Aryl and Super Aryl-Extended Calix[4]pyrroles: Synthesis and Applications

Abstract

Aquesta tesi doctoral descriu el disseny i la síntesi d’una sèrie de receptors supramoleculars que presenten cavitats aromàtiques polars. Els receptors preparats inclouen receptors organometàl·lics, contenidors moleculars solubles en aigua, caixes moleculars basades en enllaços de coordinació i metal·lo-cavitands. S’han seleccionat unitats de calix[4]pirrole aril i super-aril estesos (AEC[4]P i SAE-C[4]P) com a components principals. S’han estudiat les propietats de reconeixement molecular dels receptors sintètics amb sals de clorur de tetraalquilamoni, així com de molècules polars neutres, en dissolvents orgànics i en aigua. Concretament, s’ha preparat un calix[4]pirrole super aril estès substituït amb una fosfina mono-Au(I) i s’han estudiat les seves propietats de reconeixement davant diferents sals de clorur de tetraalquilamoni en diclorometà i acetona. Els complexos organometàl·lics d'inclusió amb aquestes sals presenten una estabilitat termodinàmica reduïda respecte al seu anàleg no organometàlic simètric "de dues parets". Molt probablement això és degut a que les interaccions repulsives anió-π són més fortes al complex de clorur del receptor organometàl·lic. S’ha explorat l'aplicació d'un receptor SAE-C[4]P soluble en aigua en la hidròlisi de bis-isonitrils alifàtics catalitzada per àcids. El receptor SAE-C[4]P forma complexos 1:1 termodinàmicament estables amb els bis-isonitrils, mono-isonitrils-mono-formamides i bis-formamides. Els compostos mono reaccionats units presenten el grup formamida exclusivament en la conformació cis. Aquesta disposició protegeix el grup isonitril i provoca millores en el rendiment dels compostos mono-reaccionats. També s’ha dut a terme l’auto assemblatge d’una caixa metàl·lica soluble en aigua amb dos llocs d’unió polar endoèdrics. S’ha demostrat que l’assemblatge eficient de la caixa metàl·lica requereix l’encapsulació de molècules polars mono i ditòpiques neutres. La caixa metàl·lica mostra selectivitat conformacional per la unió de bis-formamides alifàtiques amb diferents longituds del espaiadors (grups metilè). Finalment, es descriu la síntesi d'un lligand tetra-oxazolo [4,5-b]pirazinil SAE-C[4]P sense precedents. Es descriu l’auto assemblatge d’un bis-metal·lo-cavitand basat en el lligand SAE-C[4]P i Pt(II) com a precursors. De la mateixa manera, es demostra que la inc

Esta tesis doctoral describe el diseño y la síntesis de una serie de receptores supramoleculares que presentan cavidades aromáticas polares. Los receptores preparados incluyen receptores organometálicos, contenedores moleculares solubles en agua, cajas moleculares basadas en enlaces de coordinación y metalo-cavitandos. Se han seleccionado unidades de calix[4]pirrol aril- y super-aril extendidos (AEC[4]P y SAE-C[4]P) como componentes principales. Se han estudiado las propiedades de reconocimiento molecular de los receptores sintéticos con sales de cloruro de tetraalquilamoni, así como de moléculas polares neutras, en disolventes orgánicos y en agua. Concretamente, se ha preparado un calix[4]pirrol super-aril extendido sustituido con una fosfina mono-Au(I) y se han estudiado sus propiedades de reconocimiento molecular ante diferentes sales de cloruro de tetraalquilamonio en diclorometano y acetona. Los complejos organometálicos de inclusión con estas sales presentan una estabilidad termodinámica reducida respecto a su análogo no organometálico simétrico "de dos paredes". Muy probablemente esto se debe a que las interacciones repulsivas anión-π son más fuertes en el complejo de cloruro del receptor organometálico. Se ha explorado la aplicación de un receptor SAE-C[4]P soluble en agua en la hidrólisis de bis-isonitrilos alifáticos catalizada por ácidos. El receptor SAE-C[4]P forma complejos 1: 1 termodinámicamente estables con los bis-isonitrilos, mono-isonitrilos-mono-formamida y bis-formamida. Los compuestos mono-reaccionados unidos presentan el grupo formamida exclusivamente en la conformación cis. Esta disposición protege el grupo isonitrilo y produce mejoras en el rendimiento de los compuestos mono-reaccionados. También se ha llevado a cabo el auto ensamblaje de una caja metálica soluble en agua con dos sitios de unión polar endoèdricos. Se ha demostrado que el ensamblaje eficiente de la caja metálica requiere la encapsulación de moléculas polares mono y di-tópicas neutras. La caja metálica muestra selectividad conformacional para la unión de bis-formamida alifáticas con diferentes longitudes de espaciadores (número de grupos metileno). Finalmente, se describe la síntesis de un ligando tetra-oxazolo [4,5-b] pirazinil SAE-C[4]P sin precedentes. Se describe el auto ensamblaje de un bis-metalo-cavitando basado

This PhD Thesis describes the design and synthesis of a series of supramolecular receptors featuring polar aromatic clefts and cavities. The prepared receptors include organometallic receptors, water-soluble containers, metallocages and metallocavitands. We selected aryl and super aryl-extended calix[4]pyrrole scaffolds (AE-C[4]P and SAE-C[4]P) as their main building blocks. We studied the molecular recognition properties of the synthetic receptors with tetraalkylammonium chloride salts, as well as neutral polar guests, in organic solvents and in water. Specifically, we prepared a mono-gold(I) phosphine substituted AE-C[4]P and studied its binding properties towards tetraalkylammonium chloride salts in dichloromethane and acetone solutions. The inclusion organometallic complexes featured a reduced thermodynamic stability with respect to its parent symmetrical “two-wall” counterpart. These results were explained considering the stronger repulsive anion-π interactions present in the chloride complex of the organometallic receptor. Next, we explored the application of a water-soluble SAE-C[4]P in the acid-catalyzed hydrolysis of aliphatic bis-isonitriles. The SAE-C[4]P receptor formed thermodynamically stable 1:1 complexes with the bis-isonitriles, mono-isonitrile-mono-formamides and bis-formamides. The bound mono-reacted compounds featured the formamide group in exclusive cis-conformation. This arrangement protected the unreacted isonitrile group from water solvation and induced yield enhancements for the mono-reacted compounds. We also reported the self-assembly of water-soluble metallocage featuring two endohedral polar binding sites. We showed that the efficient assembly of the metallcage requires the encapsulation of neutral mono-and ditopic polar guests. The assembled metallocage displayed conformational selectivity in the binding of aliphatic bis-formamides having different methylene spacers. Finally, we described the synthesis of an unprecedented tetra-oxazolo[4,5-b]pyrazinyl SAE-C[4]P ligand. We reported the self-assembly of a bis-metallocavitand based on the SAE-C[4]P ligand and Pt(II) precursors. Similarly, we showed that the inclusion of suitable polar guest was mandatory for the metallocavitand formation. The SAE-C[4]P ligand chelated only two Pt(II) metals between its adjacent substituents affordin