maldi TOF Dynamo Finnigan в виде растворов веществ в подходящем растворителе в интервале концентраций 10- - 10- моль/л. В качестве матриц были использованы (E)-2-циано-3-(4-гидроксифенил)акри-ловая кислота, 1,8,9-тригидроксиантрацен или пара-нитроанилин. Соединения 5-8 очищали колоночной хроматографией на силикагеле 60, 0.060-0.2 мм (размер частиц 70-300). Чистоту веществ контролировали методом ТСХ на пластинках «Silufol UV 254», «Fluka 0.060-0.2 мм» при использовании ультрафиолетовой лампы VL-6.LC (трубка 6 Вт, 254 нм). Для определения Rf соединений были использованы пластины w/UV254, aluminum backed, 200 цт (Sorbtech). Состав веществ подтверждали данными элементного анализа на анализаторе «Euro Vector EA". РСА проведен на автоматическом 3-кружном дифрактометре Smart 1000 CCD при 120 К (MoKa, omega-сканирование). Обработку экспериментальных данных и расчеты по расшифровке и уточнению кристаллической структуры проводили с использованием программного комплекса SHELXTL PLUS 5.1 [40]. Синтез п-трет-бутилтиакаликс[4]арена был осуществлен по методике [1]. Все реакции проводили в атмосфере аргона.
5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25-[(2-тиоацетопропокси)],26,27,28-тригид-рокси-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен конус (4). 0.96 г (1 ммоль) дибромпро-изводного 3 и 0.70 г (6.2 ммоль 6-кратный избыток) тиоацетата калия нагревали в 45 мл ДМФА сначала при 70 °C в течение 30 мин, затем при 90 °C в течение 2.5 ч. После охлаждения до комнатной температуры из реакционной смеси почти досуха удаляли ДМФА. Далее прибавляли 200 мл воды. Выпавший осадок отфильтровывали, растворяли в хлороформе (150 мл), промывали водой до pH 7 и сушили над MgSO4. Удаляли хлороформ, выделяли осадок соединения 4, который промывали гексаном, перекристаллизовывали из метанола и снова промывали гексаном. Выход 0.47 г, 55%, Тш = 176<; 1H ЯМР 5 = 9.30 (с, 1H, OH), 9.01 (с, 2H, OH), 7.64 (с, 2H, Ar(A)H), 7.59 (с, 4H, Ar(C)H), 4.54 (т, 2H, Jhh = = 6.27 Гц, O-CH2), 3.70 (т, 2H, Jhh = 6.27 Гц, CH2S), 2.45 (с, 3H, OCH3), 1.16 (с, 9H, C(CH3)3(A)), 1.21 (с, 9H, C^MC)), 1.23 (с, 18H, C^MB)); 13C ЯМР 5 = 195.4 (C=O), 157.6 (Cp, Ar(A)), 156.6 (Cp, Ar(B)), 156.2 (Cp, Ar(C)), 149.2 (Ci, Ar(A)), 144.0 (Ci, Ar(C)), 143.6 (Ci, Ar(B)), 136.6 (CHo, Ar(A)), 128.4 (Cm, Ar(A)), 120.9 (Cm, Ar(B)), 120.8 (Cm, Ar(B)), 120.4 (Cm, Ar(C)), 75.9 (O-CH2), 34.4 (C(CH3)3(A)), 34.2 (QC^bXC), 34.1 (QC^bXB), 31.3 (C^bXB), 31.2 (C(CH3b(C), 31.0 (C(CH3)3(A), 30.7 (CH3), 29.0 (CH2-S); ИК (KBr, 20 °C): v (C=O) = 1704 см-1; MS (ЕИ) m/z: 823; MS (MALDI TOF) m/z (%): 824.9 [M+H]+, 847.5 [M+Na]+, 863.9 [M+K]+. Элементный анализ для C44H54O5S5 (823.22); C 64.20, H 6.61, найдено: C 64.14, H 6.38%.
Аналогичная методика была использована при 8-кратном избытке тиоаце-тата калия. При этом выход продукта 4 оставался равным 55%.
5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,27-бис[(2-тиоацетоэтокси)],26,28-дигид-рокси-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен конус (5): 0.41 г (0.439 ммоль) диб-ромпроизводного 3 и 0.13 г (1.09 ммоль (2.5-кратный мольный избыток)) тио-ацетата калия нагревали в 10 мл ДМФА в течение 2 ч при 90 °C. Далее добавляли 70 мл воды, выпавший осадок отфильтровывали и растворяли в 300 мл хлороформа. Промывали водой до pH 7. Органический слой сушили над MgSO4. После удаления хлороформа сырой продукт растворяли в гексане. Не-растворившийся осадок отфильтровывали и хроматографировали на силикагеле (элюент : диэтиловый эфир-гексан = 1 : 8). Полученный продукт перекристал-лизовывали из смеси эфир - гексан, получали кристаллы соединения 5. Соединение 4 также было выделено из колоночной хроматографией с 6%-ным выходом (Rf = 0.41).
Выход соединения 5: 0.19 г, 45%, Тпл = 205-207 °C; 'H ЯМР 5 = 7.70 (с, 2H, OH), 7.66 (с, 4H, Ar(A)H), 6.93 (с, 4H, Ar(B)H), 4.70 (т, 4H, J = 6.11 Гц, O-CH2), 3.57 (т, 4H, J = 6.11 Гц, CH2-SC(O)CH3), 2.41 (с, 6H, CH3), 1.33 (с, 18H, C(CH3)3(A)), 0.73 (с, 18H, C(CH3)3(B)); 13C ЯМР 5 = 196.9 (C=O), 157.3 (Cp, Ar(B)), 157.2 (Cp, Ar(A)), 149.6 (Ci, Ar(B)), 144.2 (Ci, Ar(A)), 135.8 (CHo, Ar(B)), 134.2 (CHo, Ar(A)), 130.4 (Cm, Ar(B)), 123.6 (Cm, Ar(A)), 74.8 (O-CH2), 35.6 (C(CH3)3(B)), 35.5 (C(CH3)3(A)), 32.9 (C(CH3)3(A)) 32.2 (C^MB)), 31.1 (CH3), 24.1 (CH2-S); ИК (KBr, 20 °C): v (C=O) = 1697 см-1; MS (ЕИ) m/z: M+ = 925; Rf (диэтиловый эфир : гексан = 1 : 8) = 0.17. Элементный анализ для C48H60O6S6 (925.38); C 62.30, H 6.54, найдено: C 62.16, H 6.24%.
5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25-[(2-тиоацетоэтокси)],27-[(2-бромэтокси)], 26,28-дигидрокси-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен конус (6): 0.81 г (0.87 ммоль) дибромпроизводного 3 и 0.20 г (1.7 ммоль (2-кратный мольный избыток!)) тио-ацетата калия нагревали в 15 мл ДМФА в течение 2.5 ч при 90 °C, затем выдерживали полчаса при 20 °C, реакционная смесь приобрела коричневый цвет. Затем добавляли 100 мл воды, выпавший осадок отфильтровывали, растворяли в 300 мл хлороформа и промывали водой до pH 7. Органический слой высушивали над MgSO4. Хлороформ удаляли, к остатку добавляли метанол (100 мл). Нерастворившиеся примеси отфильтровывали. Из фильтрата удаляли метанол, остаток растворяли в гексане (5 мл), Соединения 4-6 были получены после колоночной хроматографии с 10%-ным, 30%-ным и 5%-ным выходами соответственно (элюент диэтиловый эфир : гексан = 1 : 5). Спектральные данные и константы для соединений 4 и 5 соответствовали вышеуказанным данным. Соединение 6: Выход: 5%, 0.04 г. Тш = 217-218 °C; 'H ЯМР 5 = 7.72 (с, 2H, OH), 7.68 (д, 2H, Ar(B)H J = 2.28 Гц), 7.64 (д, 2H, Ar(D)H J = 2.5 Гц), 7,17 (c, 2H, Ar(C)H), 6.71 (с, 2H, Ar(A)H), 5.00 (т, 2H, O-CHCHBr, J = 6.26 Гц), 4.55 (т, 2H, J = 6.26 Гц, O-CH9CH9SC(O)CH3), 3.98 (т, 2H, J = 6.26 Гц, CH2-Br), 3.54 (т, 2H, J = 6.26 Гц, CH2-S), 2.40 (с, 3H, OCH3), 0.64 (с, 9H, C(CH3b(C)), 0.93 (с, 9H, C(CH3^(A)), 1.33 (c, 18H, C(CH3)3(B); 13C ЯМР 5 = 195.2 (C=O), 155.7 CpAr(B,D), 155.9 CpAr(A), 155.5 CpAr(C), 149.1 C/Ar(A), 147.4 C/Ar(C), 142.9 C/Ar(B,D), 135.2 CHoAr(B,D), 134.5 CHoAr(A), 133.7 CHoAr(C), 131.2 CmAr(B,D), 129.5 CmAr(C), 128.3 CmAr(A), 75.0 OCH2(A), 72.8 OCH2(C), 34.2 C(CH3b(B,D), 34.1 C(CH3)3(A), 33.8 C(CH3)3(C), 31.5 C(CH3b(B,D), 31.3 C(CH3)3(A,C), 31.0 OCH2(A), 30.8 CH3, 29.2 CH2S; ИК (KBr, 20 °C): v (C=O) = 1700 см-1; MS (ЕИ) m/z: M+ = 930.9; Rf (диэтиловый эфир : гексан = = 1 : 8) = 0.23. Элементный анализ для C46H57BrO5S5 (930.17); C 59.40, H 6.18, найдено: C 58.68, H 6.12 %.
Бис (5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25-[(2-тиоэтокси)],26,27,28-тригидрок-си-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен) конус (8).
Первый способ: 0.3 г (0.36 ммоль) соединения 4 растворяли в 25 мл гексана при 40 °C. Затем к раствору добавляли по каплям 0.05 г н-бутиламина (0.73 ммоль) в 5 мл гексана, полученную смесь нагревали до 90 °C. Через 1.5 ч гексан удаляли досуха. Полученный стекловидный осадок растирали в 5 мл 2 M HCl, затем отфильтровывали. Коричневый продукт растворяли в 300 мл CHCl3 и промывали (2 экв. по отношению к н-бутиламину) количеством HCl. Далее раствор промывали водой и сушили над MgSO4. После удаления CHCl3 были выделены соединения 7 и 8 с 38-ным и 52%-ным выходами соответственно.
Второй способ: Растворы соединения 7 (0.038 г, 0.0487 ммоль) и йода (0.012 г, 0.0487 ммоль) в 4 мл CHCl3 добавляли к раствору 0.0098 г триэтила-мина (0.0974 ммоль) в 4 мл CHCl3 по каплям до появления желтоватой окраски от избытка I2. Полученную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 26 ч в атмосфере аргона. По окончании перемешивания добавляли 5 мл H2O и каталитическое количество Na2S2O3. Реакционную смесь экстрагировали смесью 200 мл хлороформа и 50 мл воды с добавлением 4 мл 6 M HCl. После промывания водой (100 мл), органический слой сушили над MgSO4. Хлороформ удаляли, осадок хроматографировали на колонке (силикагель, элюент
диэтиловый эфир : гексан = 1 : 8). Были получены белые кристаллы вещества 8. Выход: 78%, 0.059 г. Тш = 283-286 °C; 1H ЯМР 5 = 9.35 (с, 1H, OH), 9.06 (с, 2H, OH), 7.63 (с, 2H, Ar(A)H), 7.60 (с, 4H, Ar(C)H), 4.77 (т, 2H, J = 6.60 Hz, O-CH2), 3.64 (т, 2H, J = 6.60 Hz, CH2S), 1.16 (с, 9H, С(Шз)з(А)), 1.20 (с, 9H, С(Шз)з(С)), 1.22 (с, 18H, C(CH3)3(B)); MS (MALDI TOF) m/z (%): 1558 [M]+, 1580 [M+Na]+, 11597 [M+K]+. Элементный анализ для C^H^O^c (2CH3C(O)OC2H + H2O) (1754.58); C, 62.98; H, 6.89; S, 18.28; найдено: C 62.86, H 6.36, S 18.42%.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 08-0300399).
Summary
A.A. Tyuftin, S.E. Solovieva, S.V. Kharlamov, K.A. Lysenko, Sh.K. Latypov, I.S. Antipin, A.I. Konovalov. Synthesis and Structure of New Mono- and Disubstituted Sulfur-Containing Derivatives of p-tert-butylthiacalix[4]arene.
New mono- and disubstituted p-tert-butyltetrathiacalix[4]arenes containing mercapto and thioaceto groups were synthesized in high yields. The best strategy for synthesizing mercapto-derivatives is based on reduction of thioacetate groups with buthylamine. The structure of the compounds obtained was determined with the help of homo- and heterocorrelation 2D NMR spectroscopy experiments as well as X-ray analysis.
Key words: mono- and disubstituted, bromoalkoxy, thioaceto-thiolsubstituted thiaca-lix[4]arenes; stereoisomer cone, bis-calixarenes, 2D NMR, X-ray.
Литература
1. Kumagai H., Hasegawa M., Miyanari S., Sugawa Y., Sato Y., Hori T., Ueda S., Kami-yama H., Miyano S. Facile synthesis of p-tert-Butylthiacalix[4]arene by the reaction of p-tret-butylphenol with elemental sulphur in the presence of a base // Tetrahedron Lett. -1997. - V. 38. - P. 3971-3972.
2. Iki N., Miyano S. Can Thiacalixarene Surpass Calixarene? // J. Inclusion Phenomena Mac-rocyclic Chem. - 2001. - V. 41, No 1-4. - P. 99-105.
3. Morohashi N., Narumi F., Iki N., Hattori T., Miyano S. Thiacalixarenes // Chem. Rev. -2006. - V. 6. - P. 5291-5316.
4. Lhotak P. Chemistry of Thiacalixarenes // Eur. J. Org. Chem. - 2004. - No 8. - P. 16751692.
5. Biluk A., Hall A.K., Harrowfield J.M., Hosseini M.W., Skeleton B., White A.H. Systematic Structural Coordination Chemistry of p-tert-Butyltetrathiacalix[4]arene: 1. Group 1 Elements and Congeners // Inorg. Chem. - 2001. - V. 40. - P. 672-686.
6. Iki N., Morohashi N., Narumi F., Miyano S. High Complexation Ability of Thiacalixarene with Transition Metal Ions. The Effects of Replacing Methylene Bridges of Tetra(p-t-butyl)calix[4]arenetetrol by Epithio Groups // Bull. Chem. Soc. Japan. - 1998. - V. 71. -P. 1597-1603.
7. Kon N., Iki N., Yusuke Y., Shin Sh., Miyano S. Facile synthesis of thiacalix[n]arenes (n=4, 6, and 8) consisting of p-tert-butylphenol and methylene/sulfide alternating linkage and metal-binding property of the n = 4 homologue // Tetrahedron Lett. - 2004. - V. 45. -P. 207-211.
8. Parola S., Desroches C. Recent Advances in the Functionalizations of the Upper Rims of Thiacalix[4]arenes // A Review - 2004. - V. 69, No 5. - P. 966-983.
9. Yordanov A.T., Falana O.M., Koch H.F., Roundhill D.M. (Methylthio)methyl and (N,N-dimethylcarbamoyl)methyl upper-rim-substituted calix[4]arenes as potential extractants for Ag(I), Hg(II), Ni(II), Pd(II), Pt(II), and Au(III) // Inorg. Chem. - 1997. - V. 36. -P. 6468-6471.
10. Yordanov A.T., Whittlesey B.R., Roundhill D. M. Calixarene Derivatized with Sulfur -Containing Functionalities as Selective Extractans for Heavy and Precious Metal Ions // Inorg. Chem. - 1998. - V. 37. - P. 3526-3531.
11. Yordanov A.T., Mague J.T., Roundhill D.M. Synthesis of Heavy Metal Ion Selective Ca-lix[4]arenes Having Sulfur Containing Lower-Rim Functionalities // Inorg. Chem. -1995. - V. 34. - P. 5084-5087.
12. Knoblauch S., Mattew F.O., Jaewook N., Roundhill D.M., Hennig H., Zeckert K. Ca-lix[4]arenes with narrow rim 2-mercaptoethoxy substituents as potential precursor molecules for metallacages and sensors // Inorg. Chimica Acta. - 2000. - V. 300-302. -P. 328-332.
13. Zeng X., Sun H., Chen L., Leng X., Xu F., Li Q., He X., Zhang W., Zhang Z.-Z. Synthesis of a tweezer-like bis(arylthiaalkoxy)calix[4]arene as a cation sensor for ion-selective electrodes: an investigation of the influence of neighboring halogen atoms on cation selectivity // Org. Biomol. Chem. - 2003. - V. 1. - P. 1073-1079.
14. Lu J.-Q., Pang D.-W., Zeng X.-S., He X.-W. A new solid-state silver ion-selective electrode based on a novel tweezer-type calixarene derivative // J. Electroanal. Chem. - 2004. -V. 568. - P. 37-43.
15. Honeychurch K.C., Hart J.P., Cowell D.C. Voltamperometric studies of lead at calixarene modified screen-printed carbon electrodes and its trace determination in water by stripping voltammetry // Sensors and Actuators B. - 2001. - V. 77. - P. 642-652.
16. Chen H., Lee M., Choi S., Kim J.-H., Choi H.-J., Kim S.-H., Lee J., Koh K. Comparative study of protein immobilization properties on calixarene monolayers // Sensors. - 2007. -V. 7, No 7. - P. 1091-1107.
17. Xu S., Podoprygorina G., Böhmer V., Ding Z., Rooney P., Rangan C., Mittler S. Tetrau-rea calix[4]arenes with sulfur functions: synthesis, dimerization to capsules, and self-assembly on gold // Org. Biomol. Chem. - 2007. - V. 5. - P. 558-568.
18. Arduini A., Demuru D., Pochini A., Secchi A. Recognition of quaternary ammonium cations by calix[4]arene derivatives supported on gold nanoparticles // Chem. Commun. -2005. - P. 645-647.
19. Тюфтин А.А., Муравьев А.А., Полянцев Ф.М., Латыпов Ш.К., Лысенко К.А., Соловьева С.Е., Антипин И.С., Коновалов А.И. Синтез и строение тиакаликс[4]аренов, содержащих омега-меркаптоалкокси группы по нижнему ободу // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. - 2008. - Т. 150, кн. 3. - С. 8-22
20. Lhotak P., Kaplanek L., Stibor I., Lang J., Dvorakova H., Harbal R., Sykora J. NMR and X-ray analysis of 25,27-dimethoxythiacalix[4]arene: unique infinite channels in the solid state // Tetrahedron Lett. - 2000. - V. 41. - P. 9339-9344.
21. Iki N., Morohashi N., Narumi F., Fujimoto T., Suzuki T., Miyano S. Novel molecular receptors based on a thiacalix[4]arene platform. Preparations of the di- and tetracarboxy-lic acid derivatives and their binding properties towards transition metal ions // Tetrahedron Lett. - 1999. - V. 40. - P. 7337-7341.
22. Dudic M., Lhotak P., Stibor I., Dvorakova H., Lang J. Synthesis and spectroscopic properties of porphyrin-(thia)calix[4]arene conjugates // Tetrahedron. - 2002. - V. 58. -P. 5475-5482.
23. Bhalla V., Kumar M., Hattori T., Miyano S. Stereoselective synthesis of all stereoisomers of vicinal and distal bis(O-2-aminoethyl)-p-tert-butylthiacalix[4]arene // Tetrahedron. -2004. - V. 60. - P. 5881-5887.
24. Stoikov I.I., Omran O.A., Solovieva S.E., Latypov Sh.K., Enikeev K.M., Gubaidullin A.T., Antipin I.S., Konovalov A.I. The synthesis of tetracarbonyl derivatives of thiacalix[4]-arene in different conformations and their complexation properties towards alkali metal ions // Tetrahedron. -2003. - V. 59, No 9. - P. 1469-1476.
25. Matsumiya H., Terazono Y., Iki N., Miyano S. Acid-base properties of sulfur-bridged calix[4]arenes // J. Chem. Soc. Perkin Trans. - 2002. - No 2. - P. 1166-1172.
26. Bitter I., Viktor C. An expedient route to p-tert-butylthiacalix[4]arene 1,3 -diethers via Mitsunobu reactions // Tetrahedron Lett. - 2003. - V. 44. - P. 2261-2265.
27. Csokai V., Grun A., Bitter I. Unprecedented cyclisations of calix[4]arenes with glycols under the Mitsunobu protocol. Part 1: A new perspective for the synthesis of calixcrowns // Tetrahedron Lett. - 2003. - V. 44. - P. 4681-4684.
28. Csokai V., Grun A., Balazs B., Simon A., Toth G., Bitter I. Functionalized thiacalix- and calix[4]arene-based Ag+ ionophores: synthesis and comparative NMR study // Tetrahedron. - 2006. - V. 62. - P. 10215-10222.
29. Csokai V., Simon A., Balazs B., Toth G., Bitter I. Chemoselective ring closure of thia-calix[4]arene-1,3-bis(N-ra-hydroxyalkylamides) via the Mitsunobu reaction // Tetrahedron. - 2006. - V. 62. - P. 2850-2856.
30. Mitsunobu O. The use of diethyl azodicarboxylate and triphenylphosphine in synthesis and transformation of natural products // Synthesis. - 1981. - P. 1-28.
31. Witt D., Klajn R., Barski P., Grzybowski B.A. Applications, Properties and Synthesis of ю-Functionalized n-Alkanethiols and Disulfides - the Building Blocks of Self-Assembled Monolayers // Curr. Org. Chem. - 2004. - V. 8. - P. 1763-1797.
32. Gutsche C.D. Calixarenes: An Introduction (Monographs in Supramolecular Chemistry). -Cambridge: Royal Society of Chemistry, 2008. - 248 p.
33. Stott K., Stonehouse J., Keeler J., Hwang T.L., Shaka A.J. Excitation Sculpting in HighResolution Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Application to Selective NOE Experiments // J. Am. Chem. Soc. - 1995. - V. 117. - P. 4199-4200.
34. Derome A.E. Modern NMR Techniques for Chemistry Research. - Cambridge: Per-gamon, 1988. - 295 p.
35. Atta-ur-Rahman T.I. Basic One- and Two-Dimensional NMR Spectroscopy. - Amsterdam: Elsevier, 1989. - 430 p.
36. GofreyJ.J. Mercaptans and amides from thioethers. - U.S. 3.086.049 (Cl. 260-561), Apr.6, 1963, Appl. Mar. 16, 1960. - P. 3-10.
37. Wallance O.B., Springer D.M. Mild, selective deprotonation of thioacetates using sodium thiomethoxide // Tetrahedron Lett. - 1998. - V. 39. - P. 2693-2694
38. Pople J.A., Nesbet R.K. Self-consistent orbitals for radicals // J. Chem. Phys. - 1954. -V. 22. - P. 571-572.
39. Гордон А. Спутник химика. - М.: Мир, 1976. - 541 с.
40. Sheldrick G.M. SHELXTL V. 5.10, Structure Determination Software Suit. - Madison, Wisconsin, USA: Bruker AXS.
Поступила в редакцию 08.05.09
Тюфтин Андрей Андреевич - аспирант Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН.
E-mail: [email protected]
Соловьева Светлана Евгеньевна - кандидат химических наук, доцент, старший научный сотрудник Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН.
E-mail: [email protected]
Харламов Сергей Вячеславович - кандидат химических наук, младший научный сотрудник лаборатории радиоспектроскопии Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН.
E-mail: [email protected]
Лысенко Константин Александрович - доктор химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории рентгеноструктурных исследований Института элементо-органических соединений РАН им. А.Н. Несмеянова, г. Москва.
E-mail: [email protected]
Латыпов Шамиль Камильевич - доктор химических наук, заведующий лабораторией радиоспектроскопии Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН.
E-mail: [email protected]
Антипин Игорь Сергеевич - доктор химических наук, член-корр. РАН, профессор, заведующий кафедрой органической химии Казанского государственного университета, заведующий лабораторией Института органической и физической химии им. А. Е. Арбузова КазНЦ РАН.
E-mail: [email protected]
Коновалов Александр Иванович - доктор химических наук, академик РАН, заведующий отделом супрамолекулярной химии Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН.
E-mail: [email protected]
