Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из актуальных задач стереохимии является изучение структуры амидов,- тиоамидов, сульфонамидов, амбидентных N-, О-, S-донорных лигандов, что обусловлено их универсальной ролью в живой природе, использованием для получения биополимеров, нанотрубок, ротаксанов, суперлекарств. Функционализация амидов, введение элементоорганических заместителей радикально изменяет их реакционную способность. Усложнение структуры биоактивных молекул вьщвигает необходимость поиска новых надежных критериев строения и оперативных методологических приемов их определения.
Экономичный, экспрессный, высоковоспроизводимый метод ИК спектроскопии адекватно отражает, специфику амидного фрагмента, р,ти-сопряжение, гибридизацию атома азота, планарные нарушения, донорно-акцепторные свойства (Д-А). Однако имеющаяся в настоящее время спектроструктурная база устарела, недостаточна для идентификации сложных молекул амидов с несколькими типами меж- и внутримолекулярных специфических взаимодействий и не раскрывает уникальные стереохимические возможности амидного фрагмента.
Поэтому в настоящей работе методами ИК спектроскопии и квантовой химии на основании системного подхода проведено изучение строения амидов с элементоорганическими Si-, Ge-, F-содержащими заместителями,, их изоэлек-тронных аналогов тиоамидов и аллостеричных им сульфонамидов. Многофакторный анализ позволяет получить актуальные зависимости «спектр-структура», на основании которых можно устанавливать молекулярное подобие, выявлять конфигурационные нарушения в амидном фрагменте, прогнозировать спектральное поведение соединений при целенаправленном синтезе, определять изменение стереохимической доступности неподеленной электронной пары (НЭП) атома азота и учитывать это при изучении реакционной способности.
Работа выполнена в ИрИХ СО РАН им. А. Е. Фаворского в рамках плана НИР по теме "Изучение эффектов конформационного строения, внутри- и межмолекулярного взаимодействия полифункциональных сопряженных систем и гетероциклических соединений методами ИК, УФ, ЯМР спектроскопии и квантовой химии"; как соисполнителя проектов РФФИ Гранты № 93-03-18400, 93-03-32915а, 97-03-33132а, 99-03-33057,03-03-33143, МНТЦ(2001-2003 гг.).
Цель работы. Разработка новой методологии получения зависимостей «спектр-структура» для функционализированных амидов, тиоамидов, сульфонамидов с элементоорганическими Si-, Ge-, F-содержащими и органическими заместителями, позволяющей оперативно устанавливать молекулярное подобие и
конфигурационное строение атома азота любых амщщв)хЙб6?Й*йвиШ(АЛЬНАЯ
COertpfepr О» ЮВ*-'—
Задачи исследования:
На основании системного подхода «стандартизованный эксперимент-
анализ Д-А взаимодействий—моделирование структуры—корреляционный
анализ» получение критериев влияния одинаковых факторов стереохимическо-
го воздействия на амидную, тиоамидную, сульфонамидную группы.
Получение практически значимых зависимостей «спектр-структура», позволяющих устанавливать молекулярное подобие и определять стереохимическую доступность НЭП атома азота в амидах, тиоамидах, сульфонамидах.
Создание прогностической модели спектрального поведения, Д-А'свойств, типов ассоциаций амидов, тиоамидов, сульфонамидов под влиянием элементо-органических Si-, Ge-, F-содержащих, непредельных заместителей, а также внутримолекулярной водородной связи (ВВС).
Научная новизна и практическая значимость работы
Результаты исследования представляют актуальное направление в стереохимии амидов, устанавливают новые закономерности электронного и конфигурационного строения Si-, Ge-, F-содержащих амидов, функционализированных тиоамидов и сульфонамидов, расширяют возможности метода ИК спектроскопии.
Разработана практически значимая новая методология получения зависимостей «спектр-структура», позволяющая экспрессно определять конфигурационное строение атома азота амидного, тиоамидного, сульфонамидного фрагментов без привлечения затратных методов.
Зависимости «спектр-структура» для амидов, тиоамидов позволяют прогнозировать спектральное поведение функционализированных производных, стереохимическую доступность атома азота, Д-А свойства и типы ассоциатов. При нарушении плоскостного строения амидного и тиоамидного фрагментов эти зависимости имеют общий характер с сульфонамидными корреляциями и означают одинаковую структурную организацию амидного остова.
Разработанный подход носит универсальный характер, поскольку обнаруженные спектроструктурные признаки являются общими и совместимыми параметрами для любых функционализированных амидов.
Показано, что конкурирующие виды сопряжения — определяющие факторы нарушения плоскостного строения амидного и тиоамидного фрагментов и реализации Д-А свойств, отличающих их от обычных амидов, что необходимо учитывать при изучении реакционной способности.
Создана и используется на практике новая система спектроскопических данных? издано-двасправочных сборника по ИК спектрам амидов и гидрази-
дов, подготовлен вариант спектральной базы данных к публикации в INTERNET, сформирован блок спектроструктурных параметров для построения актуальных зависимостей «структура-биологическая активность» для аренсульфонамидов (75 соединений) и кремнеацетиленовых амидов (50 соединений).
Личный вклад автора заключается в самостоятельном анализе проблемы, осуществлении эксперимента, расчетов, интерпретации, обобщении результатов, разработке методологии. Данные совместных исследований согласованы с соавторами.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается воспроизводимостью, контролем данных методами РСА, ЯМР, КР, микроэлементного анализа, применением метрологически аттестованных средств измерения.
Основные положения диссертации, выносимые на зашиту:
Разработана новая методология получения зависимости «спектр-структура», выявлены критерии конфигурационного строения атома азота и взаимодействия вицинальных НЭП.
Зависимости являются универсальными, позволяют устанавливать молекулярное подобие любых амидных систем, прогнозировать спектральное поведение и Д-А свойства амидных соединений. Результаты являются фактической и теоретической базой для дальнейшего развития стереохимии амидов, тиоа-мидов, сульфонамидов.
Апробация работы. Результаты работы представлены на следующих международных, всесоюзных и российских конференциях: Всесоюзная конференция по химии фторорганических соединений (Одесса, 1978, Ташкент, 1980, Звенигород, 1986); Всесоюзный семинар "Внутримолекулярное взаимодействие между гетероатомом и кратной связью" (Иркутск, 1978,1980); X International Symposium (Venice, 1980); European congress on molecular spectroscopy (Sofia, 1983, 1989, 1991); Юбилейная конференция по химии фтора (Пермь, 1984); V Конференция по химии и физикохимии олигомеров "Олигомеры-94" (Черноголовка, 1994); 19 Конференция по химии и технологии органических соединений серы (Казань, 1996); International Symposium on Organic Chemictry of Suliur (Japan, 1996,1998); Конференция по карбонильным соединениям в синтезе гетероциклов (Саратов, 1996); ISPM-IV Международный симпозиум по химии и применению фосфор-, серо- и кремнеорганиче-ских соединений (Санкт-Петербург, «Петербургские встречи», 2002).
Публикации. По теме диссертационной работы издано два сборника ПК спектров амидов и гидразидов с обзорами, 39 научных статей в отечественных и иностранных журналах, 16 тезисов, один патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, главы 1 - литературный обзор по проблемам стереохимии амидов, плавы 2 - обсуждение результатов исследования Si-, Ge-, F-содержащих амидов, главы 3 - обсуждение результатов исследования функционализированных тиоамидов, главы 4 - обсуждение результатов исследования функционализированных сульфонамидов, главы 5 -экспериментальная часть, выводов, списка литературы (416 наименований). Работа изложена на 220 стр. без литературы, содержит 50 рисунков, 62 таблицы.
Объекты и методы исследования. Все соединения синтезированы сотрудниками Ир ИХ СО РАН, за что автор выражает признательность. Использован метод ИКС как наиболее экспрессный, визуальный, адекватный задачам, квантовохими-ческие расчеты B3LYP/6-31 IG++(d,p), 6-31G(d,p), AMI, РМЗ, НуретСЬепзб, корреляционный анализ по программе Master Diagram Excel, высоко- и низкотемпературные установки, РСА. Большая благодарность первым учителям профессорам Фролову Ю. Л. и Лопыреву В. А, а также Чипаниной Н. Н. Исключительно важной в решении обобщить полученные результаты является поддержка академиков Трофимова Б. А. и Воронкова М. Г.
![Спектроскопия ЯМР 1 Н и 13 С в исследовании стереохимии производных 3-аза и 3,7-диазабицикло[3.3.1]нонанов](/i/i/4496/436775.png "Спектроскопия ЯМР 1 Н и 13 С в исследовании стереохимии производных 3-аза и 3,7-диазабицикло[3.3.1]нонанов Хакимова Татьяна Викторовна")