СИНТЕЗ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ФОТОИНИЦИИРОВАННОЙ ЦИКЛИЗАЦИИ ПРОИЗВОДНЫХ 2-АЗИДОБЕНЗОЙНОЙ КИСЛОТЫ Джонс Дарья Юрьевна

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА I. Литературный обзор 10

1.1. Орто-замещенные ароматические азиды 10

1.1.1. Введение 10

1.1.2. Способы получения ароматических азидов 10

1.1.3. Свойства замещенных ароматических азидов 15

1.1.3.1.Реакции циклоприсоединения 16

1.1.3.1.1. Межмолекулярные реакции циклоприсоединения 17

1.1.3.1.2.Внутримолекулярные реакции циклоприсоединения 25

1.2. Химия ароматических нитренов 28

1.2.1. Реакции ароматических нитренов 29

1.2.1.1. Реакции внутримолекулярной циклизации по С=Х связи 34

1.2.1.2. Реакции внедрения нитренов в С(sp2)-Н связь 36

1.2.1.3. Реакции внедрения нитренов в С(sp3)-Н связь 39

1.3. Химия кетениминов 41

1.3.1. Реакция нуклеофильного присоединения 44

1.3.2. Реакция образования поли-1,2-азепинов 47

1.3.3. Реакции электрофильного присоединения 48

1.3.4. Электроциклические реакции кетениминов 50

1.3.5. Реакции циклоприсоединения 52

1.3.5.1. [2+2]-циклоприсоединение 52

1.3.5.2. [3+2]-циклоприсоединение 53

1.3.5.3. [4+2]-циклоприсоединение 53

1.3.6. Сигматропные перегруппировки 54

1.3.6.1. [1,5]Н-сдвиг 55

1.3.6.2. [1,5]гетероатом-сдвиг 56

1.4. Заключение 58

ГЛАВА II. Результаты и их обсуждение 60

2.1. Фотоинициированная гетероциклизация замещенных 2-азидобензойных кислот 61

2.1.1. Подбор условий проведения фотохимического синтеза гетероциклических соединений 61

2.1.1.1. Влияние природы растворителя на образование продуктов фотохимической циклизации 2-азидобензойной кислоты 62

2.1.1.2. Влияние длины волны актиничного излучения на образование продуктов фотохимической циклизации 2-азидобензойной кислоты 65

2.1.1.3. Зависимость исходной концентрации 2-азидобензойной кислоты на скорость ее распада и на эффективность накопления2,1-бензизоксазол-3(1Н)-она 67

2.1.1.4. Заключение 70

2.1.2. Влияние нуклеофильных добавок на выходы продуктов фотоциклизации 2-азидобензойной кислоты 71

2.1.3. Особенности фотоинициированной циклизации молекулярной и ионной форм 2-зидобензойной кислоты 77

2.1.4. Синтез замещенных 2,1-бензизоксазолов при фотоинициированной гетероциклизации замещенных 2-азидобензойных кислот под действием оснований 87

2.1.5. Заключение 97

2.2. Фотоинициированнная гетероциклизация замещенных 2-азидобензоатов 98

2.3. Фотогетероциклизация замещенных 2-азидобензоатов в апротонных растворителях в отсутствии нуклеофилов 110

2.4. Фотохимическая модификация полимерных поверхностей азидосодержащими субстратами 119

Глава III. Экспериментальная часть 127

3.1. Основная часть 127

3.2. Синтезы замещенных аминобензоатов 128

3.3. Синтезы замещенных азидобензоатов 129

3.4. Синтезы замещенных 2,1-бензизоксазолов 134

3.5. Синтезы замещенных 3н-азепинов 137

3.6. Синтезы азепино[2,1-b]хиназолинов 138

3.7. Синтезы 11h-пирроло[2,3-b:5,4-b ]бисазепинов 140

3.8. Методика проведения фотохимической модификации полимерной поверхности 141

Выводы 142

Список сокращений 143

Список литературы

• Свойства замещенных ароматических азидов
• Влияние природы растворителя на образование продуктов фотохимической циклизации 2-азидобензойной кислоты
• Фотоинициированнная гетероциклизация замещенных 2-азидобензоатов
• Синтезы замещенных 2,1-бензизоксазолов

Введение к работе

Актуальность работы. Ароматические азиды широко используются, как стартовый материал в каталитических и термоинициированных методах синтеза таких важных классов азотсодержащих гетероциклических соединений, как триазолы, тетразолы, карбазолы, изоксазолы, азепины и многих других. Наряду с традиционными методами синтеза, за последнее время, все больше представляют интерес фотохимические методы получения этих классов соединений. Так, например, одной из основных фотохимических реакций с участием ароматических азидов, является образование замещенных 3Н-азепинов, получающихся при фотохимическом расширении бензольного кольца арилнитрена до семичленного, с потерей его ароматичности, и последующей нуклеофильной атакой на образующийся интермедиат. Проведение подобных реакций, с применением методов традиционной органической химии затруднительно без применения дорогостоящих катализаторов или нуждается в использовании многостадийных процессов. Стоит отметить, что преимущество реакций, идущих с образованием интермедиатов в электроно-возбужденном состоянии, заключается в легком получении сложных конденсированных гетероциклических соединений из относительно простых исходных веществ в одну или две последовательные стадии. Изменяя условия реакций, становится возможным проведение селективного синтеза целевых продуктов с хорошими выходами. Таким образом, разработка новых препаративных фотохимически инициируемых методов синтеза гетероциклических соединений является актуальной задачей.

Степень разработанности темы исследования. Несмотря на то, что изучением фотохимических превращений ароматических азидов интенсивно уже более 60 лет, в литературе редко встречаются данные о применении фотоинициированных процессов в препаративном синтезе азотсодержащих гетероциклических соединений. В данной диссертационной работе приведены ранее не описанные в литературе методы синтеза гетероциклических соединений при фотоциклизации орто-замещенных ароматических азидов.

Целью данной диссертационной работы является разработка новых фотохимических методов синтеза и их использование для получения азотсодержащих гетероциклических соединений, содержащих в своей структуре 2,1-бензизоксазольные, азепиновые, хиназолиновые и пиррольные фрагменты, с применением методов фотоинициированной циклизации производных 2-азидобензойной кислоты, а так же установление влияния молекулярного окружения на протекание этих реакций и на изменение строения образующихся продуктов.

Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:

1. Установление влияния концентрации исходного субстрата, длины волны актиничного излучения, природы растворителей и других добавок на формирование замещенных 2,1-бензизоксазолов и 3Н-азепинов при фотохимической гетероциклизации производных 2 азидобензойной кислоты.

2. Синтез новых замещенных 2,1-бензизоксазолов, азепино[2,1-b]хиназолинов и 11Н-пирроло[2,3-b:5,4-b']бисазепинов, образующихся при фотоинициируемой

гетероциклизации производных 2-азидобензойной кислоты.

3. Установление структуры получаемых гетероциклических соединений.

4. Установление возможности применения азидосодержащих красителей для фотохимической модификации полимерных поверхностей.

Научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

1. Впервые установлена роль молекулярной и ионной формы 2 азидобензойной кислоты в фотохимическом образовании замещенных 2,1 бензизоксазолов и 3Н-азепинов.

2. Разработан новый эффективный фотохимический метод синтеза замещенных 2,1-бензизоксазолов.

3. Разработан новый метод синтеза азепино[2,1-b]хиназолинов с сохранением заместителя в 6-положении.

4. Впервые синтезированы 11Н-пирроло[2,3-b:5,4-b']бисазепины при фотохимической циклизации ароматических азидов в апротонных растворителях.

5. Разработана методика фотохимической модификации полимерной поверхности азидосодержащими красителями.

Методология и методы исследования. При выполнении данной диссертационной работы был применен комплексный подход, включающий в себя методы тонкого органического синтеза и современных физико-химических методов исследований. Синтез исходных соединений и образующихся гетероциклов осуществлен по стандартным методикам и методикам разработанным в ходе выполнения работы. Для определения структуры образующихся соединений были использованы современные спектроскопические методы, такие как ИК, ЯМР, масс-спектроскопия с методами ионизации электронным ударом и MALDI и метод РСА. Все качественные и количественные изменения в реакционной смеси были проанализированы методами УФ-спектроскопии и ВЭЖХ.

Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в планировании и выполнении экспериментов, анализе и интерпретации, обсуждения и оформления полученных результатов. Большая часть результатов, представленных в работе, была получена автором самостоятельно.

Положения, выносимые на защиту:

6. Новый фотохимический метод синтеза замещенных 2,1-бензизоксазолов.

7. Новый фотохимический метод синтеза замещенных азепино[2,1 b]хиназолинов, идущий c сохранением заместителя в 6-положении этого гетероциклического соединения.

8. Новый фотохимический метод синтеза и установление структуры образующихся 11Н-пирроло[2,3 b:5,4 b']бисазепинов.

9. Фотохимический метод модификации полимерной поверхности азидосодержащии красителями.

Апробация результатов. Результаты данной диссертационной работы были представлены на международных, всероссийских и региональных конференциях. 15^th, 16^th, 17^th International Electronic Conference on Synthetic Organic Chemistry, ECSOC-15,

ECSOC-16, ECSOC-17, (2011, 2012, 2013); VI Международная конференция молодых ученых «Органическая химия сегодня», InterCYS-2014 (Санкт-Петербург, 2014); VI Всероссийская конференция молодых ученых, студентов и аспирантов с международным участием «Менделеев - 2012» (Санкт-Петербург, 2012); II Всероссийская научная конференция с международным участием «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2012); XIX сессия молодых учёных - естественные и математические науки (Нижегородская область, Арзамасский р-он, 2014); XIV, XV, XVI, XVII конференция молодых учёных – химиков Нижегородской области (Нижний Новгород, 2011, 2012, 2013, 2014).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в виде 17 научных трудов, в том числе 5 научных статей в журналах входящих в список ВАК и 12 тезисов докладов научных конференций.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, результатов и их обсуждения, экспериментальной части, выводов, списка литературы (140 наименований). Работа изложена на 161 странице машинописного текста, 11 таблиц, 74 схемы и 29 рисунков.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Изложенный материал в данной диссертационной работе по своим целям, задачам, научной новизне, содержанию и методам исследования соответствуют: п.1., п.2., п.3. паспорта специальности 02.00.03 – органическая химия и решает две основные задачи органической химии – «установление структуры и исследование реакционной способности органических соединений» и «направленный синтез соединений с полезными свойствами или новыми структурами».

Свойства замещенных ароматических азидов

Обнаружили, что эффективность образования конечного продукта напрямую зависит от природы растворителя, в котором проводился термолиз. При использовании триметил- или триэтилформиата, образующийся триазолин 5 может быть выделен с хорошими выходами даже без предварительной очистки, однако замена растворителя приводила к распаду триазолина 5 и образованию триазола 6. Так же было установлено, что при проведении фотолиза в ацетоне происходит количественное преобразование триазолина 5 в соответствующий азиридин 7, который в мягких условиях реагирует с нуклеофилами и образуется с хорошими выходами аминогликозид 8.

Синтез 11-арил-11-аза[5.3.1.]пропелан-2-она 12 был осуществлен по реакции межмолекулярного циклоприсоединения бициклодоцеона 9 и арилазида (Схема 10), образование азиридина 12 происходит через два возможных интермедиата 10 и 11 [20].

Схема 10. 1,3-диполярное циклоприсоединение. Shea исследовал влияние напряженных олефинов на механизм протекания и региоселективность реакции межмолекулярного циклоприсоединения [22]. В связи с этим, было проведено присоединение пикрилазида 15 к моно и бициклическим олефинам. В случаях цис-циклооктена 13 и цис-циклононена 14 при образовании циклического интермедиата 16 и 17 с последующим 1,2-протонным сдвигом, было обнаружено образование соответствующих соединений 18 и 19 (Схема 11). Когда реакцию циклоприсоединения проводили с транс-циклооктеном 20 и транс-циклононеном 21, установлено, что образование соответствующих кетиминов 24 и 25 и альдиминов 26 и 27 идет через промежуточные циклоаддуты 22 и 23, в результате 1,2-протонного и 1,3-алкильного сдвига. Кроме того, в этом случае, наблюдается образование в небольших количествах азиридинов 28 и 29.

Влияние напряженных олефинов на реакционноспособность и региоселективность реакции циклоприсоединения пикрилазида 15.

Циклоприсоединение пикрилазида 15 и норборнена 30 (Схема 11) ведет к образованию с хорошими выходами экзо-азиридина 32, который образуется через промежуточный триазолин 31, с последующим отрывом азота. Было обнаружено, что реакционноспособность напряженных олефинов значительно выше, чем у простых ненапряженных циклоалканов. Реакционноспособность у транс-циклооктена 20 даже выше, чем у норборнена 30, который реагирует гораздо быстрее, чем циклогексен. Согласно этим исследованиям можно сделать вывод о том, что участие в реакциях межмолекулярного циклоприсоединения напряженных олефинов приводит к существенному влиянию на региоселективность и механизм протекания данной реакции.

За последнее время, наибольший интерес получили металл-катализируемые реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения. Часто используемыми являются катализаторы на основе солей переходных металлов, таких как Cu(I) и Ru(I). Так, например, медь(I)-катализируемая реакция между нефлуоресциирующим 3-азидокумарином 33 и терминальным алкином 34 ведет к образованию сильно флуоресцирующего 1,2,3-триазола 35 (Схема 12). Мягкие условия проведения данной реакции позволяют осуществлять синтез больших количеств флуоресцирующих красителей кумаринового ряда. Так как исходные субстраты инертны в биологических системах, то эта реакция нашла широкое применение в области биомиджинга и биоконьюгации [23].

Такую, катализируемую солями меди(I) реакцию 1,3-диполярного циклоприсоединения органических азидов и терминальных алкинов (ацетиленов) с образованием замещенных 1,2,3-триазолов принято называть клик-реакцией. Их особенность заключается, в провидении реакции в водной среде в интервале pH от 4 до 12 с использованием каталитических количеств солей меди, а образующиеся в процессе азид-алкин циклоприсоединения триазолы могут быть выделены простой экстракцией или фильтрацией непосредственно из реакционной смеси (Схема 13) [24].

Схема 13. Медь-катализируемое азид-алкин циклоприсоединение.

Особенность данной реакции так же заключается в in situ генерировании активной соли меди (I), которая является катализатором данной реакции, образующаяся из соли меди (II), восстанавливаясь под действием избытка аскорбата натрия. Механизм данной реакции был подтвержден квантово-химическими расчетами, с применением метода DFT (теория функционала плотности) (Схема 14) [24].

Клик-реакция, так же идет с применением каталитических количеств солей рутения. В отличие от медь-катализируемой реакции, использование пентаметилциклопентадиенил хлорида рутения (CpRuCl) ведет к региоселективному циклоприсоединению азидов к терминальным алкинам, ведущее к образованию 1,5-замещенных 1,2,3-триазолов. Однако было обнаружено, что при использовании ацетилацетоната и ряда других комплексов рутения зафиксировано прохождение реакции с не терминальными алкинами. В этом случае, рутений-катализируемое азид-алкин циклоприсоединение ведет к образованию полностью замещенных 1,2,3-триазолов, что является существенным отличием от реакции с использованием ацетилацетоната меди (I) (CuAAc) (Схема 15) [25].

В работе [25] представлены данные квантово-химических расчетов иллюстрирующие механизм рутений-катализируемого азид-алкин циклоприсоединения (Схема 16). Как видно из схемы 16, циклоприсоединение протекает через окислительное сочетание азида и алкина, в результате которого образуется новая С-N связь, между более электроотрицательным атомом углерода терминального алкина и электрофильным атомом азота в молекуле азида. Далее, происходит восстановительное отщепление соли рутения, в результате которого идет образование триазола. Данные расчеты показывают, что лимитирующей является последняя стадия образования конечного продукта.

Влияние природы растворителя на образование продуктов фотохимической циклизации 2-азидобензойной кислоты

Перегруппировки ароматических нитренов, образующихся из соответствующих азидов, приводит к широкому спектру возможных продуктов реакций. За последнее время, применение время-разрешенных спектроскопических методов исследования фотолитических смесей в замороженных матрицах и использование, для интерпретации полученных данных, квантово-химическое моделирование, позволило детально изучить интермедиаты, образующиеся в ходе фотохимических превращений ароматических азидов. Так при фотолизе простейшего представителя ароматических азидов – фенилазида 52 (Схема 24), происходит образование ряда короткоживущих частиц. Ключевой стадией является образование синглетного нитрена 53, который, в следствие интеркомбинационной конверсии (ИКК), способен изменить свое спиновое состояние на триплетное, с образованием триплетного нитрена 57. Его характерной реакцией, является димеризация с образованием азосоединений 56 [7]. При проведении фотолиза пара-азидоанилина в аргоновой матрице в присутствии и в отсутствии кислорода было обнаружено образование пара-нитроанилина с выходом 80%, через образование цис- и трансформы соответствующего нитрозооксида. По средствам квантово-химических расчетов было установлено, что данные соединения, образуются из триплетного пара-аминофенилнитрена [38].

В отличие от триплетных нитренов, особенностью реакции синглетных нитренов 53 является способность внедряться в кратную связь бензольного кольца с образованием бензазирина 54, с дальнейшим расширением цикла до семичленного циклического кетенимина – 1,2-дидегидроазепина 55. Однако, удивительно, но образование кетенимина 55 было обнаружено при облучении фенилнитрена в стеклообразных матрицах при 77К и методами ЭПР-спектроскопии установлено, что 55 фотохимически образуется из триплетного нитрена 57 [39], что является не характерной реакцией для этих высокореакционных частиц. Для циклических кетениминов 55, в присутствии в реакционной системе нуклеофила, характерна реакция нуклеофильного присоединения, ведущая к образованию 1Н-азепинов 58, которые в результате протонного сдвига перегруппировывается в стабильный 3Н-азепин 59 [40].

Все изображенные на схеме 24 интермедиаты и продукты реакции фенилазида были исследованы в конце 80-х годов, однако, с развитием время-разрешенных спектроскопических методов эту схему можно дополнить рядом относительно недавно обнаруженных короткоживущих частиц. Таким образом, можно изобразить полную схему фотохимического распада фенилазида (Схема 25) [41]. HNu

Существенным дополнением в схеме 25, являются исследования, опубликованные в работе [42]. При проведении фотолиза фенилазида 52 и замещенных аналогов в органо-водных растворителях в присутствии кислот, происходит образование синглетного нитрена 53, при протонировании которого образуется нитрениевый ион 60. Нитрениевый ион 60 находится в таутомерном равновесии с протонированным имином 61, который, в свою очередь, при взаимодействии с гидроксигруппой воды, образует гидрокси-замещеный анилин 63. Так же было установлено, что протонирование замещенных 53, таких как 4-бифенилнитрен и 2-флуоренилнитрен, протекает в воде и без участия кислот, причем, не оказывая влияние на выходы образующихся соответствующих замещенных анилинов 63. Стоит отметить, что данная реакция конкурирует с образованием циклического кетенимина 55, что является очень интересным фактом, т.к. при наличии даже небольшого количества нуклеофила в реакционной смеси химическое равновесие смещается в сторону образования стабильного 3Н-азепина.

Подтверждение существования в реакционной смеси нитрениевого иона 60 было показано в работе [43]. При регистрации время-разрещенных УФ-спектров в муравьиной кислоте и применяя для анализа полученных данных квантово-химические расчеты, установлено, что при распаде 53, время жизни которого составляет 12 пс, наблюдается появление широкой полосы поглощения с максимумом в 500 нм и временем жизни 110 пс, которая была отнесена к нитрениевому иону 60.

Годом позднее, при исследовании фотохимического распада фенилазида, 3-гидроксифенилазида, 3-метоксифенилазида и 3-нитрофенилазида в смеси ацетонитрил-вода методом время-разрешенной спектроскопии комбинационного рассеяния [44] были получены данные об образовании короткоживущих продуктов димеризации 1,2-дидегидроазепинов (Схема 26). При облучении замещенного фенилазида, происходит образование синглетного нитрена и в результате дальнейшей перегруппировки образуется семичленный цикл – 1,2-дидегидроазепин. Однако, при регистрации спектров, было обнаружено образование нового продукта, который, на основании квантово-химических расчетов, был отнесен к короткоживущему продукту димеризации циклического кетенимина.

Далее, методом B3LYP/6-31G были рассчитаны потенциально-возможные димерные продукты, которые были соотнесены с полученными экспериментальными спектрами комбинационного рассеяния (Схема 27) [44].

Таким образом, за последние десятилетие были тщательно проанализированы экспериментальные и теоретические исследования, посвященные фотолитическому распаду простейшего представителя ароматических азидов – фенилазида. В результате чего, на данный момент имеется полная картина существующих интермедиатов и продуктов реакции, образующихся при их участии.

В связи с малым временем жизни образующихся интермедиатов, особое место в химии нитренов отведено реакциям внутримолекулярного циклоприсоединения. Рассмотрим их подробнее.

Фотоинициированнная гетероциклизация замещенных 2-азидобензоатов

В предыдущем разделе, анализируя кривые накопления 2,1-бензизоксазол-3(1Н)-она 2 и 3Н-азепина-2-он-3-карбоновой кислоты 3 образующиеся при фотолизе 2-азидобензойной кислоты 1 (Рисунок 6 и 7), мы обратили внимание, что на выходы этих гетероциклов оказывает влияние содержание воды в использованных апротонных растворителях. Этот факт подтверждается литературными данными о роли нуклеофилов в фотохимическом образовании соответствующих замещенных 3Н-азепинов. Исходя из этого, целью данной работы, стало установление влияния нуклеофильных добавок на выходы продуктов гетероциклизации при фотохимическом распаде 2-азидобензойной кислоты 1 [91].

Для проверки этого предположения был проведен фотохимический синтез 3Н-азепин-2-он-3-карбоновой кислоты 3 и 2,1-бензизоксазол-3(1Н)-она 2 из 2-азидобензойной кислоты 1 в ряде апротонных и протонных растворителях с увеличивающимся содержанием воды.

Предварительно, на основании анализа литературных данных, была предложена следующая схема образования продуктов гетероциклизации 2-азидобензойной кислоты (Схема 63).

Схема 63. Схема фотолиза 2-азидобензойной кислоты 1. Так, при облучении раствора 2-азидобензойной кислоты 1 в органо-водных смесях, происходит распад азидной группы с образованием ряда высокореакционноспособных интермедиатов, существование которых было доказано рядом время-разрешенных ИК- и УФ-спектроскопических данных. Ключевой стадией фотохимической реакции является образование синглетного нитрена А, который в результате 1,2-циклоприсоединения по кратной С=С – связи бензольного кольца образует другой интермедиат – бензазирин В. Но на этом перегруппировки интермедиатов не заканчиваются. Далее, происходит раскрытие бензазиринового цикла В с образованием 1,2-дидегидроазепина С, который является циклическим кетенимином. Затем, при нуклеофильном [1,2]-присоединении нуклеофила по электрофильному центру кетениминного фрагмента интермедиата C идет образование соответствующего азепина. Образование 2,1-бензизоксазол-3(1Н)-она 2, по-видимому, происходит в результате внутримолекулярной циклизации синглетного нитрена А. Однако, в литературе отсутствует информация касающаяся механизма образования бензизоксазола 2.

Таким образом, в связи с тем, что ключевой стадией в образовании как бензизоксазола 2, так и 3Н-азепина 3 возможно является образование синглетного нитрена, мы предположили, что при проведении фотохимического синтеза этих гетероциклических соединений в апротонных растворителях в отсутствии нуклеофилов, выходы 2 должны быть максимальны и уменьшаться при увеличении воды (или другого нуклеофила) в реакционной смеси. При этом выходы 3Н-азепин-2-он-3-карбоновой кислоты 3 должны увеличиваться. Иллюстрацией этого предположительного образования как 2, так и 3 из нитрена А служит схема 63.

На первом этапе исследования, используемые апротонные растворители (1,4-диоксан и ТГФ) были очищены по стандартным методикам и дополнительно осушены при кипячении над металлическим натрием. Все растворители после осушки хранились над активированными 3 молекулярными ситами. Ацетонитрил сорта 0 ОСЧ фирмы «Криохром» с содержанием воды не более 0.03% использовали из свежеоткрытой бутыли, без дополнительной осушки. Он являлся стандартом контроля содержания воды в фотолитической смеси для других используемых растворителей.

При проведении фотолиза раствора 2-азидобензойной кислоты 1 с концентрацией 610-3 мольл-1 в закрытом кварцевом реакторе, для предотвращения проникновения влаги воздуха в реакционную систему, было обнаружено, что выходы бензизоксазола 2 и 3Н-азепина 3 составили 6% и 5%, соответственно. По всей видимости, образование этих гетероциклических соединений связано с наличием остаточной воды в используемых апротонных растворителях. При проведении фотолиза в воде и с нарастающим ее содержанием в органо-водных растворителях, мы наблюдали резкое увеличение выходов азепина 3 (Рисунок 12). На выходы бензизоксазола 2 увеличение процентного содержания воды в реакционной смеси существенного влияния не оказывало. Они незначительно увеличивались при увеличении содержания воды в фотолитической смеси, но не превышали 15%.

Наблюдаемое увеличение выходов обоих соединений противоречит ранее предложенной схеме их образования из синглетного нитрена. Следовательно, механизм образования этого конденсированного гетероциклического соединения 2, отличается от предполагаемого изображенного на схеме 63. Выход, %

Максимальные выходы 3Н-азепин-2-он-3-карбоновой кислоты 3 были зафиксированы при использовании в качестве растворителя смеси ацетонитрил:вода=1:1 (v/v) и составили 53% (Рисунок 12, В). Данная смесь растворителей была в дальнейшем использована для препаративного фотохимического синтеза 3Н-азепина 3. Азепин 3 был выделен и очищен методом препаративной колоночной хроматографии, охарактеризован рядом физико-химических методов, чистота полученного соединения была подтверждена методами ВЭЖХ и ЯМР 1Н.

Дальнейшим этапом изучения влияния нуклеофильных добавок на выходы продуктов гетероциклизации при фотолизе арилазида 1, явилось исследование системы, в которой одновременно находились два источника нуклеофильных частиц. Для этого была выбрана органо-водная смесь – этанол/вода.

Так же как и при использовании апротонных растворителей, для начала исследований, была проведена абсолютизация этанола по стандартной методике, с дальнейшим хранением растворителя над активированными 3 молекулярными ситами.

При проведении фотохимического распада арилазида в абсолютизированном этаноле, выходы 3Н-азепина 3 и бензизоксазола 2 были такие же, как и в случае использования сухих протонных растворителей и составили 5% и 6%, соответственно (Рисунок 13). С увеличением количества воды выходы бензизоксазола 2, практически не отличались от выходов в смеси -апротонный растворитель/вода. Однако, выходы 3Н-азепина 3 не превышали 16%, при содержании 50% воды в реакционной смеси. Это, по всей видимости, является проявление конкуренции двух нуклеофилов воды и этанола, находящихся в одной реакционной смеси.

Синтезы замещенных 2,1-бензизоксазолов

За протеканием модификации полимерной поверхности следили методом УФ-спектроскопии (Рисунок 26). Было проведено сравнение спектров поглощения пленки РЕТ (Рисунок 26, кривая 1), с выдержанной в растворе азидосодержащего красителя, но не подвергающейся облучению (Рисунок 26, кривая 2) и с облученной в растворе красителя (Рисунок 26, кривая 3). Стоит отметить, что время облучения и время выдерживания РЕТ без облучения были одинаковые и составляли 30 минут. Из этих спектров поглощения, анализируя изменения значения оптической плотности образца на длине волны поглощения фенотиазинового красителя, можно сделать вывод о протекании фотохимической модификации. Однако, стоит отметить, что при выдерживании в растворе красителя без облучения происходит частичная адсорбция красителя на поверхности РЕТ, поэтому, в дальнейшем, что бы учесть «темновое» увеличение оптической плотности в качестве образца сравнения использовали выдержанный образец в растворе.

Для сравнения эффективности модифицирующей способности азидосодержащих красителей 11а,p,q, на основании полученных электронных спектров поглощения пленок РЕТ до модификации и после проведения фотохимической модификации была построена зависимость изменения оптической плотности на длине волны максимума поглощения фенотиазинового фрагмента бифункционального красителя (540 нм) от времени облучения (Рисунок 27).

Зависимость значения оптической плотности на аналитической длине волны образцов РЕТ, модифицированных красителями 11q (1), 11a (2), 11p (3) от времени облучения. По росту полосы поглощения в этой области установлено, что наиболее эффективным модификатором РЕТ с концентрацией 310–3 мольл-1 является 11q (Рисунок 27, кривая 1), а наименее– 11p (Рисунок 27, кривая 3). Это, возможно, связанно с частичной стабилизацией и увеличением времени жизни 2- и 4-замещенных арилнитренов за счет смещения электронной плотности с нитрена на электроноакцепторный заместитель. Увеличение времени жизни нитрена приводит к увеличению вероятности бимолекулярных реакций и следовательно эффективному внедрению в С=О связь полимерной матрицы. Потеря эффективности модификации красителя 11а, по отношению к 11q, возможно связана с активностью азидной группы находящейся в фотохимически активном орто-положении. Для иллюстрации особенности азидосодержащего красителя 11а, был проведен фотолиз 11а в этаноле (Рисунок 28).

На электронном спектре поглощения изображенном на рисунке 4 видно уменьшение оптической плотности полос с максимумами при 276, 460 и 640 нм и рост полосы поглощения с максимумом при 350 нм. Изменение оптической плотности полос поглощения при 276 и 350 нм, вероятно, связано с протеканием фотохимических реакций азидосодержащего бифункционального красителя с этанолом. Образующийся при фотолизе синглетный нитрен внедряется в кратную связь бензольного кольца и перегруппировывается с расширением цикла до нестабильного 3-замещенного 1,2-дидегидроазепина, который реагирует с этанолом с образованием стабильного 3-замещенного 2-этокси-3Н-азепина. Изменение оптической плотности в области 640 нм, вероятно, связанно с внедрением арилнитрена в кратные связи фенотиазинового хромофора красителя и его разрушением в ходе последующих перегруппировок.

Так как, было установлено, что наиболее эффективным модификатором является бифункциональный азидосодержащий краситель 11q, то следующим этапом работы стал подбор оптимальных условий модификации. Для этого была приготовлена серия растворов 11q в ацетонитриле с концентрациями 210–4, 2.510–3 и 110–3 мольл-1. На основании зарегистрированных электронных спектров была построена зависимость значения оптической плотности на длине волны максимума поглощения 11q от времени облучения (Рисунок 29).

Анализ полученных кривых показал, что оптимальной концентрацией для наиболее эффективной модификации является 110–3 мольл-1. При более высоких концентрациях, за счет того, что раствор получается сильно окрашенный, он выступает в роли внутреннего светофильтра и доля излучения, доходящего до образца, уменьшается, тем самым снижается эффективность модификации. В растворах низких концентраций наблюдается также уменьшение качества модификации, в этом случае возрастает вероятность протекания внутримолекулярных реакций, характерных для синглетных нитренов. Время проведения фотохимической модификации составило 30 мин, увеличение времени приводило к образованию продуктов вторичного фотолиза 11q, доля “пришитых” молекул 11q к поверхности РЕТ не изменялась.

Таким образом, в ходе работы был синтезирован ряд азидосодержащих бифункциональных красителей, способных образовывать ковалентные связи с РЕТ. Отработана методика, подобраны оптимальные условия проведения фотохимической модификации, концентрация N-(7-(4-азидобензамидо)-8-метил-3Н-фенотиазин-3-илиден)-N-метилметаммония 11q составляет 110–3 мольл-1, время облучения 30 мин.