The conformational preference of tetrahomodioxacalix[4]arenes with three different para substituents on the phenolic ring has been investigated by using ab initio molecular orbital theory (RHF/6-31$G^{\ast}$) and density functional theory (B3LYP/6-31$G^{\ast}$). The stability order is predicted to be cone > C-1,2-alternate > partial cone > 1,3-alternate > COC-1,2-alternate. The distorted cone conformation is found to be most stable in a gas phase and the calculated results are in agreement with the reported $^1$H NMR and X-ray experimental observations. The substitution of methylene with dimethyleneoxa bridges increases the size of the annulus of the molecule, its conformational mobility, and the number of hydrogen bonding patterns. The thermodynamic stability and the conformational characteristics of tetrahomodioxacalix[4]arenes are discussed in regards of the number of phenolic hydrogen bonding patterns and the polarity of a molecule. The substituent effects on the para position of the phenolic ring are also introduced.
Reaction of tetrahomodioxa p-phenylcalix[4]arene with ethyl bromoacetate and potassium carbonate in ace-tone leads to the title tetra ester derivative, 7,13,21,27-tetra-phenyl-29,30,31,32 -tetrakis(ethoxycarbonyl)meth-oxy-2,3,16,17-tetrahomo-3,17-dioxacalix[4]arene, its structure was determined by NMR spectra as 1,4-alternate conformation. The molecular structure has been solved by X-ray diffraction methods. The molecule has a conformation with pseudo center of symmetry. The benzene ring A is up, ring C is down, B and D rings are flat with respect to the plane of the macrocyclic ring.
Two conformational isomers of p-tert-butylcalix[4]arene hexanoate were prepared from the reaction of-p-tert-butylcalix[4]arene and hexanoly chloride in the presence of AlCl3 in CH2Cl2 and their structures were determined by NMR spectra and X-ray diffraction as a cone and a 1,3-alternate conformer, respectively. The crystal of cone conformer (C68H96O8·(CH3)2CO) is triclinic, P, a=15.066(1) , b=16.063(1) , c=16.365(1) , α=79.75(2)o, β=109.95(2)o, γ=80.32(0)o, V=3602.7(4) 3, Z=2. The intensity data were collected on Simens SMART diffractometer/CCD area detector. The structure was solved by direct method and refined by least-squares calculations to a final R value of 0.144 for 4638 observed reflections. The molecular conformation is distorted symmetric cone with the flattening A and D phenyl rings. The crystal of 1,3-alternate conformer (C68H96O8·2CHCl3) is orthorhombic, Pca21, a=34.586(5) , b=10.207(3) , c=20.394(4) , V=7199(3) 3, Z=4. The intensity data were collected on an Enraf-Noninus CAD-4 Diffractometer with a graphite monochromated Mo-K radiation. The structure was solved by direct method and refined by least-squares calculations to a final R value of 0.152 for 2241 observed reflections. The molecule has a pseudo mirror symmetric 1,3-alternate conformation.
Three conformational isomers of calix[4]arene butanoate were isolated from the reaction of calix[4]arene and butanoyl chloride in the presence of NaH and their structures were determined by NMR spectra as 1,2-alternate 2a, partial cone 2b and 1,3-alternate conformer 2c, respectively. The crystal structure of 2a has been determined by X-ray diffraction method. The crystals are monoclinic, space group C2/c, a=18.435 (4), b=13.774 (2), c=16.941 (3) Å, β=116.23 (1)°, Z=4, V=3858.8 (12)Å3, Dc=1.21 g cm-3, Dm=1.21 g cm-3. The molecule is in the 1,2-alternate conformation. It has two-fold symmetry axis along the line connecting between C (7AA') and C (7BB') parallel to the b axis of crystal lattice.
In this study we have performed ab initio computer simulations to investigate the conformational characteristics of the tetramethoxycalix[4]arenes (1 and 2). The structures of four types (cone, partial cone, 1,2-alternate, and 1,3-alternate) of conformers for each compound have been optimized using ab initio RHF/6-31G and 6-31$G^{**}$ methods. General trends in relative stabilities of tetramethyl ether derivatives of calix[4]arene 1 and p-tert-butylcalix[4]arene 2 are similar and decrease in following order: partial cone (most stable) > cone > 1,3-alternate > 1,2-alternate. The calculated results of the most stable conformation of partial cone structure agree with the reported NMR experimental observations.
Reaction of tetrahomodioxa p-phenylcalix[4]arene with alkyl halide and NaH in DMF leads to the title tetra-alkylated derivatives, 7,13,21,27-tetra-phenyl-29,30,31,32-tetraalkyloxy-2,3,16,17-tetrahomo-3,17-dioxacalix [4]arenes, their preferred conformations were determined by NMR spectra as C-1,2-alternate. The molecular structure of allyl derivative has been solved by X-ray diffraction methods. The molecules have a conformation with pseudo center of symmetry. The benzene ring A is up, ring C is down, B and D rings are flat with respect to the plane of the macrocyclic ring.
Tetra-tert-butyl-dipropionyloxy-dihydroxycalis[4]arene (C50H64O6)의 구조를 X-선 회절법으로 연구하였다. 결정의 공간군은 C2/c이다. 단위세포 상수는 a=16.067(2), b=26.391(17), c=10.335(1)Å, β=94.26(1)°, Z=4, V=4370.2(29)Å3, Dc=1.16, Dm=1.2 gcm-3이다. 회절반점들의 세기는 Enraf-Nonius CAD-4 Diffractometer로 얻었으며, Cu-Kα radiation (λ=1.5418Å)을 사용하였다. 분자구조는 직접법으로 풀었으며 최소 자승법으로 정밀화하였다. 최종 신뢰도 R값은 2354개의 회절반점에 대하여 0.07이였다. 이 Calix[4]arene은 1, 3-alternate conformation을 가진 분자로 2개의 propionyloxy groups이 위쪽에 있고, 마주보는 두 개의 hydroxy groups이 아래로 향해 있으며, 분자 한 가운데에 결정학적 symmetry axis와 일치하는 2-fold symmetry axis가 있는 분자이다.
Tetrahomodioxa p-phenylcalix(4)arene dihexylether (C/sub 66/H/sub 68/O/sub 6/)를 합성하여 분자 및 결정 구조를 X-선 회절법으로 연구하였다. p-Phenylphenol의 탈수, 고리화 반응으로 만든 tetrahomodioxa p-phenylcalix(4)arene을 DMF에서 NaH와 hexyl iodide를 환류시켜 합성하였다. 결정은 사방정계이고 공간군은 P2₁2₁2₁, a =9.764(2), b = 16.167(2), c = 32.994(3) Å, V=5208(1) ų, Z= 4, Dc=1.221 gcm/sup -3/이다. 직접법으로 구조를 해석하였으며, 최소자승법으로 정밀화하여 최종 신뢰도 R 값은 2009개의 회절 반점에 대해 0.070 이었다. 이 분자는 마주 보고 있는 phenyl group 두 쌍이 거의 평행을 이루며, C-1,2-alternate conformation이고, lower rim의 1,3 위치에 hexyl 기가 치환된 비대칭 homooxacalixarene이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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