Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Спирoпираны и спирооксазины (Литературный обзор) 9
1.1.1 Стрoение и свойства спирoпиранов 9
1.1.2 Синтез спирoпиранoв 10
1.1.3 Синтез спирoоксазинoв 12
1.1.4 Структурная мoдификация спиропиранов и спирооксазинов 13
1.1.5 Прямое замещение в спиропиранах и спирооксазинах 14
1.1.6 Модификация функциональных групп спиропиранов 18
1.2 Фотoхромные свойства спиропиранoв и спирооксазинов 22
1.2.1 Влияние структуры спиропиранов и спирооксазинов на их фотохромные свойства 24
1.2.2 Влияние среды
1.2.3 Светoчувствительность и фотоустойчивость спиропиранов и спиро-оксазинов 30
1.2.4 Термохромизм, ацидохромизм, механохромизм, пьезохромизм спиро-пиранов и спирооксазинов 31
1.3 Применение спиропиранoв и спирoоксазинов 32
1.3.1 Оптическая пaмять, oптические переключатели 34
1.3.2 Биолoгическое и аналитическое применение спиропиранов и спи-рооксазинов 38
1.3.3 Спиропираны и спирооксазины как рецепторы природных объектов 43
1.3.4 Спиропираны и спирооксазины как сенсоры на катионы металлов 45
ГЛАВА 2. Cинтез, стрoение и свойства азолилзамещенных спиропиранов (Обсуждение результатов) 53
2.1 Синтез прoмежуточных продуктов 55
2.1.1 Синтез индоленинoв и солей 3H-индoлия 55
2.1.2 Синтез азолилзамещенных 4-гидроксиизофталевых альдегидов 57
2.2 Синтез спиропиранов 61
2.2.1 Синтез 8-азолилзамещенных спиропиранов 61
2.2.2 Синтез 6-азолилзамещенных спиропиранов 64 Стр.
2.2.3 Синтез 6-родаминзамещенного спиропирана 6 66
2.3 Строение спиропиранов 67
2.4 Фотохромные свойства спиропиранов
2.4.1. Спектральные и фотохимические свойства спиропиранов 79
2.4.2. Катиониндуцируемая изомеризация спиропиранов 93
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть 101
3.1 Синтез промежуточных продуктов 10 2
3.1.1 Синтез солей 3Н-индолия 102
3.1.2. Синтез азолилзамещенных изофталевых альдегидов 103
3.1.2.1Синтез 5-дифенилоксазолилзамещенного 4-гидроксиизофталальдегида. 10 3
3.1.2.2 Синтез 5-дифенилимидазолилзамещенного 4-гидроксиизофтал-альдегида 104
3.1.2.3 Синтез 5-оксадиазолилзамещенного 4-гидроксиизофталальдегида 105
3.1.2.4 Синтез 5-бензотиазолил- и 5-бензоксазолилзамещенного 4-гидрокси-изофталальдегидов 106 3.1.3 Синтез 5-(4,5-Дифенил-1H-имидазол-2-ил)-2,4-дигидрокси-3-метил-бензальдегида 107
3.2 Синтез спиропиранов 107
3.2.1 Синтез дифенилоксазолилзамещенных спиропиранов. 107
3.2.2 Синтез дифенилимидазолилзамещенных спиропиранов 1.11
3.2.3 Синтез оксадиазолилзамещенных спиропиранов 115
3.2.4 Синтез бензоксазолилзамещенных спиропиранов 118
3.2.5 Синтез бензотиазолилзамещенных спиропиранов 122
3.2.6 Синтез спиропиранов на основе 4,6-дигидрокси-5-метил-изофталевого альдегида 127
3.2.7 Синтез 6-бензимидазолилзамещенных спиропиранов 129
3.2.8 Синтез 6-дифенилимидазолилзамещенных спиропиранов 131
3.2.9 Синтез 6-родаминзамещенного спиропирана 132
Выводы 134
Список литературы .
- Структурная мoдификация спиропиранов и спирооксазинов
- Синтез индоленинoв и солей 3H-индoлия
- Синтез азолилзамещенных изофталевых альдегидов
- Синтез бензоксазолилзамещенных спиропиранов
Введение к работе
Актуальность темы. Синтез и исследование фотохромных соединений является активно развивающимся направлением современной органической химии. Создание на основе этих соединений новых фотохромных материалов, устройств и систем представляет практический интерес. Развитие химии фотохромов является актуальной задачей, вследствие широких возможностей по дальнейшему использованию фотохромных соединений и систем для различных областей, среди которых молекулярная электроника, фотоника, создание элементов оптической памяти. Требования к новым фотохромным соединениям и материалам на их основе постоянно растут, что способствует созданию новых и модификации уже известных фотохромов.
Спиропираны являются одним из самых изученных и перспективных классов фотохромных соединений. Они выделяются рядом преимуществ, среди которых: высокие величины коэффициентов двухфотонного поглощения, хорошая светочувствительность, возможностью широкого варьирования фотокинетических свойств, а также относительной простотой синтеза и дальнейшей модификации. Области возможного практического применения спиропиранов чрезвычайно обширны и включают такие сферы как, информационные технологии, опто- и оптобиоэлектроника, транспортные системы, сенсоры, катализ, биоматериалы и др. Проектирование и синтез функциональных молекул, способных служить в качестве эффективных фотохромных материалов для полифункциональных сенсоров, содержащих различные рецепторные и сигнальные фрагменты, также занимает важное место. Особый интерес вызывает процесс изомеризации спиропиранов и спирооксазинов под действием определенных химических субстратов, таких как, например, катионы металлов.
Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» № 14.А18.21.0796 от 03.09.2012 г., грантов Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ РФ (НШ - 927.2012.3; НШ - 274.2014.3; НШ - 8201.2016.3), проектной части госзадания в сфере научной деятельности № 4.71.2014/К, гранта Южного федерального университета № 213.01-24/2013-33 от 30.04.2013 г. «Молекулярные системы с фотопереключаемыми сигнальными функциями», а также при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (гранты № 12-03-33112, № 16-33-00704, № 16-33-00678).
Цель работы. Синтез новых спиробензопиранов ряда индолина на основе
4-гидроксиизофталевого альдегида, содержащего различные гетероциклические
заместители, выступающие в качестве комплексообразующего узла.
Модификация индолиновых спиропиранов на основе 4,6-дигидрокси-5-
метилизофталевого альдегида с целью введения дополнительного флуорофорного и комплексообразующего фрагмента в положение 6 пиранового фрагмента.
Исследование строения полученных соединений при помощи методов ИК, одномерной и двумерной гетероядерной ЯМР спектроскопии, масс-спектрометрии.
Изучение фотохромных, флуоресцентных и комплексообразующих свойств, исследование взаимосвязи между строением и спектрально-кинетическими свойствами полученных соединений.
Научная новизна. В ходе проведенной работы были разработаны методы синтеза и получены новые спиропираны индолинового ряда на основе 4-гидроксиизофталевого альдегида, содержащие дифенилоксазольный, дифенилимидазольный, 1,3,4-оксадиазоль-ный, бензоксазольный, бензотиазольный заместители в о-положении к пирановому атому кислорода. Также были разработаны методы модификации спиропиранов на основе 4,6-дигидрокси-5-метилизофталевого альдегида и получены новые спиропираны, содержащие родаминовый и азольные заместители в положении 6 пиранового фрагмента. Полученные спирогетероциклические соединения проявляют фотохромные свойства.
Показано, что в ацетоновых растворах, содержащих соли тяжелых металлов протекает
катиониндуцируемая изомеризация спироциклических форм 8-азолизамещенных
спиропиранов с последующим образованием комплекса мероцианин-катион металла. Максимум полосы поглощения при этом сдвинут гипсохромно относительно полосы поглощения открытой формы в отсутствии металла. Комплексные соединения обладают флуоресценцией. 6-Азолилзамещенные спиропираны проявляют фотохромные свойства и в спироциклической форме обладают интенсивной флуоресценцией с аномально высоким стоксовым сдвигом. Флуоресценция с аномальным стоксовым сдвигом не поглощается исходной спироциклической формой, что обеспечивает высокий флуоресцентный контраст при фотопереключении. Показано, что при добавлении солей двухвалентных металлов к 6-родаминзамещенному спиропирану, происходит раскрытие как пиранового цикла спиропиранового фрагмента с образованием мероцианиновой формы, так и спиролактамного цикла родаминового фрагмента.
Практическая значимость. Фотохромные свойства полученных
дифенилоксазолил-, дифенилимидазолил-, оксадиазолил,- бензоксазолил-, бензотиазолил-замещенных спиропиранов позволяют использовать их в качестве хемосенсоров для оптического определения катионов тяжелых металлов, для молекулярных переключателей и в системах трехмерной оптической памяти.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на III Международной научной конференции "Новые направления в химии гетероциклических соединений", Пятигорск, 2013; XI Международном Семинаре по Магнитному Резонансу (Спектроскопия, Томография и Экология) Ростов-на-Дону, 2013; ХII Международной конференции «Спектроскопия координационных соединений», Туапсе, 2015; на кластере конференций по органической химии «ОргХим-2016», Санкт-Петербург, 2016.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, из них 2 статьи, 1 патент на изобретение и 5 тезисов докладов на международных конференциях.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 161 странице печатного текста и состоит из следующих глав: введение, литературный обзор, обсуждение результатов, экспериментальная часть и выводы. Работа содержит 28 таблиц, 44 схемы и 32 рисунка. В список литературы входит 243 публикаций.
Литературный обзор включает литературные данные о синтезе, фотохромных свойствах и практическому использованию спиропиранов и спирооксазинов. В обсуждении результатов описываются методы синтеза как исходных, так и целевых продуктов, а также фотохромные свойства и комплексообразование полученных спиропиранов. Экспериментальная часть включает сведения об используемом оборудовании, методики синтеза и физико-химические характеристики полученных целевых продуктов и исходных соединений.
Структурная мoдификация спиропиранов и спирооксазинов
Введение в положение 5 индолинового фрагмента электроноакцепторных заместителей, таких как, например, нитрогруппа, приводит к батохромному сдвигу полосы поглощения мероцианина, в свою очередь, увеличение объема N алкильного заместителя, замена гетаренового фрагмента на насыщенные гетероциклы [78, 79], аннелирование индолинового фрагмента [80], не приводит к значительному изменению спектрально-кинетических характеристик мероцианиновых форм спиропиранов. Замена N-метильной группы на фенильную приводит к сдвигу полосы поглощения мероцианиновой формы в длинноволновую область [10]. Варьирование заместителей в пирановом/оксазиновом фрагменте оказывает значительно большее влияние на положение длинноволновых полос поглощения мероцианиновой формы по сравнению с варьированием заместителей в индолиновом фрагменте молекулы [81, 82, 83].
После прекращения облучения, система, находившаяся в фотостационарном состоянии, которое возникает при постоянном облучении положения равновесия между открытой и закрытой формами спиросоединения, переходит в существующее при данной температуре состояние термического равновесия.
Релаксационный процесс, наблюдаемый в данном случае, называется темновой реакцией и описывается константой скорости ВА. Величина, обратно пропорциональная наблюдаемой ВА, называется временем жизни окрашенной формы. Чем больше время жизни открытой формы, тем, соответственно, устойчивее открытая форма спиросоединения, и тем больше практических областей применения может найти данное спирогетероциклическое соединение [81].
Скорость темновой реакции и время жизни мероцианиновой формы соответственно зависят от природы заместителей в пирановом (или оксазиновом) и индолиновом фрагментах [84]. Наличие электроноакцепторных заместителей в гетареновом фрагменте молекулы, электродонорных заместителей в пирановом/оксазиновом фрагменте, дестабилизируют мероцианиновую форму вследствие увеличения зарядов на реакционных центрах, приводя к увеличению скорости обратной темновой реакции (Схема 14) [85]. Схема Y
Электроноакцепторные заместители Y, уменьшающие электронную плотность на атоме кислорода, и электронодонорные заместители X, сокращающие положительный заряд на а-углеродном атоме, уменьшают скорость обратной темновой реакции, тем самым способствуют увеличению устойчивости открытой формы. И наоборот, электронодонорные заместители Y, увеличивающие отрицательный заряд на фенолятном атоме кислорода, и электроноакцепторные заместители X, уменьшающие электронную плотность на а-углеродном атоме, увеличивают скорость обратной темновой реакции, приводя к сдвигу равновесия спиропиран - мероцианин в сторону спироциклической формы. [9, 86].
Находящиеся в положении 5 индолинового фрагмента электронодонорные заместители замедляют обратную темновую реакцию, что приводит к незначительному гипсохромному сдвигу полосы поглощения окрашенной формы, в то время как электроноакцепторные группы увеличивают устойчивость открытой формы и приводят к батохромному сдвигу. Даже такие сильные электронодонорные группы, как метильная или метоксигруппа, в бензольном кольце индолинового фрагмента оказывают меньшее влияние на скорость темновой реакции, чем сильные акцепторные заместители (нитро- и формильная группы) находящиеся в том же положении. Наличие двух акцепторных заместителей в бензольном кольце индолинового фрагмента приводит к значительному ускорению темновой реакции.
Варьирование заместителей в пирановой части оказывает большее влияние на кинетику темновой реакции и положение полос поглощения в сравнении с заместителями в индолиновом фрагменте молекулы [82, 83, 86, 87].
Наиболее сильный эффект среди функциональных групп в пирановом фрагменте принадлежит нитрогруппе, и большинство спиропиранов, представляющих практический интерес, содержат ее положениях 6 и/или 8 пиранового фрагмента молекулы. Нитрогруппа является сильным акцептором электронов, это стабилизирует образующуюся мероцианиновую форму и облегчает процесс гетеролитической фотодиссоциации Сспиро-О связи. Влияние других заместителей в нитрозамещенных спиропиранах обусловлено их электронным характером. Введение дополнительных электроноакцепторных групп существенно замедляет темновую реакцию. При введении второй нитрогруппы спиропиран теряет фотохромные свойства, из-за увеличения стабильности мероцианиновой формы. Электронодонорные заместители в положениях 6 или 8 соответствующих нитроспиропиранов приводят к увеличению скорости темновой реакции на порядок.
Аннелирование индолинового фрагмента не приводит к существенному влиянию на спектрально-кинетические параметры фотохромных превращений спиропирана. По сравнению с неаннелированными спиропиранами они имеют меньшую светочувствительность (квантовый выход реакции фотокрашивания примерно на порядок ниже). Полосы поглощения таких спиропиранов (длинноволновая и коротковолновая) имеют небольшой батохромный сдвиг [80].
Аннелирование пирановой части спиропиранов оказывает большое влияние на положение максимума полосы поглощения [10], в то время как бензоаннелирование нафтоксазинового фрагмента спирооксазинов приводит к незначительному сдвигу максимума полосы поглощения в ту или иную сторону в зависимости от положения аннелирования бензольного кольца [80].
Наличие электронодонорных групп в индолиновом фрагменте приводит к батохромному сдвигу полосы поглощения окрашенной формы. Электроотрицательные группы, введенные в индолиновый фрагмент, напротив, способствуют гипсохромному сдвигу полосы поглощения окрашенной формы [88]. Например, введение хлор- или трифторметильной группы в положение 5 приводит к гипсохромному сдвигу на 10 и 18 нм соответственно. Атом азота в положении 7 дает еще больший сдвиг (38 нм). Спирооксазин, имеющий атом азота в положении 7, две 4,6-трифторметильные группы и метоксигруппу в положении 5 дает гипсохромный сдвиг на целых 64 нм [9].
Синтез индоленинoв и солей 3H-индoлия
Разработка и исследование новых фотохромных соединений и систем, а также создание на их основе полифункциональных материалов и устройств является в настоящее время актуальной задачей [3, 6, 7, 9, 11]. Объем работ, посвященных химии спиропиранов и спирооксазинов год от года неуклонно растет, но, несмотря на это, синтез и исследование новых эффективных фотохромных систем на основе спиропиранов и спирооксазинов является актуальной проблемой. Большой интерес к химии спирогетероциклических соединений, таких как спиропираны и спирооксазины, обусловлен их фотокинетическими характеристиками и относительной синтетической доступностью. Активно расширяются области применения спиропиранов и спирооксазинов, и систем на их основе, к которым относятся информационные технологии, опто- и оптобиоэлектроника, транспортные системы, сенсоры, катализ, биоматериалы и др. Синтез функциональных молекул и создание на их основе эффективных фотохромных материалов для полифункциональных сенсоров, содержащих различные рецепторные и сигнальные фрагменты, занимает важное место [213, 214].
Особый интерес вызывает процесс изомеризации спиропиранов и спирооксазинов под действием определенных химических субстратов, таких как, например, катионы металлов [215]. В этом случае молекула спиропирана или спирооксазина содержит ионофорный фрагмент в орто-положении по отношению к пирановому или оксазиновому атому кислорода, который участвует в дополнительной координации катиона металла совместно с фенолятным атомом кислорода. Спироциклические фотохромные соединения, содержащие в качестве такого фрагмента краун-эфиры, которые являются эффективными хемосенсорами на ионы щелочных металлов, и образующие комплексы с ними, широко исследованы [216-219]. Менее распространены спиропираны и спирооксазины, на изомеризацию которых оказывают влияние катионы переходных и редкоземельных металлов. Среди них производные индолиновых спиропиранов, содержащие в положении 8 различные донорные заместители [196, 199].
Введение в молекулу спиропирана или спирооксазина функциональных аналитических групп открывает новые возможности по их использованию в качестве колориметрических и флуоресцентных хемосенсоров для определения катионов металлов, что имеет большое значение для биологии, медицины, клинической практики и экологии. [42, 220, 221].
Исходя из этого, были сформулированы следующие задачи настоящей работы:
1. Синтез новых спиробензопиранов ряда индолина на основе 4-гидроксиизофталевого альдегида, содержащего различные гетероциклические заместители, выступающие в качестве комплексообразующего узла.
2. Модификация индолиновых спиропиранов на основе 4,6-дигидрокси-5-метилизофталевого альдегида с целью введения дополнительного флуорофорного и комплексообразующего фрагмента в положение 6 пиранового фрагмента.
3. Исследование структуры полученных соединений методами ИК, ЯМР спектроскопии (ЯМР 1Н, ЯМР 13С, ЯМР 15N) и двумерной ЯМР спектроскопии (COSY 1H-1H, HSQC 1Н-13C, HMBC 1Н-13С, HMBC 1H-15N), масс-спектрометрии. Изучение фотохромных, флуоресцентных и комплексообразующих свойств, а также изучение взаимосвязи между структурой, фотохромными и комплексообразующими свойствами. Выявление на основе этих исследований среди полученных спиропиранов соединений, обладающих практически ценными свойствами, которые могут найти применение в различных областях, таких как оптическая память, молекулярные переключатели, сенсоры на ионы металлов.
Сформулированные выше задачи данной работы определили выбор синтезируемых соединений. С этой целью был синтезирован ряд фотохромных индолиновых спиропиранов, содержащих различные заместители в индолиновом фрагменте, включая содержащие ненасыщенные группы, способные к сополимеризации с другими мономерами, формильную группу в положении 6 и дифенилоксазольный, дифенилимидазольный, оксадиазольный, бензоксазольный и бензотиазольный заместители в положении 8 бензопиранового фрагмента, как потенциальных хемосенсоров катионов тяжлых металлов. Имеющаяся в полученных спиропиранах формильная группа открывает возможности дальнейшей структурной модификации этих соединений.
Выбор азольных заместителей был основан на том, что производные азолов являются хорошими флуорофорными системами [222, 223], широко используются как лазерные красители, флуоресцентные метки, флуоресцентные отбеливатели и образуют комплексы с ионами металлов.
Для синтеза спиропиранов, содержащих различные заместители в обеих частях молекулы и изучения влияния структуры гетаренового и пиранового фрагментов на их комплексообразующие и фотохромные свойства, был получен ряд замещенных индоленинов и соответствующих солей 3Я-индолия. Получен ряд гидроксиизофталевых альдегидов, содержащих в о-положении к гидроксильной группе дифенилоксазольный, дифенилимидазольный, оксадиазольный, бензоксазольный и бензотиазольный заместители.
С целью синтеза спиропиранов, содержащих различные заместители в гетареновой части молекулы, были получены различные индоленины, алкилированием которых алкилиодидами были получены соли 3Я-индолия, имеющие различные заместители в положениях 1 и 5.
Замещенные 2,3,3-индоленины синтезируют, в основном, по методу Фишера. Наиболее удобными являются два метода синтеза индоленинов. Первый из них -двухстадийный метод, заключающийся в получении соответствующего фенилгидразона кетона, содержащего метильную группу в а-положении к карбонильной группе (главным образом, 3-метил-2-бутанона), и его последующую циклизацию в присутствии кислот, таких как, например, AcOH, HCl. [224]. Данный метод применяется в случае устойчивых фенилгидразинов.
Второй метод, используемый в случае неустойчивых фенилгидразинов, которые существуют в виде гидрохлоридов, включает взаимодействие гидрохлоридoв соoтветствующих фенилгидразинов с 3-метил-2-бутаноном в спирте [225] или уксусной кислоте [226, 227]. Оба этих метода позволяют получать 2,3,3-триметилиндоленины с высоким выходом.
Синтез азолилзамещенных изофталевых альдегидов
Cлабопoльная область спектрa спиропиранов содержит несколько групп взаимoсвязанных сигналoв протонoв соответствующей мультиплетнoсти, отнoсящихся к индoлиновому, пирaновому фрагментам молекулы, фенильным ядрам дифенилоксазольного, дифенилимидазольного, оксадиазольного, бензоксазольного, бензотиазольного и бензимидазольного заместителей. В слабопольной области спектра также включает сигналы протонов формильной, гидроксильной групп и NH-группы имидазольного цикла.
Сигналам протонов фенильного кольца индолинового фрагмента отвечают три группы взаимосвязанных cигналов: cистемы из четырех или трех ядер (для не содержащих заместителя и содержащих заместитель в бензольном кольце индолинового фрагмента спиропиранов). Для незамещенных в фениле индолинового фрагментa спиропиранов 122a-c, 123a-b, 124a-b, 125a, 126a, 130a, 131a (Таблицы 8, 12, 14, 18, 21, 24, 26, Рисунки 1-4, 7) протоны 4-Н, 5-Н, 6-Н и 7-Н проявляются соответственно в виде двойного дублета, двойного триплета, двойного триплета и дублета. Для ряда спиропиранов сигналы протонов 4-Н и 6-Н перекрываются мультиплетами фенильных протонов гетарильного заместителя. Для 5-замещенных спиропиранов протоны фенильного кольца индолинового фрагмента 4-Н, 7-Н и 6-Н проявляются в виде двух дублетов и двойного дублета соответственно, причем сигнал, лежащий в более сильном поле, относится к протoну 7-Н, а в более слабом пoле - к протону 6-Н.
Сигналам протонов бензопиранового фрагмента отвечают две группы взаимосвязанных сигналов, соответствующие протонам при двойной связи 3-Н и 4-Н и протонам 5-Н и 7-Н, проявляющиеся каждая в виде двух дублетов.
Сигналы протонов формильной группы спиропиранов проявляются в виде синглета в районе 9.88-10.03 м.д. Спектры ЯМР 1Н 6-бензимидазолилзамещенных и 6-дифенилимидазолил замещенных спиропиранов 130a-e, 131a,b включают сигнал протона гидроксильной группы в положении 7 пиранового фрагмента и сигнал протона NH группы имидазольного цикла, проявляющиеся в виде уширенных синглетов в области 13.21-13.49 и 9.04-9.45 м.д. соответственно.
Слабопольная область спектра также включает сигналы протонов фенильного кольца N-бензилзамещенных спиропиранов 124b, 125a, 126a, сигналы протонов двух групп (каждая из пяти взаимодействующих ядер) фенильных колец дифенилоксазольного заместителя спиропиранов 122, образующих сложную картину из четырех мультиплетов с интегральной интенсивностью 2:3:3:2, сигналы протонов трех групп (каждая из пяти взаимодействующих ядер) фенильных колец дифенилимидазольного заместителя спиропиранов 123, образующих сложную картину мультиплетов, сигналы четырех протонов пара-замещенного фенильного кольца оксадиазольного заместителя спиропиранов 124, проявляющихся, главным образом, в виде двух дублетов, сигналы группы из четырех взаимодействующих ядер фенильного цикла бензоксазольного заместителя спиропиранов 125, бензотиазольного заместителя спиропиранов 126 и бензимидазольного заместителя спиропиранов 129. Сигналы протонов фенильного цикла бензоксазольного и бензимидазольного заместителей образуют сложную картину мультиплетов. Протоны 4"-H, 5"-H, 6"-H, 7"-H бензотиазольного заместителя прoявляются в виде группы сигналoв из четырех дублетoв дублета дублетов. Во многих случаях сигналы протонов гетаренового заместителя перекрываются с сигналами протонов индолинового и пиранового фрагментов спиропиранов.
Спектр ЯМР 1Н 6-родаминзамещенного спиропирана 134 включает мультиплет сигналов протонов метильных групп N-диэтильных заместителей ксантенового кольца родаминового фрагмента и сигналов протонов магнитно неэквивалентных геминальных метильных групп спиропиранового фрагмента, один из которых перекрывается с сигналом метильных протонов N-диэтильных заместителей ксантенового кольца, сигналы протонов метильных групп в положениях 1 и 8 спиропиранового фрагмента и сигнал протонов СН2-групп N диэтильных заместителей ксантенового кольца, лежащие в сильном поле, сигналы азометинового и гидроксильного протонов в положениях 6 и 7 спиропиранового фрагмента и несколько групп взаимосвязанных сигналов протонов, относящихся к индолиновому, пирановому, ксантеновому и изоиндолиновому фрагментам молекулы, лежащие в слабом поле. Перекрывающиеся сигналы некоторых протонов спиропиранового и родаминового фрагментов образуют сложную картину мультиплетов. Так же в слабом поле при 11.39 м.д. наблюдается сигнал протона гидроксигруппы в положении 7 бензопиранового фрагмента, свидетельствующий о енольной форме о-гидроксиазометиновой части молекулы. Данные спектроскопии ЯМР 1Н однозначно подтверждают строение полученных спиропиранов. Отсутствие сигналов протонов индолинового и бензопиранового фрагментов в областях спектра, характерных для открытой мероцианиновой формы [232-236], свидетельствует, что полученные соединения в растворе CDCl3 находятся в спироциклической форме. А родаминзамещенный спиропиран 134 находится в растворе (ацетон-d6) в спироциклической и спиролактамной формах, что соответствует литературным данным для спироциклических форм спиропиранов [232-236], и спиролактамных форм производных родамина Б [237-238].
Для подтверждения корректности отнесения сигналов в одномерном спектре ЯМР 1Н соединений 122h, 123f, 124g, 125e, 126e был применен двумерный корреляционный спектр COSY 1H-1H. Отнесение сигналов в одномерном спектре ЯМР 13С сделано на основании данных двумерных корреляционных спектров HSQC 1H-13C (Рисунки 9-12). Сигналы атомов углерода геминальных метильных групп в положении 3 индолинового фрагмента спиропиранов 122h, 123f, 124g, 125e, 126e проявляются в спектре ЯМР 13С в районе 19.37-20.22 и 25.11-26.41 м.д.
Сигнал атома углерода N-метильной группы индолинового фрагмента проявляется в области 28.69-29.18 м.д., а сигналы атомов углерода 3-C и 4-C двойной связи пиранового кольца - в области 119.21-120.94 и 129.06-130.10 м.д. Сигнал атома углерода 5 -трифторметильной группы индолинового фрагмента проявляется в области 121.41-122.20 м.д. в виде квартета с J = 32.1 Гц
Синтез бензоксазолилзамещенных спиропиранов
2-(1-Бензил-4,5-дифенил-1Н-имидазол-2-ил)фенол (111). Смесь 3.15 мл (30 ммоль) салицилового альдегида, 6.3 г (30 ммоль) бензила, 4.9 мл (45 ммоль) бензиламина, 4.8 г (62 ммоль) ацетата аммония и 90 мл уксусной кислоты кипятили 15 ч. Раствор охладили и вылили в 500 мл воды со льдом. Нейтрализовали концентрированным водным раствором аммиака до pH 6-7, осадок отфильтровали, промыли водой, сушили и перекристаллизовали из смеси толуол - пропанол-2 (1:12). Выход 56%, т. пл. 136-137 oC. Найдено (%): C 83.69; H 5.40; N 6.87. C28H22N2O. Вычислено (%): C 83.56; H 5.51; N 6.96. Спектр ЯМР 1Н (, м.д., J/Гц): 5.27 (с, 2Н, СH2Ph); 6.70 (д.д.д, 1Н, J = 8.0, 7.2, 1.4, 4-H); 7.01 (д.д, 2Н, J = 7.7, 1.7, PhH); 7.11 (д.д, 1Н, J = 8.3, 1.4, 6-H); 7.16-7.25 (м, 6Н, PhH); 7.28-7.41 (м, 7Н, 3-H, PhH) 7.50 (д.д, 2Н, J = 8.1, 1.6, PhH); 13.22 (с, 1Н, 2-ОН).
5-(1-Бензил-4,5-дифенил-1Н-имидазол-2-ил)-4-гидроксиизофталальдегид (112). Смесь 6.03 г (15 ммоль) фенола 111, 8.4 г (60 ммоль) гексаметилентетрамина и 45 мл трифторуксусной кислоты кипятили в инертной атмосфере 12 ч, охладили и прибавили смесь 21 мл конц. соляной кислоты и 42 мл воды. Реакционную смесь вылили в 210 мл воды, нейтрализовали концентрированным водным раствором аммиака до рН 6-7, осадок отфильтровали, промыли водой, сушили и перекристаллизовывали из смеси толуол - пропанол-2 (1:1). Выход 61%, т. пл. 225-226 oC. Найдено (%): C 78.67; H 4.73; N 6.19. C30H22N2O3. Вычислено (%): C 78.59; H 4.84; N 6.11. Спектр ЯМР 1Н (, м.д., J/Гц): 5.34 (с, 2Н, N-СH2Ph); 6.99-7.05 (м, 2Н, PhH); 7.25-7.35 (м, 8Н, PhH); 7.38-7.50 (м, 5Н, PhH); 8.18 (д, 1Н, J = 2.0, 4-H); 8.21 (д, 1Н, J = 2.0, 6-H); 9.71 (с, 1Н, 3-СНО); 10.58 (с, 1Н, 1-СНО); 10.60 (с, 1Н, 4-ОН).
2-Гидрокси-N -(п-метилбензоил)бензгидразид (115). К перемешиваемoй смеси 1.52 г (10 ммоль) 2-гироксибензгидразида, 2.80 мл (20 ммоль) триэтиламина в 40 мл сухого хлористого метилена прибавляли по каплям 1.32 мл (10 ммоль) хлорангидрида п-толуиловой кислоты. Смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 5 ч. Затем смесь упарили, промыли водой, сушили и перекристаллизовывали из пропанола-2. Выход 85%, т. пл. 219-220 oC. Найдено (%): C 66.52; H 5.31; N 10.19. C15H14N2O3. Вычислено (%): C 66.66; H 5.22; N 10.36. Спектр ЯМР 1Н (, м.д., J/Гц): 3.35 (с, 3Н, СH3); 6.90-7.00 (м, 2Н, 5-H, 6-H); 7.32 (д, 2Н, J = 8.2, 3 -H, 5 -H); 7.46 (д.д.д, 1Н, J = 8.4, 7.3, 1.3, 4-H); 7.82 (д, 2Н, J = 8.1, 2 -H, 6 -H); 7.91 (д.д, 1Н, J = 7.8, 1.4, 3-H); 10.60 (с, 1Н, 2-ОН); 10.68 (с, 1Н, NH); 11.96 (с, 1Н, NH).
2-(5-п-Толил-1,3,4-оксадиазол-2-ил)фенол (116). Смесь 2.70 г (10 ммоль) гидразида 115 и 10 мл тионилхлорида кипятили в течение 5 ч. Раствор охладили и вылили в 150 мл воды со льдом. Осадок отфильтровали, промыли водой, сушили и перекристаллизовывали из пропанола-2. Выход 75%, т. пл. 146-147 oC. Найдено (%): C 71.33; H 5.71; N 11.01. C15H12N2O2. Вычислено (%): C 71.42; H 4.79; N 11.10. Спектр ЯМР 1Н (, м.д., J/Гц): 2.46 (с, 3Н, СH3); 7.04 (д.д.д, 1Н, J = 7.9, 7.4, 1.1, 4-H); 7.15 (д.д, 1Н, J = 8.4, 0.8, 3-H); 7.36 (д, 2Н, J = 8.1, 3 -H, 5 -H); 7.46 (д.д.д, 1Н, J = 8.4, 7.2, 1.6, 5-H); 7.87 (д.д, 1Н, J = 7.9, 1.5, 6-H); 8.04 (д, 2Н, J = 8.2, 2 -H, 6 -H); 10.60 (с, 1Н, 2-ОН).
4-Гидрокси-5-(5-п-толил-1,3,4-оксадиазол-2-ил)изофталальдегид (117).
Смесь 2.52 г (10 ммоль) фенола 116, 5.60 г (40 ммоль) гексаметилентетрамина и 30 мл трифторуксусной кислоты кипятили в атмосфере аргона 20 ч, охладили, добавили смесь 14 мл конц. соляной кислоты и 28 мл воды. Смесь вылили в 150 мл воды, осадок отфильтровали, промыли водой, сушили и перекристаллизовывали из смеси толуол - пропанол-2 (2:1). Выход 30%, т. пл. 175-176 oC. Найдено (%): C 66.05; H 3.71; N 9.02. C17H12N2O4. Вычислено (%): C 66.23; H 3.92; N 9.09. Спектр ЯМР 1Н (, м.д., J/Гц): 2.48 (с, 3Н, СH3); 7.40 (д, 2Н, J = 8.1, 3 -H, 5 -H); 8.08 (д, 2Н, J = 8.1, 2 -H, 6 -H); 8.49 (д, 1Н, J = 2.0, 6-H); 8.71 (д, 1Н, J = 2.0, 4-H); 10.04 (с, 1Н, 3-СНО); 10.58 (с, 1Н, 1-СНО); 11.87 (с, 1Н, 4-ОН).
Синтез 5-бензотиазолил- и 5-бензоксазолилзамещенного 4-гидроксиизо-фталальдегидов 5-(1,3-Бензотиазол-2-ил)-4-гидроксиизофталальдегид (119). Смесь 2.27 г (10 ммоль) фенола 118, 3.50 г (25 ммоль) гексаметилентетрамина и 25 мл трифторуксусной кислоты кипятили в инертной атмосфере 5 ч, затем охладили и добавили смесь 14 мл конц. соляной кислоты и 28 мл воды. Реакционную смесь вылили в 130 мл воды, осадок отфильтровали, промыли водой и сушили. Полученный альдегид перекристаллизовывали из хлорбензола. Выход 72%, т. пл. 196-197 оС. Найдено (%): C 63.66; H 3.11; N 4.81. C15H9NO3S. Вычислено (%): C 63.59; H 3.20; N 4.94. Спектр ЯМР 1Н (, м.д., J/Гц): 7.50 (т.д, 1Н, J = 7.7, 1.2, 5 -H); 7.58 (т.д, 1Н, J = 7.8, 1.2, 6 -H); 7.98 (д.д, 1Н, J = 7.9, 0.6, 4 -H); 8.05 (д.д, 1Н, J = 7.8, 0.9, 7 -H); 8.41 (д, 1Н, J = 1.9, 6-H); 8.55 (д, 1Н, J = 2.1, 4-H); 9.99 (с, 1Н, 3-CНO); 10.60 (с, 1Н, 1-CНO); 14.21 (с, 1Н, 4-ОН). 5-(1,3-Бензоксазол-2-ил)-4-гидроксиизофталальдегид (121). Смесь 2.11 г (10 ммоль) фенола 120, 3.50 г (25 ммоль) гексаметилентетрамина и 25 мл трифторуксусной кислоты кипятили в инертной атмосфере 12 часов, раствор охладили и прибавили смесь 14 мл конц. соляной кислоты и 28 мл воды. Реакционную смесь вылили в 130 мл воды, осадок отфильтровали, промыли водой, сушили и перекристаллизовывали из хлорбензола. Выход 83%, т. пл. 214-216 oC. Найдено (%): С 67.55; H 3.27; N 5.14. C15H9NO4. Вычислено (%): C 67.42; H 3.39; N 5.24. Спектр ЯМР 1Н (, м.д., J/Гц): 7.42-7.51 (м, 2Н, 5 -H, 6 -H,) 7.68 (д.д.д, 1Н, J = 4.2, 2.2, 0.7, 4 -H); 7.79 (д.д.д, 1Н, J = 3.6, 2.3, 0.6, 7 -H); 8.48 (д, 1Н, J = 2.2, 6-H); 8.82 (д, 1Н, J = 2.2, 4-H); 10.01 (с, 1Н, 3-CНO); 10.63 (с, 1Н, 1-CНO); 13.05 (с, 1Н, 4-ОН). 3.1.3 Синтез 5-(4,5-Дифенил-1H-имидазол-2-ил)-2,4-дигидрокси-3-метил-бензальдегида 5-(4,5-Дифенил-1H-имидазол-2-ил)-2,4-дигидрокси-3-метилбензальдегид (132). Смесь 1.8 г (10 ммоль) альдегида 127, 2.1 г (10 ммоль) бензила, 3.9 г (50 ммоль) ацетата аммония и 30 мл уксусной кислоты кипятили 4 ч. Раствор охладили и вылили в 300 мл воды со льдом. Нейтрализовали до pH 6-7, осадок отфильтровали, промыли водой, сушили и перекристаллизовали из смеси толуол -пропанол-2 (10:1). Выход 41%, т. пл. 272-273 oC. Найдено (%): C 74.69; H 4.69; N 7.67. C23H18N2O3. Вычислено (%): C 74.58; H 4.90; N 7.56. Спектр ЯМР 1Н (, м.д., J/Гц): 2.22 (c, 3Н, 3-CН3); 7.34-7.41 (м, 6Н, PhH); 7.51 (c, 1Н, 6-H); 7.52-7.61 (м, 4Н, PhH); 9.24 (с, 1Н, 2-ОН); 9.72 (с, 1Н, СНО); 11.63 (с, 1Н, 4-ОН).