Взаимодействие β-циклодекстрина с толуолсульфохлоридом в водно-щелочной среде

Региоселективная функционализация циклодекстриновой матрицы позволяет целенаправленно изменить способность циклодекстринов к образованию соединений включения, а также их растворимость, расширяя тем самым спектр их практического применения. Важнейшим и перспективным направлением в области селективной модификации β-циклодекстринов является получение тозильных производных, так как замещение тозильной группы такими нуклеофильными реагентами, как йодид, азид, тиоацетат, гидроксиламин, алкил- или полиалкиламид, приводит к соответствующим монозамещенным производным. В данной работе реализован метод синтеза моно[6-O-(4-толилсульфонил)]-β-циклодекстрина, усовершенствованный путем взаимодействия β-циклодекстрина с тозилхлоридом в водной среде в присутствии основания. Реакцией β-циклодекстрина с тозилхлоридом в водной среде в присутствии щелочи получен моно[6-О-(4- толилсульфонил)]-β-циклодекстрин с выходом 58% с чистотой, не требующей дополнительной очистки продукта. Установлено, что оптимальная концентрация β-циклодекстрина и тозилхлорида составляет 0,0032 моль/л и 0,0015 моль/л соответственно. Показано, что снижение скорости отфильтровывания непрореагировавшего тозилхлорида от реакционной смеси сопровождается возрастанием доли дитозильных производных и моно(3,6-ангидро)-β-циклодекстрина, образующегося в результате внутримолекулярной циклизации моно[6-O-(4-толилсульфонил)]- β-циклодекс-трина в щелочной среде при комнатной температуре. Структура полученного моно[6-О-(4-толилсульфонил)]-β-циклодекстрина подтверждено методом ПМР-спектроскопии. В ПМР-спектре продукта реакции β-циклодекстрина с тозилхлоридом появляются сигналы тозильного радикала при 2,42 м.д. и два дублета от водородов бензольного кольца с радикалами в пара-положении в области 7,41–7,43 м.д. Монозамещение доказано сопоставлением интегральных интенсивностей сигналов протонов циклодекстринового каркаса и протонов ароматической части продукта реакции, при этом их соотношение свидетельствовало о том, что только одна из семи первичных гидроксильных групп β-циклодекстрина была замещена.

β-циклодекстрин, тозилхлорид, моно[6-О-(4-толилсульфонил)]-β-циклодекстрин, ПМР-спектроскопия

1. Dodziuk H. Cyclodextrins and Their Complexes. Chemistry, Analytical Methods, Applications. Weinheim: Wiley-VCH, 2006. 489 p. DOI: 10.1002/3527608982

2. Tang W., Sun D. Ng S.-C. Modified Cyclodextrins for Chiral Separation: Modificftion of Cyclodextrin. Berlin: Springer-Verlag, 2013. 258 p. DOI: 10.1007/978-3-642-37648-1

3. Грачев М.К. Фосфорсодержащие производные циклодекстринов. Особенности синтеза и химического поведения // Успехи химии. 2013. Т. 82. Вып. 11. С. 1034–1046. DOI: 10.1070/RC2013v082n11ABEH004381

4. Новокшонов В.В., Нгуен Чыонг Хой, Шаглаева Н.С. Селективное моноаллилирование бета-циклодекстрина // Журнал общей химии. 2017. Т. 87 (149). Вып. 6. С. 951–954. Novokshonov V.V., Nguen Chyong Hoi, Shaglaeva N.S. Selective monoallylation of βcyclodextrin // Russian Journal of General Chemistry. 2017. Vol. 87. No. 6. P. 1172–1174. DOI: 0.1134/S1070363217060111

5. Wenz G. Recognition of monomers and polymers by β-cyclodextrins // Advances in Polymer Science. 2009. Vol. 222. Issue 1. Р. 204–254. DOI: 10.1007/12-2008-13

6. Cheng Y., Dong X. Preparation of a molecularly imprinted fluorescent chemosensor using quinoline modified vinyl-β-cyclodextrin and acrylamide as monomers for the selective recognition of spermidine // Analytical Methods. 2016. Vol. 8. Issue 29. P. 5838–5842. DOI: 10.1039/c6ay00984k

7. Zhou J., Ritter H. Cyclodextrin functionalized polymers as drug delivery systems // Polymer Chemistry. 2010. Vol. 1. No. 10. P. 1552–1559. DOI: 10.1039/c0py00219d

8. Roux M., Perly B., Djedaïni-Pilard F. Selfassemblies of amphiphilic cyclodextrins // European Biophysics Journal. 2007. Vol. 36. Issue 8. P. 861–867. DOI: 10.1007/s00249-007-0207-6

9. De Rossi R.H., Silva O.F., Vico R.V., Gonzales C.J. Molecular organization and recognition properties of amphiphilic cyclodextrins // Pure and Applied Chemistry. 2009. Vol. 81. No. 4. P. 755–765. DOI: 10.1351/PAC-CON-08-08-13

10. Moutard S., Perly B., Gode P., Demailly G., Djedaïni-Pilard F. Novel glycolipids based on cyclodextrins // Journal of inclusion phenomena and macrocyclic chemistry. 2002. Vol. 44. Issue 1- 4. P. 317–322. DOI: 10.1023/A:1023014718447

11. Bonnet V., Gervaise C., Djedaïni-Pilard F., Furlan A., Sarazin C. Cyclodextrin nanoassemblies: a promising tool for drug delivery // Drug Discovery Today. 2015. Vol. 20. No. 9. Р. 1120–1126. DOI: 10.1016/j.drudis.2015.05.008

12. Lai X.H., Ng S.C. Convenient synthesis of mono(6A-N-allylamino-6A-deoxy)permethylated βcyclodextrin: a promising chiral selector for an HPLC chiral stationary phase // Tetrahedron Letters. 2004. Vol. 45. No. 23. P. 4469–4472. DOI: 10.1016/j.tetlet.2004.04.064

13. Muderawan I. W., Ong T. T., Lee T. C., Young D. J., Ching B.C., Ng S.C. A reliable synthesis of 2- and 6-amino-β-cyclodextrin and permethylated-β-cyclodextrin // Tetrahedron Letters. 2005. Vol. 46. P. 7905–7907. DOI: 10.1016/j.tetlet.2005.09.099

14. Tang W., Ng S.C. Facile synthesis of mono-6-amino-6-deoxy-α-,β-,γ-cyclodextrin hydrochlorides for molecular recognition, chiral separation and drug delivery // Nature Protocol. 2008. Vol. 3. No. 4. P. 691–697. DOI: 10.1038/nprot.2008.37

15. Petter C.R., Salek J.S., Sikorski C.T., Kumaravel G., Lin F.T. Cooperative binding by aggregated mono-6-(alkylamino)-β-cyclodextrins // Journal of the American Chemical Society.1990. Vol. 112. No. 10. P. 3860–3868. DOI: 10.1021/ja00166a021

16. Trellenkamp T., Ritter H. Poly(N-vinylpyrrolidone) bearing covalently attached cyclodextrin via click-chemistry: Synthesis, characterization, and complexation behavior with phenolphthalein // Macromolecules. 2010. Vol. 43. No. 13. P. 5538–5543. DOI: 10.1021/ma100812q

17. Brady B., Lynam N., O'Sullivan T., Ahern C., Darcy R., Shea K.M., Danheiser R.L. 6A-O-p-toluenesulfonyl-β-cyclodextrin: [β-cyclodextrin, 6A-(4-methylbenzenesulfonate)] // Organic Syntheses. 2000. Vol. 77. P. 220–224. DOI: 10.15227/orgsyn.077.0220

18. Law H., Baussanne I., Fernandez J.M.G., Defaye J. Regioselective sulfonylation at O-2 of cyclomaltoheptaose with 1-(p-tolylsulfonyl)-(1H)- 1,2,4-triazole // Carbohydrate Research. 2003. Vol. 338. No. 5. P. 451–453. DOI: 10.1016/S0008-6215(02)00482-2

19. Zhong N., Byun H-S., Bittman R. An Improved Synthesis of 6-O-monotosyl-6-deoxy-βcyclodextrin // Tetrahedron Letters. 1998. Vol. 39. Issue 19. P. 2919–2920. DOI: 10.1016/S0040-4039(98)00417-1

20. Byun H-S, Zhong N., Bittman R., Shea K.M., Danheiser R.L. 6A-O-p-toluenesulfonyl-β-cyclodextrin [β-cyclodextrin, 6A-(4-methylbenzenesulfonate)] // Organic Syntheses. 2000. Vol. 77. P. 225–228. DOI: 10.15227/orgsyn.077.0225

21. Law H., Benito J.M., García Fernández J.M., Jicsinszky L., Crouzy S., Defaye J. Copper(II)-complex directed regioselective mono-p-toluenesulfonylation of cyclomaltoheptaose at a primary hydroxyl group position: an NMR and molecular dynamics-aided design // Journal of physical chemistry B. 2011. Vol. 115. P. 7524–7532. DOI: 10.1021/ jp2035345

22. Yin J.J., Sharma S., Shumyak S.P., Wang Z-X, Zhou Z-W, Zhang Y., Guo P., Li C-Z, Kanwar J.R., Yang T., Mohapatra S.S., Liu W., Duan W., Wang J.C., Li Q., Zhang X., Tan J., Jia L., Liang J., Wei M.Q., Li X., Zhou S.-F. Synthesis and biological evaluation of novel folic acid receptor-targeted, b-cyclodextrin-based drug complexes for cancer treatment // PLoS ONE. 2013. Vol. 8. No. 5. e 62289. DOI: 10.1371/journal.pone.0062289

23. Nurkenov O.A., Sailkhanov TM, Fazylov S.D., Issaeva A.Zh., Kabieva S.K., Takibaeva A.T. NMR spectroscopic study of the supramolecular cytafatum nanocomplex with β-cyclodextrin // Advances In Current Natural Sciences. 2015. No. 1. P. 1134–1138.