Синтез и реакции 3-формил-7-аминокумаринов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи БАКУЛЕВ Виктор Михайлович

УДК 587.547.51

СИНТЕЗ И РЕАКЦИИ 3-ФО РМ И Л-7-АМ И Н О КУ М А Р И Н О В

(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, доцент Н. В. Зык, кандидат химических наук, старший научный сотрудник С. П. Громов.

Ведущая организация — Институт органической химии РАН им. Н. Д. Зелинского. .—

Защита состоится «¿9» С^^Л-ИдЯ _ _ _ . 1992 г.

в «16» часов на заседании специализированного совета К-120.35.04 Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева по адресу: г. Москва, И-550, ул. Тимирязевская, 49.

С диссертацией можно ознакомиться в 1ШБ ТСХА.

Автореферат разослан « 9» . ¿У £ Я _ 1992 г.

Ученый секретарь

специализированного совета ^ ,,

К-120.35.04— ¿^¿^С&^^р кандидат химических наук,

доцент Г. П. Токмаков

I. ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Интерес к соединениям кумаринового ряда определяется широким диапазоном их практического применения - от биологически активных веществ до лазерных красителей. В последнее время исследователей привлекают производные 7-аминокумаринов. которые являются эффективными люминофорами и используются в качестве оптических отбеливателей, сцинтилляторов, красителей для полимеров, люминесцентных меток, активных сред для лазеров. В связи с этим актуален синтез и исследование <£изико-тамических свойств новых функциональных производных 7-аминокумаринов, являющихся синтоиами при по -лучении сложных органических соединений, содержащих кумариновый фрагмент и обладающих разнообразным спектром прикладных свойств.

Цель работы. Синтез новых З-формил-7-аминокумаринов, изучение взаимодействия наиболее реакционноспособных из них - З-формил-4-хлор-7-аминокумаринов - в реакциях с нуклеофильшми реагентами, исследование механизма данных реакций, а' также изучение физических и физико-химических свойств впервые полученных соединений.

Научная новизна. С помощью реакции Вильсмейера впервые синтезирован ряд З-формил-7-диалкиламинокумаринов - реакционноспособных полупродуктов для получения новых 3-замещеншх производных. Установлено, что введение в положение 3 аминокумаркнового фрагмента альдегидной группы приводит к заметному снижению основности и существенному изменению спектрально-люминесцентных характеристик по сравнению с незамещенными аналогами. Реакциями. 3-формил--4-хлор-7-аминоку-маринов с первичными и вторичными аминами (в нейтральных органичес =шх растворителях) впервые получены 3-формил- и З-имшюметил-4,7-циаминокумарины. Доказано, что синтезированные производные первично. аминов существуют в хелатаой евамино-альдегидной или енамино-юомэтиновой форме с сильной ВНЕС. Взаимодействием З-формил-4-хлор

7-вшнокумаринов с первичными аминами в уксусной кислоте впервые синтезирована серия 3-аминометилен-7-амино-2Н-1-бензопиран-2,4(ЗЩ-дионов. Найдено, что' в растворе данные производные существуют в виде смеси двух таутомеров, а в кристалле - в единственной Е-изомер-ной форме с ВМВС. При взаимодействии 3-формил-4-хлор-7-аминокумари-нов с гидроокисью и этилатом натрия получены новые 4-гидрокси- и 4-этокси-3-ф>рмил-7-аминокумарины. При исследовании кислотно-основных свойств 3-фюрмил-4-гидрокси-7-аминокумаршюв обнаружено, что в разбавленных растворах они существуют в виде гетарилоксианионов. На основании кинетических исследований предложен механизм и структура переходных состояний реакций нуклеофильвого замещения атома хлора в положении 4 куыаринового цикла. Установлено, что характер процесса меняется в зависимости от полярности растворителя и нуклеофильности реагента. Впервые проведено масс-спектрометрическое исследование более 20 новых кумаринов, обнаружено, что характер диссоциации 3-формил-?-аминокумариноа-и их производных зависит от строения заместителей в положениях 3, 4 и 7. Исследованы сшктралыю-лкмшес-центные характеристики более'40 новых 7-аминокуыариновых производных, флюоресцирующих в диапазоне 440-520 нм.

Практическая ценность -рабо^и.' Получен ряд новых З-формил-7-

■

ашнокумаринов, которые'использованы в качестве синтонов для получения серии производных, содержащих в положениях 3 и 4 вминный фрагмент. Для ряда З-формил- и 3-имшометилкумаринов обнаружена двойная люминесценция, связанная с внутримолекулярным переносом протона при фотовозбувдении и позволяющая использовать эти соедине-'Иня в качестве активных сред для лазеров с внутримолекулярным переносом протона. На основании проведенных физико-химических исследований сделаны вывода о влиянии заместителей в положениях 3 и 4 ку-. маринового ядра на спектрально-люминесцентные и кислотно-основные свойства 7-аминокумаринов.

Апробация работы. Материалы работы докладывались на VI Всесоюзной конференции "Лшинофорц-ЭО" (Харьков, 1990), на Всесоюзном . совещании "Механизмы реакции нуклеофильвого замещения и присоедкнэ-. пия" (Донецк, 1991), на I Всесоюзной конференции по теоретической и органической химии (Волгоград, 1991) а на Всесоюзном совещании по ,: органической кристаллопмии(Киев, 1991). .

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи и 4 те- . зисов докладов.

Структура и объем работа. Диссертация построена традиционно и состоит из введения, литературного обзора, обсуздения результатов (4 раздела), экспериментальной части, выводов, списка цитируемой .литература (157 наименований). Работа вкгазчает 3 рисунка, 24 таблицы, 6 схем. Полный объем диссертации составляет 183 страниц.

2. ОСНОВНОЕ С0Д2РНАШЕ РАБОТЫ

Успешное применение скнтонного подхода при получении 4-за?лэ-щешшх 7-ашнокумариновых красителей побудило нас синтезировать 7-аманокумариЕЫ, имеющие в положении 3 реагащонноспособный зачес- . титвль - формальную группу. Наиболее перспективные из них З-фэршл-4-хлор-7-аминокумаривы введены в реакции с И- и О-нуклаофзльшш ро агент в кислых, нейтральных и. основных средах. Изучен механизм-реакции 3-форшл-4-хлор-7-диэтилшшЕокутларина с вторичными аминами. Для исследования свойств вновь синтезированных соединений использованы различные физические метода: ИК-, У©-, ШР-спектроскопия, • ыасс-спектрокетргя, рентгено-структурные исследования и др.

2Л. Синтез з-дормил-у-диалкидаминокумаринов

В литературе упоминаются некоторые представители З-формил-7-аминокумаринов, которые были получены по реакции Вильсмейора, оддо ко детальная информация о свойствах указанных альдегидов отсутству ет. Желая получить новые 3-формилкумарины, а также выявить споцифи ку электронного влияния 3-альдегидной группы иа 7-амшюкумаршюпук систему наш Оыла поставлена задача синтезировать серию различных З-формил-7-аминокумаршов. В качестве исходных объектов Сил выбран ряд 7-даалкиламинокумаринов 1-Х, в которых варьировался замостите^ в положении 4- и 7-аминогругшы.

Форшшгрование соединений 1-Х было осуществлено в стандартных условиях реакции Вильсмейера - при нагревании эквивалента 7-амино-кумарина с 1,5-2,5 экв. комплекса Р0С13 с ДМФА.

В качестве единственных продуктов были выделены З-формвд-7-аминокумаршы XI, ХШ-ХХ1 с хорошими выходами (70-90%),

Я

ш

роа./дта

•о

сух

VIII-X

XVIII - XX

I, VIII, XI, XVIII Я = Н; И, IX, XII, XIX К = Не; III, VI. X Ш1. XVI. XX И = С1; IV. VII, XIV. XVII й = Л(СНгСНг)20; V, XV II ДОСН2РП; 1-4. XI-XV Н1= Ег: VI, VII, XVI, XVII т{= ШС^СН )0.

При формилировании по реакции Вильсмейера кумарина II с выходом <*» 70Ï получен кумарин XXI, что свидетельствует о формилировании метильной группы в положении 4 кумарина II. Кумарин XII был получен обходным путем окислением кумарина XXII свежеприготовленным МпОг, с хорошим выходом (74Ж). В качестве побочного продукта этой реакции был выделен кумарин XXIII.

m

(Î^Y^rCHiCH шо,

XXII X1F ХХШ

Строение 3-формилкумаринов XI-XXI, XXIII следует из данных спектров ШР, сигналы протонов альдегидной группы регистрируются в узкой области 10,0-10,4 м.д., что свидетельствует об общности структур этих соединений.

В электронных спектрах альдегидов XI-XX в этаноле и ацетонитри-ле максимум длинноволнового поглощения сдвинут батохромно по сравне-нению с исходными кумаринами 1-Х на 30-70 юл, что связано с возрастанием переноса заряда в кумзршювой системе. Кумариш XI-XVII, XX обладают слабой, а кумарины XVIII, XIX интенсивной флюоресценцией в диапазоне 460-520 нм. Электронные спектры З-фэрмил-7-аминокумариноз XI-XX довольно чувствительны к модификации заместителя в положении 7. Закрепление 7-диэтиламиногруппы в морфолиновый цикл при переходе от кумаринов XIII и XIV к кумаринам XVI и XVII сопровождается заметным смещением абсорбционного максимума в область коротких волн 14-17 нм), а переход, например, от 7-даэтиламинопроизводных XI-XIII к юлолидиновым аналогам XVIII-XX оказывает противоположный эффект ^шах 18-23 ш * » что определяется электронодонорной способностью-диалкиламинобензольного фрагмента, которая увеличивается при переходе от морфолино- к диэтиламино- и далее юлолидиновым производным.

Установлено, что на введение электроноакцепторной формильной группы откликается вся 7-аминокумариновая система, что дополнительно подтверждают спектры ЯМР 13С соединений Х-Х1У и XX, а также изучение основности кумаринов XI-XIV и XVI в водно-этанольных растворах. Основность кумаринов XI, XII и XIV на 1,5 порядка ниже, чем исходных кумаринов I, II и IV.

Кумаркш XIII, XVI, XX использованы далее в качестве объектов для изучения реакций с нуклеофилышми реагентами.

2.2. Реакции Э-^ормил-4-хлор-7-аминокумаринов с нуклеодмлышми реагентами

Осуществление синтеза 3-форшл-?-акчшокугларшюв ;ЬйЬудацга нас исследовать реакционную способность этих соедйнёайк 1Йа 'примере 3-®оргаи-4-хлор-7-амшокумаринов„ в молекулах 'которых имеется несколько активных центров по отношении к.;нуклеофильной атаке. В рам-каг настоящей работы .мы ограничились изучением реакций З-формил-4-хгор^-агапюкуьшрлнов с 15- и О-нуклеофилами в нейтральных органических растворителях, в уксусной кислоте и в основных средах.

2.2.1. Рештаки 3-Фортш(-4-хяор-7-еншюкумаринов с пэрвичтми и вторичными в нейтральных органических рас1?-

Изучено взаимодействие кумаршэо ХШ, XVI и XX с в-бутилаш-ногд, трет.-бутшшшюм, цщслогекск^сгг.сц, анилином, даэтвламинсм, шшвриданоы, корфолином,. бензвлаияном-п имидазолом. Синтезы прово-до£2 в инертном растворителе (бензол, 1,4-даоксан) при нагревании в избытке (3-10 экв) соответствующего амгаа. При этом с хорошими вьдодами (70-9538) получены 3-форшл~4,7-диаминокумарины XIV, XV,

XVII, ХШ-КГО. В случае первичных аминов выделены также основания Шифра ХХШ-ХЫН с выходами 65-9056. Выходы соединений XXXVII и XXXIX несколько юте (25-35%) в силу стерических затруднений. Соотношение альдегидгазометин для производных-первичных аминов XV, XXIV-XXVII, ХХХ1-ХХХШ, ХХШ-ХЫН можно сдвигать в сторону альдегида или азометина в зависимости от количества и порядка прибавления реагентов .

«я'я*

Ц-гно рои,1дтк

Ц)

• I

М.

т'н1

ХМ, XVI, хх

XIV, XV,

XVII, XXIV-XXXV IV, УДЫУ-хиН В

нмг

то

XXXVI -ХШ

IV, V, пи-ху, хх1У-ххх, ххт-хь, хыу-ши а = от,

XVI, XVII, ХШ, ХЫ И-Н = -(СНз)^«^^)^; XX, ХХХП-ХХХУ, ХЫ1, ХЫИ И = -{СНг)э-С-орто; V, XV, ХШ-ХХШ1, ХХП-ХХХШ, ХШ, Ш П2» Н; XXIV, ХШ. XXXII, XXXVI, ХЫ, ХЫИ н-Ви; XXV, хххуи, хш и1« г-ви; XXVI, хшга, ш в'= сусю-с6н,,; V, XV, Ш1Х И1» СНгРЬ; XXVII, ХШИ, ХЬ, ХИН И1= Иг; XXVIII, ХШ й1 = К2« Ег,- XXIX. ХШ1 й1-^- -(СНг)5~; IV, XIV, XVII, XXXIII я1-н2= -(СИ2)г-(>-(СНг)г; XXX, XXXV ш'й2» К-ивдазолил.

Альтернативный путь получения альдегидов XIV, XV, XVII, XXIV-[XXV был реализован при прямом формиляровании известных 4,7-доами-юкумаринов ГУ, V, ХШ-ХШ1. Суммарные выхода целевых соединений расчете на негодные 4-хлор-7-аминокум8рины. сравнимы по величине

- а -

для обоих используемых методов и заключены в пределах 40-60*. При прямом форшишровании 4,7-диаминокумаринов лимитирующим фактором является доступность исходного диаминокумарина. Наличие альдегидной группы в кумарин ах XIV. XVII, ХШН-ХХХ, XXXIV,. XXXV подтверадают в спектрах ГЫР сигналы метановых протонов в области 0 ~ 10 м.д. А ШВС в соединениях XV, ШУ-ОТН, XXXII, XXXIII, XXXVI-ХЬ. ХЫИ (содержащих аминоальдегидный и аминоазометиновый фрагмент) подтвор вдается данными спектров ПМР и результатами рентгоноструктурного исследования кумарина ХХХШ. Найдено, что из четырех возможных г-, В-изомеров (А-Г) с ВМВС эти соединения существуют в кото-сшамшшой 18латной таутомерной форме типа А.

В электронных спектрах поглощения кумаринов XIV. XV, XVII, ХХИ-ХЫП в этаноле или ацетонитриле длшшоволновый максимум сдвинут бьтохромно на 30-60 нм по сравнению с соответствующим 4,7-ди-еминокумаринами. Эта закономерность согласуется с большим разделением заряда в молекулах XIV, XV, XVII, ХХИ-ХЫП, вызванным введением сильной электроноакцепториой группы в положение) 3.

В спектрах флюоресценции соединений XIV, XV, XVII, ШУ-ШП прослекивается та ке закономерность, что ц в спектрах поглощения. Обнаружено, что З-формилкумарины XXIV и XXXIII обладают двойной флюоресценцией как в спирте, так и в ацетонитриле, а для азомотинов XXXIX и ХЫП удается наблюдать две вмисеионные полосы только ь ацетонитриле. Детальное исследование спектрально-люминесцентных свойств азоыегкна ХЫП, обладащего двойной люминесценцией,показа

А

Р

в

Г

где X = О, ИВ

ло, что соединение XLIII из возбужденного состояния переходит в одну яз форм: в нейтральную с внутримолекулярным переносом протона и в виде биполярного иона с разорванной ШВС.

При изучении кислотно-основных свойств установлено» что вмяно-альдегиды XIV, XV, XVII, XXVI-XXIX, XXXIV протонирувтся по 7-Н-ато-му, а аминоазометины XXXVIII и XXXIX протовируются вначале по атому азота азомотиповой группы. В слабокислых средах в диапазоне рН 1-8 для соединения XVII было зарегистрировано существование полуацеталь-ной формы, имэицей более коротковолновое поглощение и флюоресценции, чем исходный кумарин.

2.2.2. Реакши.3-Ф?РМЙЛ-4-ШРг?тР№ДШУМ9РЯИРЙ-Р-ШРЕВДИНМИ я вторичными аминами в присутствии .уксусной кислоты

Особый интерес к кислым средам был обусловлен стремлением осу-сэствить частичный гидролиз енамино-азаштанового фрагмента с тем, чтобы выйти я пошм таутомарным система?! - З-иминометил-4-гвдрокся-Т-вминокумаркнам. Предварительно было установлено, что в присутствии уксусной кислоты 3-формил-4-хлор-7-а?тюкумариш не реагируют с вторичными а!яжа\П1. Первичные амины в аналогичных условиях эффективно взаимодействуют с хлоральдегидами 7~а!шнокумаринового ряда. Так» на примере кумаротов XIII ж XX были исследованы рвакцш с я- и грет.-бутилаканоя,. щшлогексяламином, бензилаишом и анилином. Сян-гезы проводила в ледяной уксусной кислоте при перемешивании в та чеши 2 ч при 20°0 с двухкратным избытком а«.пша. При этом з качества )сновных продуктов били выделены 3-вмшоштнлен-?-амияо-2,4-2рокоп-ионы ХШП-LII с выходами 85-95%. Исключение составляет анилин. 1ля которого в реакции с кумарином XIII с выходом 8IS бнло ввдзлено ,4-цшаоконденсированное производное ИИ.

о

'II I г

rCHHHR'

X 111, XX

XLVIII-LH

PhMh. Ac OH

eti>j

LUI

XLYIII Й = Et, R1 = н-Bu; ШХ R * Et, R1* t-Bu; L R = Et, = cyclo-CgH,,; II R » Et, R1 = CH2Ph; LII R = -(СН2)3-С-орто, R1» CHgPh.

Нак и в случав аминоазометиновых производных XXXV-XLII необходимо было решить вопрос об установлении точной структуры соединений XLVIII-LII, для которых a priori можно' било предполагать реализацию нескольких таутомврных форм с ВМВС.

Основная информация о строении соединений XLVIII-LII следует нз спектров ПМР 8тих веществ. Сигналы протонов диалкиламинобв«зольного фрагмента регистрируются в обычной для 7-аминокумаринов области с характерным КССВ. Сигналы протонов заместителей пиронового цикла обнаруживаются в виде дублетов АХ системы с КССВ J 14 Гц в диапазоне 8,3-8,6 и 10,0-12,2 м.д. Такой характер сигналов подтверждает наличие енаминового хелатного фрагмента в производных XLVIII-LII и существование их .в„виде форм типа Б или В.

6

В

Реально в спектрах ПМР каждого из соединений ХШП~Ы1 наб.те даются сигналы обоих изомеров, причем второй изомер В присутствует примерно в 3 раза меньшем количество.

О целью однозначного опредолония конфигураций полученных хро-мондионов ХШП-ЬП было проведено рентгаюструктурное исследование соединения ХЫХ (рис.1).

Рис Л. Общий вид молекулы и длины связей соединения Х1ДХ

(пунктиром указана ВМВС и разупорядоченность отельной группы)

Объективная локализация хелатного атома водорода при енамино-вом атоме азота и ориентация рассматриваемой аминогруппы указывает на предпочтительную реализацию в невозбузденной молекуле ХЫХ като-енамииной формы Б. Иная форма существования оксопроизводаых Ь-Ш в отличие от азометинов ХХУ1-ХШ в значительной степени отражается и на основности этих веществ. Значения рКа сопряженных кислот азометинов XXXVIII, XXXIX примерно на пять единиц выше, что связано с изменением моста первичного яротонщювания соединений Ь-П1, в ко-торих центром наибольшей овиовности йьлиотс,! 7-И-атом.

2.2.3. Реекшм гидролиза и алкоголиза З-Формил-4-хлор-7-рминокумаринов

На примере кумаринов XIII, XVI и XX изучена возможность синтезе 4-гидрокси- я 4-алкоксипроизводных. Установлено, что реакции соединений XIII, XVI и XX с бикарбонатом натрия в водном растворе уже при комнатной температуре приводят к 4-гидроксиальдегидам LIV-LVI с выходами 65-803». Не менее эффективно протекает взаимодействие хлор-производных XIII, XVI и XX с этилатом натрия в этаноле. При этом с выходами 7Б-85Х были получены кумаршш LVII-LIX.

ОН U Oft

'Tf^Yr^0 .Од £tMa 'TiVV*0

U/^O «¿Л^^о ШИ p/^'yV^o

' s^' ' V^' 4__-

UV-LVI XIII, XVI, XX LVII-ЦХ

Структура соединений LIV-IIX была установлена на основании данных элементного анализа, ИК- и ГМР-спектров. Для соединений IIV-LVI в ИК-споктрах наблюдается лишь одна полоса поглощения карбонильной группы при 1715-1730 см"1, введение этоксильной группы в соедалеки ях LVII-LIX приводит к раздельному появлению полос карбонила формальной группы (I670-1675 см"') и карбонила пиронового цикла (17101725 см"1)\ В спектрах ПМР соединений LIV-LIX сигналы протонов аминобензольного Фрагмента и формальной группы регистрируются в обычной области. В спектрах соединений LV я LVI сигналы протонов гидрокенльвой группы отсутствуют, что. возмовдо, обусловлено прото-тропкой таутомерией. Для кумарина LIV сигнал Ш-грушш удается об~ наруаить в области $ 15.2 м.д., что подтверждает сильную ВМВС в молекулах гидроксиалъдегидов.

В электронных спектрах поглощения соединений ЫУ-ЫХ при переходе от 4-гидрокси- к 4-этоксипроизводным наблюдается батохрошшй сдвиг до 5-20 нм в спирте и до 10-15 нм в ацетонитрилэ. Гипсохром-1Шй сдвиг (АЛ, = 30 им) З-формил-4-этоксикумарина 1ДУ по сравнению о

3-форя1Л-7-диэтила1ЯШоку)ларином объясняется алектронодонорным влиянием этоксигруппы, а еще больший гипсохромный сдвиг (ДХ ~ 45 нм) .

4-гидроксикумаринов ЫУ-ЬУ1 по сравнению с кумарином XI может быть следствием образования хелатного цикла, в котором ОН-группа в результате ШВС более эффективно компенсирует электронодефицитность альдегидной группы. Другой причиной коротковолнового сдвига спектральных максимумов при переходе от 4-гидрокси- к 4- втоксифармилку-маринам мозкет быть диссоциация соединений ЫУ-ЬУ1 как ОН кислот в разбавленных растворах. Действительно, при изучении кислотно-основных характеристик обнаружено, что в нейтральных разбавленных водно-этанольных растворах 4-гидроксикумарины 1ЛУ-ЬУ1 диссоциируют и ре-алыше спектры относятся к гетарилокси-анионам. Кумаршш ЫУ -ЬУ1 являются довольно сильными ОН-кислотами я, судя по значениям рК*. на уступают в этом отношении уксусной кислоте.

2.3. Кинегдка и механизм реакции 3-Дормил-4-хлор-7-жзтил-

амтюкумэрива о вторичтм вмянаш

Для 3-<5>орлш1-4-1Лор-?-диэтиламинокумарина XIII был изучен механизм нуклеофильного замещения атома хлора в положении 4 при взаимодействии с ыорфолином и Н-метилашшшом в серии органических растворителей различной полярности, которые обычно взаимодействуют с реагентами по механизму неспецифической сольватации (циклогексан, хлосбензол, ацетонитрил и их смсси), а также в толуоле и диоксано. Константы скорости второго порядка (первого по каадому из реагентов, а также раечоти по уравнении Кирквуда (1й к - ко ♦ 0 ¿е*\*

исследуемой реакции позволяют сделать вывод о том, что изменение характера среда неоднозначно влияет на скорость реакции. В малополярных средах с ростом полярности растворителя наблюдается торможение процессов, как в случае морфолшш, так и Н-метилапилина. В дальнейшем с увеличением диэлектрической проницаемости среды (е) скорости закономерно возрастают. Различные по знаку значения "Ь" свидетельствуют о том, что в растворителях с низкой диэлектрической проницаемостью переходное состояние менее полярно (X), а в растворителях с высоким значением е - более полярно (У), чем исходные реагенты.

и-ч? 4

Для морфолина значения "Ъ" - 1,37 и 5,20; и для И-метиланилина - 6,74 и 2,43 соответственно. Вероятно, в настоящем случае благодаря незначительным различиям в стабильности переходных состояний X к У не следует считать, что при определенном значении е среды происходят резкое изменение механизма. Независимо от полярности среда реализуются оба реакционных потока, но в неполярной - преобладает структурам, а в полярной - У. Причем в зависимости от нуклеофила соотношение X И У меняется.

2.4. Физико-химические метода исследования'7-аминокумаринов*1

2.4.1. Масс-спектрометрические исследования 7-аминок.умаринов

Данный массив соединений был разбит на четыре группы, чтобы проследить влияние заместителей, находящихся в различных положениях, а-пиронового цикла.

П

XI-XV.XXV-XXX.LIV

ш

еь

,У<00

сныня

Е

Ш

хуш-хх.хт я'нн

о

ХЫХ- и

V.__

XXX УИ-Х| ХЫИ

Фрагментация З-формил-7-аминокумаринов 1-11-й групп Х1-ХУ.ХХХУ, ХУШ-ХХ, ХХУ-ХХХ, XIV начинается с распада 7-диалкиламинозамести-теля, причем наиболее характеристичным является образование ионов ГИ-СН3]+, 1М-С2НД3^ и [М-СН3-СгН4]+. Далее происходит сужение кума-ринового цикла до Сензофуранового с образованием иона [М-СН3-СОЗ, параллельно протекает характерный ретродиеновый распад.

Для кумаринов второй группы в условиях дополнительной стабилизации 7-Я-алкильных заместителей в юголидиновом цикле фрагментация начинается не с распада заместителей в положении 7, как в случав

*' Физико-химические исследования в настоящей работе проведены совместно с чл.-корр. РАН Ю.Т.Стручковым, кандидатами наук Д.С.Щитом, Г.В.Гридуновой, Н.А.Клюевым, Л.И.Кузнецовой, А.П.Козловым, научным сотрудником А.Н.Соловьевым.

соединений XI, XII, XXVII, XXX, а с выброса частиц Н и СО из пиро-

к 1 нового цикла.

Для кумаринов третьей группы наблюдается конкурирующая фрагмон-тация аминогрупп, содержащихся в положениях 3 и 7, сопровождающаяся выбросом метальных и нитроновых частиц.

Четвертая группа по своему строению близка кумаринам третьей группы XLIV-LI, однако введете еще одной аминогруппы приводит к многовариантности диссоциации молекул. Последовательность фрагментации установлена на основании изучения масс-спектров метастабиль-ных ионов (техника DADI) кумаринов XL и XLIV.

2.4.2. Дилолыме моменты 7-амшюкуморююв

Подтверждением сильного электроноакцепторного влияния 3-фэр-мильной группы на 7-аминокумариновую систему являются значения ди-польных моментов, определенных диэлькометрическим методом. Так, в соединениях XIII, XV введение формилыюй группы приводит к значительному росту диполыюго момента (Д|о. 2,1 и 1,4 Д соответственно) по сравнению с незамещенными аналогами III и V.

ВЫВОДЫ

I. С помощью реакции Вильсмейера впервые синтезирован ряд 3-формил-7-диалкиламинокумаринов - реакционноспособных полупродуктов для получения новых 3-замещенных производных. Установлено, что введение в положение 3 аминокумаринового фрагмента альдегидной группы приводит к заметному снижению основности и смещению в длинноволновую область максимума пог/ющения и флюоресценции, по сравнению с 3 незамещенными аналогами.

г. Реакциями 3-формял-4-хлор-7-амикокумар}Шов с первичными и

вторичными аминами в нейтральных органических растворителях впервые получены 3-формил- и 3-иминомбтил-4,7-диаминокумаршш. На основании данных спектров ЯМР 'н и 13С, а также с привлечением ронтгенострук-турного исследования доказано, что синтезированные производные первичных аминов существуют в хелатной енамшю-альдогидной или онами-но-азометиновой форма с сильной ВМВС.

3. Взаимодействием 3-формил-4-хлор-7-амююкумаринов с первичными аминами в уксусной кислоте впорше синтезирована серия 3 ами номэтилен-7-амино-2Н-1-Сензопиран-2,4(ЗН)-дио1юи. С помощью спектроскопии ШР и рентгено-структурного исследования найдено, что в растворе данные производные существуют в виде двух таутоморов, а в кристалле в виде единственного Е-изомера с ВМВС.

4. В результате взаимодействия 3-формил-4-хлор-7-аминокумари-нов с О-нуклеофилами (0Н~, 0ЕО получены новые 4-гидрокси- и 4-этокси-3-форш1л-7-амшюкумарюш и изучены их слектрально-люмилес-центные, а также кислотно-оснобныэ свойства. При исследовании кис лотно-основных свойств 3-формШ1-4-гидрокси-7-амщюкумаринов обнпру жено, что в растворах они существуют в виде гвтарилоксиоиионои.

5. На основании кинетических исследований реакций З-формил-4-хлор-7-длэтиламинокумарина с вторичными аминами предложен их мохшш и структуры переходных состояний. Установлено, что характер процесса меняется в зависимости от полярности растворителя и нуклеофиль-ности реагента.

6. Изучены масс-спектры более 20 новых 7-аминокумаринов в условиях электронного удара. Обнаружено, что диссоциация З-формил-7-диалкиламинокумаринов затрагивает в первую очередь 7-даалкиламино-группу. Дополнительное введение азотсодержащего заместителя в положений 3 приводит к конкурирующей фрагментации аминогрупп в положениях 3 и 7, а при наличии азотсодержащих заместителей в положениях 3, 4 и 7 наблюдается многовариан?ность распада молекул кумарина.

7. Исследованы спектрально-люминесцентные характеристики более ¿0 новых 7-аминокумариновых производных, флюоресцирующих в диапазоне 440-520 нм. Найдено, что переход от электронодонорных к электро-ноакцепторным заместителям в положениях 3 и 4 кумаринового ядра со-прововдаетсд батохромным и батофлорным смещением в спектрах поглощения и флюоресценции. Обнаружена двойная люминесценция 3-<$ормил- и 3-имшюметал-4,7-диам1шокумаринов, связанная с внутримолекулярным переносом протона при фотовозбувдении.

8. Показана перспективность использования 2,3,6,7-тетрагадро-9-фенилатшо-10-Н-фенилиминометил-1Н, 5Н, IIH-хинолизино- [ 9,9а, I-ghl бонзопирак-П-она в качестве активных сред для лазеров, работаю- • щих на принципе внутримолекулярного переноса протона.

Основное содержание диссертации излокено в следующих работах:

1. Кирпиченох U.A., Бакулев В.М. Синтез и спектрально-люминесцентные свойства производных З-формил-7-аминокумаринов // Тезисы докл. VI Всес. конференции "Люминофоры-90". - Харьков,1990,-с. 103.

2. Козлов А.П., Бакулев В.М., Кирпиченок М.А., Грапдберг И.И. Влияние полярности среда на механизм реакции 7-даэтиламинокумарина с вторичными аминами // Тезисы докл. Всес. совещ. "Механизмы реакций нуклеофяльного замещения и присоединения". - Донецк, 1991. -C.I02.

3. Дшольные моменте 7-аминокумаринов / Кузнецова Л.И., Кирпиченок М.А.р Бакулев В.М.0 Грандберг И.И. // Известия ТСХА. - 1991. -Вып.з. - С=169-174.

4. Бакулев В.М., Кирпиченок М.А., Грандберг И.И., Козлов А.П. Влияние полярности среды на механизм реакции 7-диэтиламинокумарина с вторичными аминами // Тезисы докл. I Всес. конференции по теорет, органической химии. - Волгоград. - 1991. - с.191.

5. Щит Д.С., 1^йдУнова Г.В., Стручков Ю.Т., Кирпиченок М.А., Бакулев В.М., ГрандОерг- И.И. Исследование потенциально прототрогашл систем на основе 7-аминокумаринов // Тезисы докл. Всес. совещ. по органической кристаллохимии. - Киев. - 1991. - с.129.

6. Соловьев А.Н., Шаков В.И., Кирпиченок Ы.А., Бакулев В.М. Природа двойной люминесценции 7-аминокумаринов с азометшювой группой // НФХ. - 1992. - Т.66, - Вып.2. - С.507-514.

7. Ю4ит Д.С., Стручков 0.1., Кирпиченок М.А., Грандберг И.И., Бакулев В.М. Кристаллическая и молекулярная структура 4-хлор-7-диэ тиламинокумарина // Известия Акаде?яш наук. Сар. хим. - 1992. И&. - с.445-448.