СИНТЕЗ И РЕАКЦИИ З-ФОРМИЛ-7-АМИНОКУМАРИНОВ тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

(\-ЪО£ВЦ

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 З-ФОРМИЛ-7-АМИНОКУМАРИНОВ

(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 на\к, старший научный сотрудник С. П. Громов.

Ведущая организация — Институт органической химии РАН им Н Д Зелинского

Защита состоится С ItyHjit^^itk. 1992 г

в «d6» 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 ЦНБ ТСХА

Автореферат разослан « 9» ■ ССН11,<Л-<у)Л 1992 г

Ученый секретарь специализированного совета К-120 35 04 — 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

олен синтез и исследование физико-химических свойств повых футлсшю-нальных производных 7-аминокумаринов, являющихся синтонами при получении 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 нуклеофильными реагентами, исследование механизма данных реакций, а' также изучение физических и физико-химических свойств впервые полученных соединений.

Научная норизна. С помощью реакции Вильсмейера впервые синтезирован ряд З-форкил-7-диалкиламинокумаринов - реакционноспособных полупродуктов для получения новых 3-замещешшх производных. Установлено, что введение в положение 3 аминокумаринового 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 органических растворителях)¡впервыеполучены з^формил- и З-иминометил-4,7-диаминокумарины. Доказано, что, синтезированные производные первичных аминов существуют'в ^хелатной енамино-альдепдаюй или енамино-азомэтиновой форме с:сильной ВМВС.- Взаимодействием З-формил-4-хлор-

являются эффективными люминофорами и используются в качестве оптических отбеливателей, сцинтилляторов, красителей для полимеров, люминесцентных меток, активных сред для лазеров. В связи с этим акту-

НА ^

им. К. Пип МО ГУ-

7-аминокумаринов с первичными аминами в уксусное кислоте впервые синтезирована серия 3-аышюметилеп-7-амино-2Н-1 -Сензопиран-2,4 (ЗН>-дионов. Найдено, что в растворе данные производные существуют в виде смеси двух таутомеров, а в кристалле - в единственной Е-изомер-ной форде с ВМВС. При взаимодействии 3-формил-4-хлор-7-аминокумари-нов с гидроокисью и этилатом натрия получены новые 4-гидрокси- и 4-этокси-3-<Гормил-7-аминокумаршщ. При исследовании кислотно-основных свойств 3-формил-4-гидрокси-7-аминокумаринов обнаружено, что в разбавленных растворах они существуют в виде гетарилоксианионов. На основании кинетических исследований предложен механизм и структура переходных состояний реакций нуклеофильного замещения атома хлора в положении 4 кумаринового цикла. Установлено, что характер процесса меняется в зависимости от полярности растворителя и нуклеофальюсти реагента. Впервые проведено масс-спектромвтрическов исследование более 20 новых кумаринов, обнаружено, что характер диссоциации 3-ф>рмил-7-аминокумартюа и их производных зависит от строения заместителей в положениях 3, 4 и 7. Исследованы спектрально-люминес-центные характеристики более 40 новых 7~аминокумариновых производных, флюоресцирующих в диапазоне 440-620 им.

Практическая ценность работы. Получен ряд новых З-формил-7-

1

аминокумаринав, которые использованы в качестве синтонов для получения серии производных, содержащих в положениях 3 и 4 амшшый фрагмент. Для ряда 3-формил- и 3-иминометилкумаринов обнаружена двойная люминесценция, связанная с внутримолекулярным переносом протона при фотовозбуждении и позволяйся использовать эти соедине-'ния в Качестве активных сред для лазеров с внутримолекулярным переносом протона. На основании проведенных ¡1изико-химических исследований сделаны выводы о влиянии заместителей в положениях 3 и 4 кумаринового ядра на спектрально-люминесцентные и кислотно-основные свойства 7-аминокумаринов.

' - Апропятгия работы. Материалы работе докладывались на VI Всесо- . #юзной конференции "Лшинофоры-90" (Харьков, 1990), на Всесоюзном совещании "Механизмы реакции нуклеофильного замещения и присоедане-.' ния" (Донецк, 1991), на I Всесоюзной конференции по теоретической и-органической химии (Волгоград, 1991) я на Всесоюзном совещании по .. органической кристаллохимии(Киев, 1991).

ШЙДИШШаи. по теме диссертации опубликовано 3 статьи и 4 те- • зисов докладов.

Структура и объем работы, Диссертация построена, традиционно и ~ состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов ■■ (4 раздела), экспериментальной частая выводов, списка цитируемой литератур! (157 наименований). Работа включает 3 рисунка, 24 таблицы, 6 схем. Полный объем диссертации составляет 188 страниц.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ .

. Успешное применение синтонного подхода при получении 4-заме-денных 7-аминокумариновых красителей побудило нас синтезировать -7-аминокумаринн, имеющие в положении 3 реакционно способный замес- -, титель - формальную группу. Наиболее перспективные из них 3-формил-4-хлор-7-аминокумарины введены в реакции с N- я О-нуклеофильными реагентами в кислых, нейтральных я основных средах. Изучен механизм-реакции 3-форви-4-хлор-7-диэтиламинокумарина с вторичными аминами. Для исследования свойств вновь синтезированных соединений использованы различные «¡изические метода: ИК-, УФ-; ЯМР-спектроскопия, • масс-спектромвтрия, рештено-структуряые исследования и др. •

2.1. Синтез 3-Дорды1-7-диалкиламинокумаринов

3 литературе /поминаются некоторые представители З-формил-7-еминокумаринов, которые сыли получены по реакции Вильстгейера, однако детальная информация о свойствах указанных альдегидов отсутству-ат. Желая получить новые 3-формилкумарины, а также выявить сиоиифи ку электронного влияния 3-альдегидной 1рупш на 7-аминокумарлнопую систему нами Оыла поставлена задача синтезировать серию различных З-формил-7-аминокумаринов. В качестве исходных сСьектсв сил выоран ряд 7-даалкиламинск,маринзв 1-Х, в которых варьировался заместитель в положении 4- и 7-вминогр/!тгп*.

Фсрмилирование соединений 1-Х сыло осуществлено в стандартных условиях реакции Вильсмейера - при нагревании эквивалента 7-амино-кумарина с 1,5-2,5 экв. комплекса Р0С1Э с ДМФА.

В качестве единственных продуктов были выделены 3-фэрмил /-аминокумарины XI. Х1П-ХХ1 с хорошими выходами (70-50%).

К а

^Г'Ч ыа,/£м>А ¿"'"-^^у-сы) (ТТЧГ

/¡¡'»''ч^Цг О О Чо

Х|-ХУЦ XXI

ОуО.

уи1-х xviii-xx

I, VIII, XI, Х.И1 Н • Н; II, IX, XII, XIX Н И«; Ш. И, X, XIII, XVI, XX И = С1; IV, VII, XIV. XVII й - гиоНгСН,КО; .. XV Я -КНСН,Гй; 1-У, XI-XV Е1; VI, VII. XVI, XVII Nг1 N<14,1 ).Ю.

При формулировании по реакции Вильсмейера кумарина II с выходом ~ 70% получен кумарин XXI, что свидетельствует о формулирования метальной группы в положении 4 кумарина II. Кумарин XII был получен обходным путем окислением кумарина XXII свежеприготовленным МпОг, с хорошим выходом (74Х). В качестве побочного продукта этой реакции был выделен кумарин XXIII.

Ш Ме Ме

"\сн,он М„0,ш + ífVVHÍ

• XXII : XII ХХШ

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

, В электронных спектрах альдегидов XI-XX в этаноле и ацетонитри-лэ максимум длинноволнового поглощения сдвинут батохромно по сравне-, нению с исходными кумарина»® 1-Х на 30-70 нм, что связано с возрастанием переноса заряда в кумариновой системе. Кумарины XI-XVII, XX обладают слабой, а кумарины XVIII, XIX интенсивной флюоресценцией в диапазоне 460-520 raí. Электронные "спектры З-формил-7-аминокумаринов XI-XX довольно чувствительны к модификации заместителя в положении 7. Закрепление 7-диэтиламиногруппы в морфолиновый цикл при переходе от кумаринов XIII я XIV к кумаринам XVI и XVII сопровождается заметным смещением абсорбционного максимума в область коротких волн (ДХ®^. 14-17 нм), а переход, например, от 7-даэтапаминопроизводных XI-XIII к юяолидиновым аналогам XVIII-XX оказывает противоположный эффект 18-23 нм) i что определяется электронодонорпой способностью-диалкиламинобензольного фрагмента, которая увеличивается при переходе от морфолино- к диэтиламино- и далее юяолидиновым производным. .

Установлено, что на введение злектроноакиепторной формильной группы откликается вся 7-шинокумариновая система, что дополнительно подтверждают спектры ЯМР 13С соединений Х-XIV и XX, а также изучение основности кумаринов Н-ПУ и XVI в водно-этанольных растворах. Основность кумаринов XI, XII и XIV на 1,5 порядка нижа, чей асходных кумаринов I, II и IV.

Кумарины XIII, XVI, XX использованы далее в качестве объектов для изучения реакций с нуклеофильными реагентами.

2.2. Рв акции 3-Дормил-4-июр-7-аминокумаринов с нуклеобильными реагентами

Осуществление синтеза З-форшл-7-аминокумаринов ЬоЬудило нас исследовать реакционнув способность этих соединенйк'Ьа примере 3-<*ормия-4-хлор-7-аминскумаринов, в молекулах которых имеется несколько активных центров по отнесении к нуклеофильной атаке. В рейхах настоящей работы >".• ограничились изучением реакций 3-<$ормил-4-хлор-7-вминсхумаринсв с Я- и О-иуклаогилами в нейтрзлышх органических растворителях, в уксусной гз'омте и в основных средах.

Изучено Рзаимсдействив кумача и ГШ, XVI я XX с н-бутилами-ном, трет.-буталгмином, циклогексл." 1 -«. < нклином, пиперидином, морфолинсы, Сензалаеиюи .пыдазолом. Синтеза грсео-дили в инертном растворителе (бензол, 1,4-диоксан) при нагрев..пил в избытке (3-10 экв) соответствующего аг«ина. Прл этом с хергами выходами (70-9535) получены 3 -<Гормил- -1," -диамине кумаргаы XIV, П ,

XVII, ХХГУ-ХХХУ. В случав первичных аминов выделены также основания Юиффа ХХШ-ХШ1 с выходами 66-90*. Выхода соединений XXXVII и XXXIX несколько ниже (26-35«) ® силу стерических затруднений. Соотношение альдегид:азометин для производных-первичных аминов XV, XXIV-XXVII, ХХХХ-ХХХШ, ХХШ-ХЫП »южно сдвигать в сторону альдегида шя азометина в зависимости от количества и порядка прибавления реагентов.

" а «я'к* : ' • Ш'я*

.- „ -^^Ц-ско /? У/у* -тГУЧ-^0 Рои3!дмп

ХШ. XVI, XX XIV, XV,

XVII, XXIV-XXXV IV.y.XUV-XUVlf Я «Л«, ■ ' ■ ' ' •

ИУД1

A

: xxxvi—xlui iv, v, xiii-xv, xm-xxx, xxxvi-xl, xliv-xlvii r = it;

XVI, XVII, XXXT. XLI R-R « -(CHgJgO«^^-; XX, XXXII-XXXV, XLII,

хып r - -(о^)3-с-орто; v, xv, xm-xxvin, хш-хххш, хот,

XLV R2» H; XXIV, XXXI, XXXII, XXXVI, XLI, ХЫ1 R1« S-Bu; XXV, XXXVII, XLIV R1» t-BUJ XXVI, ХШШ. XLV R1« cyclO-C6Ht1; V, XV, KXIX R1- CHgPh; XXVII, XXXIII. XL, XLIII Ri; XXVIII, XLVI R1« R2- Et>, XXIX, XtVII Я1-*2- -(C^Jj-rlV. XIV, XVII, XXXIII R'-R2« -(CH2)2-0-(Ca^)2; XXX, XXXV MR?R2« N-ишдазолил. ,

Альтернативный путь получения альдегидов XIV, XV. XVII, XXIV-XXXV был реализован пря прямом формаяирования известных 4,7-диами-нокумаринов IV, V, XLTV-XLVII. Сушарные выхода целевых соединение в расчете на исходные 4-хлор-7-аминоку*18ринь1 сравнимы пр величине

для обоих используемых методов и заключены в пределах 40 60*. При прямом формилировании 4,7-диаминокумаринов лимитирунцим фактором является доступность доходного диаминокумарина. Наличие альдегидной группы в кумаринах XIV, XVII, ХХУШ-ХХХ, XXXIV, XXXV подтверждают з спектрах ПМР сигналы метановых протонов в области 0 ~ 10 м.д. А БЫЬС в соединениях XV, XXIV-XXVII. XXXII, XXXIII, XXXVI-XI. ХЫИ (содержащих аминоальдегидный и аминоазометиношй фрагмент) подтвер вдается данными спектров ШР и результатами рентгснострукт>рного исследования кумаршш XXXIII. Найдено, что из четырех возможных г , 2-изомеров (А-Г) с БМБС эти соединения существуют в кото ишмшшой хелатной таутомерией форде ткла А.

А ß ß г

где X - О, NH*.

В электронных сгйктрах поглещепня кумаринов XIV, XV, XVII, XXIV-XLIII в втвнола или ацатсмлтр.^з длинноволновый максимум сдай аут оьтохромно на 30-60 нм по ерга. eiuio с соответствующими ч,7-ди еминокумаринвми. Эта закономерность c„t .тасуется с большим разделе кием заряда в молек-,"л XIV, XV, XVII, XXIV-XLIII, вызванным введением сильной электрсночкцепторкой rpj.siu в положение 3.

В спектрах флкюросцанши ccj.v лы? XIV. XV, XVII. XXIV-XLIII прослеживается та же лакономерноегь, ,то л в спектрах поглсдания. Обнаружено, что 3~фермилкумарш.ы I/ • v XIII обладают двойней Флюоресценцией как в спирте, так и а шьтснитриле, а для н Смипшсв XXXIX и XLI1I удается наблюдать две эмиссионные полосы tojü ь ацвтонитрлле. Детальное исследование спг ктралию-люминес !2i.:iui свойств азометина XLIII. оо.-адапцего дхкЯчса ."юминсс .euu-ifc?, i t-.in

ло, что соединение XLIII из возбужденного состояния переходит в одну яэ форм: в нейтральную с внутримолекулярным переносом протона ив вияе биполярного иона с разорванной ВМВС.

При изучении кислотно-основных свойств установлено, что амино-альдегида XIV, XV, XVII, XXVI-XXIX, XXXIV протонируются го 7-И-ато-му, а аминоазометияы XXXVIII и XXXIX протонируются вначале по атому. азота азометивовой группы. В слабокислых средах в диапазоне pH 1-6 для соединения XVII было зарегистрировано существование полуацеталь-ной формы, имеющей более коротковолновое поглощение и флюоресценцию, чем исходный кумарин.

2.2.2. Реакшш П-аормил-4-хлор-7-аминокумаринов с первичными . ■ вторштнми яминами в присутствии уксусной кислоты

Особый интерес к кислым средам был обусловлен стремлением осуществить частичный гидролиз енамнно-аэамвтинового фрагмента с тем, ; чтобы выйти к новым таутомервым системам - 3-иминоме тил-4-гидрокси-7-амшокумаринам. Предварительно было установлено, что в присутствии уксусной кислоты 3-фор№Ц1-4-хлор-7-аминокумаргаш не реагируют с вторичными аминами, первичные амины в аналогичных условиях эффективно взаимодействуют с хлоральлегидами 7-аминокумэринового ряда. Так, на примере кумаринов XIII и XX были исследованы реакции с в- и трет.-бутиламином,, циклогексилЕМином, бензиламином я анилином. Синтезы проводили в ледяной уксуснойкислотв при перемешивании в течении 2 ч при 20°0 с двухкратным избытком амина. При этом в качестве основных продуктов были выделены 3-аминометилеп-7-амино-2,4-хромоп-дионы XLVIII-ЫГ с выходами 86-95*. Исключение составляет анилин, для которого в реакшш с кумарином ПН с выходом 81* было выделено 3,4-циклоконденсированнов производное IIII.

и

о

у>*0 М0Н

|=Сн«нн

хш.хх

Х1ЛМИ-1Л1

РкЫНг. Л с ОН

ш

вдгш и - вг, н-ви; шх л - Ег. й'= г-ви; I. й « Ег, н'« оусХо-С6НИ; Ы Й - кг, й1- снг?п; Ш й - -(СНг)3-С-орто, й' = СЯгРй.

Как и в случав аминоазометиновых производных ХХХ7-ХШ необходимо было решить вопрос об установлении точной структуры соединений XIVIII-I.II, для которых а ргЮП можно'было предполагать реализацию нескольких таутомерных фор* с ВМВО.

Основная информация о строении соединений ХЬ7П1-Ш следует из спектров ШР этих веществ. Сигналы протонов даалкилалшшоензо.дь-ного фрагмента регистрируются в обычной для 7-ашшокумаринов области с характерным КССВ. Сигналы протонов заместителей пиронового цикла обнаруживаются в вида дублетов ДХ системы с КССВ 1 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 XXVIII-1Д1 и существование их в виде форм типа Б или В.

6

е

Реально в спектрах ПМР кавдого из соединений ХЬУШ-Ш наОл» даются сигналы обоих изомеров, причем второй иаомер В присутствует примерно в 3 раза меньшем коли<и стве.

О целью однозначного опредоления конфигураций иолучешшх хро мондионов ХЬУШ-ЬИ было провидено рантгоноструктурное исследование соединения ХЫХ (рис.1).

Рис Л. Общий вид молекулы и длины связей соидинения К1ДХ

(пунктиром указана БМВС и разупорядоченность этилыюй группы)

Объективная локализация халатного атома водорода при внамино-вом атоме азота и ориентация рассматриваемой аминогруппы указывает но предпочтительную реализацию в невозбуаденной молекуле ХЫХ кето-еншинной Формы Б. Иная форма существования оксопроизводных Ь-Ш в огличие от азометинов ХХУ1-ХЫ1 в значительной степени отражается и основности этих веществ. Значения рКа сопряженных кислот азоме-".инои XXXVIII, XXXIX примерно на шпь «линии виши, что свнлшо с 1'лчекециим масти первичного протонированин соединений I. Ш, я которых литром аь.Юольшей овиовности яш«о с.1 / N шом.

2.2.3. Рвакита гидролиза и алкоголиза З-аормщ-4-хлор-7-аминокумэвинов,.

- На примере кумаринов XIII, XVI и XX изучена возможность синто-вв 4-гидрокси- и 4-алкоксшроизводншс. Установлено, что реакции соединений XIII, XVI и XX с бикарбонатом натрия в водном растворе уже при комнатное температуре приводят к 4-гидроксивльдегидвм Ш-Ш с выходами 65-®)*. Не менее эффективно протекает взаимодействие хлор-производных XIII. XVI и XX с этилатом натрия в этаноле. При атом с выходами 75-86* были получены хумаркш ЬУП-ЫХ.

он и М

ЫУ-Ш ХШ, XVI, XX ьу||-их

Структура соединения ИУ-ЫХ Оыла установлена на основании дан-яых элементного анализа, ИК- я ШР-спектров. Для соединений ЫУ-ЬУ1 й ИК-стжтрах наблюдается лишь одна полоса поглощения карбонильной группы при 1715-1730 см'1, введение этоксильноа группы в соедаюеня ях 1ЛГП-1ЛХ приводит к раздельному появлению полос карбонила фор-мыыюй группы <1670-1675 см~')и карбонила шфонового цикла (17101725 см'1 Л В спектрах ШР соединегшй ЫУ-ЫХ сигналы протонов амнноОензольного фрагменте и формильной группы регистрируется в > обычной области. В спектрах соединений IV и ЬУ1 сигналы протонов гндрокскльаой группы отсутствуют, что, возможно, обусловлено прото-трошюй таутомерией. Для кумарина ЬГ? сигнал ОН-группы удается об-наруиять в области ? 15.2 м.д., что подтверждает сальную ВМВС в мо-^ лекулах пырсжсиальдегидов. : " ^ ■■

В электронных спектрах поглощения соединений 1ЛУ-1ЛХ при переходе от 4-гидрокси- к 4-втоксипроизводным наблюдается Оатохромный сдвиг до 5-20 нм в спирте и до 10-15 нм в вцетонитриле. Гипсохром-ный сдвиг (Л\ - 30 нм) З-формил-4-этоксикумарина НУ по сравнению о

3-<юрмил-?-диэтиламинокумарином объясняется влектронодонорным влиянием этоксигруппы, а еще больший гипсохромный сдвиг (Д\ ~ 45 нм) .

4-гидроксикумаринов ЦУ-ЬУ1 по сравнению с кумарином XI можат быть следствием образования халатного цикла, в котором ОН-группа в результате ВШС более эффективно компенсирует электронодефицитностъ альдегидной группы. Другой причиной коротковолнового сдвига спектральных максимумов при переходе от 4-гидрокси к 4-втоксиформилку маринам может быть диссоциация соединений 1ЛУ-ЬУ1 как ОН I си слот в разбавленных растворах. Действительно, при изучении кислотно основ них характеристик обнаружено, что в нейтральных разбавленных водно-втвнольшх растворах 4-гадроксикумвршш ЫУ-1,У1 диссоциируют и реальные спектры относятся к гетарилокси-анионам. Кумаршш НУ ЬУ1 являются довольно сильными ОН-кислотами и, судя по значениям рК*. не уступают в этом отношении уксусной кислоте.

г.з. йшгдка а .нзхашгем геакшш Э-Фзрмш1-4-1Дов-.7-ди8ТШ1-

аминокумарина с рторичними аминами

Для 3-формил-4-хлор-?-диэтиламинокумарина XIII был изучен механизм нуклеофильного замещения атома хлора в положении 4 при взаимодействии с морфолином и Н-метиланилином в серии органических растворителей различной полярности, которые обычно взаимодействуют с реагентами по механизму неспецифической сольватации (циклогексан, хлорбензол, ацетонитрил и их смеси), а также в толуоле и диоксанэ. И.нстинты скорости второго поридк) (Порвого по каадому из реагентов, и т^жжз р en.ru по уравнению Ки[-кв»да Н * Iк » £>

■сследуемой реакции позволяют сделать вывод о том, что изменение характера среда неоднозначно влияет на скорость реакции. В малопо-дярных средах о ростом полярности растворителя наблюдается торможение процессов, как в случае морфолина. так и И-метиланилина. в дальнейаем с увеличением диэлектрической проницаемости среда (е) скорости закономерно возрастают. Различные по знаку зпачония "Ь" свидетельствуют о том, что в растворителях о низкой диэлектрической проницаемостью переходное состояние менее полярно (X), а в растворителях с высоким значением е - более полярно (У), чем исходные реагенты. ■ • , -

си ЧК

»» 0-М

-м

Для морфолина значения "Ь" - 1;37 и 5,20; и ддя К-метиланили-в« - 6,74 и 2,43 соответственно.Вероятно.внастоящем случае благодаря незначительным'различим в стабильности переходных состояний Г* У не следует считать, что при определенном значении е среды про ■сходит резкое изменение механизма. Независимо от полярности среда; реализуются оба реакционных потока, но внеполярной- преобладает структура"*, а в полярной - У. Причем в зависимости от вукдеофида соотношение X * У меняется.

2.4. Физико-химические методы исследования 7-аминокумаринов*''

2.4.1. Масс-спектрометрические исследования 7-аминокумаринов

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

Я Й

сно „ ^тГ^Аг^о

XI-XV.XXV-XXX.UIV ХУШ-ХХ.ХХХУ

о

0 я'нн

-СН-кй* >0

и Н ГгН

\__

.хих-и ХХХУ|1-ХЬ,Хи11

Храгментация 3-формил-7-амшток>маринов 1-П-й групп Х1-ХУ.ХХХУ, ХУШ-ХХ, ХХУ-ХХХ, Ы7 начинается с распада 7-диалкиламинозамести-трля, причем наиболее характеристичным является образование ионов (М-СН3}1', ГМ-С2НД]• и (М-СН3-СгН^)Далее происходит сужение кумн-ршювого цикла до бензофуранового с образованием иона !М СН3~СО)*, параллельно протекает характерный ретродиеновый распад.

Для кумаринсв второй группы в условиях дополнительной стабилизации 7-Н-алкильных заместителей в кяолидиновом цикла 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.Щи-Т~м, Г.В.Гридунонк Я, Ч.А.Клюевым, Л.И.Кузнецовой. А.П.Козле вым, на-уч-ьм сотрудником А.Н.Соловьевым.

- 16 - ■ .' . ■'■'■• *"■'. ■ -'-V.. . / •

соединения XI, XII, XXVII, XXX, а с выброса частиц Н и СО из пиро-нового цикла. -

Для кумэринов третьей группы наблюдается конкурирующая фрагментация аминогрупп, содержащихся в положениях 3 и 7, сопровождающаяся выбросом метальных и нитреновых частиц.

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

2.4.2. Дипольные моменты 7-аминокумаринов

Подтверждением сильного электроноакцепторного влияния 3-фор-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 дипольного момента (Дц 2,1 и 1,4 Д соответственно) по сравнению с незамещенными аналогами III и V. " ' .'-.у

'. ВЫВОДЫ ;

1. С помощью реакции Вильсмейера впервые синтезирован ряд 3- ; формил-7-диалкиламинокумаринов - рёакционноспособных полупродуктов для получения новых 3-замещенных производных. Установлено, что введение в положение 3 аминокумаринового фрагмента альдегидной группы приводит к заметному снижении основности и смещению в длинноволнф- . вую область максимума поглощения и флюоресценции, ш сравнению с

3-незамещенными аналогами. •'"'.■•'•' ^ , »

2. Реакциями З-формлл-^-хлор-У-змккокумаринов с первичными и

вторичными аминами в нейтральных органических растворителях впервые получены З-формил- и З-иминометил 4,7-диаминокумарины. На основании данных спектров ЯМР 'н и 13С, и также с привлечением рентгеноотрук турного исследования доказано, что синтезированные производные первичных аминов существуют в хелатной инамино-альдегидной или онами-но-азометиновой форме с сильнсй ВМВС.

3. Взаимодействием З-формил 4-хлор-7-имшюкумаринов с первич ними аминами в уксусной кислоте впервые синтезированы серия .) ими нометилен-7-имино-2Н-1-Оензопиран 2,4(ЗН) дионов. С помощью спектроскопии ГМР и рентгено-структурного исследования найдено, что в растворе данные производные существуют в виде двух таутомерии, а в кристалле в виде единственного Е-изомера с БМЬО.

4. В результате взаимодействия З-формил-4-хлор-7-аминокумари-нов с О-нуклеофилами (ОН", ОЕЬ ) получены новые 4-гидрокси и 4-13тскси-3-формил-7-аминокумарюш и изучены их спектрально-люминесцентные, а также кислотно-осноышм свойства. При исследоиинии кио лотно-основных свойств З-формил- 4- 1лдрокеи 7 ьмшюкумирикой ооанру жено, что В растворах они сущееют в виде гетаршкжеишшонои.

5. На основании кинетических исследований р«икций 3 Фирмил 4 хлор-7-диатиламинокумарина с вторичными аминами предложен их иихтш и структуры переходных состояний. Установлено, что характер проц«о са меняется в зависимости от полярности растворителя и нуклеофиль--ности реагента.

6. Изучены масс-спектры Оодве 20 новых 7-аминокумаришв в ус л-виях електронного удара. Оонаружвно, что диссоциация 3 формил-7-диалкиламинок>маринов затрагивает ь первую очередь 7-диалкиламино-группу. Дополнительное введмшС азотсодержащею замоститнля в поло ».йн<!(Т ! привадит к конкурирующей фр ¡гменииши аминогрупп и полоки-»имА ) и /, а и^-и наличии >о!со льиых ^ )чч I а»1тс.1ей () пил1 кипин*

5, 1 И " мло^х^-.р.' МТ1|ССТ1 ^ 1С 1 ^а МО к,Мг1[Ш1Л.

7. Исследованы спектрально-люминесцентные характеристики более 40 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 сопровождается батохромным и батофлорным смещением в спектрах поглощения и флюоресценции. Обнаружена двойная люминесценция 3-формил- и 3-иминометил-4,7-дйаминокумаринов, связанная с внутримолекулярным переносом протона при фотовозбуждении.

8. Показана перспективность использования 2,3,6,7-тетрагидра-9-фениламино-10-Ы-фенилиминометил-1Н. 5Н, ПН-хинолизино- С 9,9а, 1-^1 . . бензопиран-И-она в качестве активных сред для лазеров, работаю- -щих на принципе внутримолекулярного переноса протона.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Кирпиченок М.Д., Бакулев В.М. Синтез и спектрально-люминесцентные свойства производных З-формил-7-аминокумаринов // Тезисы докл. VI Всес. конференции "Лшинофоры-ЭО". - Харьков,I990.-c.I03.

2." Козлов А.П., Бакулев В.М., Кирпиченок М.А., Грандберг И.И. Влияние полярности среда на механизм реакции 7-диэтиламинокумарина с " вторичными аминами // Тезисы докл. Всес. совев. "Механизмы реек- : ций нуклеофильного замещения и присоединения". - Донецк,,1991. -с.102. '

3. Дшольные момента 7-аминокумаринов / Кузнецова Л.И., Кирпиченок • М.А.„. Бакулев В.М.» Грандберг И.И. // Известия ТСХА. - 1991. -Вып.З. - С. 169-174. .'•,-.

4. Бакулев В.М.» Кирпиченок М.А., Грандберг И.И., Козлов А.П. Влия- '-; ние полярности среды на механизм реакции 7-диэталамшгокумарина с вторичными аминами // Тезисы докл.. I Всес. конференции по теорет. органической химии. - Волгоград.' - 1991. - с.191. ■

5. ВДит Д.С.. Гридунова Г.В.. Стручков Ю.Т., Кирпиченок Ы.А., Баку

V

лев В.М., ГрандОерс. И.И. Исследование потешшально проготропных систем на основе 7-аминокумаринов // Тезисы докл. Всес. совещ. по органической кристаллохимии. - Киев. - 1991. - с.129.

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

7. Ц£ит Д.О.. Стручков С.Т., Кирпиченок М.А., ГрандОерг И.И.. Баку лев В.М. Кристаллическая и молекулярная структура 4-хлор-7-дич тиламинокумарина // Известия Академии наук. Сер. хим. - 199-г. М8. - С.445-448.

Объем 1'/« п л

Заказ 1637

Тираж 100

Типография Московской с х академии им К А Тимирязева 127550, Москва И 550, Тимирязевская ул, 44