CC BY
10Cryptands
Криптанды
Макрогэтэроцмклы
Статья
Paper
http://macroheterocycles.isuct.ru
DOI: 10.6060/mhc150561k
Синтез и свойства первых представителей гидроксизамещенных азакраунофанов и криптанда, включающих фрагменты 2,7-дигидроксифлуоренона
А. В. Лобач, И. С. Яковенко, Т. И. Кириченко@
Физико-химический институт имени А.В. Богатского Национальной академии наук Украины, 65080 Одесса, Украина
@E-mail: ti-kirichenko@rambler. ru
Конденсацией диглицидных эфиров 2,7-дигидрокси-, 2,7-бис(2-гидроксиэтокси)- и 2,7-бис[2-(2-гидроксиэтокси) этокси]флуоренонов с бензиламином в смеси этанола с ТГФ (1:1) или в этаноле в условиях высокого разбавления с выходом 15-35 % получены первые представители дигидроксифлуореноноазакраунофанов и тетрагидроксибис(флуореноно)диазакраунофанов, являющихся продуктами циклизации по схеме [1+1] и [2+2]. Аналогичная конденсация 2,7-бис[2-(2-гидроксиэтокси)этокси]флуоренона с диаза-18-краун-6 в этаноле приводит к дигидроксифлуоренонокриптанду с выходом 28 %. Полученные соединения выделены в виде смесей D,L- и мезо-диастереомеров состава 1:1 и 1:2:1.
Ключевые слова: Диглицидный эфир, гидроксифлуореноноазакраунофан, гидроксифлуоренонокриптанд.
The Synthesis and Properties of the First Representatives of Hydroxy Substituted Azacrownophanes and Cryptand with 2,7-Dihydroxyfluorenone Fragments
Alexander V. Lobach, Irene S. Yakovenko, and Tatyana I. Kirichenko@
A.V. Bogatskiy Physico-Chemical Institute, National Academy of Sciences of Ukraine, 65080 Odessa, Ukraine @Corresponding author E-mail: ti-kirichenko@rambler.ru
The condensation of diglycidyl ethers of 2,7-dihydroxy-, 2,7-bis(2-hydroxyethoxy)- and 2,7-bis[2-(2-hydroxyethoxy) ethoxy]fluorenones with benzylamine in EtOH or EtOH:THF (1:1) under high dilution conditions has led to the first representatives of dihydroxyfluorenono-azacrownophanes and tetrahydroxybis(fluorenone)diazacrownophanes. These compounds are the products of [1+1] or [2+2] cyclization in 15-35 % yields. Similar condensation of 2,7-bis[2-(2-hydroxyethoxy)ethoxy]fluorenone with diaza-18-crown-6 in ethanol dihydroxyfluorenonocryptand led to 28 % yield. The resulting compounds were isolated as mixtures of D,L- and meso-diastereoisomers in 1:1 and 1:2:1 ratios.
Keywords: Diglycidyl ether, hydroxyfluorenonoazaCTownophane, hydroxyfluorenonocryptand.
T. I. Kirichenko et al.
Введение
В последние годы возрастает интерес к конструированию, синтезу и применению различных макроцикли-ческих рецепторов, способных селективно распознавать ионы металлов, анионы и нейтральные молекулы. К настоящему времени получено большое количество макроциклов, отличающихся размером и формой внутримолекулярной полости, а также составом и структурой образующих ее компонентов. Это открывает широкие возможности их практического применения от катализа к транспорту, от сенсоров или устройств к молекулярным машинам или фармакологии.[1-6]
В предыдущем сообщении мы описали методы синтеза и свойства первых флуореноноазакраунофанов и флуоренонокриптанда, представляющих интерес в качестве довольно простых и высокоорганизованных рецепторов, способных осуществлять селективное распознавание ионов, молекул и молекулярных фрагментов.[7] Присутствие больших ароматических блоков и полярных групп увеличивает устойчивость их комплексов с электронодефицитными органическими субстратами.[8-13] Введение гидроксильных групп в молекулу краунофана или криптанда открывает широкие возможности для дальнейших структурных модификаций этих соединений, иммобилизации их на нерастворимые носители и создания полимерных материалов.
Удобным способом получения аминоспиртов считается взаимодействие эпоксидных соединений с аминами в присутствии ионных или донорно-акцепторных катализаторов. В зависимости от природы катализатора можно добиться преимущественного аминирования а- или р-углеродного атома оксиранового цикла.[14]
Ранее был предложен новый подход к синтезу гидроксилсодержащих криптандов из алкоксиэпоксидов и диазакраун-эфиров в отсутствии темплатных агентов при электрофильном содействии спиртов. Этот подход получил название принципа внутрикомплексной макроциклизации, который основан на предположении, что циклизации может способствовать образование квазициклического ассоциата исходных соединений с последующей внутрикомплексной реакцией между ними. При этом образовывались исключительно продукты присоединения по а-углеродному атому эпоксида, что характерно для а-окисей, содержащих электроноак-цепторные заместители.[15]
В настоящем сообщении мы обсуждаем синтез и свойства первых представителей гидроксилсодер-жащих азакраунофанов и криптанда, полученных взаимодействием диглицидных эфиров, включающих фрагменты 2,7-дигидрокси-9Я-флуорен-9-она, с бензи-ламином и диаза-18-краун-6.
Экспериментальная часть
Температуры плавления измерены в открытых капиллярах и не исправлены. Элементный анализ проводили на СНЖ анализаторе Ешг^еСвг ЕА3000. ББА-масс-спектры регистрировали на масс-спектрометре VG 7070EQ (Хе, 8 кВ) в матрице 3-ни-тробензилового спирта. ЭСП записывали на спектрофотометре
Specord M-40. Спектры Щ ЯМР растворов веществ в CDCl3 и DMSO-d6 регистрировали на приборе Varian VXR-300 с рабочей частотой 300 МГц, внутренний стандарт - ТМС. Чистоту всех синтезированных веществ контролировали методами ВЭЖХ на хроматографе Shimadzu LC-8A при комнатной температуре, детектор фотодиодный SPD-M-20A, колонка размером 4.6 х 250 мм, сорбент Dionex Acclaim Polar Advantage II, C 18 (5 мкм), элюент - CH3CN (90 %), 1 мл/мин и ТСХ на пластинках TLC Silica gel 60 F254, Merck, элюент - хлороформ:метанол, 100(10):1. Для препаративной колоночной хроматографии использовали стеклянные колонки с сорбентом Silica gel 60 (0.063-0.100 мм), Merck, элюент - хлороформ:метанол 100(10):1.
2,7-Дигидрокси-9Я-флуорен-9-он 1а,[16] 2,7-бис(2-гид-роксиэтокси)-9Я-флуорен-9-он 1б[17] и 2,7-бис[2-(2-гидрокси-этокси)этокси]-9Я-флуорен-9-он 1в[18] получали, как описано ранее. Эпихлоргидрин и диаза-18-краун-6 коммерчески доступны.
Синтез
Общая методика получения диглицидных эфиров 2а-в.
Смесь (0.01 моль) соответствующего диола 1а-в, 0.34 г (1 ммоль) тетрабутиламмония гидросульфата и 41.63 г (0.45 моль) эпихлоргидрина перемешивали 0.5 ч при 45-50 °С, прибавляли по каплям 3.20 г (0.04 моль) 50 % раствора NaOH и продолжали перемешивание при той же температуре 20 ч. К охлажденной смеси прибавляли 100 мл хлороформа, перемешивали при комнатной температуре 0.5 ч, отфильтровывали. Осадок промывали хлороформом (3x10 мл), фильтрат промывали водой (3x50 мл), сушили безводным MgSO4, упаривали в вакууме. Остаток очищали хроматографией на колонке, элюент - хлороформ:метанол, 100:1.
2,7-Бис(оксиран-2-илметокси)-9Н-флуорен-9-он (2а). Оранжевые кристаллы, выход 2.07 г (64 %), т.пл. 155 °С (из бензола). Найдено, %: С, 70.21; H, 5.14. C19H16O5. Вычислено, %: С, 70.36; Н, 4.97. Масс-спектр (ББА) m/z: 324 [M+]. ЭСП (CH3CN) Xmax (lge) нм: 263 (4.72), 270 (4.88), 300 (3.81), 312 (3.77), 454 "(2.49). 1Н ЯМР (CDCl3) SH м.д.: 2.74-2.80 (м, 2Н, (СЯ2СНО)), 2.93 (т, 2Н, J = 4.5 Гц, (СЯ2СНО)), 3.33-3.41 (м, 2Н, (СН2СЯО)), 3.90-3.99 (м, 2Н, CH2OAr), 4.29 (д.д, 2Н, J= 2.6, 11 Гц, CH2OAr), 6.98 (д.д, 2Н, J = 2.2, 8.1 Гц, Нь), 7.15 (д, 2Н, J= 2.2 Гц, Н), 7.29 (д, 2Н, J = 8.1 Гц, Нс).
2,7-Бис[2-(оксиран-2-илметокси)этокси]-9Н-флуорен-9-он (2б). Оранжевые кристаллы, выход 1.78 г (43 %), т.пл. 95 °С (из гексана). Найдено, %: С, 62.18; H, 5.94. C23H24O7. Вычислено, %: С, 62.14; Н, 6.02. Масс-спектр (ББА) m/z: 412 [M+]. ЭСП (CH3CN) Xmax (lge) нм: 270 (4.92), 300 (3.88), 313 (3.91), 458 (2.48). 1Н ЯМР (CDCl3) SH м.д.: 2.60-2.70 (м, 2Н, (СЯ2СНО)), 2.83 (т, 2Н, J = 4.5 Гц, (СЯ2СНО)), 3.13-3.27 (м, 2Н, (СЯ2СНО)), 3.44-3.57 (м, 2Н, СНСЯ2О), 3.90-3.99 (м, 6Н, СЯ2СН2ОАг, СНСЯ2О), 4.17 (т, 4Н, J = 42.5 Гц, CH2OAr), 6.97 (д.д, 2Н, J = 2.2, 8.1 Гц, Нь), 7.16 (д, 2Н, J = 2.2 Гц, Н), 7.29 (д, 2Н, J = 8.1 Гц, Нс).
2,7-Бис{2-[2-(оксиран-2-илметокси)этокси]этокси}-9Н-флуорен-9-он (2в). Красно-оранжевые кристаллы, выход 2.50 г (50 %), т.пл. 46 °С (из гексана). Найдено, %: С, 64.82; Н, 6.43. C27H32O9. Вычислено, %: С, 64.79; Н, 6.44. Масс-спектр (ББА) m/z. 500 [M+]. ЭСП (CH3CN) A,max(lge) нм: 263 (4.78), 270 (4.95), 300 (3.91), 313 (3.87), 470 (2.51)^ ЯМР (CDCl3) 5Н м.д.: 2.58-2.65 (м, 2Н, (СЯ2СНО)), 2.80 (т, 2Н, J = 4.5 Гц, (СЯ2СНО)), 3.14-3.22 (м, 2Н, (СН2СЯО)), 3.39-3.48 (м, 2Н, СНСЯ2О), 3.90-3.99 (м, 14Н, СН2СН20, СНСЯ2О), 4.17 (т, 4Н, J = 4.6 Гц, CH2OAr), 6.97 (д.д, 2Н, J = 2.2, 8.1 Гц, Нь), 7.16 (д, 2Н, J = 2.2 Гц, На), 7.28 (д, 2Н, J = 8.1 Гц, Нс).
Общая методика получения гидроксизамещенных флуо-реноноазакраунофанов 3,4,5а,б. Смесь (2 ммоль) диглицидных
эфиров 2а-в и 214 мг (2 ммоль) бензиламина растворяли в смеси безводных этанола с ТГФ (1:1, 80 мл) в случае 2а или в 100мл безводного этанола в случае 2б,в, нагревали до температуры кипения и выдерживали 24 ч. Охлажденную реакционную смесь отфильтровывали, осадок промывали горячим этанолом (2^10 мл), фильтрат упаривали в вакууме. Остаток очищали хроматографией на колонке, элюент - хлороформ:метанол, 10:1.
12,32-Дибензил-10,14,30,34-тетрагидрокси-8,16,28,36-тетраокса-12,32-диазагептацикло[35.3.1.13' 7.117'21.123'27.04'40.020'24] тетратетраконта-1(41),3(44),4,6,17(43),18,20,23(42),24,26, 37,39-додекаен-2,22-дион (3). Оранжевые кристаллы, выход 284 мг (33 %), т.пл. 213-215 °С (из бензола). Найдено, %: С, 72.59; H, 5.68; N, 3.40. C52H50N2O10. Вычислено, %: С, 72.37;
H, 5.84; N, 3.25. Масс-спектр (ББА) m/z: 863 [(M+H)+]. ЭСП (CH3CN) ^max(lge) нм: 251 (4.84), 253 (4.76), 301 (3.78), 312
(3.73), 454 (2.59). 1Н ЯМР (DMSO-^6) SH м.д.: 2.30-2.78 (м, 8Н, NCH2), 3.22-4.14 (м, 20Н, ОСН2, ОСН, NCH2Ph, ОН), 6.53-6.77 (м, 8Н, Ar), 7.00-7.19 (м, 4Н, Ar), 7.21-7.51 (м, 10Н, Ph).
18-Бензил-16,20-дигидрокси-8,11,14,22,25,28-гексаокса-18-азатетрацикло[27.3.1.13,7.0432]тетратриаконта-1(33), 3(34),4,6,29,31-гексаен-2-он (4). Оранжевое масло, выход 304 мг (25 %). Найдено, %: С, 67.34; Н, 6.97; N, 2.44. C34H41NO9. Вычислено, %: С, 67.20; Н, 6.80; N, 2.30. Масс-спектр (ББА) m/z: 608 [(M+H)+]. ЭСП (CH3CN) ^max (lge) нм: 271 (4.76), 309
(3.74), 313 (3.70), 472 (2.36). 1Н ЯМР^ОТСу SH м.д.: 2.41-2.87 (м, 4Н, NCH2), 3.04-4.34 (м, 26Н, ОСН2, ОСН, NCH2Ph, ОН), 6.89-7.48 (м, 11Н, Ar, Ph).
15,41-Дибензил-13,17,39,43-тетрагидрокси-8,11,19,22,34, 37,45,48-октаокса-15,41-диазагептацикло[47.3.1.13,7.123,27. 129'33.04 52.026'30]гексапентаконта-1(53),3(56),4,6,23(55),24, 26,29(54),30,32,49,51-додекаен-2,28-дион (5а). Красно-оранжевые кристаллы, выход 363 мг (35 %), т.пл. 161-163 °С (из бензола). Найдено, %: С, 69.38; Н, 6.69; N, 2.82. C60H66N2O14. Вычислено, %: С, 69.35; Н, 6.40; N, 2.69. Масс-спектр (ББА) m/z: 1039 [(M+H)+]. ЭСП (CH3CN) ^max (lge) нм: 263 (4.90), 270 (4.93), 311 (3.91), 331 (3.96), 472 (264). 1Н ЯМР (CDCl3) SH м.д.: 2.56-2.85 (м, 8Н, NCH2), 3.37-4.23 (м, 36Н, ОСН2, ОСН, NCH2Ph, ОН), 6.78-7.39 (м, 2 2Н, Ar, Ph).
18,50-Дибензил-16,20,48,52-тетрагидрокси-8,11,14,22,25,28,40,43,46,54,57,60-додекаокса-18,50-диазагеп тацикло[59.3.1.13,7.129'33.135'39.0464.032'36]октагексаконта-1(65), 3(68),4,6,29(67),30,32,35(66),36,38,61,63-додекаен-2,34-дион (5б). Красно-оранжевые кристаллы, выход 182 мг (15 %), т.пл. 83-85 °С (из бензола). Найдено, %: С, 67.13; Н, 6.63;
N, 2.29. C68H N O18. Вычислено, %: С, 67.20; Н, 6.80; N,
68 82 2 18
2.31. Масс-спектр (ББА) m/z: 1215 [(M+H)+]. ЭСП (CH3CN) ^max (lge) нм: 263 (4.95), 271 (5.05), 302 (4.04), 313 (4.00), 471 (2.67). 1Н ЯМР (CDCl3) SH м.д.: 2.40-2.86 (м, 8Н, NCH2), 3.09-4.37 (м, 52Н, ОСН2, ОСН, NCH2Ph, ОН), 6.88-7.46
(м, 22Н, Ar, Ph). 2 2
3,31-Дигидрокси-5,8,11,23,26,29,36,39,44,47-декаокса-
I,33-диазапентацикл о[31.8.8.112,16.118,22.015,19]генпентаконта-
12(51),13,15,18(50),19,21-гексаен-17-он (6). Получали аналогично гидроксифлуореноноазакраунофанам 4,5а,б из 75 мг (0.15 ммоль) диглицидного эфира 2в и 39 мг (0.15 ммоль) диаза-18-краун-6 в 10 мл безводного этанола. Оранжевое масло, выход 32 мг (28 %). Найдено, %: С, 61.62; Н, 7.52; N, 3.96. C39H58N2O13. Вычислено, %: С, 61.40; Н, 7.66; N, 3.67. Масс-спектр (ББА) m/z (%): 801 (14) [(M+K)+], 785 (27) [(M+Na)+], 763 (100) [(M+H)+]. ЭСП (CH3CN) ^max (lge) нм: 272 (3.61), 309 (2.64), 340 (1.88), 457 (1.54). Щ ЯМР^Су SH м.д.: 2.35-2.81 (м, 12Н, NCH2), 3.35-4.27 (м, 40Н, ОСН2, ОСН, ОН), 7.01 (д.д, 2Н, J= 2.5, 8.1 Гц, Нь), 7.24 (д, 2Н, J= 2.5 Гц, Нa), 7.30 (д, 2Н, J= 8.4 Гц, Нс).
Результаты и обсуждение
Наиболее удобным способом получения диглицид-ных эфиров, включающих фрагмент флуоренона, на наш взгляд, является алкилировние диолов 1а-в эпихлор-гидрином в двухфазной системе эпихлоргидрин - 50 % NaOH в присутствии тетрабутиламмония гидросульфата в качестве катализатора межфазного переноса (Схема 1). После обработки реакционной смеси выделяли дигли-цидные эфиры 2а-в с выходами 43-64 % хроматографией на колонке с силикагелем, водная суспензия которого имеет нейтральную среду (pH 7). В случае кислой или щелочной среды сорбента происходит взаимодействие глицидных эфиров со следами влаги или со спиртами элюента с раскрытием оксиранового цикла, что существенно снижает выходы целевых продуктов. Такое взаимодействие особенно заметно при использовании оксида алюминия в качестве сорбента.
Конденсация диглицидных эфиров 2а-в с бен-зиламином в смеси этанола с ТГФ (1:1) или в этаноле после обработки реакционной смеси и хрома-тографической очистки на силикагеле приводит к тетрагидроксибис(флуореноно)диазакраунофанам 3, 5а,б и дигидроксифлуореноноазакраунофану 4, которые являются продуктами циклизации по схеме [2+2] и [1+1] (Схема 2). Смесь этанола с ТГФ использовали в связи с незначительной растворимостью диглицидного эфира 2а в спирте.
Из реакционной смеси не удалось выделить продукты циклизации по схеме [1+1] при использовании диглицидных эфиров 2а,б. Вероятно, это объясняется стерическими затруднениями при образовании циклической структуры. Это предположение подтверждается анализом молекулярных моделей CPK (Corey-Pauling-Koltun) и результатами компьютерного моделирования.
Схема 1. Синтез диглицидных эфиров, включающих фрагмент 2,7-дигидрокси-9Н-флуорен-9-она 2а-в.
Т. I. КтсИепко et
Схема 2. Синтез гидроксилсодержащих флуореноноазакраунофанов 3, 4, 5а,б и флуоренонокриптанда 6.
Дигидроксифлуоренонокриптанд 6 получен с выходом 28 % конденсацией диаза-18-краун-6 с диглицидным эфиром 1в в этаноле в условиях высокого разбавления с последующим выделением и очисткой продукта хрома-тографированием на силикагеле (Схема 2).
С помощью метода ВЭЖХ было показано, что аза-краунофан 4 и криптанд 6 образуются в виде смесей Б, L- и мезо- диастереомеров состава 1:1 (2 центра асимметрии), а диазакраунофаны 3, 5а,б - в виде тех же смесей состава 1:2:1 (четыре центра асимметрии).
В ББА-масс-спектрах всех изученных соединений присутствуют пики соответствующих молекулярных ионов. В электронных спектрах поглощения наблюдаются характерные для 2,7-дизамещенных флуоренонов полосы поглощения в видимой и ультрафиолетовой областях.
Спектры 1Н ЯМР диглицидных эфиров 2а-в характеризуются неэквивалентностью протонов оксиранового цикла и протонов СН2ОАг. Для гидроксилсодержащих флуореноноазакраунофанов 3, 4, 5а,б и флуоренонокриптанда 6 наблюдается типичный для азакраун-эфи-ров набор сигналов КСН2-групп в области 2.30-2.87 м.д.
и ОСН2-групп в области 3.04-4.37 м.д. Флуореноновые протоны представлены характерным набором сигналов в виде дублета дублетов и двух дублетов в области 6.97-7.30 м.д. в спектрах диглицидных эфиров 2а-в и криптанда 6. В спектрах К-Ви-замещенных флуореноноазакраунофанов 3, 4, 5а,б сигналы ароматических протонов наблюдаются в виде мультиплета в области 6.53-7.51 м.д. Присутствуют также сигналы всех других имеющихся групп протонов, что подтверждает строение полученных соединений.
Выводы
В заключение отметим, что нами получены и охарактеризованы первые представители гидроксилсодержащих азакраунофанов и криптанд, включающие фрагменты 2,7-дигидрокси-9Я-флуорен-9-она. С позиций химии «гость-хозяин» наличие фрагмента флуо-ренона и гидроксильних групп в молекуле хозяина обладает рядом полезных свойств: большая поляризованная
ароматическая система должна эффективно участвовать в п-катионных и п-п стекинг взаимодействиях с молекулой гостя, а также в образовании водородных связей. Комплексообразующие и иммобилизационные свойства этих соединений являются предметом дальнейших исследований.
Список литературы
References
1. Llinares J.M., Powell D., Bowman-James K. Coord. Chem. Rev. 2003, 240, 57-75.
2. Ilioudis C.A., Steed J.W. J. Supramol. Chem. 2001, 1, 165187.
3. Schmidtchen F.P., Berger M. Chem. Rev. 1997, 97, 1609-1646.
4. Izatt R.M., Pawlak K., Bradshaw J.S. Chem. Rev. 1995, 95, 2529-2586.
5. Bradshaw J.S., Izatt R.M. Acc. Chem. Res. 1997, 30, 338-345.
6. Lehn J.M. Science 1985, 227, 849-856.
7. Lobach A.V., Yakovenko I.S., Lukyanenko N.G. Macroheterocycles 2009, 2, 286-289.
8. Kirichenko T.I., Lobach A.V., Lyapunov A.Yu., Kulygina C.Yu., Yakovenko I.S., Lukyanenko N.G. Macroheterocycles 2009, 2, 290-295.
9. Lyapunov A.Yu., Kirichenko T.I., Kulygina C.Yu., Lukyanenko N.G. Russ. J. Org. Chem. 2015, 85, 1629-1634.
10. Lukyanenko N.G., Kirichenko T.I., Lyapunov A.Yu., Kulygina C.Yu. Russ. Chem. Bull., Int. Ed. 2008, 1697-1702.
11. Lukyanenko N.G., Kirichenko T.I., Lyapunov A.Yu., Kulygina C.Yu., Mazepa A.V. Russ. J. Org. Chem. 2009, 45, 304-311.
12. Lukyanenko N.G., Lyapunov A.Yu., Kirichenko T.I. Russ. Chem. Bull, Int. Ed. 2007, 56, 986-992.
13. Lyapunov A., Kirichenko T., Kulygina C., Zubatyuk R., Fonari M., Doroshenko A., Kirichenko A. J. Incl. Phenom. Macrocyclic Chem. 2015, 81, 499-508.
14. Thomas C., Brut S., Bibal B. Tetrahedron 2014, 70, 16461650.
15. Lukyanenko N.G., Reder A.S. Russ. J. Org. Chem. 1989, 25, 385-394.
16. Haenel M.W., Irngartinger H., Kreiger C. Chem. Ber. 1985, 118, 144-162.
17. Kirichenko T.I., Meshkova S.B., Topilova Z.M., Kiriyak A.V., Lyapunov A.Yu., Kulygina C.Yu., Lukyanenko N.G. Russ. J. Gen. Chem. 2005, 75, 299-304.
18. Lyapunov A.Yu., Kirichenko T.I., Kulygina C.Yu., Lukyanenko N.G. Russ. J. Org. Chem. 2005, 41, 144-149.
Received 18.05.2015 Accepted 30.10.2015
