CC BY
56
Химия
Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2012, № 4 (1), с. 125-128
125
УДК 544.135
СИНТЕЗ НОВОГО ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО КРАУН-СОДЕРЖАЩЕГО КУМАРИНА
© 2012 г. А.В. Нючев 1, А.С. Шавырин 2, М.А. Лопатин 2, А.Ю. Федоров 1
1 Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского 2 Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН
а1ех-пуиЛеу@уа .ги
Поступила в редакцию 06.02.2012
Синтезирован новый кумарин, содержащий в боковой цепи краун-эфирный фрагмент. Соединение обладает сильными флуоресцентными свойствами.
Ключевые слова: кумарин, краун-эфир, диполярное циклоприсоединение, флуоресценция.
Введение
Качественное и количественное определение неорганических катионов в различных средах, в том числе в физиологических жидкостях, является важнейшей задачей, способной решить проблемы быстрого и эффективного мониторинга и экспресс-анализа окружающей среды, а также медицинской диагностики. Для этих целей широко используются сенсоры, основанные на флуоресцентных красителях [1-3] и соединениях, содержащих в своем составе краун-эфирные фрагменты [4]. К настоящему времени созданы селективные сенсоры для определения ионов серебра [5], цинка [6], ртути [7-9], алюминия [10], калия [11], меди [12], железа [13], кальция и магния [14], свинца [15].
Кумариновые производные благодаря своим уникальным фотофизическим (высокий квантовый выход флуоресценции, большие значения коэффициентов экстинкции, значительная фотостабильность) и биологическим (ферментативная устойчивость) свойствам применяются в качестве красителей в некоторых типах лазеров и в биомедицинской визуализации [16]. Благодаря этому создано большое количество флуоресцентных сенсоров на основе соединений с кумариновым скелетом.
Цель настоящей работы - получение флуоресцентного кумаринового производного, со-
8-Г идроксиюлолидин 1
Схема 1
держащего в боковой цепи краун-эфир. Предполагается, что данные соединения могут быть использованы для качественного и количественного определения катионов, специфично взаимодействующих с краун-эфирами, в различных средах, в том числе in vivo.
Обсуждение результатов
Целевой флуоресцентный сенсор был получен исходя из 4-этинилкумарина (1), 11-азидоун-декановой кислоты (2) и 4-аминобензо-15-краун-5. 4-Этинилкумарин был синтезирован из коммерчески доступного 8-гидроксиюлолидина по методике, опубликованной нами ранее [17] (схема 1).
11-Азидоундекановая кислота была получена действием азида натрия на 11-бромоун-декановую кислоту (3) в смеси ацетонитрил-вода (схема 2).
Каталитическое диполярное [3+2]-циклопри-соединение [18] 4-этинилкумарина 1 и 11-ази-доундекановой кислоты 2, катализируемое Cu(I) в смеси тетрагидрофурана (THF), этилового спирта и воды, позволило получить триазол (4) с выходом 76% (схема 3).
Синтез целевого сенсора был осуществлен по реакции амидирования Штеглиха (схема 4, таблица); формулы реагентов и их обозначения приведены на рис. 1.
BrvvX02H а , n3^co2h О 'Ло ю
3 2
Реагенты и условия: a- NaN3, CH3CN/H20, 50°С, 48 ч
Схема 2
+ ы3^со2н
ю 2
но9с
Реагенты и условия:
а - Си1, ТНР/ЕЮН/Н20, 60°С, Аг, 8 ч
Схема 3
О
о
4-Аминобензо-15 -краун-5
Схема 4
Таблица
Условия амидирования кумарина 4
№ Условия Выход
1 1.5 эквив. БСС, 0.15 эквив. 4-Б.МЛР, THF, 0оС -
2 1.3 эквив. БСС, 1.3 эквив. НОБи, THF, 0оС следы продукта
3 1.05 эквив. БСС, 1.05 эквив. НОБ^ THF, 0оС следы продукта
4 1.5 эквив. ЕБС-НС1, 0. 5 эквив. 4-БМЛР, THF, 0оС 65%
ММе2
N
4-Диметил-
аминопиридин,
4-DMAP
М=С=М
N
N
ОН
1-Гидрокси-
бензотриазол,
HOBt
О
^-ОН
О
М-Гидрокси-
сукцинимид,
HOSu
Дициклогексилкарбодиимид,
DCC
М-(3-Диметиламинопропил)-№-этилкарбодиимид гидрохлорид,
EDCHa
Рис. 1. Реагенты, использованные в синтезе соединения 5
Длина волны, нм Рис. 2. Спектр флуоресценции соединения 5
Использование каталитической системы 1.5 эквив. DCC - 0.15 эквив. 4-DMAP в растворе THF при 0°С не позволило получить целевой продукт (схема 4, условия 1 из таблицы). Образование амида было зафиксировано методом тонкослойной хроматографии в реакциях «пептидного синтеза», осуществляемых с получением на первой стадии активированного эфира (при использовании N-гидроксисукцинимида (схема 4, условия 2) или 1-гидроксибензотриазола (схема 4, условия 3)); в обоих случаях продукт не выделяли. Применение гидрохлорида Л-(3-диме-тиламинопропил)-Л-этилкарбодиимида позволило синтезировать целевой продукт с выходом 65% (схема 4, условия 4).
Для синтезированного кумарина 5 были зарегистрированы спектры испускания (рис. 2) и поглощения, определен квантовый выход флуоресценции (Ф) методом сравнения с эталоном (родамин 6G, с = 5 • 10-6 моль/л в ацетонитриле): Ф = 0.6.
Таким образом, синтезирован новый флуоресцентный кумарин, содержащий в своем составе краун-эфирный фрагмент, с суммарным выходом 47% (для трех стадий).
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР :Н и 13С регистрировали на спектрометре «Bruker ARX 400» (400 и 101 МГц соответственно) в CDCl3. Химические сдвиги приведены в шкале 5 (м.д.) относительно остаточных пиков растворителей. Элементный анализ выполнен на приборе «Perkin-Elmer Series
II CHN/O Analysis 2400». Спектры флуоресценции и поглощения регистрировали на спектрофотометрах «Perkin Elmer FL 55» и «Perkin Elmer UV/VIS Lambda 25» соответственно. Коммерчески доступные реагенты («Sigma-Aldrich», «Alfa Aesar», «ABCR») использовали без предварительной очистки. Растворители перед использованием очищали стандартными методами. Применяли петролейный эфир с тем-
пературой кипения 40-70°С. Колоночную хроматографию проводили с использованием силикагеля «Alfa Aesar Silica gel 60».
11-Азидоундекановая кислота 2. 1.5 г (5.66 ммоль) 11-бромоундекановой кислоты растворили в 50 мл смеси ацетонитрила и воды (1 : 1 по объему). К полученному раствору добавили 1.1 г (17 ммоль) азида натрия. Реакционную смесь перемешивали при 50оС в течение 48 часов. Растворитель удаляли при пониженном давлении. Образовавшийся осадок растворяли в 50 мл этилацетата. Раствор промывали 5%-ным раствором соляной кислоты (3 раза по 25 мл), дистиллированной водой (25 мл) и насыщенным раствором поваренной соли (25 мл). Раствор продукта сушили над безводным Na2SO4. Растворитель удаляли при пониженном давлении. Продукт получали в виде желтого масла, которое в течение двух суток кристаллизовалось. Выделено 1.22 г (95%) серо-желтого кристаллического продукта. Найдено (%): С, 56.77; Н, 8.63. C11H19N3O2. Вычислено (%): С, 56.32; Н, 8.98. Спектр ЯМР 'Н (CDCI3, S, м.д., J/Гц): 1.29 (с, 12 H, CH2), 1.53-1.66 (м, 4 H, CH2), 2.35 (т, 2 H, CH2CO2H, J = 7.4), 3.25 (т, 2 H, CH2N3, J = 6.9).
4-Триазолилкумарин 4. 95 мг (0.36 ммоль) кумарина 1 и 164 мг (0.72 ммоль) 11-азидоунде-кановой кислоты 2 растворяли в 1.5 мл смеси THF, этилового спирта и воды (1 : 1 : 1 по объему) в атмосфере аргона. Добавляли 10 мг (0.054 ммоль) CuI. Реакционную смесь перемешивали при 60оС в течение 8 часов. Растворитель удаляли при пониженном давлении. Продукт выделяли методом колоночной хроматографии (элю-ент: 10% EtOH - 40% AcOEt - 50% петролейного эфира), затем сушили при пониженном давлении в течение 3 ч при 50оС. Выделено 0.134 г (76%) твердого продукта. Найдено (%): С, 68.51; Н, 7.61. C28H36N4O4. Вычислено (%): С, 68.27; Н, 7.37. Спектр ЯМР :Н (CDCI3, S, м.д., J/Гц): 1.30 (с, CH2, 16 H), 1.58-1.67 (м, CH2, 2 H), 1.94-2.03 (м, CH2, 4 H), 2.35 (т, 2 H, CH2CO2H, J = 7.3), 2.78 (т, 2 H, CH2, J = 6.3), 2.92 (т, 2 H, CH2, J = 6.5), 3.23-3.32 (м, CH2, 4 H), 4.45 (т, 2 H, CH2, J = 7.2), 6.25 (с, 1 H, ArH), 7.85 (с, 1 H, ArH), 7.88 (с, 1 H, ArH).
Кумарин 5. 33 мг (0.067 ммоль) 4-
триазолилкумарина 4, 3.8 мг (0.034 ммоль) 4-диметиламинопиридина и 19 мг (0.067 ммоль) 4-аминобензо-15-краун-5 растворили в 5 мл безводного THF в атмосфере аргона. К образовавшемуся раствору при 0оС шприцем прилили раствор 19 мг (0.1 ммоль) гидрохлорида N-(3-диметиламинопропил)-Л7-этилкарбодиимида в THF. Реакционную смесь перемешивали при 0оС в течение 2 часов и при комнатной температуре в течение 6 часов. Растворитель удаляли
при пониженном давлении. Продукт выделяли методом колоночной хроматографии (элюент: 5% EtOH - 45% AcOEt - 50% петролейного эфира, затем 10% EtOH - 90% AcOEt, затем 50% EtOH - 50% AcOEt). Выделено 33 мг (65%) твердого желтого продукта. Найдено (%): С, 66.78; Н, 7.68. C42H55N5O8 Вычислено (%): С, 66.56; Н, 7.31. Спектр ЯМР :Н (CDCI3, 8, м.д., J/Гц): 1.26-1.35 (м, 12 H, CH2), 1.66-1.70 (м, 2 H, CH2), 1.92-1.99 (м, 6 H, CH2), 2.34 (т, 2 H, CH2CO2H), 2.75 (т, 2 H, CH2, J = 6.2), 2.89 (т, 2 H, CH2, J = 6.4), 3.25 (д, 4 H, CH2, J = 4.8), 3.733.75 (м, 8 H, OCH2CH2O), 3.85-3.90 (м, 4 H, OCH2CH2O), 4.06-4.10 (м, 4 H, OCH2CH2O), 4.45 (т, 2 H, CH2, J = 7.1), 6.15 (с, 1 H, ArH), 6.74 (д, 1 H, ArH, J = 8.3), 6.92 (д, 1 H, ArH, J = 7.7), 7.39 (с, 1 H, ArH), 7.77 (с, 1 H, ArH), 7.83 (шир. с, 1 H, NH), 7.89 (с, 1 H, ArH).
Заключение
Синтезирован краун-эфирсодержащий кумарин по реакциям каталитического диполярного [3+2]-циклоприсоединения и амидирования Штеглиха и определены его фотофизические характеристики.
Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (госконтракты № 16. 740.11.0476 и № 14.740.12.1382) и РФФИ (грант № 12-03-00214-а)
Список литературы
1. De Silva A.P., Gunaratne H.Q.N., Gunnlaugsson T., Huxley A.J.M., McCoy C.P., Rademacher J.T., Rice T.E. // Chem. Rev. 1997. V. 97. P. 1515-1566.
2. Kobayashi H., Ogawa M., Alford R., Choyke P.L., Urano Y. // Chem. Rev. 2010. V. 110. P. 26202640.
3. Ciesienski K.L., Hyman L.M., Derisavifard S., Franz K.J. // Inorg. Chem. 2010. V. 49. P. 6808-6810.
4. Gokel G.W., Leevy M.W., Weber M.W. // Chem. Rev. 2004. V. 104. P. 2723-2750.
5. Wang H.H., Xue L., Qian Y.Y., Jiang H. // Org. Lett. 2010. V. 12. P. 292-295.
6. Kiyose K., Kojima H., Urano Y., Nagano T. // J. Am. Chem. Soc. 2006. V. 128. P. 6548-6549.
7. Nolan E.M., Lippard S.J. // J. Am. Chem. Soc. 2003. V. 125. P. 14270-14271.
8. Ko S.K., Yang Y.K., Tae J., Shin I. // J. Am. Chem. Soc. 2006. V. 128. P. 14150-14155.
9. Du J., Fan J., Peng X., Sun P., Wang J., Li H., Sun S. // Org. Lett. 2010. V. 12. P. 476-479.
10. Kim S.H., Choi H.S., Kim J., Lee S. J., Quang D.T., Kim J.S. // Org. Lett. 2010. V. 12. P. 560-563.
11. Carpenter R.D., Verkman A.S. // Org. Lett. 2010. V. 12. P. 1160-1163.
12. Royzen M., Dai Z., Canary J.W. // J. Am. Chem. Soc. 2005. V. 127. P. 1612-1613.
13. Hua J., Wang Y.G. // Chem. Lett. 2005. V. 34. P. 98-99.
14. Komatsu H., Miki T., Citterio D., Kubota T., Shindo Y., Kitamura Y., Oka K., Suzuki K. // J. Am. Chem. Soc. 2005. V. 127. P. 10798-10799.
15. Deo S., Godwin H.A. // J. Am. Chem. Soc. 2000. V. 122. P. 174-175.
16. Goncalves M.S.T. // Chem. Rev. 2009. V. 109. P. 190-212.
17. Nyuchev A.V., Sharonova E.A., Lenshina N.A., Shavyrin A.S., Lopatin M.A., Balalaeva I.V., Beletskaya I.P., Fedorov A.Yu. // Tet. Lett. 2011. V. 52. P. 41964199.
18. Meldal M., Tornoe C.W. // Chem. Rev. 2008. V. 108. P. 2952-3015.
SYNTHESIS OF A NOVEL FLUORESCENT CROWN ETHER-CONTAINING COUMARIN
A V. Nyuchev, A.S. Shavyrin, M.A. Lopatin, A. Yu. Fedorov
A novel coumarin containing a crown ether fragment in the side chain has been synthesized. The compound demonstrates strong fluorescence.
Keywords: coumarin, crown ether, dipolar cycloaddition, fluorescence.
