Синтез краунсодержащих бисстириловых красителей Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Полученный краситель охарактеризован элементным анализом и ЭСП. В водном растворе КОН (рН = 9) длинноволновая полоса поглощения находится в области 675 нм (мономолекулярная форма) и 630 нм (агрегат), и может сдвигаться в зависимости от рН среды. По элементному анализу найдено, %: N 11,78; Р 13,52. Для C32H20C11N8O12P4 вычислено, %: N 12,51; Р 13,78.

Таким образом, нами была исследована возможность замещения атома брома в различных бромсодержащих фталогенах на фосфонатную группу. Взаимодействием бромфталонитрилов с диалкилфосфитами в присутствии тетракис-(трифенилфосфин)палладия с выходами от умеренных до хороших получены целевые фталонитрилы с фосфонатными заместителями-исходные вещества для получения соответствующих производных фталоци-анинтетрафосфоновых кислот.

Библиографические ссылки

1. Lukyanets, Е.А. Phthalocyanines as photosensitizers in the photodynamic therapy of cancer // Journal of Porphyrins and Phthalocyanines, 1999. 3. 6. C. 424-432.

2. Sharman, W.M. van Lier, J. E. Synthesis of phtalocyanine precursors // The porphyrin handbook, 2003. 15.

3. Sharman, W.M.; Kudrevich, S.V.; van Lier J.E. Novel water-soluble phthalocyanines substituted with phosphonate moieties on the benzo rings // Tetrahedron Lett., 1996. 37. C. 5831.

4. Рахимов А.И. Синтез фосфорорганических соединений. М., 1985. С. 117-121.

5. Troev K.D. Chemistry and Application of H-Phosphonates // Elsevier, 2006. 26.

УДК 547.829

Ю.В. Мануйлова, E.H. Гулакова

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Москва, Россия

СИНТЕЗ КРАУНСОДЕРЖАЩИХ БИССТИРИЛОВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ

Впервые синтезированы моно- и бисстириловые красители пиридинового ряда, содержащие фрагмент диаза-18-краун-6-соединения, и оптимизированы условия их получения. Строение полученных продуктов доказано с помощью комплекса физико-химических методов анализа.

The mono- and bisstyrylic dyes based on pyridine and containing moieties of diaza-18-crown-6 compound were prepared for the first time. The conditions of their synthesis were opti-

mized. A structure of the prepared products was proved by using of complex of physical-chemical methods of analysis.

Краун-эфиры с момента их открытия Педерсоном в 1967 году известны как эффективные инструменты для связывания катионов щелочных и щелочноземельных металлов, для которых существует мало специфических рецепторов. Возможность ковалентного связывания краун-эфира с различными красителями дала начало новому поколению соединений, в которых фрагмент краун-эфира является ионным рецептором, а краситель позволяет системе взаимодействовать со светом.

Целью настоящей работы явилась разработка методов получения ди-азакраунсодержащих стириловых красителей. Наличие диаза-18-краун-6-эфирного фрагмента определяет способность таких соединений образовывать комплексы с катионами щелочноземельных металлов, например, бария и кальция (биологически важного иона металла, распределение которого в клеточной мембране имеет большое значение для запуска и регуляции различных процессов в живой клетке).

Как известно из литературы [1-3], основным подходом к синтезу кра-унсодержащих стириловых красителей является конденсация четвертичных солей гетероциклических оснований с производными бензальдегида. Четвертичная соль 3 была получена нагреванием 4-метилпиридина (1) с ме-тил-//-толилсульфонатом (2) по схеме 1.

Схема 1

Неподеленная электронная пара атома азота пиридина, не включенная в ароматическую л-систему, способна к взаимодействию с электрофиль-ными реагентами аналогично простым аминам. Находящийся в 4-ом положении электронодонорный заместитель (метильная группа) в 1 увеличивает основность пиридина и облегчает протекание электрофильного присоедине-

Отличительные особенности свойств четвертичных пиридиниевых солей заключаются в легком депротонировании алкильных групп в а- и у-положениях и в высокой склонности к реакциям нуклеофильного присоединения в этих положениях. Так, образующийся при депротонировании метальной группы в 4-ом положении 3 анион способен участвовать в реакции конденсации с бензальдегидом 4. Модельный стириловый краситель 5, не

содержащий фрагмент краун-эфира, был получен нагреванием реагентов в //-бутаноле в присутствии пиперидина в качестве основания (схема 2).

НзСЛ\ / СНз

сю4

Рру, ВиОН

-н?о

н3с-*г

5,47%

Схема 2

Перхлорат А-метилстирилпиридиния 5 выделен в виде /'>изомера.

Аналогичный подход был применен нами в синтезе диазакраунсо-держащего бисстирилового красителя 7, выход продукта в данном случае составил 86% (схема 3). Бисстириловый краситель 7 был выделен в виде ДЕ'-изомера (константы спин-спинового взаимодействия олефиновых протонов ~ 16 Гц).

СЮ/

-СН-

ГЛ Г\

Г° Г° °Л

( ) /=\ Рру,Ви()Н н3с-# Н /Л \ / /=\

-и п К • М г/ Н /п\

( о \ С104- и ( )Н

Ч) (Н » о о

\_7 Н20 и/

6

Схема 3

7,86%

С целью получения моностирилового производного была осуществлена конденсация 1 экв. 3 с 1 экв. 6, однако и в данном случае наблюдалось образование лишь бисстирилового производного 7.

На следующем этапе данной работы была предпринята попытка синтезировать бисстириловый диазакраунсодержащий краситель на основе пиридина.

Так как пиколин значительно менее активен в реакции конденсации с производными бензальдегида, чем его четвертичная соль, конденсацию проводят в более жестких условиях. Из литературы известно [4], что формиль-ные производные фенилазакраун-соединений не вступают в реакцию конденсации с метилзамещенными гетероциклами в основных условиях, поэтому мы использовали кислые условия проведения реакции.

Спекание гидрохлорида 4-метилпиридина с диформильным производным дифенилдиазакраун-соединения 6 приводит к значительному осмо-лению реакционной массы, образования целевого продукта в данных условиях не наблюдалось (схема 4).

Более распространенным способом получения стирилгетероциклов является конденсация метилзамещенных гетероциклических оснований с

производными беизальдегида в присутствии уксусного ангидрида или смеси последнего с уксусной кислотой. При этом происходит взаимодействие кислотного агента с атомом азота гетероциклического основания, за счет чего депротонирование метальной группы и образование карбаниона протекает легче.

Так, было обнаружено, что нагревание реагентов 1 и 6 в уксусном ангидриде приводит к образованию только моностирилового красителя 8, образования бисстирилового красителя 9 не наблюдалось даже при использовании в реакции значительных избытков 1 (схема 4). Проведение же данной реакции в среде уксусного ангидрида с уксусной кислотой (2:1), напротив, способствует образованию бисстирилового красителя 9 (схема 4).

Широко известным способом получения стирилгетроциклов является метод Виттига-Хорнера [5]. Он основан на использовании стабилизированных фосфонатов, которые образуются при взаимодействии диэтилфосфита с а-галогензамещенными субстратами. Олефинирование альдегидов этими нуклеофилами протекает по механизму аналогичному реакции Виттига с тем различием, что на последней стадии превращения происходит элиминирование диэтилфосфата.

Нагреванием в хлористом тиониле гидрохлорида 4-гидроксиметилпиридина 10 было получено хлорметилпроизводное 11. Взаимодействием 11с диэтилфосфитом и последующей конденсацией полученного таким образом фосфоната 12 с альдегидом 6 в условиях реакции Виттига-Хорнера нами был получен моностириловый диазакраунсодержащий краситель 8. В реакции также было выделено непрореагировавшее фор-мильное производное 6, выход продукта 8 составил 61 %.

Схема 4

,Н20

6

N

■свд

> 8

РШ

/-ВиОК,ТГФ

10

11,75%

12

Схема 5

Таким образом, предложены и оптимизированы методы получения и впервые осуществлен синтез неописанных ранее диазакраунсодержащих моно- и бисстириловых красителей пиридинового ряда.

Показано, что бисстириловый краситель на основе пиридиния может быть получен с высоким выходом конденсацией четвертичной соли пиридиния с диформильным производным дифенилдиазакраун-соединения в присутствии пиперидина в качестве основания.

Для получения моностирилового красителя на основе пиридина оптимальным является метод Виттига-Хорнера, в случае бисстирилового производного - конденсация 4-метилпиридина с диформильным производным дифенилдиазакраун-соединения в смеси уксусного ангидрида и уксусной кислоты.

Работа выполнена при финансовой поддержке Программы фундаментальных исследований Президиума РАН, РФФИ (проект № 10-0393106) и Государственного контракта №16.740.11.0446 Министерства образования и науки РФ.

Библиографические ссылки

1. Syntheses and photophysical properties of a series of cation-sensitive polymethine and styryl dyes/ Bricks J.L., Slominskii J.L., Kudinova M.A., Tolmachev A.I., Rupack K., Resch-Genger U., Rettig W.// J. Photochem.Photobiol. A: Chem., 2000. 132. P. 193-208.

2. New cation-'capped' complex of the Z-isomer of a crown-containing styryl dye bearing a long N-ammonioalkyl substituent /Vedernikov A.I., Kondratuk D.V., Lobova N.A., Valova, T.M., Barachevskii, V.A., Alfimov, M.V., Gromov S.P //Mendeleev Commun, 2007. 17. P. 264-267.

3. Novel Photoswitchable Receptors: Synthesis and Cation-Induced Self-Assembly into Dimeric Complexes Leading to Stereospecific [2+2]-Photocycloaddition of Styryl Dyes Containing a 15-Crown-5 Ether Unit Gromov, S. P., Ushakov, E. N, Fedorova, O. A., Baskin, I. I., Buevich, A. V., Andryukhina, E. N.,.Alfimov, M. V., Johnels, D.,.Edlund, U. G., Whitesell, J. K., Fox M. A.// J.Org.Chem., 2003. 68. P. 6115-6125.

4. Синтез краунсодержащих 2-стирилбензотиазолов. Влияние катионов щелочных металлов на реакцию конденсации краунсодержащих бензальдегидов с 2-метилбензотиазолом / О.А. Федорова, Е.Н. Андрюхина, А.В. Линдеман, С.С. Басок, Т. Ю. Богащенко, С.П. Громов // Изв. АН. Сер. хим., 2002. С. 302-307.

5. Preparation of donor-acceptor substituted fluorostilbenes and crystal chemistry of fluorinated (E)-4-(4-halogeno-styryl)-benzonitriles Raul Mariaca, Gael Labat, Norwid-Rasmus Behrnd, Michel Bonin, Fabien Helbling, Patrick Eggli, Gaetan Couderc, Antonia Neels, Helen Stoeckli-Evans, Jiirg Hulliger. // Journal of Fluorine Chemistry, 2009. 130. C. 175-196