ФОТОХРОМНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ 5'-ВИНИЛ-6-НИТРО-СПИРОБЕНЗОПИРАНА И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК C07D491/107 G03C7/32 

Настоящее изобретение относится к новым производным фотохромных спиропиранов (SP 2-8) и способам их получения, которые могут найти применение в различных областях техники при создании элементов оптической памяти, копировальных материалов и сред, регулируемых светофильтров, средств защиты глаз от мощных вспышек светового излучения, а также в качестве фотохромных меток и маркеров для фотопереключения активности биологических объектов и полимерных матриц, фотохромных мономеров и полимеров.

Спектральные свойства и параметры фотопревращений спиробензопиранов сильно зависят от природы имеющихся в молекуле заместителей, поэтому направленное варьирование этими параметрами позволяет проводить поиск новых фотохромов с требуемыми фотохимическими характеристиками [Bertelson R.C. in: Photochromism. G.H. Brown (Ed). Wiley. N.Y. - 1971. - P. 49-294, 397-431. Захс Э.Р., Мартынова В.П., Эфрос Л.С. Синтез и свойства спиропиранов, способных к обратимому раскрытию пиранового кольца. // Химия гетероциклических соединений. - 1979. - №2. - С.435-459].

Ранее было показано, что замещение по индолиновой части молекулы не приводит к существенным изменениям максимума поглощения окрашенной мероцианиновой формы [Панцырный В.И., Гальберштам М.А., Донская Н.А. О влиянии заместителей в положениях 5 и 8' на скорость реакции темнового обесцвечивания фотоокрашенных растворов 1,3,3-триметилспиро[индолин-2,2'-[2Н-1]бензопиранов]. // Химия гетероциклических соединений. 1973. №5. С.653-658; Панцырный В.И., Гальберштам М.А. О влиянии заместителей в положениях 5 и 8' на спектры поглощения мероцианиновых форм спиропиранов. Химия гетероциклических соединений, 1973. №5. С.659-662]. Эти результаты открыли новое направление для направленного введения реакционно-способных спейсеров различной природы путем направленной модификации индолинового фрагмента молекулы спиропирана. Подобные системы, в которых реакционно-способная группировка вводилась в положение N₁ индолинового фрагмента молекулы спиропирана, были подробно исследованы в работах [Willner I., Willner В. Biomaterials intergrated with electronic elements: en route to bioelectronics. // Trends in Biotechnology. - 2001. - V. 19. - P. 222-230; Willner I., Willner B. Photoswitchable biomaterials as grounds for optobioelectronic devices. // Bioelectrochem. Bioenerg. - 1997. - V. 42. - P. 43-57].

В то же время появлению и разработке новых вариантов введения реакционно-способных «якорных» групп по другим положениям (по 5' или 7') индолинового фрагмента молекулы спиропирана препятствовало отсутствие простых и надежных малостадийных методов синтеза замещенных производных индоленина, необходимых для синтеза модифицированных фотохромов в классическом способе получения спиропиранов путем конденсации замещенных производных индоленина или их четвертичных солей с замещенными салициловыми альдегидами. В литературе известны лишь несколько реакций электрофильного замещения в ряду спиропиранов, подходящих для прямой модификации молекулы по 5'-му положению индолинового фрагмента. Однако структурное разнообразие якорных функций было сильно ограничено следующим набором функциональных групп: NO₂, Cl, Br, CN [Самойлова Н.П., Гальберштам М.А. Способ получения 1,3,3-триметил-5,6'-динитроспиро(2'Н-1'-бензопиран)-2,2'-индолина. А.с. СССР №455955. - Приоритет от 5.01.1975. - Бюл. изобр. 1975. - №1; Самойлова Н.П. Способ получения 5-галоидзамещенных бензопираниндолинов. А.с. СССР №469696. - Приоритет от 5.05.1975. - Бюл. изобр. - 1975. - №17; Захс Э.Р., Звенигородская Л.А., Лешенюк Н.Г., Мартынова В.П. Бромирование спиропиранов и восстановление их нитропроизводных. / Химия гетероциклических соединений. 1977. №10. С.1320-1326; Самойлова Н.П., Гальберштам М.А. О некоторых реакциях замещения в ряду фотохромных индолинспирохроменов. / Химия гетероциклических соединений. 1977. №8. С.1065-1068].

Известны способы получения ряда непредельных производных спиробензопирана, содержащих различные ненасыщенные заместители как пирановой, так и в индолиновой части молекулы фотохрома: 6- или 8-винилпроизводные [Kakurai Т., Takano Т. Photochromic compounds. // Patent of Japan JP 61076490. - опубл. 18.04.1986; Miyashita, A. Preparation of spiropyran compounds as photochromic substances and optical materials. // Patent WO 9420502. - опубл. 15.09.1994]; 5'-акриламино-8-метокси-6-нитро-1,3,3-триметилиндолиноспиробензопиран [Mistry B.B., Patel R.G., Patel V.S. Synthesis and characterization of photochromic homopolymer/copolymer. // J. Applied Polymer Science. 1997. - V. 64, N 5. P.841-848]; 8-аллил-6-формилспиробензопиран [Lukyanov B.S., Metelitsa A.V., Lukyanova M.B., Mukhanov E.L., Borisenko N.I., Alekseenko Y.S., Bezugliy S.O. Photochromism of the Spiropyran Thin Solid Films. // Mol. Cryst. Liq. Cryst. - 2005. - V. 431. P.51-56]. Общим недостатком указанных выше способов является их многостадийность.

С целью разработки новых более эффективных методов и подходов для введения фотохромных меток на основе производных спиропиранов в различные системы и среды ранее нами был предложен вариант селективного формилирования спиробензопиранов по положению 5' [Лаптев А.В., Лукин А.Ю., Беликов Н.Е., Швец В.И., Демина О.В., Барачевский В.А., Ходонов А.А. 5-Формил-замещенные индолиновые спиробензопираны и способ их получения. // Патент РФ №2358977, Б.И. 2009, №17], который позволил разработать эффективную процедуру получения ценных синтетических интермедиатов - 5'-формил-замещенных спиропиранов. Этот простой и высокоэффективный метод синтеза 5'-формил-производных значительно расширил синтетический потенциал их использования в качестве исходных соединений для направленной модификации по 5'-положению молекулы фотохрома с применением хорошо известных и простых экспериментальных процедур органического синтеза (олефинирования по Виттигу и Хорнеру-Эммонсу, нуклеофильного присоединения по карбонильной группе реагентов, содержащих активные метальные или метиленовые группы: нитрометан, малонодинитрил, цианоуксусная кислота и ее эфиры, кислота Мельдрума).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является способ превращения предложенного выше синтона на примере исследования процесса его олефинирования по Хорнеру-Эммонсу с получением 3-[6-нитро-1',3',3'-триметилспиро([2Н]-1'-хромен-2,2'-индолин-5'-ил)]пропеновой кислоты и ее этилового эфира [А.В.Лаптев, А.Ю.Лукин, Н.Е.Беликов, Р.В.Земцов, В.А.Барачевский, О.В.Демина, С.Д.Варфоломеев, В.И.Швец, А.А.Ходонов. Синтез и изучение фотохромных свойств 3-[6'-нитро-1,3,3-триметилспиро(индолино-2,2'-[2Н]хромен-5-ил)]пропеновой кислоты и ее этилового эфира. // Химия высоких энергий, 2010, Т. 44, №3, С.239-243].

Недостатком приведенных методов синтеза являются невысокие суммарные выхода целевых соединений.

Техническим результатом настоящего изобретения является способ получения новых производных 5'-винил-6-нитро-спиробензопирана (SP 2-8) (см. схему 1) и исследование их фотохромных свойств.

Технический результат изобретения достигается тем, что 6-нитро-5'-формил-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолин) (SP 1) подвергают олефинированию по Виттигу илидом, генерированным действием трет-бутилата калия на бромид трифенилметилфосфония в безводном тетрагидрофуране в инертной атмосфере; или нуклеофильному присоединению по карбонильной группе реагентов, содержащих активные метальные или метиленовые группы, когда карбонильный предшественник подвергают действию избытка (1.1-3 экв.) различных СН-кислот в присутствии соответствующих оснований при повышенной температуре, в инертной атмосфере, с одновременной азеотропной отгонкой или химическим связыванием воды; или олефинированию по Хорнеру-Эммонсу анионом диэтил(цианометил)фосфоната, с последующим восстановлением промежуточного нитрила диизобутилалюминийгидридом при -80°С. Новизна заявленных признаков состоит в использовании в качестве фотохромных структур новых фрагментов и функциональных групп, отличных от структуры ближайшего аналога.

Схема 1. Способ получения и структуры новых производных 5'-винил-6-нитро-спиробензопирана (SP 2-8).

где

№ соединения R₁ R₂ SP2 Н Н SP3 CN Н SP4 СНО Н SP5 NO₂ Н SP6 CN CN SP7 СO₂СН₃ CN SP8 -С(O)-O-С(СН₃)₂-O-(O)С-

5'-Винил-6-нитро-спиробензопиран (SP 2) был получен олефинированием по Виттигу исходного (SP 1) илидом, генерированным действием трет-бутилата калия на бромид трифенилметилфосфония в безводном тетрагидрофуране. Альдегид (SP 4) был синтезирован олефинированием по Хорнеру-Эммонсу исходного (SP 1) анионом диэтил(цианометил)фосфоната с последующим восстановлением промежуточного нитрила (SP 3) диизобутилалюминийгидридом.

Нитровинильное производное (SP 5) было приготовлено при нагревании при 50°С в инертной атмосфере раствора исходного (SP 1) в абсолютном метиловом спирте в присутствии нитрометана и диацетата этилендиаммония. Бис-замещенные производные (SP 6) и (SP 7) были получены нагреванием при кипении исходного (SP 1) в системе (ацетат аммония, ледяная уксусная кислота, бензол) с малонодинитрилом или метиловым эфиром цианоуксусной кислоты соответственно. Способ получения спиропирана (SP 8) включал взаимодействие кислоты Мельдрума с исходным альдегидом (SP 1) при нагревании в этаноле в присутствии пиперидина и молекулярных сит (для связывания выделившийся воды).

В отличие от синтезов соединений (SP 2-7), где исходный спиропиран (SP 1) подвергался полной конверсии в течение 1-2 ч, получение спиробензопирана (SP 8) требует более жестких условий - нагрева реакционной смеси в течение 6-8 ч. Все реакции проводили в бескислородной атмосфере и дегазированных растворителях, в токе аргона или азота, поскольку целевые винилоги (SP 2-8) склонны к окислительной деструкции. Во всех описанных способах применяли небольшие избытки реагентов (1.1-3 экв.) по отношению к исходному 5'-формилспиропирану (SP 1).

Таблица 1 Спектральные характеристики производных спиропиранов (SP 2-8) в растворах Соединение Растворитель λ_А, НМ λ_В, НМ Этанол 277, пл.323 547 Толуол <300 575 пл., 615 Этанол 346 567 Толуол 347 590 пл., 628 Этанол 364 567 Толуол 357 590 пл., 628 Этанол 404 568 Толуол 390 590 пл., 628 Этанол 409 587 Толуол 403 620 Этанол 398 576 Толуол 391 603 пл., 637 Этанол 430 575 Толуол 418 605 пл., 640 Примечание: λ_А и λ_В - максимумы полос поглощения исходной и фотоиндуцированной форм соответственно.

Целевые фотохромы (SP 2-8) были получены с выходами от 43 до 85%, в препаративных количествах, структура всех соединений была охарактеризована набором физико-химических методов анализа.

Указанные спиробензопираны (SP 1-8) являются фотохромными соединениями, спектральные характеристики их растворов в толуоле и этаноле приведены в табл.1.

Для иллюстрации настоящего изобретения ниже рассмотрены следующие примеры экспериментальных процедур.

Пример 1. Способ получения 5'-винил-6-нитро-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1-хромен-2,2'-индолина) (SP 2).

К раствору 2.0 г (5.7 ммоль) 6-нитро-5'-формил-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолина) (SP 1) и 3.0 г (8.4 ммоль) бромида трифенилметилфосфония в 50 мл безводного тетрагидрофурана прибавили 1.0 г (8.9 ммоль) трет-бутилата калия и нагревали при температуре 50°С в течение 1 ч в атмосфере аргона при перемешивании на магнитной мешалке. Затем к реакционной массе добавили 50 мл дистиллированной воды и нейтрализовали смесь 10%-ной соляной кислотой. После чего провели экстракцию реакционной смеси несколькими порциями хлористого метилена (3 раза по 50 мл), экстракты объединяли, сушили над безводным сульфатом натрия, растворитель удаляли. Для выделения целевого продукта использовали флеш-хроматографию на силикагеле, элюент - петролейный эфир (т.кип. 40-70°С) - хлористый метилен (2:1, по объему). Получили 1.5 г (4.3 ммоль) продукта (SP 2) (76%), белые кристаллы (темнеют и окрашиваются при хранении) с т.пл. 144-145°С. R_f 0.85 (хлористый метилен, "Silufol" UV-254, (Kavalier, Чехия), детекция пятен - воздействием на проявленную пластинку естественного света).

Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃, δ, м.д., J/Гц): 1.19 (3Н, с, 3'а-СН₃), 1.31 (3Н, с, 3'b-СН₃), 2.74 (3Н, с, 1'-СН₃), 5.07 (1Н, дд, J 11.0/1.0, 2-Н-винил trans), 5.59 (1Н, дд, J 17.5/1.0, 2-Н-винил cis), 5.84 (1Н, д, J 10.4, 3-H), 6.49 (1Н, д, J 7.9, 7'-H), 6.69 (1Н, дд, J 17.5/11.0, 1-Н-винил), 6.76 (1Н, д, J 8.2, 8-H), 6.92 (1Н, д, J 10.4, 4-H), 7.18 (1Н, д, J 1.7, 4'-H), 7.22 (1Н, дд, J 7.9/1.7, 6'-Н), 7.99 (1Н, с, 5-Н), 8.01 (1Н, дд, J 8.2/2.7, 7-H).

УФ-спектр [(EtOH), λ_mах, нм, (log ε)]: 277 (4.70), пл. 323 (4.38).

Масс-спектр [m/z, I_отн]: 348 (М⁺, 83), 333 (25), 185 (100), 170 (23).

Найдено (%): С 71.98; Н 5.93; N 8.02. С₂₁Н₂₀N₂О₃. Вычислено (%): С 72.40; Н 5.79; N 8.04.

Пример 2. Способ получения E-3-[6-нитро-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолин)-5'-ил]проп-2-енонитрила (SP 3).

К суспензии 75 мг (1.87 ммоль) гидрида натрия (содержание гидрида натрия в минеральном масле 60%) в 10 мл безводного THF, предварительно охлажденной на ледяной бане до 0°С, в атмосфере аргона при интенсивном перемешивании на магнитной мешалке по каплям прибавляли при помощи шприца 0.3 мл (1.70 ммоль) диэтил(цианометил)фосфоната (С₂-фосфонат). Через 30 мин перемешивания к полученному раствору добавили порциями 0,5 г (1.43 ммоль) 6-нитро-5'-формил-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолина) (SP 1). Еще через 1 ч перемешивания к смеси добавили 10 мл дистиллированной воды и довели значение рН до 6 при помощи 0,1 М соляной кислоты. После чего проводили экстракцию реакционной смеси хлористым метиленом (3 раза по 50 мл), экстракты объединяли и сушили над безводным сульфатом натрия, растворитель удаляли на роторном испарителе. Для выделения целевого продукта применяли колоночную хроматографию на силикагеле. Фракции, содержащие целевое соединение (SP 3), объединяли, растворитель удаляли, остаток сушили в вакууме 1 ч при 0.2 мм рт.ст. Дополнительно продукт очищали кристаллизацией из спирта.

Выход: 0.45 г (1.21 ммоль) (85%), желтые кристаллы т.пл. 205-207°С. R_f 0.47 (хлористый метилен-петролейный эфир 3: 1 (по объему), Kieselgel 60F₂₅₄ (Merck, Германия), детекция пятен - воздействием на проявленную пластинку видимого света).

¹Н-ЯМР-спектр (CDCl₃, δ, м.д., J/Гц): 1.18 (3Н, с, 3'а-СН₃), 1.30 (3Н, с, 3'b-СН₃), 2.80 (3Н, с, 1'-СН₃), 5.66 (д, 1Н, J 16.1. 2''-Н), 5.83 (1Н, д, J 10.3, 3-Н), 6.53 (1Н, д, J 8.2, 7'-Н), 6.77 (1Н, д, J 8.5, 8-Н), 6.95 (1Н, д, J 10.3, 4-Н), 7.17 (1Н, д, J 1.7, 4'-Н), 7.28 (1Н, дд, J 8.2/1.7, 6'-Н), 7.33 (d, 1Н, J 16.1, 3''-H), 8.01 (1Н, с, 5-Н), 8.03 (1Н, дд, J 8.5/2.8, 7-H).

Масс-спектр [m/z, I_отн]: 373 (М⁺, 100).

УФ-спектр [(EtOH), λ_max, нм, (log ε)]: 224 (4.28); 265 (4.27); 348 (4.50).

Найдено (%): С 70.38; Н 5.53; N 11.21. С₂₂Н₁₉N₃О₃. Вычислено (%): С 70.76; Н 5.13; N 11.25.

Пример 3. Способ получения E-3-[6-нитро-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолин)-5'-ил]проп-2-еналя (SP 4).

Раствор 250 мг (0.67 ммоль) соединения (SP 3) в 5 мл абсолютного хлористого метилена поместили в реактор, обеспечивающий постоянный ток аргона и хорошее перемешивание на магнитной мешалке. Погружали реактор в ацетоновую баню и охлаждали его до -80°С при помощи жидкого азота.

Добавляли в реактор при перемешивании по каплям при помощи шприца 0.6 мл 1.5 М (20 вес.%) раствора диизобутилалюминийгидрида в толуоле, после завершения реакции медленно повышали температуру бани до 0°С. Нейтрализацию реакционной смеси производили 1 г воды в 5 г окиси алюминия. Реакционную массу отфильтровали на стеклянном фильтре, промыли ее двумя порциями метанола по 10 мл, растворитель удаляли в вакууме. Для выделения целевого продукта применяли колоночную хроматографию на окиси алюминия. Фракции, содержащие целевое соединение (SP 4), объединяли, растворитель удаляли, остаток сушили в вакууме 1 ч при 0.2 мм рт.ст. Дополнительно продукт очищали кристаллизацией из спирта.

Выход: 126 мг (0.34 ммоль) (50%), желтые кристаллы, т.пл. 215-217°С. R_f 0.16 (хлористый метилен-петролейный эфир 3: 1 (по объему), Kieselgel 60F₂₅₄ (Merck, Германия), детекция пятен - воздействием на проявленную пластинку видимого света или 2,4-динитрофенилгидразина).

¹H-ЯМР-спектр (СDСl₃, δ, м.д, J/Гц): 1.20 (3Н, с, 3'а-СН₃), 1.32 (3Н, с, 3'b-СН₃), 2.80 (3Н, с, 1'-СН₃), 5.83 (1Н, д, J 10.3, 3-Н), 6.57 (1Н, д, J 8.1, 7'-Н), 6.60 (1Н, дд, J 15.7/7.8, 2''-Н), 6.77 (1Н, д, J 8.3, 8-Н), 6.96 (1Н, д, J 10.3, 4-Н), 7.30 (1Н, д, J 1.7, 4'-Н), 7.42 (1Н, дд, J 8.1/1.7, 6'-Н), 7.43 (1Н, д, J 15.7, 3''-Н), 8.02 (1Н, с, 5-Н), 8.03 (1Н, дд, J 8.3/2.8, 7-Н), 9.63 (1H, д, J 7.8, 1''-СНО).

Масс-спектр [m/z, I_отн]: 376 (М⁺, 100).

УФ-спектр [(ЕtOН), λ_mах, нм, (log ε)]: 229 (4.29); 258 (4.28); 365 (4.56).

Найдено (%): С 69.72; Н 5.45; N 7.05. C₂₂H₂₀N₂O₄. Вычислено (%): С 70.20; Н 5.36; N 7.44.

Пример 4. Способ получения E-6-нитро-5'-(2-нитро-1-этенил)-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолина) (SP 5).

К раствору 0.5 г (1.4 ммоль) 6-нитро-5'-формил-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолина) (SP 1), 300 мкл (4.3 ммоль) нитрометана в 30 мл абсолютного метанола добавили при перемешивании 100 мг (0.6 ммоль) диацетата этилендиаммония и нагревали при температуре 50°С в течение 1 ч в атмосфере аргона при перемешивании на магнитной мешалке. Затем растворители из смеси удаляли, растворяли остаток в хлористом метилене и промывали дистиллированной водой. Для выделения целевого продукта использовали флеш-хроматографию на силикагеле, элюент - петролейный эфир (т.кип. 40-70°С) - хлористый метилен (1:1, по объему). Дополнительно продукт очищали кристаллизацией из этилового спирта. Получили 0.35 г (0.9 ммоль) продукта (SP 5) (64%), розовые кристаллы с т.пл. 185-187°С. R_f 0.7 (хлористый метилен, "Silufol UV-254, (Kavalier, Чехия), детекция пятен - воздействием на проявленную пластинку естественного света).

Спектр ЯМР ¹Н (СDСl₃, δ, м.д., J/Гц): 1.20 (3Н, с, 3'а-СН₃), 1.32 (3Н, с, 3'b-СН₃), 2.82 (3Н, с, 1'-СН₃), 5.84 (1Н, д, J 10.2, 3-Н), 6.59 (1Н, д, J 8.2, 7'-Н), 6.68 (1Н, д, J 9.5, 8-Н), 6.98 (1Н, д, J 10.2, 4-Н), 7.27 (1Н, д, J 1.7, 4'-H), 7.41 (1Н, дд, J 8.2/1.7, 6'-Н), 7.56 (1Н, д, J 13.6, 2-Н-винил), 7.99 (1Н, д, J 13.6, 1-Н-винил), 8.01 (1Н, с, 5-Н), 8.03 (1Н, дд, J 9.5/2.7,7-Н).

УФ-спектр [(ЕtOН), λ_mах, нм, (log ε)]: 404 (4.57).

Масс-спектр [m/z, I_отн]: 393 (М⁺, 84), 378 (28), 230 (100), 183 (56), 168 (34), 159 (46), 147 (28), 115 (32).

Найдено (%): С 63.58; Н 5.33; N 9.92. C₂₁H₁₉N₃O₅. Вычислено (%): С 64.12; Н 4.87; N 10.68.

Пример 5. Способ получения E-3-[6-нитро-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолин)-5'-ил]-2-цианопроп-2-енонитрила (SP 6).

Смесь 1.0 г (2.9 ммоль) 6-нитро-5'-формил-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолина) (SP 1), 0.2 г (3.2 ммоль) ацетата аммония, 0.38 г (5.7 ммоль) малонодинитрила, 20 мл ледяной уксусной кислоты и 100 мл бензола в течение 1.5 ч нагревали при кипении при перемешивании на магнитной мешалке с насадкой Дина-Старка, отгоняя воду (азеотропная отгонка). После охлаждения до комнатной температуры реакционную смесь промыли 100 мл воды, 100 мл насыщенного раствора бикарбоната натрия, высушили над сульфатом натрия и отогнали растворитель. Для выделения целевого продукта использовали флеш-хроматографию на силикагеле, элюент - петролейный эфир (т.кип. 40-70°С) - хлористый метилен (1:1, по объему). Дополнительно продукт очищали кристаллизацией из этилового спирта. Получили 0.9 г (2.3 ммоль) продукта (SP 6) (78%), желтые кристаллы с т.пл. 168-170°С. R_f 0.63 (хлористый метилен, "Silufol" UV-254, (Kavalier, Чехия), детекция пятен - воздействием на проявленную пластинку естественного света).

Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃, δ, м.д, J/Гц); 1.20 (3Н, с, 3'а-СН₃), 1.33 (3Н, с, 3'b-СН₃), 2.87 (3Н, с, 1'-СН₃), 5.83 (1Н, д, J 10.3, 3-Н), 6.61 (1Н, д, J 8.4, 7'-Н), 6.79 (1Н, д, J 8.5, 8-Н), 6.99 (1Н, д, J 10.3, 4-Н), 7.58 (1Н, с, 5'-СН=), 7.72 (1Н, дд, J 8.4/2.0, 6'-Н), 7.78 (1Н, д, J 2.0,4'-Н), 8.04 (1Н, с, 5-Н), 8.05 (1Н, дд, J 8.5/2.8, 7-Н).

УФ-спектр [(ЕtOН), λ_max, (log ε)]: 409 (4.59).

Масс-спектр [m/z, I_отн]: 398(М⁺, 17), 383 (10), 235 (100), 220 (28).

Найдено (%): С 68.90; Н 5.03; N 13.92. С₂₃Н₁₈N₄O₃. Вычислено (%): С 69.34; Н 4.55; N 14.06.

Пример 6. Способ получения метилового эфира [6-нитро-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолин)-5'-ил]-2-цианопроп-2-еновой кислоты (SP 7).

Смесь 1.0 г (2.9 ммоль) 6-нитро-5'-формил-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолина) (SP 1), 0.2 г (3.2 ммоль) ацетата аммония, 0.6 г (6.1 ммоль) метилового эфира цианоуксусной кислоты, 20 мл ледяной уксусной кислоты и 100 мл бензола в течение 2 ч нагревали при кипении при перемешивании на магнитной мешалке с насадкой Дина-Старка, отгоняя воду (азеотропная отгонка). После охлаждения до комнатной температуры реакционную смесь промыли 100 мл воды, 100 мл насыщенного раствором бикарбоната натрия, высушили над сульфатом натрия и отогнали растворитель. Для выделения целевого продукта использовали флеш-хроматографию на силикагеле, элюент - петролейный эфир (т.кип. 40-70°С) - хлористый метилен (1:1, по объему). Дополнительно продукт очищали кристаллизацией из этилового спирта. Получили 0.8 г (1.9 ммоль) продукта (SP 7) (66%), желтые кристаллы с т.пл. 178-180°С. R_f 0.52 (хлористый метилен, "Silufol" UV-254, (Kavalier, Чехия), детекция пятен - воздействием на проявленную пластинку естественного света).

Спектр ЯМР ¹H(CDCl₃, δ, м.д, J/Гц): 1.21 (3Н, с, 3'а-СН₃), 1.34 (3Н, с, 3'b-СН₃), 2.85 (3Н, с, 1'-СН₃), 3.89 (3Н, с, O-СН₃), 5.83 (1Н, д, J 10.3, 3-Н), 6.60 (1Н, д, J 8.3, 7-Н), 6.78 (1Н, д, J 8.4, 8'-Н), 6.97 (1Н, д, J 10.3, 4-Н), 7.83 (1Н, дд, J 8.3/1.9, 6'-Н), 7.89 (1Н, д, J 1.9, 4'-Н), 8.02 (1Н, с, 5-Н), 8.03 (1Н, дд, J 8.3/2.7, 7-Н), 8.15 (1Н, с, 5'-СН=).

УФ-спектр [(ЕtOН), λ_mах, нм, (log ε)]: 398 (4.44).

Масс-спектр [m/z, I_отн]: 431(M⁺, 72), 416 (20), 268 (100), 253 (20).

Найдено (%): С 66.45; Н 5.33; N 9.52. С₂₄Н₂₁N₃O₅. Вычислено (%): С 66.81; Н 4.91; N 9.74.

Пример 7. Способ получения 2,2-диметил-5-{[6-нитро-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолин)-5'-ил]метилен}-1,3-диоксан-4,6-диона (SP 8).

Смесь 0.5 г (1.4 ммоль) 6-нитро-5'-формил-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолина) (SP 1), 0.4 г (2.8 ммоль) кислоты Мельдрума, 0.2 г (2.4 ммоль) пиперидина в 50 мл этилового спирта нагревали при температуре 50°С в течение 8 ч в атмосфере аргона при перемешивании на магнитной мешалке в присутствии молекулярных сит 4 . Затем из смеси удалили растворитель, растворяли остаток в хлористом метилене, промывали 5%-ной соляной кислотой. Для выделения целевого продукта использовали флеш-хроматографию на силикагеле, элюент - петролейный эфир (т.кип. 40-70°С) - хлористый метилен (1:2, по объему). Дополнительно продукт очищали кристаллизацией из этилового спирта.

Получили 0.3 г (0.6 ммоль) продукта (SP 8) (43%), желтые кристаллы с т.пл. 194-196°С. R_f 0.34 (хлористый метилен, "Silufol" UV-254, (Kavalier, Чехия), детекция пятен - воздействием на проявленную пластинку естественного света).

Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃, δ, м.д., J/Гц): 1.21 (3Н, с, 3'а-СН₃), 1.34 (3Н, с, 3'b-СН₃), 1.78 (6Н, с, 2-(СН₃)₂-диоксана), 2.86 (3Н, с, 1'-СН₃), 5.84 (1Н, д, J 10.3, 3-Н), 6.61 (1Н, д, J 8.4, 7'-Н), 6.79 (1Н, д, J 8.5, 8-Н), 6.98 (1Н, д, J 10.3. 4-Н), 8.03 (1Н, с, 5-Н), 8.05 (1Н, дд, J 8.5/2.7, 7-Н), 8.07 (1Н, дд, J 8.4/1.8, 6'-Н), 8.28 (1Н, д, J 1.8, 4'-Н), 8.37 (1Н, с, 5'-СН=).

УФ-спектр [(ЕtOН), λ_max, нм, (log ε)]: 430 (4.38).

Масс-спектр [m/z, I_отн]: 476(M⁺,24), 374 (16), 359 (12), 211 (100), 196 (14), 182(27), 168 (13). Найдено (%): С 65.05; Н 5.42; N 5.72. С₂₆Н₂₄N₂O₇. Вычислено (%): С 65.54; Н 5.08; N 5.88.

Настоящее изобретение относится к новым производным 5'-винил-6-нитроспиробензопирана формулы 1

где R₁=R₂=H (SP2); R₁=CN, R₂=H (SP3); R₁=CHO, R₂=H(SP4); R₁=NO₂, R₂=H(SP5); R₁=CN, R₂=CN(SP6); R₁=CO₂CH₃, R₂-CN(SP7); R₁,R₂=-C(O)-O-С(СН₃)₂-O-(O)С-(SР8), которые обладают фотохромными свойствами, а также к способам их получения. Разработаны методы для направленной модификации по 5'-положению молекулы фотохрома с применением хорошо известных и простых экспериментальных процедур органического синтеза (олефинирования по Виттигу и Хорнеру-Эммонсу, нуклеофильного присоединения по карбонильной группе реагентов, содержащих активные метальные или метиленовые группы: нитрометан, малонодинитрил, цианоуксусная кислота и ее эфиры, кислота Мельдрума). Способ получения замещенных 5'-винил-индолиновых спиробензопиранов отличается тем, что исходное 5'-формильное производное в растворе подвергается олефинированию различными СН-кислотами в присутствии соответствующих оснований, в атмосфере аргона и повышенной температуре реакционной смеси. 4 н.п. ф-лы.

1. Производные 5'-винил-6-нитроспиробензопирана общей формулы,

где R₁=R₂=H (SP2); R₁=CN, R₂=H (SP3); R₁=CHO, R₂=H(SP4); R₁=NO₂, R₂=H(SP5); R₁=CN, R₂=CN(SP6); R₁=CO₂CH₃, R₂-CN(SP7); R₁,R₂=-C(O)-O-С(СН₃)₂-O-(O)С-(SР8), обладающие фотохромными свойствами.

2. Способ получения замещенных производных 5'-винил-6-нитроспиробензопиранов общей формулы, где R₁=R₂=H (SP2), отличающийся тем, что 6-нитро-5'-формил-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолин) (SP1) подвергают олефинированию по Виттигу илидом, генерированным действием трет-бутилата калия на бромид метилтрифенилфосфония в безводном тетрагидрофуране в инертной атмосфере.

3. Способ получения замещенных производных 5'-винил-6-нитроспиробензопиранов общей формулы, где R₁=CN, R₂=H (SP3) или R₁=CHO, R₂=H (SP4), отличающийся тем, что 6-нитро-5'-формил-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолин) (SP1) подвергают олефинированию по Хорнеру-Эммонсу анионом диэтил(цианометил)фосфоната, с последующим восстановлением промежуточного нитрила (SP3) диизобутилалюминийгидридом в атмосфере аргона при -80°С.

4. Способ получения замещенных производных 5'-винил-6-нитроспиробензопиранов общей формулы (SP5-8), отличающийся тем, что 6-нитро-5'-формил-1',3',3'-триметилспиро(2Н-1'-хромен-2,2'-индолин) (SP1) подвергают нуклеофильному присоединению по карбонильной группе реагентами, содержащими активные метальные или метиленовые группы, посредством действия избытка (1.1 - 3 экв.) различных СН-кислот в присутствии соответствующих оснований при повышенной температуре (50-80°С), в инертной атмосфере, с одновременной азеотропной отгонкой или химическим связыванием воды.