научная статья по теме СИНТЕЗ И КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА АМФИФИЛЬНЫХ ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ КАЛИКС[4]АРЕНОВ Химия

Текст научной статьи на тему «СИНТЕЗ И КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА АМФИФИЛЬНЫХ ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ КАЛИКС[4]АРЕНОВ»

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Серия Б, 2014, том 56, № 3, с. 250-258

- СИНТЕЗ

УДК 54(49+ 64)

СИНТЕЗ И КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА АМФИФИЛЬНЫХ ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ КАЛИКС[4]АРЕНОВ © 2014 г. А. В. Теньковцев, А. Б. Разина, М. М. Дудкина

Институт высокомолекулярных соединений

Российской академии наук 199004 Санкт-Петербург, Большой пр., 31 Поступила в редакцию 27.06.2013 г. Принята в печать 12.12.2013 г.

Описан синтез звездообразных полимеров на основе каликс[4]арена с амфифильными лучами не-ионогенной природы. На примере полимера, содержащего в качестве лучей остатки ю-цетил-оли-гоэтиленоксида, исследована способность полученного полимера к комплексообразованию по отношению к ионам щелочных металлов и тетрафенилпорфирину. Показано, что конформация ка-ликсаренового ядра является фактором, определяющим эффективность связывания соединений "гостей". В случае частично конической конформации макроцикла полимер образует прочные (константа связывания 106) водорастворимые комплексы с молекулами порфиринов, что может быть использовано для создания систем доставки лекарственных препаратов при фотодинамической терапии раковых заболеваний.

БО1: 10.7868/82308113914030164

Амфифильные звездообразные полимеры, содержащие в качестве центрального элемента остаток каликсарена, в настоящее время являются предметом интенсивных исследований. С одной стороны, звездообразные полимеры с амфифильными лучами образуют коллоидные растворы с узким распределением мицелл по размерам и солюбилизируют малые молекулы веществ, плохо растворимых в воде, что представляет интерес для разработки систем доставки лекарственных препаратов. С другой стороны, наличие макро-циклического ядра каликсаренового типа, которое, как известно [1], склонно к формированию комплексов с низкомолекулярными соединениями и ионами металлов, позволяет использовать подобные полимеры в качестве катализаторов межфазного переноса и элементов супрамолеку-лярных систем. Каликс[п]арены представляют собой циклические олигомеры, получающиеся при поликонденсации 4-трет-бутилфенола с формальдегидом [2], причем число п определяет количество остатков фенола в макроцикле. Возможность модификации каликсаренов как по верхнему, так и по нижнему ободам, а также варьирование размера макроцикла позволили осуществить синтез разнообразных производных каликсаренов и провести исследование их комплек-сообразующих свойств [3]. При этом было показано, что введение амфифильных структур-

Е-шаП: avt@hq.macro.ru (Теньковцев Андрей Витальевич).

ных групп приводит к усилению ионофорных свойств молекул.

Методы синтеза звездообразных полимеров, в том числе и амфифильных, достаточно хорошо разработаны [4—7]. Например, с использованием методов радикальной полимеризации с обратимой деактивацией активного центра получены звездообразные полимеры с лучами, представляющими собой блок-сополимеры типа акриловая кислота—метилакрилат [6], ПЭО—ПС [7] и др. При этом следует отметить, что указанные методы позволяют использовать для синтеза лишь весьма ограниченный круг мономеров.

Нами был предложен [8] оригинальный подход к синтезу каликсаренсодержащих звездообразных полимеров с неионогенными лучами ам-фифильной природы (например, промышленно доступными олигоэтиленоксидами с концевыми гидрофобными группами), основанный на использовании конденсационного метода синтеза полимеров. Было показано, что полученные полимеры являются эффективными катализаторами межфазного переноса ионов тяжелых щелочных металлов (цезия и рубидия). В связи с этим представляет интерес исследование влияния размера макроцикла на ионофорные свойства полимеров данного типа, а также изучение возможности использования таких полимеров для солюби-лизации нерастворимых в воде красителей (порфирины, фталоцианины), которые находят

применение при фотодинамической терапии раковых заболеваний [9].

В настоящей публикации описан синтез тетра-функционального мономера на основе ка-ликс[4]арена и соответствующего ему звездообразного полимера с лучами, представляющими собой ю-цетилолигоэтиленоксид (М„, = 1100), приведены данные по исследованию его ионо-форных свойств по отношению к ионам щелочных металлов, а также комплексообразованию с тетрафенилпорфирином в водных растворах.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Тетра-трет-бутилкаликс[4]арен, метилхло-рацетат и ю-цетил-а-гидроксиолигоэтиленоксид (Brij©58, Mw = 1100 г/моль) фирмы "Aldrich" использовали без дополнительной очистки, в то время как растворители и хлористый тионил очищали перегонкой непосредственно перед применением.

Спектры ЯМР записывали на приборе "Bruker AC400" (400 МГц) для растворов в ДМСО и хлороформе. УФ-спектры получали с использованием спектрофотометров "Värian Cary 100" и "СФ-2000". Для диализа применяли диализные мешки ("CellaSep", "Orange Scientific", MWCO = 3500 D).

251

воды, диализовали относительно воды 48 ч и лио-фильно высушивали. Выход 2.3 г (46%).

ЯМР 1Н (CDa3), 8 м.д.: 0.88 (т, СН3), 1.19-1.36 (м, СН2 + трет-бутил), 1.58 (квин С14Н29СН2СН2О), 3.45 (т, С16Н33ОСН2СН2), 3.51(т, С16"Н33ОСН2), 3.61-3.70 (м, 0СН2СН20), 4.25-5.01 (м, Аг-СН2-Аг + ОСН2СО), 6.55, 6.65 (АВ кв, Аг-Н), 6.78 (с, Аг-Н), 7.16 (с, Аг-Н), 7.17 (с, Аг-Н).

Комплексы

тетра-(н-гексадецилоксидекаэтиленгликолевого) эфира 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетра-кис-(карбоксиметокси)каликс[4]арена с тетрафенилпорфирином

Смесь 6.14 мг тетрафенилпорфирина (0.01 ммоль) и 100 мл ацетона кипятили 8 ч, после чего сонифицировали в ультразвуковой бане в течение 60 мин. Аликвоты раствора тетрафенилпорфирина смешивали с раствором каликс[4]арена, полученного по методу 1, в ацетоне (10-4 моль/л) при соотношении компонентов от 0.1:1 до 1:1 моль/моль. Смеси выдерживали при комнатной температуре 48 ч, после чего растворитель удаляли в вакууме.

Константу связывания определяли согласно уравнению [11]

Тетра-(н-гексадецилоксидекаэтиленгликолевый) эфир 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетра-кис-(карбоксиметокси)каликс[4]арена

Метод 1. Раствор 0.225 г (0.24 ммоль) 5,11,17,23-тетра-трет -бутил-25,26,27,28-тетра-кис-(хлоркарбонилметокси)каликс[4]арена и 1.27 г (1.13 ммоль) ю-гексадецилового эфира де-каэтиленгликоля (ВгЦ©58) в 2 мл додекана нагревали в атмосфере аргона при 180°С в течение 2 ч. После охлаждения растворитель удаляли в вакууме, полимер растворяли в 20 мл воды, диализовали относительно воды 48 ч и лиофильно высушивали. Выход 1.1 г (84%).

Метод 2. К раствору 11 г (10 ммоль) сложного эфира хлоруксусной кислоты и ю-гексадецилово-го эфира декаэтиленгликоля (ВгЦ©58) [10] в 70 мл ацетона добавляли раствор 1.35 г (10 ммоль) сухого иодистого натрия в 30 мл ацетона. Смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 2 ч, после чего выделившийся хлорид натрия отфильтровывали. К полученному раствору добавляли 0.65 г (0.1 ммоль) трет-бутилкаликс[4]арена и 1 г (10 ммоль) карбоната натрия. Полученную смесь кипятили в течение 7 суток, неорганические соли отделяли фильтрованием, растворитель удаляли в вакууме, полимер растворили в 20 мл

Сп,

D

S-Sn

K(s ^)Спорфирин

где Сполимер - концентрация полимера в растворе, D - оптическая плотность раствора красителя в присутствии полимера, е0 и е - мольные коэффициенты поглощения несвязанного и полностью связанного полимером красителя, Спорфирин -концентрация тетрафенилпорфирина, K - константа связывания. Как видно из уравнения, константа связывания K может быть определена по наклону графика зависимости величины Сполимер^ от обратной концентрации красителя, а разность экстинций красителя и комплекса - из отрезка, отсекаемого прямой на оси ординат.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В качестве объекта исследования был выбран полимер с центральным 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетра-кис-(карбокси)ка-ликс[4]ареновым ядром и лучами, представляющими собой ю-цетилолигоэтиленоксид. Синтез полимера проводили по двум альтернативным схемам, которые представлены ниже:

О

ОН

О

8ОС12 *

С1бНззО(СН2СН2О)20Н

О(СН2СН2О)19СН2СН2ОС1бНзз

С16Н33О(СН2СН2О)2СОСН2С1

ОН

*

*

*

*

Предложенный ранее авторами подход, основанный на функционализации каликсаре-нов галогенуксусными кислотами и на последующей этерификации с соответствующими мо-ноэфирами ПЭГ, доказал свою эффективность при получении звездообразных полимеров на основе каликс[8]арена и ю-алкилолигоэтиленоксидов [8]. В настоящей работе этот подход был использован для синтеза звездообразных амфифильных полимеров с каликс[4]ареновым ядром. В качестве амфифильных олигомеров, содержащих концевые гидроксильные группы, был выбран промышленно доступный ю-цетилолигоэтиле-ноксид. Преимуществом данной схемы является тот факт, что на основе одного макроцикли-ческого мономера можно получить широкий спектр звездообразных полимеров, различающихся длиной гидрофильного и гидрофобного фрагментов луча.

Трет-бутил-тетра-кис-(карбоксиметокси)ка-ликс[4]арен и соответствующий тетрахлорангид-рид синтезировали по известной методике [12] из трет-бутилкаликс[4]арена и этилбромацетата с последующим гидролизом и превращением в

тетра-кис-(хлоркарбонилметокси)каликс[4]арен стандартным способом — реакцией соответствующей кислоты с тионилхлоридом.

Было установлено, что в отсутствие акцептора реакция между гидроксильными и хлорангидрид-ными группами протекает практически количественно в присутствии небольшого избытка ю-цетилолигоэтиленоксида при 180°С в инертном растворителе, что позволяет получить целевой продукт с высоким выходом и степенью замещения более 98%.

Обычным методом определения количества лучей звездообразного полимера является селективная деструкция продукта. Однако в данном случае, учитывая известную молекулярную массу и полидисперсность коммерческого ю-цетилоли-гоэтиленоксида, количество лучей можно определить из данных ЯМР- и УФ-спектроскопии. Сравнение данных, полученных при измерении поглощения растворов в этаноле при 270 нм полимера и модельного тетраметилового эфира, показывает, что в выбранных условиях синтеза степень замещения хлорангидридных групп остатками ю-цетилолигоэтиленоксида составила 3.9.

Соотношение интенсивностей (равное 3.7) с

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком