ПРОИЗВОДНЫЕ 7-АМИНОКУМАРИНОВ В РЕАКЦИЯХ С НУКЛЕОФИЛЬНЫМИ РЕАГЕНТАМИ тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

А-№НЪ

московская ордена ленина и ордена трудового красного знамени

Сельскохозяйственная академия имени к. а. Тимирязева

На правах рукописи ФОМИНА Людмила Юрьевна і _ удк 587.547.51

ПРОИЗВОДНЫЕ 7-АМИНОКУМАРИНОВ В РЕАКЦИЯХ С НУКЛЕОФИЛЬНЫМИ РЕАГЕНТАМИ

(02.00.03 — органическая химия)

Автореферат диссертации на соискание ученой<степени кандидата химических наук

МОСКВА 1992

Работа выполнена в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А Тимирязева.

Научный руководитель — доктор химических наук, главный научный сотрудник М. А. Кирпиченок, научный консультант— доктор химических наук, профессор И. И. Грандберг.

Официальные оппоненты- доктор химических наук, профессор А. В. Варламов; доктор химических наук, ведущий научный сотрудник В. В. Негребецкий.

Ведущая организация — Институт геохимии и аналитической химии им В И. Вернадского РАН.

Защита состоится K-f-V-H-JL 1992 г в « » ча-

сов на заседании специализированного совета К-120 35 04 в Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева по адресу, г Москва, И 330, \л Тимирязевская, 49

С диссертацией можно ознакомиться в СХА

Автореферат разослан « » lA-1-1^92 г

Ученый секретарь специализированного совета

К-120 35 04 — кандидат химических нау.».

доцент

Г. П, Токмаков

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интерес к производным кумарина обусловлен в первую очередь их широким применением в качестве антикоагулянтов, биологически активных соединений, составных частей лекарств. .Особую важность имеют 7-аминокумарины, находящие применение в качестве оптических отбеливателей, люминесцентных текстильных и полиграфических красителей, а также активных сред для лазеров, работающих в сине-зеленой области спектра. Для создания эффективных лазеров на органических красителях требуется поиск новых активных сред с высокими энергетическими показателями лазерного излучения, фотохимической устойчивостью и ресурсом работы. Для решения этой задачи необходим целенаправленный синтез и исследование спектрально-люминесцентных характеристик 7-аминопроизводных кумарина, так как только установление точной зависимости свойств от строения этих соединений даст возможность создать вещества, наиболее полно отвечающие практическим требованиям. В раду 7-аминокумари-нов для целенаправленного поиска новых красителей особенно актуальна разработка методов введения разнообразных заместителей в готовый кумариновий синтон.' Таким требованиям отвечает, использование формил- и галогензвмещенных 7-аминокумаринов в реакциях с нуклеофильными реагентами.' 1 '

' , Цель работы. Разработка методов синтеза новых производных . 7-акинокумаринового ряда на основе 3-формил, а также 3- и 4-га-'логен-7-аминокумариков при их.реакциях с нуклеофильными реагентами , исследование строения и' спектрально-люминесцентных характеристик синтезированных люминофоров.

' Научная новизна. Изучено действие на, З-формил.-7-амин оку марины илидоэ' фосфора: и получена серия новых З-алкеиил-7-амшоху-маршюв.-. впервые сдатезированы.новые 3- :и..4-диэамеяеиныв:.7-ди-, э*пгтм«шокумарданы реакциями З-формил-4-х рип. С СН»КИСЛОТа«Й.-; ^ *,•:•'

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Моск. сельскох- ,емии

им. К. А і І ъ

Инв. №..

Впервые иссчедованы реакции З-яод-7-диалкиламинокумаринов со вторичными типами и выдечрн рят. аминопрсизводных 7-диалчи*-аминокумаринов.

Исследована диссоциативная ионизация под действием электронного удара серии 7-диаяки1аминокумаринов. Установлено, что фрагментация молекул этих соединений начинается, как правило, с деградации 7-циолкиламиногрупп.

Изучены спек^алъно-*томинесцентние характеристики более 50 новых 7-аминокумариновых красителе", большинство га которых оказались эффективными люминофорами в диапазоне 450-565 нм. НаЯде-но, что переход от элрктронодонорных к электроноакцепторным заместителям в положении 4 молекулы 7-аминокумарина сопровождается батохромным смешением длинноволновоР полосы в спектрах поглощения и батофлорным сдвигом эмиссионной полосы.

Исследована основность серии 7-аминокумаринов и их монопро-тонированных форм. Установлено, что в большинстве случаев первично? протонировяние затрагивает 7-диалкиламиногруппу.

Практическая ценность работы. Разработаны препаративные способы получения новых синтонов - 2-й 4-замещенных 7-тдин^ку-маринов. Впервые синтезировано на их основе более 50 произвсдних 7-аминокумаринов, в том чисе получен ряд ф-вооресцурухкглх в видимом диапазоне 7-аминокумариновых красите те?», содержащих в положении 3 ненасыщечныч заместитель. Результаты изучения зависимости сг.ектрялън^-'точинесцентиых свойств новы» прогзводчч^ 7-1минокумар:шов от их структуры могут быть испогьзовчны при соэплии активных сред на их основе.

Апробация р^эту РезуБ^аты диссертации докдддыла^ч сь на со ее кпном соге^.лии 'ю можкуярной люминесценции (Караганда, на. У1 вс^ссюзно^ конференции "Люминофоры 90" (Харьков#

1990) и на УП Всесоюзной конференции по химии дикарбонильных соединений (Рига, 1991).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 2 статьи, тезисы 3 докладов на научных конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 133 страницах и состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы, включающего 104 наименования. Первая глава посвящена обзору литературных данных по.нуклеофильным реакциям 3- и 4-заме-щенных кумаринов,. вторая - обсуждению результатов, третья - описанию экспериментов. Работа содержит 19 таблиц, 3 рисунка.

"' 2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

. Основной задачей работы была разработка методов синтеза новых 7-аминокумариновых красителей, содержащих заместители в положениях 3 и 4. Для решения этой-задачи представлялось перспективным, изучение реакций каких-либо реакционноспособных полупродуктов - синтонов 7-аминокумаринового ряда, .в качестве которых было интересно, использовать формил-, а также галогензамещенные 7-амино- -кумарины в реакциях с нуклеофильными реагентами..

2.1; Синтезы на-основе З-формил-7-аминокумаринов ' . . 2.1.1. Реакции З-формил-7-аминокумаринов с фосфониевыми • илидами . . ...

Продолжая исследование новых З-формил-7-аминокумаринов, было изучено их поведение в реакциях с С-нуклеофилами с целью получения серии 3-алкенилмонофункциональнозамещенных производных, не описанных в литературе. Предварительные.эксперименты показали, что наиболее удобными реагентами для этой цели являются фосфони-евые илиды в реакции Виттига. В этой связи было изучено взаимодействие 3-формил-7^-аминокумаринов ■ (1)-(14) с трифенилфосфоний-метоксикарбонил-,. трифенилфосфонийацетил- и трифенилфосфонийбен-

зоилметилидами:

О) ~п>

РИЛ-СШОЙ.

рн,р-снт\

а

т'

т - ни

(31) -(39)

(1),(15)-(17) И=п; (2),(8),(18),(24),(30),(31),(38) К=С1; (3), (Э),(19),(25),(33) Е4=ШСЛ2Р)1; (4),(10),(20},(26),(34) В-ЯНС6НП--сус1о; (5),(II),(Л),(27),(35) Я»Ы(СН2)5; (о), (12), (22), (¿8), (Зо) ЕЫКСН2СН2)20; (7) , (13), (23), (29), (37), (39) К=Я-имидазолил; (14),(32) (1Ь),(1в)-(23),(31)-(37) (1ь),(30) К1» Ме;

(17), (24)-(29), (38), (39) ^»РЬ.

Реакции эффективно протекали в бензоле или 1,4-диоксане при нагревании в присутствии избытка 1,5-2,0 экв. илида и приводили к 3-члкенилкумаринам (15)-(39) с высокими выходами. Строение синтезированных соединений следует из данных элементного анализа и спектральных характеристик. На основании величин вицинальных КССБ олефиновых протонов в сгектрах ПМР соединений (15)-(39) установлено, что они прецставчяют собой ¿-изомеры. В результате анализа спектров Г1МР З-агкенилкумаринов сделан вывод, чю наиболее вероятно? для диеновор системы рассматриваемых производных является 5-транс конфигурация фрагмента С^С^-С^ =СЙ.

Электронные спектры поглощения л испускания соединений (15)-(39) оС~адают слецую-жми особенностями: имеет место батохромный и батофчориый сдвиги (¿.Л. 30-80 нм) для соединений (1Ъ)-(39) для д<"инн (Еочновой по"осы погюиения и испускания соответственно по сравнению с неза^еценными в положении 3 куыаринами. Эта закон')-

-ч

мерность согласуется с большим разделением зарядов при возбуждении при введении в положение 3 акцепторных заместителей, кроме того, батохромные и батофлорные сдвиги имеют место из-за увеличения длины общей цепи сопряжения при введении ненасыщенного заместите-• ля. Обращает на себя внимание факт дополнительного батохромного и батофлорного сдвигов (лЛ 30-40 нм) в спектрах поглощения и испускания соответственно для соединений. (17),(24)-(29),(38),(39), у которых в терминальном положении заместителя при атоме С^ находится арильный:фрагмент, по сравнению с соединениями, не имеющими такого фрагмента. , . -

'• Кумарины (15)-(39) флюоресцируют в сине-зелено-желтом диапазоне» причем кумарины (16),(31),(37) и (39) являются довольно эффективными люминофорами (Уу = 0,5-0,8).

Электронные спектры юлолидиновых производных (31)—(39) характеризуются более высоким квантовым выходом флюоресценции (на 0,30,6), а также длинноволновым сдвигом абсорбционной и эмиссионной полос по сравнению с диэтиламиноэамегценными аналогами, что объясняется закрепленным положением атома азота диалкиламиногруппы, приводящим к наилучшему перекрыванию р-электронов неподеленной пары азота с Л -облаком кумариновой системы и уменьшению колебательной деградации энергии вследствие уменьшения колебательных степеней свободы диалкиламиногруппы.

2.1.2. Кислотно-основные свойства З-алкенилзамезденных

?-аминокумаринов . '

Для решения вопроса о характере и степени электронного взаимодействия заместителей в З-алкенил-7-аминокумэринах были измерены значения рКа сопряженных кислот для соединений (15),(17), (18),{20)—(26),(28),(30)-(32), (37). Подкисление водно-этанольных растворов большинства соединений сопровождается уменьшением, а затем полным исчезновением максимума длинноволнового поглощения

при 400-500 нм и нарастанием поглощения в более коротковолновом диапазоне. Установлено, что во всех соединениях, за искпючением чумаринов (25) и (37) протонировадие идет по 7-Я-атому. Это подтверждают следующие факты: близкие значения рКа изучаемых соединений к значениям рК& модельных кумаринов - 4-метил-7-диэтилами-нокумарина (50) и 2,3,6,7-тетрагидро-9-метил-1Н,5Н,ПН-хинолизи-но[9,9а,1-дК]кумарина (Ь1), потеря фчюоресценции и гипсохромный сдвиг полосы поглощения при протонировании. Последний факт является следствием того, что протонирование 7-Н-атома делает невозможным реализаций СТ состояния при воэЗуадении, которое ответственно за появление длинноволновой полосы поглощения.

При сопоставлении значений рК& обращает на себя внимание резко пониженная основность юлолидлновых производных (31),(32) и (37). Данный эффект, очевидно, объясняется невыгодностью тетра-эдрической конфигурации, возникающей при протонировании атома азота, уплощенного (^членными циклами.

На основность рассматриваемых кумаринов сильное влияние оказывают заместители в положении 4. Так, введение доноров -замеленных аминогрупп приводит к увеличению рК& на 1-3 единицы по сравнению с незамещенными кумаринами. Напротив, введение а. из хлора ведет к падению основности кумаринов (18),(24),(30) и (31) на г орядск аелич.шы. Следует отметить общуп тенденцию к понижению основности исследуемых 3-алкенипвмещенных кумаринов по сравнению с кумаринами, имеющими незанятое положение 3. Это счязано с увеличением переноса заряда в основном состоянии на З-алкени-ь-ньй» фрагмент, что долимо приводить к уменьшению электронной пютности на протонируемом 7-К-атоме. Концевая группировка 3-ал-кенпьного заместителя такге оказывает заметное влияние на основность исггедуемых к>маринов. Т.«, при прочих равных условиях,

основность кумарина'(20) на 0,7 ед.рКа превышает аналогичную величину для кумарина (26),.что связано с большей электроноакцеп-торностью бензоильной группы по сравнению с метоксикарбонильной, облегчающей перенос заряда, на 3-алкенильный фрагмент.

■ \ В случае кумарина (25) при монопротонировании имеет место батохромный сдвиг полосы поглощения (от 439. до 488 нм), кроме того, наблюдается сохранение флюоресценции в длинноволновом диапазоне .' Эти факты указывают на то, что в данном случае протониру-ется один из заместителей пиронового цикла.

Было исследовано поведение кумаринов (15),(17),(18)-(26), (28),(30)-(32)^(37) 6 условиях дипротонирования в растворе Н^О^. Переход к более кислым средам сопровождался исчезновением длинноволнового максимума поглощения при 320-480 нм, причем основность снижалась на 1-3 порядка. В случае кумаринов (25) и (37) второе протонирование затрагивает 7-Н-атом, что отражается, например, в гипсохромном сдвиге максимумов длинноволнового поглощения более чем на 100 нм. Низкое значение рКа.при втором протонировании для соединения (37) связано с уплощенным состоянием юлолидинового атома азота, фиксированного 6-членными циклами.

2.1.3. Конденсаций З-фошил-7-аминокумаринов с СН-кислотами

На основе З-формил-7-аминокумаринов возможно также получение алкенильных производных, содержащих две электроноакцепторные группировки при двойной С=Сг связи. Поскольку конденсации такого типа уже описаны в патентах, задачи их детального изучения не ставилось, а исследование ограничилось лишь несколькими демонстрационными реакциями на примере кумарина (40). Реакции проводили; обрабатывая кумарин *(40), растворенный в диоксане или нитро-метане, соответствующим производным дикарбоновой кислоты при комнатной температуре, или при кипячении. ,В случае использования в качестве растворителя нмтрометана к реакционной смеси;прибав-

ляли безводный хлористый цинк в качестве катализатора.

се

ч^л-^о

¿уг4^ о

149)

а м О

8г Л О О

іт

(12)

М2

гч

лл А0

ш

Ме

£і20С | л

|т т\

іуг

(Ч&)

еда

с н«с.

СС№

6!,7Г

В результате конденсации кумарина (40) с динитрилом малоновой кислоты был получен кумарин (41), тогда как в аналогичной реакции в присутствии пиперидина выделено соединение (42) в резучь-тате параллельного нуклеофильного замещения атома хлора пиперидином. Сходным образом протекали реакции кумарина (40) с малоновым эфиром и с ацетоном в присутствии морфолича. В первом счут.ае образовывался кумарин (43) с незатронутым атомом хгора в положении 4, а при проведении реакции с ацетоном р присутствии морфо-лина выделено соединение (44), образующееся в результате параллельной атаки азотистого основания по положению 4 кумарина (40).

Строение полученных соединений подтверждено данными элементного анализа, ИК и ПМР спектроскопии. На основании величины вици-нальной KGCB олефиновых протонов в спектрах ПМР соединения (44) сделано заключение о транс-конфигурации двойной связи заместителя в положении 3. Хим. сдвиг метилового протона Н^ закономерно изменяется при увеличении электроноакцепторности заместителей при атоме Ср,. которые можно расположить в порядке возрастания хим. сдви-' га Д^ и, следовательно, в порядке увеличения электроноакцепторности следующим образом: COOE4<COMe-t;CN для соединений (41)-(44).

Довольно необычно протекали реакции кумарина (40) с натриевыми производными ацетоуксусного (АУЭ) и циануксусного (ЦУЭ) эфи-ров. В этом случае в качество основных продуктов были выделены 3,4-циклоконденсированные кумарины (46) и (47). Образование этих соединений можно представить как результат конденсации по 3-фор-мильной группе с параллельным нуклеофильным замещением атома хлора, сопровождающимся расщеплением бифункционального замещенного фрагмента, в положении 4 с последующей"внутримолекулярной конденсацией.. -

С целью вьмвления структуры промежуточных полупродуктов была проведена реакция кумарина (40) с АУЭ в присутствии гвдрида натрия, в результате которой получено соединение (48). , Для точной идентификации соединения (46) было проведено его рентгеноструктурное исследование*. Установлено, что соединение (46) представляет собой 4,6-диэтоксикарбонил-9-диэтиламино-5-ме-тилбензofЬ]хромен-2-он. Общий вид молекулы (46) и длины связей в ней показаны на рис Л. По сравнению с 7-диэтиламинокумарином

*Автор выражает благодарность сотрудникам ИНЭОСа кхн Д.С.Щмту и дхн Ю.Т.Стручкову за проведенные рентгеноструктурные исследования. . ■ • ■

С119> на»

РисЛ Общий вид молекулы (46) и дчины связей в ней

в молекуле (46) наблюдается значительное увеличение длины связей С(2)-С(2а) и ^(2а)"^(6а)' сильн0 укорочена связь °(1)-С(2) и несколько удлинена связь Такое изменение длин

связей при атоме С(2) карбонильной группы позволяет говорить об отсутствии в молекуле (46) внутримолекулярного разделения зарядов по обычной для 7-диэтиламинокумарина схеме.

Образование соединения (49) могло происходить за счет первоначальной конденсации ацетилацетона с формильной группой кумарина (40) с образованием ненасыщенной системы, за которой следовало присоединение по Уихаэлю следующей молекулы ацетилацетона к непредельной системе.

Соединения (41)-(49) получены с выходами от 34% до 84%. о результате изучеьия электронных спектров полученных соединений установлено, что длинноволновые максимумы испускания и поглощения соединений (4П-С43), несущих два акцепторных заместителя при двойной связи в заместителе в положении 3, претерпевают дополнительный батохромны!» и батофларш»? сдвиги соответственно

по сравнению с соединениями (1э)-(30), имеющими по одному акцепторному замрстигелю. Это связано с допочнительной стабилизацией возбужденного состояния молскугы кумарина, которое является СТ состоянием с отрицательным концом диполя на пироновом фрагменте. При переходе от соединения (43) к соединению (41) наблоцается батохромный и батофлорный сдвш и полос поглощения и испускания соответственно за счет увели шния обще? олектронодефицианости пи-ронового фрагмента. Напротив, соединения (48), (49), не содержащи»* С=С связи в заместителе при 1Томе 2(з). имеют дл мноволновые максимумы испускания и поглощения, сдвинутые в коротковолновую область по сравнению с другими З-алкени^производными.

На примере кумаринов (15)-(18),(24),(41),(43) и (48) были изучены масс-спектры, в которых обнаружен интенсивный пик молекулярного иона (относительная интенсивность 75-100%). Дагьнейи.ая схема фрагментации соединение (15)-(18),(21),(41),(43) и (48) в условиях электронного удара 'ипичная для большинства 7-аминокума-ринов и включает реализацию гчацесссв [м-СН^] [ М-СЛ^-С^Ь^]

[м-сн3-с2н5-жн3]+, [^-сн3-со]+, [м-сн3-с2н5-шн3-со-со1+.

2.2. Синтезы на основе З-рч-оген-7-аминокумаринов 2.2.1. Реакции 3-йод-7-< • таокумаринов со вторичными аминами Специальное знимание было удечено вопросу использования 3-га-логен-7-аминокумариноа в синтезе новых люминофоров 7-аминокумари-нового рада. Наиболее перепектиотыми для этих целей представлялись 3-йодпроизводкые.

В донной части работы бус изучено взаимодействие соединений (52)-(Ь7) с рядом вторичных 1 гнлв: дичгиламином, пиперидином, морфо."ином, имидазолом, бензи идазоло^.

Наиболее -»ффективное прото"а.н;"е реакций наблюдалось при нагревании исходных соединений г тбьтком ами га в растворах ДКА, ДМСО или в отсу-ствие раствор, теля, л результате окгзалось, что

• Н-

по отношению к нуклеофильным реагентам исходные кумарины можно разделить на три типа.

Соединения (53) и (5Б) при нагревании в течение 4-6 ч при 80-120° в избытке (з^Ю экв) амина давали аминозамещенные производные (58)-(62) с выходами 60-80%.

x ^ х

-•'ІҐЧлту хи --'ТУУ лн [ГуЦ

40г-у^0 /^У^о б'и кл^о^о.

* "(63)-(ЄЄ). ^ ' '(52)-(бі) ■ (58)-№) •

¿^СфЦ ^-О^Хд і А/ОоХ'О*

(&•*)-№) (т-пв) ■.(№

(52),(55) й=Ме; (53),(56) К=Н; (54),(57) Е=С1; (52)454), (58)-(61),(63)-(65),(67)-(71),(75) (55)-(57),(62),(66),(72),(73),

(76) -(СН2)3-С-орто; (58),(67) Х=?Щ2; (59),(63),(69),(72), , (75),(76) Х=И(СН2СН2)20; (60),(62),(64),(66),(70),(73) Х=К-имвда-. золил; (61),(65),(71) Х=Я-бензимвдазолил;. (68),(74) Х=И(СН2)5.

Дигалогенпроизводные (54) и. (57) в аналогичных условиях с -высокими выходами приводили к З-йод-4,7-диаминокумаринам (63)-(66). Соединения:(63)-(66) являются довольно нестойкими вещества- . ми, чувствительными к воздействию света и заметно разрушающимися при хроматографическом 'разделений на силикагеле с образованием продуктов дегалогенирования (59)-(62) .

■ -¿г- •

Л противоположность соединениям (53), (54), (56) ,(5?) кумар.-ны (52) и (55) п реакциях с а^/нат* превр'ъ.^-псь в 4-аминометильнь.е производные (67)-(73), выходы которых достигали 60-70?. Более Детальный анализ состава реакционно!» смеси, сделанный на примере взаимодействия кумарина (52) с пиперидином и кумаринов (Ь2) и (55) с морфолином указывает такие на образование в небольших "оличест-вах побочных продуктов, которым была приписана структура

3-аминопроизэодных (74)-(76). 3 реакциях кумаринов (52) и (55) с дичтиламином, имидазолсм или бензимидазолом подобные соединения зафиксированы лишь в следовых количествах.

Строение кумаринов (58)-(76) подтверждено необходимыми физико-химическими методами.

Образование кумаринов (58)-(62) ,»э З-Родпроизводных (53) и (56) является результатом первичного нуклеофильного присоединения по атому ^(9)) и формально может Сыть представлено, как

Пг-эбная схема классифщирована в литературе как механизм "пр/соединения-аномального п 'ичинированин" (А£а) и включает меж-или внутримотскулярный перенос прстсна ч атому С(3). Депротсни-рованир оні'евоі» группы не об; за^ельно до тсно происходить на второ!» стадии процесса, и, таки< образом, зместо интермедиата Б мо-реагизояаться его протсл.'рочанная ¡>ор(,.а. оамеа.ение при атоме С(4) в данном случаз демоне т; ірует сг.ецу [ ису 3-галогенкумаринов.

качественной оценки относитель ю» реакц/чнной способ-ногти других 3-галогеч-7-ами^экумариг(ов і'н-о прогедено сравнение

> 3

- ¡3 -

поведения 3-фтор, 3-хлор-, 3-бром- и З-йод-7-диэтиламинокумаринов на примере их взаимодействия с морфолином. Было найдено, что наиболее реакционноспособным в рассматриваемом ряду является именно 3-йодпроизводное:(53), и эффективность процесса падает в ряду 3 =»Вг>-С1>-Р. В случае 3-йод-4-хлоркумаринов-(54). и (57) замеще- : ние атома СІ происходит, очевидно, по механизму присоединения-отщепления или "тетраэдрическому" механизму, например, через интер--медиат В: ■

Г 136 Ч: ч - .

{65)-(66)

ЯгХН

о^'о

2>

Возможный вариант механизма взаимодействия 3-йодпроизводных (52) и (55) с аминами представлен на схеме и включает стадию переноса протона (аллильная перегруппировка) и 5^2 атаку образующегося интермедиата Г с последующим элиминированием протона из ' катиона Д:

СЗД:

-/г

№

сиг

я 0^0

щ

-г

я1/

•о^о Ю\

-ш.

(61 ти

: Е

(П)-Ш,

-¿к-

Параллельное образование 3-аыинопроизводных (74)—(76) мо*но объяснить прямым нуклеофильным замечанием при реакционном центре С(з) в интермедиате Г, сопроьоздаемьм прототропией. Преимущественное образование 4-зминомети.лышй производных, вероятнее весго, связано с пространственными затруднениями, возникающими при нук-леофильной атаке по атому Кзуоенио относительной реакцион-

ной способности 3-галогеннроиаводны* на примере 3-фтор-, 3-хлир-, 3-бром- и 3-йод-4-метил-7-диз1'Ил;1мипокумар11нов в реакции с мор]ро-лином, как и в случае с 3-галоген-7-ди:лшаминокумарин'ши, свидетельствует об уменьшении скорости процесса в ряду 3>'-'г>С1>Р.

Таким образом, именно 3-йодпроизводные 7-аминокумяринов являются наиболее удобными сингоишм для получения ноши краентолсЙ этого класса.

2.2.2. Физико-химическис свойства люминофоров, полуденных в реакциях 3-йпд-7-,'сцинокумлрияов с тинами

8 результате реакций 3-Гюд~?-аминокумаринов с аминами бия синтезирован ряд новых люминофоров, изучены их спектры поглощения и флюоресценции, определены значения рК сопряженных кислот соединений (60)-(62),(67)-(70).

3 электронных спектрах гетарилзамещенных производных (60)-(62) в этаноле или ацетонитриле длинноволновый максимум поглощения и максимум флюоресценции сдвинуты в область длинных волн по сравнению с 4,7-бис-диалкиламинопроизводными на 30-40 нм, что можно отнести за счет удлинения общей цепи Л, ^сопряжения. Наличие в положении 4(9) Я-имвдээолильного или Н-бензимидазолильного остатка приводит к заметному тушению флюоресценции по сравнению с незамещенными аналогами - 2,3,6,7-тетрагидро-Ш,5Н,11Н-хиноли-зино[9,9а, 1-дЙкумарином (78) и 7-диэтиламинокумарином (79), которое наиболее ощутимо для 7-диэтиламинопроизводных.

-/.г- ..

Разделение гетероароматических фрагментов метиленовым звеном в кумаринах (70),(71) и (73) сопровождается гипсохромньм сдвигом максимума поглощения по сравнению с соединениями (60)-(62) (ДЛ~ 10—15 нм) и практически не сказывается на положении максимума флюоресценции. Последнее обстоятельство указывает на небольшую роль олектрэнкых взаимодействии гетероциклических фрагментов "через связь" в отличие от взаимодействий "через пространство", обусловленных высокой поляризуемостью ароматических систем. По сравнению с 4-метил-7-диэтиламинокумаршом (50) и 2,3,6,7-тетрагидро-9-.ме-тил-1Н,5Н,11Н-хинолкзино(9,9а,1-^1г] кумарином (51) абсорбционный максимум соединений (70),(71) и (73) испытывает.небольшой бато-хромный (ДЛ~ 5-10 нм), а'эмиссионный максимум - существенный ба-' тофлорный сдвиг (дЯ~20 нм) , что подтверждает большую чувствительность спектров флюоресценции к эффектам заместителей. Переход от соединений (60)-(62) к кумаринам (70),(7Г) и (73) сопрозожда- -ется также усилением люминесцентных свойств. и Спектры поглощения и флюоресценции соединений (67)-(69) и (72) близки к спектрам соответствующих метилпроизводных (50),(51). Как и в случае 4,7-бис-диалкиламинокумаринов, квантовый выход . флюоресценции морфолинопроизводного (69) выше, чем для диэтилами- , но- или пиперидинопроизводных (67) и (68).

Общей закономерностью является такие усиление флюоресценции в юлолидиновых, производных (62), (72), (73), (76) по сравнению с 7-диэтиламиноаналогами. .

Для выяснения вопроса об.отсутствии смещения длинноволнового максимума поглощения при наличии,в положении 3(10) диалкиламино- .' группы в случае кумаринов (74)-(76) по сравнению с. незамещенными . кумаринами (50) и (51) были изучены спектральные свойства кумарина (77), для которого стеркческие взаимодействия..заместителей,Вч положениях 3 к 4 ожидались' • суг^стпемно. .неныиими, чем в соединени-;

ях (74) и (75). Было обнаружено, что положения максимумов поглощения для кумаринов (74),(75) и (77) практически совпадают и, тн-ким образом, причиной особого поведения этих соединений якляются электронные, а не стерические эффекты.-

Были измерены значения рК сопряженных ;сислот соединений (60)-(б2),(б7)-(76) в водно-этшшлъннх (1:1) растворах. Выло установлено, что для кумаринов (60)-(62),(67)-(73) первое протоьи-рование затрагивает азотсодсрхмдой заместитель а пироноиом цикле. Доказательством этому являются следующие факты: существенно (Золотая основность (обычно на 1,5-4,5 порядка) изучаемых соединений по сравнению с другими 7-амннокумпринами, поглощение мопокатио;ю1 в более длинноволновой области по сравнению с нейтранмииш формами, а также сохранение слабой ф.пюеросценции катионов в длиннопол-новом диапазоне.

Особую группу составляют кумаршш (74)-(76). Характер наблюдаемых При ПСДКИСЛеНИИ СПСКТраЛЬНЫХ ИЗМОНеНИ1 ДЛЯ ПереЧИСЛС!'.Н!,IX соединений различен: монскатяоны кумаринов (74) и (76) слабо флюоресцируют и поглощают в более длинноволновом диапазоне, а монокатион кумарина (75) не обладает флюоресценцией и поглощает в более коротковолновой области по сравнению с нейтральными формами.. Гипсохромное смещение абсорбционного максимума и потеря люминесцентных свойств наблюдайтея также при аротонировании модельного кумарина (77), Принимая по внимание данные по основности известных 4,7-диамилокумариноj , могло утверждать, что протониро-вание кумаринов (75) и (77) идет по 7-Н-атому, а кумаринов (74) и (76) - по атому азота ь положении 3.

Было исследовано поведение кумаринов (60)-(о2),(67)~(76), а также кумарина (77) в условиях дипротонирования в растворах HgSO^. Переход к более кислым средам сэпровождается исчезновением длинноволнового максимума поглощения при 310-340 нч, а тнкжл

потерей флюоресценции. Эти закономерности свидетельствуют о том, что второе протонирование затрагивает атом азота в положении 7. Значения рКаП соединений (62),(72),(73),(76) на 1,0-1,5 порядка ниже соответствующих 7-диэтилзминопроиэводных, как это наблюдалось и для других 7-аминоиумаринов. Кумарины (75) и (77) также подвергаются вторичному протонированию, при этом протонируется 3-аминогруппа.

С помощью метода Фёрстопа для изучаемой серии 7-аминокума-риноп была оценена кислотность сопряженных кислот (рКа*) в возбужденном состоянии. Для большинства рассматриваемых соединений при возбуждении основность возрастает на 1-3 порядка, исключение составляют кумарины (75) и (77), где происходит падение основности при возбуждении, что согласуется с протонированием 7-Н-атома. Небольшое возрастание основности у гетарильных производных (70), (71),(73) при возбуждении (дрК^О.4-0,6) объясняется большей де-локализацией положительного заряда в протонированном по атому азота гетероцикле и, как следствие, меньшим влиянием талого заместителя на$~-систему кумарина. ,■-

Резкое снижение основности при возбуждении монокатионов в большинстве случаев характерно и для нейтральных 7-аминокумари-нов, когда наиболее основным центром является аминогруппа в положении 7.

,. ШВОДЫ • ■ : ;•" • -' :

1. Впервые исследовано взаимодействие различных 4-звмещенных ': З-формил-7-диалкиламинокумаринов с моностабилизированными ил идами фосфора и синтезирован ряд новых З-алкенил-7-аминокумаринов, флю- . оресцирующих в сине-зеленом и зелено-желтом диапазонах видимого . спектра. .•■ ,'■*

2. В результате изучения реакций 3-$срмил-4-хлор-7-диэтил- . аминокумарина с соединениями, содержат«*« активную СН^-групцу*

получена серия новых 3,4-дк^ыищиннш 7~диэтиламинокумаринов, строение которых доказало с привлечением спектроскопии ПМР и рентгеноструктурного исследования.

3. С помощью реакций З-нод-'-диалкиламкнокумаринов со вторичными аминами синтезирован ряд ^//-диамшюкумаринов. Установлено, что соответствующие З-йод—4-хлор-7-диапкилнминокумарины в аналогичных услосиях дают 3-йод-4,7-диаминокумарины, а в реакциях 3-йод-4-метил-7-диалкиламинокумйринов образуются 4-аминометильные производные. Предложены возможные! механизми образования указанных соединений.

4. Синтезировано более 60 новых производных 7-аминокумаринои и проведено комплексное'исследонанке их'фияико-хикичоских характеристик с применением ИК, "•»', ПМР спектроскопии и масс-спектро-метрии.

5. В результате изучения спектрально-люминесцентных свойств полученных 7-аминокумариновьи красителе показано, что большинство из них являются эффективными люминофорами в диапазоне 450-

'565 им. Найдено, что переход от олектронодонорных к электроноак-цепторным заместителям в пироновом цикле молекулы 7-аминокумарина сопровождается батохромным смещением длинноволновой полосы в спектрах поглощения и батофлорным сдвигом эмиссионной полосы.

6. Изучена основность серии производных 7-амииокумаринов и их монопротонированнше форм. Установлено, что в большинстве слу-

" чаев первичное протонировшше затрагивает атом азота 7-диалкил-аминогруппы, а вторичное протонкрование - заместитель в положении 3 или 4,

Основное содержание диссертации изложено в следующих рабо-

• тах:

: I. Синтез, реакции и физико-хдаиеские свойства 7-аминокумаринов/ . Горожанкин С.К., Кирпиченол КД., Фомина Л.Ю., Грпндберг И.И.//

Известия ТСХА. - 1990. - вып.5. - П. 148-177.

2. Фомина Л.Ю., Гордее ва H.A., Кирпиченок М.А. Бифлуорофоры ряда

.7-аминокумаринов//Тезисы Всесоюзного совещания по молекулярной люминесценции. - Караганда, 1989. - С. 119.

3. Фомина Л.Ю., Кирпиченок М.А. Спектрально-люминесцентные свойства 7-е.минокумаринов, имеющих, в положении 3 и 4 азотсодержащий заместитель//Тезисы У1 Всесоюзной конференции "Люминофоры 90". -Харьков, 1990. - С. 211.

4. Кирпиченок М.А., Фомина Л.Ю., Грандберг И.И. Реакции З-йод-7-. диалкиламинокумаринов со вторичными аминами//ХГС. - 1991.

№ 5. - С. 609-618.

5. Фомина Л.Ю., Грандберг И.И. Синтез новых люминофоров 7-амино-кумаринового ряда//Тезисы УП Всесоюзной конференции по химии дикарбонильных соединений. - Рига, 1991. - С. 186. •

-ZOr-

Объем 1 '/* п. л

Заказ 1093

Тираж 100

Московская с..х академия имени К А Тимирязева 127550 Москва И-550, Тимирязевская ул, 44

Бесплатно

1