Замещенные трибензо[1,4]диоксоцин-7,8-дикарбонитрилы Российский патент 2025 года по МПК C07D321/12 

Изобретение относится к области получения гетероциклических орто-дикарбонитрилов, а именно к замещенным трибензо[1,4]диоксоцин-7,8-дикарбонитрилам. Данные соединения могут быть использованы в дальнейшем как для получения несимметричных структурных аналогов дипиррометенов бора (далее - BODIPY) с улучшенными оптическими свойствами из-за расширения ароматической π-системы, так и для получения порфиразинов, при этом наличие 1,4-диоксоцинового фрагмента, а также электронодонорных заместителей, расположенных на периферии данного фрагмента, повысит растворимость будущих флуорофоров в органических растворителях.

Наиболее близким структурным аналогом BODIPY, который может быть получен на основе заявляемых соединений, является комплекс бора (Nabasov A., Koptyaev A., Usoltsev S.D., Rumyantseva Т.A., Galanin N.Е. 2-Difluoroboryl-3-(quinoline-2-ylmethylene)isoindolin-1-one: efficient synthesis method, TD-DFT analysis and electrophysical properties of thin films // Macrohe-terocycles, 2022, 15(2), P. 128-132) с 3-(хинолин-2-илметилен)изоиндолин-1-оном, структурная формула которого представлена ниже.

Вышеуказанное соединение растворимо в хлороформе, ацетоне, ДМСО, ДМФА, при этом в соответствии с данными УФ-видимой спектроскопии максимумы поглощения составляют 429 и 456 нм соответственно, а Стоксов сдвиг достигает 37 нм. Данное значение обусловлено понижением (по отношению к ядру флуорофора) симметрии. Главным недостатком указанного соединения является низкий (Ф=0,35) относительный квантовый выход флуоресценции (стандарт - антрацен).

Наиболее близкий структурный аналог порфиразина, который может быть получен на основе заявляемых соединений, представлен ниже (V.E. Maizlish V.E., Shaposhnikov G.P., Balakireva O.V., Abramov I.G., Ivanovskii S.A., Smirnov A.V. Metal complexes of phthalocyanine structural analogs with oxygen- or nitrogen-containing heterorings. Synthesis and properties // Russian Journal of General Chemistry, 2004, 74(5), P. 787-790).

Главным недостатком указанного соединения является ограниченная растворимость в большинстве органических растворителей. Данная проблема может быть решена путем введения на периферию 1,4-диоксоцинового фрагмента электронодонорных заместителей.

Техническим результатом данного изобретения является получение за-мещеннных трибензо[1,4]-диоксоцин-7,8-дикарбонитрилов, на основе которых могут быть получены как несимметричные структурные аналоги BODIPY, которые, в свою очередь, будут лишены указанного выше недостатка, так и органорастворимые порфиразины.

К заявляемым соединениям относятся структуры общей формулой:

Заявляемые соединения являются новыми и неизвестными из области техники.

Структуры заявленных соединений доказаны данными элементного анализа, ЯМР ¹Н и ИК-спектроскопии (табл. 1).

Изобретение позволяет осуществить синтез несимметричных структурных аналогов BODIPY из замещенных трибензо[1,4]диоксоцин-7,8-дикарбонитрилов, которые, в свою очередь, могут быть получены на основе 4,5-дихлорфталонитриа и соответствующего бифенил-2,2'-диола. Замещенные бифенил-2,2'-диолы могут быть получены реакцией окислительной димеризации соответствующих 2,4-дизамещенных фенолов (Бухалин В.В., Баклагин В.Л., Абрамов И.Г. Синтез замещенных 2,2'- и 4,4'-бифенилдиолов с использованием реакции окислительного сочетания // От химии к технологии шаг за шагом. 2023. Т. 4, вып.4. С. 52-59).

Роль диоксоцинового фрагмента заключается в расширении ароматической π-системы флуорофора, в результате чего происходит увеличение относительного квантового выхода флуоресценции (стандарт - сульфат хинина) до 0,7. Ниже приведены примеры изготовления заявленных соединений. В качестве иллюстрации представлен синтез несимметричного структурного аналога BODIPY на основе нитрила 1а, а также синтез порфиразина на основе 1f, спектральные характеристики которых также указаны в табл. 1.

Пример №1. Методика получения 2,13-ди(n-толил)-4,11-диметилтрибензо[b,е,g][1,4]диоксоцин-7,8-дикарбонитрил 1а.

В колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружали 10 ммоль 4,5-дихлорфталонитрила, 10 ммоль 4,4''',5',5''-тетраметил-[1,1':3',1'':3'',1'''-кватерфенил]-4',6''-диола и 20 см³ ДМФА. После растворения реагентов при интенсивном перемешивании к реакционной смеси прибавляли мелкодисперсный безводный K₂CO₃ (20 ммоль). Реакцию проводили при температуре 100°С в течение 3 часов (ход реакции контролировали методом ТСХ). По окончании реакции содержимое колбы охлаждали до комнатной температуры и выливали в 100 см³ холодной воды. Выпавший осадок 1а отфильтровывали и промывали избытком воды, затем спиртом. Целевое соединение получали с выходом 63% от теории. Продукт сушили на воздухе при 70°С.

Примеры №2-6. Реакцию проводят аналогично примеру 1, за исключением того, что в качестве реагента (4,4''',5',5''-тетраметил-[1,1':3',1'':3'',1'''-кватерфенил]-4',6''-диола) соответственно используются 3,3''',5',5''-тетраметил-[1,1':3',1'':3'',1'''-кватерфенил]-4',6''-диол, 6,6'-дигидрокси-5,5'-диэтокси-[1,1'-бифенил]-3,3'-дикарбальдегид, 3,3'-диэтокси-5,5'-бис(гидроксиметил)-[1,1'-бифенил]-2,2'-диол, 5,5'-диаллил-3,3'-диметокси-[1,1'-бифенил]-2,2'-диол, 3,3',5,5'-тетраметилбифенил-2,2'-диол.

Пример №7. Методика получения 1,8-диметил-3,6-ди-n-толил-11H-дибензо[5,6:7,8][1,4]диоксоцино[2,3-f]изоиндол-11,13(12H)-диона (далее - фталимид на основе 1а).

В раствор метилата натрия в метаноле, приготовленный растворением 0,5 г (20 ммоль) натрия в 50 см метанола вносили 3 ммоль нитрила 1а, перемешивали 3 ч при 20°С, выливали в 100 см³ 10%-й соляной кислоты, перемешивали 30 минут, выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой до рН 7. Продукт сушили на воздухе при 100°С.

Целевой фталимид на основе 1а был получен с выходом 75% от теории. Пример №8. Методика получения 12-Дифторборил-1,8-диметил-13-(хинолин-2-метилен)-3,6-ди-n-толил-12,13-дигидро-11Н-дибензо[5,6:7,8][1,4]диоксоцино[2,3-f]изоиндол-11-она (далее - комплекс бора на основе 1а).

Смесь 2 ммоль фталимида на основе 1а, полученного в соответствии с примером №6, 5 см³ (37 ммоль) хинальдина и 0,25 г (3,1 ммоль) оксида цинка перемешивали при кипении 2 ч, охлаждали, выливали в 200 см³ 10%-го раствора соляной кислоты, перемешивали 1 ч, выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой до рН 7 и высушивали на воздухе при 80°С в течение 6 ч, после чего растворяли в 50 см толуола, к раствору добавляли 1 см (1,12 г, 8 ммоль) BF₃⋅Et₂Oи 3 см (30 ммоль) триэтиламина, перемешивали при кипении 2 ч, органический слой отделяли, многократно промывали водой, растворитель отгоняли. Остаток растворяли в хлороформе и хромато-графировали на колонке, заполненной силикагелем 60 (Merck), элюируя смесью хлороформ - ацетон (100:2, по объему). Собирали основные (вторые) желто-коричневые, сильно флуоресцирующие зоны. Вещество высушивали на воздухе при 80°С в течение 6 ч.

Комплекс бора на основе 1а был получен с выходом 25% от теории.

Пример №9. Методика получения тетра-2,4,11,13-тетраметилтрибензо[b,е,g][1,4]диоксоцин-[7,8-b,g,l,q]-5,10,15,20-тетраазопорфиринат магния (II) (далее - порфиразин на основе 1f).

Металлический магний (0,05 г, 2,06 ммоль) растворяли в кипящем бутаноле 20 мл в присутствии каталитического количества I₂. К образовавшейся суспензии алкоголята магния добавляли 2,4,11,13-тетраметилтрибензо[b,е,g][1,4]диоксацин-7,8-дикарбонитрил (0,2 г, 0,47 ммоль), далее смесь перемешивали при температуре кипения 3 часа. Растворитель упаривали, сухой осадок экстрагировали хлороформом для отделения бутилата магния. Полученный макроцикл подвергали хроматографической очистке на колонке на силикагеле, используя в качестве элюента хлороформ. После удаления растворителя продукт высушивали под вакуумом. Комплекс порфиразина с магнием был получен с выходом 65% от теории.

Изобретение относится к гетероциклическим орто-дикарбонитрилам, а именно к замещенным трибензо[1,4]диоксоцин-7,8-дикарбонитрилам формулы 1a-f, которые могут быть использованы в дальнейшем для получения структурных аналогов дипиррометенов бора с улучшенными оптическими свойствами из-за расширения ароматической 7 г-системы, при этом наличие периферийных заместителей повысит растворимость в органических растворителях. Технический результат: получены новые соединения, которые приводят не только к увеличению органорастворимости, но и позволяют настраивать оптические свойства будущих флуорофоров. 1 табл., 9 пр.

Замещеннные трибензо[1,4]-диоксоцин-7,8-дикарбонитрилы, общей формулой: