Содержание к диссертации
Введение
1. Использованные сокращения 4
2. Введение 5
3. Литературный обзор на тему: "Формилпорфирины и их производные" 7
1. Формилирование природных порфиринов и хлоринов 10
2. Формилирование синтетических порфиринов 13
3. Синтез р-формилвинилзамещенных порфиринов 18
4. Модификация формилпорфиринов 20
4.1. Синтез производных порфиринов 21
4.2. Синтез порфиринов (хлоринов) с дополнительными экзоциклами 33
4.3. Синтез димерных порфиринов и хлоринов с различными спейсерными мостиками 41
4. Результаты работы и их обсуждение.
1. Формилирование мезо-тетраарилпорфиринов 47
2. Формилирование мезо-тетраарилхлоринов 56
3. Синтез никелевых комплексов Э,р'-дициан-/иезо-тетракис(л-метоксифенил)порфиринов 65
4. Синтез р-формилвинил-л*езо-тетраарилзамещенных порфиринов и хлоринов 69
5. Синтез диад на основе порфирина и бензкраун-эфира 75
5. Экспериментальная часть 91
Выводы 110
- Формилирование синтетических порфиринов
- Модификация формилпорфиринов
- Синтез димерных порфиринов и хлоринов с различными спейсерными мостиками
- Синтез никелевых комплексов Э,р'-дициан-/иезо-тетракис(л-метоксифенил)порфиринов
Введение к работе
1 to ^
Актуальность работы. Тетраарилзамещенные порфирины играют важную роль в химии порфиринов ввиду их доступности и высокой реакционной способности, позволяющей направленно проводить различные химические модификации с целью получения соединений с заданными свойствами. Подобные порфирины и их металлокомплексы широко используются для получения эффективных катализаторов ряда химических процессов, аналитических реагентов, модельных систем при изучении таких биологических процессов как фотосинтез, обратимое связывание кислорода и ферментативный катализ, для создания сенсорных устройств, а также сложных супрамолекулярных структур.
Химические превращения тетраарилпорфиринов, не имеющих дополнительных функциональных групп в макроцикле, часто осуществляются с помощью реакций электрофильного замещения, среди которых особое место занимает реакция формилирования с использованием комплекса Вильсмейера. Введение одной формильной группы в р-положение порфиринового макроцикла и последующие ее модификации обычно не вызывают затруднений. Однако создание диформилзамещенных порфиринов сопряжено с определенными трудностями. Большой интерес представляет функционапизация мезо-тетраарилхлоринов и их металлокомплексов. В отличие от природных хлоринов, у которых реакции электрофильного замещения (в частности формилирование) протекают по мезо-положению, соседнему с восстановленным пиррольным кольцом, влияние последнего на направление реакции в тетрафенилхлоринах изучено слабо. Тетраарилзамещенные порфирины и хлорины, содержащие одну или две формильные группы в р-положениях макроцикла, являются удобными интермедиатами для проведения дальнейшей модификации и получения коньюгатов с другими биологически активными молекулами.
Представленная работа является частью фундаментальных научных исследований, проводимых на кафедре Химия и технология биологически активных соединений МИТХТ им. М.В. Ломоносова в рамках темы № 1Б-4-865 «Синтез супрамолекулярных структур на основе порфиринов, липидов и
БИБЛИОТЕКА Ї
* OS
углеводов с целью изучения процессов, протекающих в клетке и создания препаратов для онкологии, генной терапии и других областей медицины», при поддержке грантов Министерства образования и науки РФ Т00-9.1-2016 (2001-2002гг), Т02-09.1-874 (2003-2004гг) и гранта Президента РФ по поддержке ведущих научных школ НШ-2013.2003.3.
Цель работы. Изучение реакции формилирования по Вильсмейеру в ряду металлокомплексов тетраарилзамещенных порфиринов и хлоринов, разработка эффективных методов синтеза моно- и диформилзамещенных соединений. Изучение физико-химических свойств синтезированных соединений. Проведение химических модификаций формильных групп с целью получения порфиринов с реакционноспособными заместителями в (3-положениях, пригодных для коньюгации с бензкраун-эфиром.
Научная новизна. Изучена реакция формилирования в ряду
металлокомплексов мезо-тетракис(п-метоксифенил)порфиринов и хлоринов.
Предложен способ синтеза мезо-тетраарилхлоринов, содержащих в
макроцикле одну или две альдегидные группы. Показана возможность
использования 3-диметиламиноакролеина для получения мезо-
тетраарилзамещенных порфиринов и хлоринов, содержащих в р-положении
формилвинильную группу. Изучены физико-химические свойства
синтезированных соединений. Показано, что расположение
электроноакцепторных групп в порфириновом макроцикле существенно влияет на спектральные свойства синтезированных соединений. На основе формилзамещенного порфирина осуществлен синтез диады, содержащей фрагменты порфирина и бензкраун-эфира, связанные между собой спенсером.
Практическая значимость работы. Предложен метод получения моно-и диформил - мезо-тетраарилзамещенных порфиринов и хлоринов. Синтезированные в диссертационной работе производные металлокомплексов порфиринов и хлоринов могут быть использованы в качестве катализаторов разнообразных химических и фотохимических процессов, для создания сенсорных устройств, элементов памяти и др. Предложенный в настоящей
работе подход для конструирования диады на основе порфирина и бензкраун-эфира, может быть использован для создания новых коньюгатов порфиринов с другими соединениями. Синтезированная диада может найти применение в качестве бифункционального лиганда к различным ионам.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Синтез и свойства р-формилзамещенных тетраарилпорфиринов.
-
Изучение реакции формилирования в ряду мезо-тетраарилхлоринов.
-
Разработка метода получения р-формилвинил-мезо-тетраарилзамещенных порфиринов и хлоринов.
-
Синтез диады, содержащей порфирин и остаток бензкраун-эфира и изучение ее комплексообразующих свойств.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на Международной конференции "Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок. Экологически безопасные технологии" (Москва-Тверь, 2001), на VIII Международной конференции "Наукоемкие химические технологии-2002" (Уфа, 2002), на V школе-конференции по химии порфиринов и родственных соединений (Звенигород, 2002) и на IX Международной конференции по химии порфиринов и их аналогов (Суздаль, 2003).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи и тезисы 4 докладов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 2^у страницах машинописного текста, содержит-»^?рисунков, si таблиц,^есхем и состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы, включающего ''еСо ссылок.
Формилирование синтетических порфиринов
Наибольшее распространение среди синтетических порфиринов получили мезо-тетраарилпорфирины и октаалкилпорфирины. Благодаря относительно простому синтезу, доступности и устойчивости к действию агрессивных сред они служат основой для построения более сложных порфириновых систем. Непосредственный синтез порфиринов с несимметричным расположением заместителей в макроцикле обычно представляет достаточно сложную задачу. Удобнее вводить необходимые заместители в предварительно полученный симметричный порфирин с помощью реакции Вильсмейера. Хорошо изученной является реакция формилирования тетрафенилпорфирина (ТФП) (26) (схема 3). Используя Си, Ni, Со - комплексы ТФП были получены соответствующие р-формилзамещенные тетрафенилпорфирины (29). Получение свободных оснований р-формил-мезо-тетраарилпорфиринов вызывает определенные трудности, поскольку деметаллирование обычными способами в жестких условиях ( H2SO4 или ТФА) может приводить к образованию продуктов циклизации [12]. Для кобальтовых комплексов порфиринов Г.В. Пономаревым был разработан метод, который заключается в обработке "фосфорного комплекса" (27) концентрированной серной кислотой и последующего гидролиза иммониевой соли (28) до формилпорфирина (29) [27]. Деметаллирование медных "фосфорных комплексов" хлорокисью фосфора с небольшим количеством воды также проходит с высокими выходами. Авторы полагают, что деметаллирующее действие такой смеси заключается в образование мощного комплексообразователя - производных полифосфорной кислоты и наличие высокой концентрации хлороводорода [28]. В 2002 г. был разработан удобный метод удаления никеля из производных ТФП раствором серной кислоты. После проведения формилирования к охлажденной реакционной массе в дихлорэтане добавляют концентрированную серную кислоту, перемешивают 15 минут при комнатной температуре и затем обрабатывают как обычно щелочным раствором, в результате получают с хорошим выходом свободное основание формилпорфирина [29]. Металлокомплексы порфиринов, у которых р-положения замещены легко формилируются по уиезо-положениям. Интересно, что в этом случае удаления таких металлов как Си, Ni, Со не вызывает сложности и проводится с помощью трифторуксусной или концентрированной серной кислот [1].
При формилировании медного или никелевого комплексов этиопорфирина I (30), (31), после деметаллирования образуется мезо-формилпоририн (32). Показано, что образующийся на начальной стадии "монофосфорный комплекс" не препятствует прохождению последующей электрофильнои атаки ни в соседнее, ни в противоположное меэо-положение с образованием диформилзамещенных продуктов. Поэтому количество а,р-диформил-этиопорфирина (33) примерно в два раза превышает количество а,у-диформил - этиопорфирина (34). С небольшим выходом также образуется а, [3, у - триформил - этиопорфирин (35) [30,31]. Аналогично этиопорфирину I ведет себя при формилировании медный и никелевый комплексы октаэтилпорфирина (36), (37). Их формилирование избытком комплекса Вильсмейера в дихлорэтане с последующей щелочной обработкой и деметаллированием приводит к соединениям (38) - (41) с выходами от 9 до 20% [32, 33]. Разделение ди- и три-формилзамещенные порфиринов (33) - (35) и (39) - (41) достигалось с помощью препаративной хроматографии. Направленный синтез а,р-диформилпорфирина можно осуществить формилированием соответствующего хлорина с последующим окислением полученных продуктов DDQ. Так, обработка медного комплекса октаэтилхлорина (42) комплексом Вильсмеиера приводит к хлоринам (44) и (45), а также к металлокомплексам порфиринов (38) и (39) в виде примесей [34, 35]. В случае платинового комплекса этиопорфирина I (46а), наряду с мезо-моноформилзамещенным соединением (46Ь) (выход 10-25%), получают р-формилвинилзамещенный продукт (48). Авторы объясняют такое замещение хлорированием этильнои группы, дегидрохлорированием и последующим формилированием полученного р-винилзамещенного порфирина (47)[36]. Введение такой группы впервые осуществил К. Смит с сотрудниками. Обработка соединения (17) комплексом ДМА/РОСІ3 приводит к соединению (49) с выходом 55%. При формилировании никелевого комплекса октаэтилпорфирина (37) комплексом ДМА/РОСІ3 в хлористом метилене в течение 8 часов образуется мезо - моноформилвинилзамещенныи продукт (50) с 85% выходом. При увеличение времени до 24 часов происходит замещение по двум мезо-положениям и в качестве основного получают порфирин (51) с 55% выходом. Обработка никелевого комплекса октаэтилхлорина (43) в течение 3.5 часов комплексом ДМА/РОС)3 приводит к замещению по мезо-положению соседнему с восстановленным пиррольным кольцом с образованием соединения (52), выход которого составил 81% [37]. При наличие незамещенных мезо- и р-положений формилирование с использование ДМА/РОСІ3 протекает исключительно по мезо-положениям. Так, обработка никелевого комплекса диметилового эфира деитеропорфирина IX (53) комплексом ДМА/РОСІз приводит к образованию смеси продуктов, из которых основное количество составляет р-мезо-замещенный продукт (54).
Металлокомплексы 5, 15 - диарилзамещенных порфиринов (55), (57) при обработке их комплексом ДМА/РОСЬ в хлористом метилене легко образуют мезо-замещенные акролеиновые производные (56), (58) [39, 40]. Интересно отметить, что комплекс ДМ А/ РОСІз не затрагивает винильную группу в природных порфиринах и хлоринах. При формилировании никелевого комплекса пирофеофорбида (59) образуются исключительно мезо-замещенный продукт (60). 4. Модификации формилпорфиринов Формилпорфирины являются удобными базовыми соединениями для построения более сложных структур- Хотя функциональные группы в синтетические порфирины или хлорины можно вводить при непосредственном синтезе подобных соединений, набор таких группировок ограничен, а синтез часто достаточно трудоемкий. В связи с этим количество модификаций с альдегидной группой, находящейся в ароматическом кольце постоянно увеличивается [41]. В данном разделе будут обсуждаться синтез производных, которые могут использоваться для присоединения различных классов соединений, синтеза димеров или соединений, которые проявляют интересные физико-химические свойства и могут применяться в различных областях науки и техники. Альдегидная группа в порфириновом макроцикле обычно ведет себя аналогично ароматическим альдегидам, это позволяет синтезировать производные с разнообразными функциональными заместителями. Особенный интерес вызывают модификации на синтетических порфиринах, так как такие соединения не имеют дополнительных функциональных групп в макроцикле. Наиболее доступной модификацией формильной группы является ее восстановление с помощью NaBH4. Обработка соединения (29) NaBH4 в ТГФ приводит к 2-гидроксиметил-ТФП (61) с выходом 93% (схема 4). В свою очередь гидроксиметильное производное (61) является удобным интермедиатом для последующего синтеза структур, связанных между собой этиленовыми мостиками. Гидроксильная группа в порфирине (61) легко замещается на атом галогена, а соответствующее галогенметильное производное (62) образует фосфониевую соль (63). Последняя в условиях межфазного катализа при обработке щелочью способна вступать в реакцию Виттига с ароматическими альдегидами, давая продукт (64) в виде цис- и транс-изомеров [42, 43, 44, 45]. Обработка смеси изомеров йодом в хлористом метилене приводит к транс-изомеру с выходами более 80%. Так, при взаимодействии фосфониевой соли (63) с л-формилбензальдегидом в присутствии диаэабициклоундецена получают соединение (65) в виде смеси изомеров. После обработке йодом образуется Е-иэомер с выходом 88%. На основе последнего получают димерную структуру (66) [45]. Этими же авторами проведен синтез р-винилпиридинзамещенного порфирина (67) конденсацией фосфониевой соли (63) с пиридин-4-карбальдегидом с выходом 82% (схема 4). Разделение цис- и транс-изомеров осуществляют с помощью колоночной хроматографии {62% цис- и 20% трансизомеров). L/uc-изомер менее устойчив и при нагревании на свету в хлороформе превращается в транс-изомер [46].
Модификация формилпорфиринов
Наиболее доступной модификацией формильной группы является ее восстановление с помощью NaBH4. Обработка соединения (29) NaBH4 в ТГФ приводит к 2-гидроксиметил-ТФП (61) с выходом 93% (схема 4). В свою очередь гидроксиметильное производное (61) является удобным интермедиатом для последующего синтеза структур, связанных между собой этиленовыми мостиками. Гидроксильная группа в порфирине (61) легко замещается на атом галогена, а соответствующее галогенметильное производное (62) образует фосфониевую соль (63). Последняя в условиях межфазного катализа при обработке щелочью способна вступать в реакцию Виттига с ароматическими альдегидами, давая продукт (64) в виде цис- и транс-изомеров [42, 43, 44, 45]. Обработка смеси изомеров йодом в хлористом метилене приводит к транс-изомеру с выходами более 80%. Так, при взаимодействии фосфониевой соли (63) с л-формилбензальдегидом в присутствии диаэабициклоундецена получают соединение (65) в виде смеси изомеров. После обработке йодом образуется Е-иэомер с выходом 88%. На основе последнего получают димерную структуру (66) [45]. Этими же авторами проведен синтез р-винилпиридинзамещенного порфирина (67) конденсацией фосфониевой соли (63) с пиридин-4-карбальдегидом с выходом 82% (схема 4). Разделение цис- и транс-изомеров осуществляют с помощью колоночной хроматографии {62% цис- и 20% трансизомеров). L/uc-изомер менее устойчив и при нагревании на свету в хлороформе превращается в транс-изомер [46]. Альдегид (29) при нагревании с солянокислым гидроксиламином образует соответствующий оксим (68), который при кипячении в уксусном ангидриде дегидратируется с образованием цианпорфирина (69) (схема 5) [44, 47]. 0-Циан-замещенный порфирин (69) при обработке AICI(CH3)(NH2) в толуоле приводит к порфирину (70), содержащему амидииные группы в макроцикле [48]. Аналогичные реакции характерны и для мезо-формилпорфиринов. Формилпорфирин (29) способен образовывать с первичными аминами основания Шиффа (71), которые можно восстановить до вторичных аминов (72) (схема 6), но полученные соединения, как оказалось, неустойчивы [49]. Со вторичными аминами в присутствии цианборгидрида натрия медный комплекс 2-формил-ТФП (73) вступает в реакцию восстановительного аминирования по Леикарту-Валлаху с образованием аминометильных производных (74а-г) (схема 7) [50]. Формилзамещенные порфирины вступают в реакцию Кневенагеля с разнообразными СН-кислотами.
При конденсации формилпорфирина с малоновой кислотой и ее производными образуются продукты, содержащие в макроцикле остаток акриловой кислоты или ее эфиры в виде Н-изомеров. Кипячение медного комплекса 0-формил-ТФП (73) в пиридине, с малоновой кислотой и ее производными, используя в качестве катализатора пиперидин, приводит к соединениям (75) - (77). В подобных условиях мезо-формилпорфирины теряют формильную группу. Для синтеза производных (78) - (80) с остатками малоновой кислоты или ее зфиров в качестве катализатора используют "ПСЦ. Так, обработка /иезо-формилоктаэтил-порфирина (38) малоновой кислотой и ее эфирами приводит к соединениям (78) - (80) с выходами до 93% [51 - 53]. мезо-Формилвинилпорфирин (56) вступает в реакцию с динитрилом малоновой кислоты в ТГФ в присутствии триэтиламина и с количественным выходом образуется продукт (81) [54]. Соединение (75) декарбоксилируется при длительном кипячении в пиридине в присутствии LiF и приводит к 2-(2-карбоксивинил)порфирину (82). Как найдено авторами, двойную связь в соединениях (76) и (77) можно легко восстановить действием LiAIH4 получив соединения (83) и (84). Омыление последних КОН в водном пиридине происходит с одновременным декарбоксилированием и дает продукт (85) (схема 8) [52]. К сожалению получение моно-функциональных производных из соединений (78) - (80) в литературе не приведены, что можно объяснить лабильностью данных порфиринов в условиях декарбоксилирования. В реакции Кневенагеля в качестве СН-кислоты также используют нитрометан, при этом варьируя условия реакции можно получать различные продукты. Так, при конденсации порфирина (29) с нитрометаном в жидком аммиаке образуются нитроспирты (86), а при проведении реакции в уксусной кислоте в качестве основного образуется нитровинильное производное (87) (схема 9) [52]. Схема 9. Конденсация 2-формил-ТФП (29) с нитрометаном. Формилпорфирины могут вступать в реакцию Виттига, Для синтеза акриловых производных обычно используют или стабильный реагент Виттига -метокси(этокси)карбонилметилентрифенилфосфоран, или соответствующие илиды, полученные in situ непосредственно из соответствующих фосфониевых солей и PhLi [53, 55]. При взаимодействии металл о комплексов /иезо-формил- октаэтилпорфирина и р-формил-ТФП с трифенилметиленфосфораном были получены соединения (88) и (89). А. Джонсон с сотрудниками [55] показал, что последовательное использование реакции Вильсмеиера и Виттига позволяет синтезировать порфирины, содержащие несколько двойных связей в полиеновой цепочке. Так, при обработке никелевого комплекса мезо-этилензамещенного порфирина (88) комплексом Вильсмеиера образуется мезо-формилвинилзамещенный продукт (90), который вступает в реакцию Виттига и приводит к соединению (91) (схема 10).
Как модификацию этой реакции можно рассматривать использование краун-эфиров для генерирования высокоактивных илидов фосфора в апротонных неполярных растворителях. Так, кипячение медного комплекса р-формил-ТФП (73) в бензоле в присутствии каталитических количеств 18-краун-6 с карбонатом калия и бромидом 1,3-диоксалан-2-ил-метилтрифенилфосфония в течение 10 часов с последующим разделением ацеталя (92) на силикагеле приводит к альдегиду (93) в виде смеси цис- и mpawc-изомеров (1:2.5) (схема 11) [56]. Интересная модификация формильной группы была предложена в 2002 г., которая заключалась во взаимодействии никелевого комплекса р-формил-ТФП (94) с N-метилглицином в толуоле при нагревании. В результате реакции образуется азометиновыи илид (95), который вступает в реакцию с различными диенофилами, приводя к соединениям общей формулой (96) (схема 12) [57, 58]. В качестве диенофилов авторы используют N-фенилмалеинимид, диметиловый эфир фумаровой кислоты, 1,4-бензохинон, 1,4-нафтохинон и др., которые при взаимодействии с илидом (95) дают новые р-замещенные соединения, содержащие в качестве заместителей различные гетероциклы (схема 13). Синтез этинилзамещенные производных (98) заключается в бромметилировании никелевого комплекса альдегида (94) и последующем дегидробромировании образующейся смеси цис- и транс-изомеров (97) (схема 14) [59]. Цинковый комплекс (3-этинил-ТФП (101) также можно синтезировать обработкой цинкового комплекса 2-формил-ТФП (99) четырехбром истым углеродом с трифенилфосфином и дегидробромировании образующегося гем-дибромалкена (100) с помощью BuLi [60, 62]. Порфирины и хлорины, содержащие дополнительные экзоциклы, обладают уникальными физико-химическими свойствами. Подобные соединения находят применение в качестве фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии рака, благодаря тому, что дополнительный цикл сдвигает максимум поглощения в длинноволновую область [5]. Также соединения с экзоциклами проявляют интересные оптические, электрические и электрохимические свойства [71, 72]. Синтез подобных соединений может осуществляться различными способами: непосредственной циклизацией формильной группы, а также при участии заместителей, полученных из формилзамещенных соединений. Как оказалось, формильная группа в р-положении металлокомплексов тетрари л замещенных порфиринов в кислых условиях способна к электрофильнои внутримолекулярной циклизации с участием арильного заместителя.
Синтез димерных порфиринов и хлоринов с различными спейсерными мостиками
Формилпорфирины в определенных условиях способны образовывать димерные структуры, которые являются интересными моделями для исследования ряда биологических процессов. Выше описаны синтезы некоторых димеров, связанных через функциональные группы. Кроме того, оказывается возможным непосредственная димеризация формилзамещенных порфиринов и хлоринов. Реакция димеризации впервые была обнаружена Д. Арнольдом, когда при обработке никелевого комплекса /иезо-формилоктаэтилпорфирина (38) LiAIH.4 им был выделен с небольшим выходом димер (128) [80]. В дальнейшем было показано, что под действием низковалентного титана формилпорфирины и хлорины подвергаются реакции димеризации с образованием симметричных структур. При обработке медного комплекса 2- формил-ТФП (73) TiCl4/Zn(Hg) образуются два продукта - димерныи диол (129) и этилен-бис-порфирин (130) (схема 23). На протекание реакции влияет природа центрального атома металла и растворителя [81]. С медным комплексом (73) димеризация проходит только в диоксане, а в ТГФ происходит восстановление по центральному атому металла с последующей диссоциацией. Димеризация цинкового комплекса 2-формил-ТФП (99) системой TiCUZn в ТГФ приводит исключительно к /прео-изомеру (131) с выходом 28%, а в диоксане к смеси эритро-(132) и /прео-(131)-изомеров (схема 24). Причиной этого, как предполагают авторы, является то, что соединения титана образуют комплексы с ТГФ более объемные, чем с диоксаном, и это препятствует образованию более «напряженного» эритро-изомера [82]. Димеризацию цинкового комплекса формилпорфирина (99) можно провести до димерного олефина (130с). Для этого использовали восстановительную систему TiCU/UAIhU в ТГФ в присутствии трибутиламина [83]. Выход олефина (130с) составил 57%. Далее была изучена возможность модификации медного комплекса димерного порфирина (129) (схема 25). Обработка последнего эфиратом трехфтор истого бора на холоду сопровождается быстро протекающей пинаколиновои перегруппировкой с образованием димерного кетона (133) с выходом более 90%. Интересно отметить, что цинковый комплекс не вступает в перегруппировку. Кетон (133) можно дезоксигенировать через тозилгидразон (134) при обработке последнего боргидридом натрия.
Полученный этан-бис-порфирин (135) неустойчив и в растворе постепенно окисляется до исходного формилпорфирина (73). Подобно тетраарилзамещенным порфиринам октаэтилпорфирины и хлорины, содержащие как формильную, так и формилвинильную группу в мезо-положениях способны вступать в реакцию восстановительной димеризации [37, 84]. Для мезо-акролеиновых производных порфиринов и хлоринов авторы применил метод Мак Мури, который заключается в использовании сольвата ТіСУ(ДМЗ)15 в присутствии пары Zn-Cu в безводном 1,2-диметоксиэтане (ДМЭ) [85, 86]. Исходя из никелевых комплексов аЧ2-формилвинил)октаэтилпорфирина, три метилового эфира б-(2-формилвинил)мезохлорина ев, у-(2-формилвинил)октаэтилхлорина были получены соответствующие димеры (136), (137) и (138), содержащие мостики с транс, транс, транс-1, 3, 5-гексатриеновой связью (схема 26) [37]. Применение ТіСІз при димеризации медных и никелевых комплексов мезо-формилоктаэтипорфирина привело к получению этиленбиспорфиринов (139) в виде смеси цис и mpawc-изомеров [87]. Помимо прямой димеризации формилзамещенных порфиринов необходимо отметить, что существует ряд работ [88-91], посвященных димеризации мезо-оксиметилпорфиринов и хлоринов в кислых условиях, но это уже относится к скорее к химии окси метил порфир и но в и хлоринов и не рассматривается в данном обзоре. Заключение Как видно из представленного обзора реакции формилирования по Вильсмейеру в качестве начального этапа для модификации порфиринового и хлоринового макроциклов открывает практически неограниченные возможности для создания более сложных структур, приводя иногда к совершенно новым классам соединений. Это создает благоприятные условия для целенаправленного синтеза и исследования новых соединений порфириновой и хлориновой природы, обладающих требуемым набором свойств, и открывает путь для реализации новых более сложных структур, перспективных как для моделирования различных природных процессов, так и для использования в нанотехнологии. Целью настоящей работы явилось изучение функционализации порфиринового и хлоринового макроциклов с помощью реакции формилирования по Вильсмеиеру для расширения набора возможных структурных модификаций. При этом в макроцикл вводился один или два химически активных боковых заместителя, которые позволяют получать удобные синтоны для построения более сложных структур, пригодных для дальнейшего применения в различных областях науки и техники. В работе проводилась химическая модификация формильной группы с целью получения порфиринов, содержащих реакционноспособные заместители в р-положении макроцикла, пригодные для дальнейшей коньюгации сбензкраун-эфиром. 1. ФОРМУЛИРОВАНИЕ мезо-ТЕТРААРИЛПОРФИРИНОВ В качестве исходного порфирина был выбран 5,10,15,20-тетракис(л-метоксифенил)порфирин (1а), который получали конденсацией пиррола с п метоксибензальдегидом в пропионовой кислоте.
После перекристаллизации из смеси метанол-хлороформ порфирин (1а) был выделен с выходом 20%. [92] Никелевый комплекс б.Ю б О-тетракис -метоксифенилІпорфирина (1b) получали обработкой порфирина (1а) хлоридом никеля в DMF [93]. Хотя формилирование в ряду металлокомплексов мезо-тетраарилзамещенных порфиринов является достаточно изученной реакцией, проблема введения второй формильной группы в порфириновый макроцикл исследована в значительно меньшей мере. С этим мы наглядно столкнулись при формулировании никелевого комплекса 5,10,15,20-тетракис(л-метоксифенил)порфирина (1Ь). Формилирование порфирина (1Ь) проводили при кипячении с комплексом Вильсмейера, приготовленного из DMF и РОСІ3, в хлороформе в течение 3-4 часов. После обработки реакционной смеси наряду с ожидаемым никелевым комплексом 2-формил-5,10,15,20-тетракис(л- метоксифенил)порфирина (2) (92%), были выделены еще два соединения с суммарным выходом около 6% (предположительно диформилзамещенные порфирины) (схема 1). Как известно, в кислых условиях формильная группа в р-положении макроцикла в тетрафенилпорфиринах способна к внутримолекулярной циклизации (схема 2) с участием арильного заместителя и образованием соединения с добавочным экзоциклом, которое имеет зеленый цвет, при этом происходит частичное нарушение системы сопряжения в макроцикле, которое наблюдается в хлориновых системах [64-67]. В нашем случае подобная реакция могла происходить под действием хлорокиси фосфора или продуктов ее разложения. Однако более детальное исследование реакции формилирования показало, что вещество зеленого цвета не является продуктом циклизации. Никелевый комплекс 2 - формил - 5, 10, 15, 20-тетракис(л-метоксифенил)порфирин (2) был охарактеризован электронным спектром поглощения, 1Н и 13С ЯМР спектрами. В спектре Н ЯМР присутствовал синглет протона формильной группы с химическим сдвигом 9.29 м.д. и сигнал р-протона при 9.33 м.д. в замещенном пиррольном цикле. Формильная группа вызывает химический сдвиг соседнего с ней р-протона в сторону слабого поля за счет роста кольцевого тока в результате +С-эффекта-СНО-группы [95]. Сигналу формильной группы в спектре 13С ЯМР соответствовал сигнал с химическим сдвигом 188.4 м.д. В ИК-спектре порфирина 2 имелась полоса при 1665 см"1, которая соответствует валентным колебаниям альдегидной группы, находящейся в сопряжение с ароматическим кольцом [96]. Суммарный выход диформилэамещенных порфиринов при формилировании никелевого комплекса 5,10,15,20-тетракис(п- метоксифенил)порфирина (1Ь) в различных условиях (увеличение времени реакции, увеличение количества комплекса Вильсмейера) не превышал 5-10%.
Синтез никелевых комплексов Э,р'-дициан-/иезо-тетракис(л-метоксифенил)порфиринов
Как отмечалось ранее, при расположении формильных групп в противоположных пиррол ьных кольцах металлокомплекс порфирина приобретает зеленую окраску и нехарактерный для соединений такого рода электронный спектр поглощения. Главное же отличие связано с ИК-спектром изомера (3), где наряду с обычной полосой при 1669 см 1 появляется вторая полоса меньшей интенсивности при 1728 сми. Это исключительно сильное смещение полосы валентных колебаний карбонила формильной группы [12, 96]. Столь значительный сдвиг vc=0 ранее для формилпорфиринов не наблюдался. Для выяснения влияния расположения электронакцепторных групп в макроцикле на спектральные характеристики, в том числе и на хромофорные свойства модифицированных порфиринов, нами был предпринят синтез дицианзамещенных порфиринов (12) и (13) (схема 8). Соединения (3) и (4) были наработаны в индивидуальном виде, после чего их обрабатывали солянокислым гидроксиламином в пиридине. Полученные оксимы (10) и (11) обладали электронным спектром поглощения типичным для металлокомплексов р-замещенных порфиринов (таблица 1). Затем порфирины (10) и (11) кипятили в уксусном ангидриде. В результате были получены никелевые комплексы 3,Р -дициан-мезо-тетракис(л-метоксифенил)порфиринов (12) и (13) с выходами 83 и 77%, соответственно. Структура полученных соединений была подтверждена данными 1Н ЯМР спектроскопии, масс-спектров высокого разрешения, УФ- и ИК-спектроскопии. В спектрах 1Н ЯМР соединений (12) и (13) отсутствовали сигналы протонов формильных групп, а р-протоны, соседние с нитрильными группами сдвинуты в слабое поле и располагались при 9.26 и 9.24 м.д. в виде двух синглетов и при 9.23-9.09 м.д. как мультиплет для изомеров (12) и (13), соответственно. В масс-спектре высокого разрешения присутствовали молекулярные пики при 840.2003 и 840.1989 для соединений (12) и (13), которые соответствуют формуле CsoHjwNeChNj с расчетной массой 840.1995. В ИК-слектрах отсутствовали полосы характерные для валентных колебаний формильных групп, в том числе полоса при 1728 см 1 для изомера (3) и присутствовали полосы для CN-групп - 2229 и 2221 см"1. Соединение (12) имело зеленую окраску, а изомер (13) - красную (таблица 1).
Полученные результаты позволяют сделать определенные выводы о влиянии расположения электроноакцепторных групп в металлокомплексах мезо-тетрафенилпорфиринов на кольцевой ток в макроцикле, характер сопряжения этих заместителей с порфирином и спектральные свойства подобных соединений. Формильные группы в соседних пиррольных кольцах не оказывают значительного влияния на общую структуру макроцикла. Необычные спектральные характеристики порфирина (3) можно объяснить искажением порфиринового макроцикла с частичным нарушением ароматического характера макроцикла и выведением одной формильной группы из сопряжения с макроциклом. Первое может объяснять зеленый цвет порфирина, а второе - смещение валентных колебаний формильной группы в область, где обычно находятся алифатические альдегиды. Было показано, что для порфиринов, содержащих электроноакцепторные заместители (CF3) в противоположных пиррольных кольцах, наблюдается 18я-электронный путь распределения электронной плотности, как следствие искажения порфиринового макроцикла, при этом наблюдается изменение спектральных характеристик. Как известно, использование 3-диметиламиноакролеина ДМА) вместо DMF позволяет вводить в макроцикл формилвинильную группу [37]. При формилировании порфиринов и хлоринов, содержащих свободные мезо- и (3-положения формилвинильная группа преимущественно вводится в мезо-положения. В ряду мезо-тетраарилзамещенных порфиринов и хлоринов данная реакция изучена недостаточно. Обычно формилвинильная группа в р-положение порфиринового макроцикла вводится в несколько стадий, исходя из формилзамещенного тетрафенилпорфирина [56]. Наличие формилвинильной группы в порфириновом или хлориновом макроциклах позволяет в дальнейшем проводить химические модификации полученных соединений, аналогичные тем, которые характерны для формильной группы.
При этом будут получаться совершенно новые структуры со спейсерными группами различной длины. В настоящей работе нами была исследована эта реакция на примере медного и никелевого /иезо-тетракис(л-метоксифенил)порфирина (1Ь,с) и соответствующего ему хлорина (5Ь,с) (схема 9). Показано, что в случае порфирина формилирование протекает очень трудно. Так, при использовании избытка комплекса ДМА/РОСІ3 и продолжительном нагревании порфирины (14Ь) и (14с) были получены с выходами менее 1 %. Существенно лучше реагируют метал л оком плексы хлорина. Реакцию с соединениями 5Ь) и (5с) проводили г дихлорэтане в течение 1 часа в атмосфере аргона. Выходы хлоринов (15Ь) и (15с) после хроматографической очистки составили от 53 до 56%. Структура полученных соединений установлена с помощью УФ, ИК-спектроскопии и масс-спектрометрии. С помощью 1Н ЯМР спектроскопии показано, что замещение протекает по пиррольному кольцу соседнему с гидрированным. В спектре 1Н ЯМР хлорина (15Ь) наблюдаются два синглета при 8.50 и 8.38 м.д. по 0.5 протона каждый, отнесенные к р-протонам, соседним с формилвинильной группой и два синглета формильной группы при 9.13 и 9.07 м.д. также по 0.5 протона. Это свидетельствует об образовании изомеров положения приблизительно в равных количествах. О существовании двух изомеров также свидетельствуют удвоенные сигналы остатка акрилальдегида (рис. 9): а- и р-протоны двойной связи проявляются как два дублет дублета при 6.58 и 6.54 м.д. для первого и в виде двух дублетов при 6.79 и 6.74 м.д. для второго. Величина константы спин спинового взаимодействия протонов винильного остатка 15.7 Гц., что свидетельствует о транс-конфигурации двойной связи. Окисление хлоринов (15Ь) и (15с) с помощью DDQ приводило к порфиринам (14b) и (14с) с выходами 89 и 93%. Соединения (14Ь) и (14с) охарактеризованы с помощью УФ, ИК-спектроскопии и масс-спектрометрии. В спектре 1Н ЯМР порфирина (14Ь) наблюдали дублет СНО-группы при 9.24 м.д (J=7.85 Гц) и синглет при В.94 м.д. соседнего р-протона (рис. 10). Протоны остатка акрилальдегида проявились следующим образом: р-протоны - дублет при 7.07 м.д. (J=15.7 Гц) и а-протоны - дублет дублетов при 6.76 м.д. (J=7.85 и 15.7Гц).
