Акцепторы катионов и анионов. Хиральные краунэфиры. Гетерокрауны, гетерокриптанды, циклофаны

ОПТИЧЕСКАЯ ИЗОМЕРИЯ

Нафтильный хиральный шаринир

ГЕТЕРОКРАУН-ЭФИРЫ
NH, S > O (Ag+)
NH > O > S (Pb2+)
O > NH > S (K+, Tl+, Ba2+)
Переходные – плохо связываются 18-К.-6 из-за маленького радиуса

ГЕТЕРОКРИПТАНДЫ

МАКРОЦИКЛИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ ШИФФА

Наличие в молекуле хозяина донорных гетероатомов не является существенным для катион-π-комплексообразования;
Действительно, был получен ряд чисто углеродных лигандов типа π-С-донор. Лиганд XIII, синтезировали с 90%-ным выходом циклизацией джикетонового предшественника в условиях высокого разбавления.
Согласно РСА- данным, расстояние между двумя обращенными друг к другу парами двойных связей в этом лиганде равно 5.11 А, что свидетельствует о прекрасном соответствии его полости размеру катиона Ag+, который обычно образует связи с алкенами при расстояниях Ag - С в интервале 2.4 - 2.6 Å. Реакция между (XIII) и солью Ag[CF3SO3], в которой трифторметансульфонат- анион, или трифлат-анион, - это обычный, легкодоступный анион, который слабо координирует центры металла, привела к получению комплекса [Ag+ c XIII] с хорошим выходом. Анализ кристаллической структуры этого комплекса позволил установить наличие плоскоквадратной координации Ag+. Примечательно, что 13С ЯМР-спектр этого
комплекса указывает на сильное взаимодействие; оказалось, что комплекс очень устойчив на воздухе, а также к действию света и тепла, т.е. в условиях, обычно разрушающих Ag — π-комплексы.

ЦИКЛОФАНЫ
ЦИКЛОФАНЫ (фаны), мостиковые макроциклические системы, включающие ароматические и (или) гетероароматич. кольца, соединенные между собой алифатическими цепочками.

Первоначально циклофанами наз. системы, включающие бензольные кольца, связанные по пара- или мета-положениям полиметиленовыми цепочками (соед. I-VI). В настоящее время к циклофанам относят также конденсированные системы с орто-расположенными мостиками (VII); соед., содержащие одно ароматич. (гетероароматич.) кольцо с одним мостиком (VIII, анса-соединения); соед. с гетероароматич. (IX) или небензоидными ароматич. кольцами; системы, в к-рых одна или неск. мети-леновых групп заменены гетероатомами либо содержат в алифатич. цепочках разл. функц. группы и кратные связи (X, XI). Различают циклофаны, содержащие только ароматич. кольца (карбофаны), гетероароматич. (гетерофаны) и смешанные циклофаны. Циклофаны, содержащие в алифатич. цепочках гетероатомы, наз. гетерофанами. Наличие в циклофанах заместителей или кратных связей указывают в их назв. с использованием обычных суффиксов и префиксов, напр. [2.2]метапарациклофан-1,9-диен (XI). Названия циклофанов, имеющих цепочки одинаковой длины, м. б. записаны сокращенно, напр. [24]парациклофан (III). Нек-рые циклофаны имеют тривиальные назв., напр. производные [1.1.1.1](2,5)пирролофана - порфирины, а [1.1.1.0](2,5)пирролофана - коррины; большая группа гидроксилированных [1n]метациклофанов - производных пара-замещенных фенолов - носит назв. каликсарены

Номенклатура. Систематич. названия карбофанов, включающих только бензольные кольца, содержат в качестве основы "циклофан", перед основой помещают цифры (в квадратных скобках), количество их соответствует числу мостиков, а значения - числу метиленовых групп, и префикс(ы) орто-, мета- и пара-, обозначающие тип замещения в бензольных кольцах, например [2.2] парациклофан (I), [2.2]метапарациклофан (II), [2.2.2.2]парациклофан (III), [2.0.2.0]парациклофан (IV), [2.2]ортоциклофан (VII), [6]парациклофан (VIII). Назв. ЦИКЛОФАНЫ, включающих ароматические кольца, отличные от бензольного, а также гетероароматические кольца, содержат назв. соответствующего цикла с окончанием "фан", перед к-рым в круглых скобках цифрами записывают положения атомов цикла, к к-рым присоединен мостик, например 1,12-дитиа-[2.2](2,7)нафталинофан (X). При наличии в молекуле различные ароматические (гетероароматические) колец их назв. указывают последовательно и используют окончание "фан", например [2]парацикло[2](2,6)пиридинофан (IX). В назв. ЦИКЛОФАНЫ, содержащих более двух мостиков, а также так называемой слоистых или многослойных ЦИКЛОФАНЫ префиксы орто-, мета- и пара- не используют, а применяют цифровую систему обозначений, например [4.4.4](1,3,5)циклофан (V), [2.2](1,4)(1,3)[2.2](4,6)(1,4)циклофан (VI).

Циклофаны получают из производных ароматич. и гетероароматич. соединений. Так, [2.2]парациклофан м. б. синтезирован из 4,4'-дибромметил-1,2-дифенилэтана по р-ции Вюрца. Для получения высших парациклофанов используют циклизацию сложных эфиров в условиях внутримол. ацилоиновой конденсации. Специфич. метод получения [2.2]парациклофанов, [2,2]ортоциклофанов и их аналогов -расщепление четвертичных аммониевых оснований по р-ции Гофмана, напр.:

Второй путь синтеза - построение структуры циклофанов на основе алициклич. или гетероциклич. систем. Напр., [6]метациклофан м. б. получен из конденсир. алициклич. системы, включающей 5- и 8-членные циклы, а [8]пирролофан - из циклододекан-1,4-диона:

Третий путь синтеза - превращение одних циклофанов в другие. При этом наиб. значение имеет экструзия SO2 из макроциклич. сульфонов либо фотолитич. экструзия серы из тиациклофанов. Напр., пиридинофан XIV получают по схеме:

The Bamford–Stevens reaction

кавикуларин - натуральный циклофан

1,6,20,25-тетрааза[6.1.6.1]парациклофан
Одашима (1980) , растворим в воде при рН меньше 2.0.

Проблемы, связанные с синтезом водорасторимых циклофанов, способных связывать органические молекулы в водной среде:
1) необходимость работать в сильнокислых растворах
2) близость гидрофильных аминогрупп (необходимых для растворимости) и связывающих центров (гидрофобных по своей природе)
3) гибкость полиметиленовых мостиков снижает предорганизованность структуры. Более жесткие спейсеры гарантируют более высокую селективность
4) ахиральность. Хиральный хозяин создает условия для хирального распознавания и асимметрического катализа
1,6,20,25-тетрааза[6.1.6.1]парациклофан

растворимость в воде

жесткие спейсеры (Troeger's base)

Отступление об основании Трёгера
Основание Трегера (или 2,8-диметил-6H,12H-5,11-метанодибензо[b,f] [1, 5]диазоцин) было впервые синтезировано в 1887 году из п-толуидина и формальдегида в растворе кислоты Ю. Трегером. Однако структура соединения была расшифрована лишь в 1935 году . Позже было показано, что это вещество может быть синтезировано не только при реакции с формальдегидом, но и в системе ДМСО/соляная кислота или с использованием гексаметилентетрамина (НМТА).
Основание Трегера - первое соединение с третичными асимметрическими атомами азота. Именно на примере 2,8-диметил-6H,12H-5,11-метанодибензо[b,f] [1, 5]диазоцина было показано, что не только атомы углерода, но и атомы азота способны образовывать хиральный центр в молекуле. Разделение энантиомеров основания было впервые провед-ено Владимиром Прелогом в 1944 году.

С тех пор, хиральные сольватирующие агенты и основания имеют большое фундаментальное и прикладное значение. Кроме того, молекула основания Трёгера может рассматриваться как молекулярный пинцет, поскольку бициклический С, N-скелет жестко зафиксирован ароматическими кольцами, находящимися в непосредственной близости, что придает всей системе V-образную форму с межплоскостным углом между двумя фрагментами около 95°. Это вещество находит широкое применение в качестве молекулярного распознавателя и хирального сольватирующего агента.
Рис. Комплекс-клатрат нафтильного основания Трёгера и этилацетата (атомы Н не показаны), данные РСА

Связывание гостя с хозяином-циклофаном может осуществляться не только за счет пи-пи стекинга, но и за счет водородных связей:

Зеел, Фёгтле, 1992.
Подобные огромные структуры оказались хорошими хояевами для металлоцентров типа Ru2+