Анотація до роботи:

Шиванюк О. М. Функціональні калікс[4]арени і калікс[4]резорциноларени в самоорганізації та молекулярному розпізнаванні – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора хімічних наук за спеці-альністю 02.00.03 – органічна хімія. Інститут органічної хімії НАН України, Київ 2005.

Дисертація присвячена розробці загальних методів селективної функціона-лізації калікс[4]резорциноларенів і калікс[4]аренів по широкому вінцю макроцик-лу, а також молекулярному дизайну і вивченню властивостей нових рецепторів, молекулярних капсул і самоорганізованих систем.

Отримано широкий ряд нових калікс[4]резорциноларенів і калікс[4]аренів, які містять на широкому вінці Н-донорні, Н-акцепторні і координаційні функціо-нальні групи в різних співвідношеннях. Спектроскопією ЯМР і рентгенострук-турним методом проведено систематичне дослідження комплексоутворення отри-маних сполук і показано, що деякі з них є високоефективними селективними ре-цепторами для нейтральних і йонних гостей, в тому числі таких важливих біомо-лекул як холін, карнітин та їх ацетильні похідні.

Отримано нові високостабільні гексамерні водневозв’язані молекулярні капсули, які здатні включати йонні і нейтральні гості в неполярних середовищах. Знайдено умови утворення димерних водневозв’язаних капсул в протонних полярних середовищах і досліджено їх рецепторні властивості по відношенню до катіонних гостей.

1. Розроблено методи селективного тетраацилювання калікс[4]резрциноларенів арилсульфохлоридами, ароїлхлоридами, гетароїлхлоридами і бензилхлороформі-атом, які приводять до утворення С_2V-симетричних похідних з двома діацильо-ваними і двома незаміщеними резорцинольними кільцями. На основі отриманих сполук розроблено загальні методи синтезу калікс[4]резорциноларенів частково заміщених по гідроксильних групах і положеннях 2 резорцинольних кілець, а також синтезовано нові типи хіральних і місткових молекулярних платформ.

2. Розроблено метод часткового захисту однієї, двох і трьох аміногруп пентилово-го етеру тетраамінокалікс[4]арену трет-бутилкарбонатними групами. Отримані сполуки відкривають доступ до практично необмеженої структурної різноманіт-ності калікс[4]аренів, селективно заміщених водневозв’язаними і координаційними групами. Показано, що калікс[4]арени, які містять на широкому вінці макроциклу одну ацетамідну групу і три заміщених карбамідних фрагменти утворюють уні-кальні водневозв’язані циклічні тетрамери в кристалічному стані і неполярних середовищах.

3. Шість молекул калікс[4]резорцинолареноктаолів і вісім молекул води утворю-ють у вологих неполярних розчинниках водневозв’язані, нанорозмірні капсули, які здатні включати шість молекул хлороформу, вісім молекул бензолу, йонну пару тетраалкіламоній- або алкілтрифенілфосфоній галогеніду або одну молекулу тет-рабутилантимоній(V)броміду. Рушійною силою інкапсулювання об’ємистих гос-тей є збільшення ентропії, яким супроводжується вивільнення декількох молекул розчинника.

4. Калікс[4]пірогалоларени утворюють димерні водневозв’язані капсульні комп-лекси з катіонами тетраметиламонію і тропілію в полярних протонних розчин-никах. Водневозв’язані молекули розчинника відіграють роль містків між двома гемісферичними молекулами калікс[4]пірогалоларену і є необхідними компонен-тами молекулярних капсул. Стабільність капсульних комплексів значною мірою зумовлюється переносом заряду і (або) С-H--- взаємодіями між гостем і високо – основними пірогалольними кільцями господаря.

5. Амінометилювання калікс[4]резорцинолареноктаолів первинними або вторин-ними амінами і формальдегідом є простим і ефективним методом отримання порожнинних рецепторів, які містять на широкому вінці макроциклу різноманітні функціональні групи. Передорганізація молекулярних порожнин внутрішньомоле-кулярними водневими зв’язками є достатньою для забезпечення кінетичної стабіль-ності комплексів включення і селективності зв’язування нейтральних молекул.

6. Функціоналізація широких вінців орто-феніленових кавітандів чотирма фраг-ментами бензімідазолу дає вазоподібні рецептори, здатні утворювати комплекси включення з катіонами тетраметиламонію і тетраметилфосфонію, які є кінетично стабільними в полярному ДМФ при 295 К. Зв’язування катіонів відбувається тільки в присутності аніонів, здатних утворювати водневі зв’язки з бензіміда-зольними фрагментами господаря.

7. Наявність восьми аміногруп на широкому вінці вазоподібного орто-фенілено-вого кавітанду підвищує -основність внутрішньомолекулярної порожнини і зумовлює беспрецедентну ефективність і селективність зв’язування таких біоло-гічно важливих молекул як холін, карнітин та їх ацетильні похідні. Комплекси включення утворюються в полярному ДМСО, молекули якого стабілізують конформацію ваза утворенням місткових водневих зв’язків з аміногрупами. Рушійною силою комплексоутворення є С-Н--- взаємодії N⁺(CH₃)₃ фрагментів гостей з ароматичними кільцями рецептора. Більш сильне зв’язування холіну і карнітину, порівняно з їх ацетильними похідними, зумовлюється утворенням водневих зв’язків між ОН-групою гостя і аміногрупами широкого вінця господаря.

8. Приєднання восьми карбамоїлметиленфосфонатних фрагментів до широких вінців орто-феніленових кавітандів дає унікальні рецептори, здатні утворювати комплекси включення з нейтральними молекулами і катіонами амонію, а також координаційні комплекси з тризарядними катіонами лантану. Координація катіонів лантану приводить до відкриття порожнини кавітанду і вивільнення включеного гостя, що дозволяє регулювати концентрацію комплексу включення.

9. C_2V-Симетричні тетраестери калікс[4]резорциноларенів є новим класом само-комплементарних молекул, здатних утворювати високостабільні димерні молеку-лярні капсули в присутності катіонів тропілію або тетраметиламонію. Висока стабільність димерних капсул забезпечується кооперативністю восьми водневих зв’язків С=О---Н-О, взаємодій типу гість-господар, а також міжмолекулярних - взаємодій між ароматичними кільцями ароїльних фрагментів.

10. Паралельне розташування резорцинольних кілець в конформаціях човен C_2V-симетричних тетраестерів і тетрасульфонатів калікс[4]резорциноларенів є опти-мальним для утворення багатокомпонентних порожнинних кристалічних структур, здатних зв’язувати аніони і включати катіонні гості.

Публікації автора:

1. Lukin O. V., Pirozhenko V. V., Shivanyuk A. N. Selective acylation of calixresor-cinolarene // Tetrahedron Lett. - 1995. - Vol. 36, № 42. - P. 7725-7728. (Синтез, спек-тральні дослідження).

2. Lukin O., Shivanyuk A., Pirozhenko V. V., Tsymbal I. F., Kal’chenko V. I. Synthesis, conformation, and binding properties of resorcarene tetrasulfonates. Asymmetric reor-ganization of pendant sulfonyl groups via intramolecular S=O---H-O hydrogen bonds // J. Org. Chem. -1998. - Vol. 63, № 25. - P. 9510-9516. (Синтез, спектральні дослід-ження).

3. Shivanyuk A., Paulus E.F., Bhmer V., Vogt W. Selective derivatizations of resor-carenes. 4. General methods for the synthesis of C_2V-symmetrical derivatives // J. Org. Chem. - 1998. - Vol. 63, № 19. - P. 6448-6449. (Синтез, спектральні дослідження, аналіз рентгеноструктурних данних).

4. Shivanyuk A., Schmidt C., Bhmer V., Paulus E. F., Lukin O. V., Vogt W. Selective derivatization of resorcarenes. 3. C₂-Symmetrical and transcavity bridged bis-benzoxa-zines derived from C_2V-dymmetrical tetratosylates // J. Am. Chem. Soc. - 1998. - Vol. 120, № 18. - P. 4319-4326. (Синтез, аналіз рентгеноструктурних данних, спект-ральні дослідження).

5. Saadioui M., Shivanyuk A., Bhmer V., Vogt W. Selective N-protection of a tetra-aminocalix[4]arene tetraether // J. Org. Chem. - 1999. - Vol. 64, № 10 - P. 3774-3777. (Синтез, встановлення структури).

6. Shivanyuk A., Paulus E. F., Bhmer V. Guest-controlled formation of a hydrogen-bonded molecular capsule // Angew. Chem. Int. Ed. - 1999. - Vol. 38, № 19. - P. 2906-2909. (Синтез, аналіз рентгеноструктурних данних, спектральні дослідження).

7. Bhmer V., Shivanyuk A. Calixarenes in self-assembly phenomena. Calixarenes in action. Ed. L. Mandolini, R. Ungaro. Imperial College Press. World Scientific. 2000, P. 201-238. (Збір, аналіз, систематизація літератури і написання літературного огляду).

8. Shivanyuk A., Rissanen K., Kolehmainen E. Encapsulation of Et₃NH---OH₂ in a hydrogen bonded resorcarene capsule // Chem.Commun. - 2000. - № 13. - P. 1107-1108. (Синтез, рентгеноструктурні дослідження).

9. Shivanyuk A., Rissanen K., Krner S., Rudkevich D. M., Rebek, J. Jr. Structural studies of self- folded cavitands // Helvetica Chim. Acta. - 2000. - Vol. 83, № 8. - P. 1178- 1190. (Рентгеноструктурні дослідження).

10. Shivanyuk A., Spaniol T. P., Rissanen K., Kolehmainen E., Bhmer V. Hydrogen bonded analogs of cavitands // Angew. Chem. Int. Ed. - 2000. - Vol. 39, № 19. - P. 3497- 3500. (Синтез, рентгеноструктурні і спектральні дослідження).

11. Shivanyuk A. Folding and dimerization of resorcarene tetrasulfonates // Chem. Commun. - 2001. - № 16. - P. 1472-1473.

12. Shivanyuk A., Paulus E. F., Rissanen K., Kolehmainen E., Bhmer V. Resorcarenes in the boat conformation as building blocks for hydrogen bonded assemblies including two ammonium cations // Chem. Eur. J. - 2001. - Vol. 7, № 9. - P. 1944-1951. (Синтез, рентгеноструктурний аналіз, спектральні дослідження).

13. Thondorf I., Shivanyuk A., Bhmer V. Chemical modifications of calix[4]arenes and resorcarenes. Calixarenes 2001. Ed. Asfari Z., Bhmer V., Harrowfield V., Vicens J. Eds., Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 2001, P. 26-54. (Збір, аналіз, систе-матизація літератури і написання літературного огляду).

14. Luostarinen M., Shivanyuk A., Rissanen K. Partial aminomethylation of resorcarenes // Org. Lett. -2001. - Vol. 3, № 26 - P. 4141-4144. (Синтез, спектральні досліджен-ня).

15. Shivanyuk A., Rebek J. Jr. Reversible encapsulation by self-assembling resorcinarene subunits // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. - 2001.- Vol. 98, № 14. - P. 7662-7665. (Синтез, спектральні дослідження, теоретичні розрахунки).

16. Shivanyuk A., Rebek J. Jr. Reversible encapsulation of multiple neutral guests in hexameric resorcinarene hosts // Chem. Commun. - 2001. - № 23. - P. 2424-2425. (Синтез, спектральні дослідження, теоретичні розрахунки).

17. Shivanyuk A., Rebek J. Jr. Hydrogen bonded capsules in polar, protic solvents // Chem. Commun. - 2001. - № 22. - P. 2374-2375. (Синтез, рентгеноструктурний аналіз, спектральні дослідження).

18. Shivanyuk A., Rafai Far A., Rebek, J. Jr. Rigid tetranitroresorcinarenes // Org. Lett. –2002 - Vol. 4, № 9. - P. 1555-1558. (Синтез, рентгеноструктурні і спектральні дослідження).

19. Falabu D., Shivanyuk A., Nissinen M., Rissanen K. Complexation of small molecules by open ended resorcarene hosts // Org. Lett. - 2002. - Vol. 4, № 18. - P. 3019-3022. (Синтез, спектральні дослідження).

20. Rafai Far A., Shivanyuk A., Rebek J., Jr. Water stabilized cavitands // J. Am. Chem. Soc. - 2002. - Vol. 124, № 12. - P. 2854-2855. (Спектральні дослідження).

21. Ballester P., Shivanyuk A., Rafai Far A., Rebek J., Jr. A synthetic receptor for choline and carnitine // J. Am. Chem. Soc. - 2002. - Vol. 124, № 47. - P. 14014-14016. (Синтез, спектральні дослідження).

22. Amrhein P., Wash P. L., Shivanyuk A., Rebek J., Jr. Metal ligation regulates conformational equilibria and binding properties of cavitands // Org. Lett. - 2002. - Vol. 4, № 3. - P. 319-321. (Синтез, спектральні дослідження, теоретичні розра-хунки).

23. Amrhein P., Shivanyuk A., Johnson D., Rebek J., Jr. Metal switching and self-inclusion of functional cavitands // J. Am. Chem. Soc. - 2002 - Vol. 124, № 35. - P. 10349-10358. (Синтез, спектральні дослідження, теоретичні розрахунки).

24. Shivanyuk A., Friese J., Rebek J., Jr. Anion dependent molecular recognition of cations // Tetrahedron. - 2003. - Vol. 59, № 35. - P. 7067-7070. (Синтез, спектральні дослідження).

25. Shivanyuk A., Friesse J., Dring S., Rebek J. Jr. Solvent stabilized molecular capsules // J. Org. Chem. - 2003. - Vol. 68, № 17. - P. 6489-6496. (Синтез, рентгеноструктур-ні і спектральні дослідження).

26. Shivanyuk A., Rebek J., Jr. Assembly of resorcinarene capsules in wet solvents // J. Am. Chem. Soc. - 2003. - Vol. 125, № 12. - P. 3432-3433. (Синтез, спектральні дос-лідження, теоретичні розрахунки).

27. Shivanyuk A., Saadioui M., Thondorf I., Broda F., Rissanen K., Vysotsky M. O., Kolehmainen E., Bhmer V. Sterically and guest controlled self-assembly of calix[4]arene derivatives // Chem. Eur. J. - 2004. - Vol. 10, № 9. - P. 2138-2148. (Синтез, рентгеноструктурні і спектральні дослідження).

28. Yamanaka M., Shivanyuk A., Rebek J., Jr. Kinetics and thermodynamics of hexameric encapsulation complexes // J. Am. Chem. Soc. - 2004. - Vol. 126, № 9. - P. 2939-2943. (Синтез, спектральні дослідження, теоретичні розрахунки).

29. Krck L., Shivanyuk A., Goodin D. B., Rebek J., Jr. Spin labeling monitors weak host-guest interactions // Chem. Commun. - 2004. - № 3. - P. 273-274. (Синтез, рент-геноструктурні дослідження).

30 Shivanyuk A., Rebek J., Jr. Molecular recognition of bulky phosphonium cations by resorcinarenes // Журн. Орг. Фарм. Хім. - 2004. - Том 2, № 4. – С. 7-10. (Синтез, спектральні дослідження, теоретичні розрахунки).

31. Shivanyuk A. Selective formation of heterodimeric resorcinarene capsules // Tetrahedron. - 2005. - Vol. 61, № 2. - P. 349-352.

32. Shivanyuk A., Falabu D., Rissanen K. Structure and salvation of a tetra-Z-protected resorcinarene in the crystalline state // Вісн. Львів. Унів. - 2005. - № 45. - С. 67-72. (Рентгеноструктурні дослідження).

33. Shivanyuk A., Bhmer V., Paulus E. F. Vogt W. Regioselective сhemical modify-cations of resorcarenes // 4^th International conference on calixarenes – Parma (Italy) - 1997. - P. 99.

34. Saadioui M., Shivanyuk A., Broda F., Thondorf I. , Kolehmainen E., Bhmer V. Self-assembly of C₂-symmetrical hydrogen bonded capsules of calix[4]arenes bearing one amide and three urea functions // 6^th International conference on calixarenes – Enschede (The Netherlands) - 2001.- P. 93.

35. Rudkevich D., Lucking U, Rafai Far A., Shivanyuk A., Rebek J. Jr. Nanoscale cavitands: Synthesis, structure, applications. // American chemical society 221^th national meeting. Division of organic chemistry. – San Diego, CA – 2001. – Abstract 671.

36. Palmer L. C., Yamanaka M., Shivanyuk A., Rebek J. Jr. Resorcinarenes as synthetic receptors // American chemical society 227^th national meeting. Division of organic chemistry. –Anaheim, CA – 2004. – Abstract 585.

37. Шиванюк О. Молекулярні капсули на основі резорцинаренів // ХХ Українська конференція з органічної хімії. - Одеса - 2004. - С. 372.

38. Кошець І. А., Казанцева З. І., Шиванюк О. , Кальченко В. І., Ширшов Ю. М. Робочі тіла сенсорів на спирти на основі калікс[4]резорциноларенів // Дослідження у галузі сенсорних систем та технологій. Конференція-звіт з комплексної програ- ми фундаментальних досліджень НАН України. - Київ- 2005. - С. 43.