Научные исследования кафедры органической химии

Научные исследования кафедры органической химии
Современные направления
научных исследований кафедры
1. Новые реакции конденсации и гетероциклизации в ряду кумарина и
его аналогов
1.1. Изучение реакций ди- и трикарбонильных производных кумарина и его
аналогов
Ди- и трикарбонильные производные кумарина и его аналогов относятся к ряду
β,β-трикарбонильных
соединений,
отличающихся
высокой
склонностью
к
таутомеризации, и, как следствие, высокой реакционной способностью при
взаимодействии как с нуклеофильными, так и с электрофильными реагентами. Реакции
ди- и трикарбонильных производных кумарина и его аналогов изучаются для применения
новых соединений в материалах молекулярной электроники и сенсорных устройств, а
также для фармакологических испытаний. В работах особое внимание уделяется
изучению реакций бордифторидных комплексов ди- и трикарбонильных производных
кумарина и его аналогов.
В последние годы результаты работ по этому направлению составили содержание
ряда кандидатских диссертаций (И.В. Воеводина, 2009 г., Н.А. Кондратова, 2010 г.). Ниже
перечислены основные результаты, полученные в ходе выполнения указанных работ:
Установлено, что β,β-трикарбонильные производные кумарина и их
бордифторидные комплексы
являются ценными интермедиатами синтеза 3,4гетарено- и 3-гетарилкумаринов.
Разработан новый метод синтеза α-пиронокумаринов: взаимодействием
бордифторидных комплексов ацилгидроксикумаринов с ангидридами кислот
аннелирование α-пиронового цикла возможно как в лактоном, так и в бензольных
кольцах.
Взаимодействием 4-гидрокси-3-циннамоилкумаринов с фенацилпиридинийбромидами впервые синтезированы 4-гидрокси-3-пиридилкумарины; предложена
усовершенствованная методика синтеза с применением микроволнового облучения.
Изучены реакции 4-гидрокси-3-циннамоилкумаринов с N-нуклеофилами:
взаимодействием
с
замещенными
фенилгидразинами
получены
новые
пиразолинилкумарины. Окислением 4-гидрокси-3-пиразолинилкумаринов впервые
получены 4-гидрокси-3-пиразолилкумарины. Путем взаимодействия 4-гидрокси-3циннамоилкумаринов
с
диаминами
впервые
получены
4-гидрокси-3диазепинилкумарины.
Показано, что 4-гидрокси-3-циннамоилкумарины могут быть гладко превращены
в арилидендигидрофуро[2,3-с]кумариноны.
Показано, что новые замещенные 4-гидроксикумарины отличаются интенсивным
поглощением
в
электронных
спектрах,
флуоресценцией,
подвержены
изомеризационным превращениям под действием органических растворителей.
Установлено, что некоторые 3-гетарил-4-гидроксикумарины значительно
изменяют флуоресценцию при облучении и в присутствии белка BSA, что
представляет интерес для создания новых оптических сенсоров и систем записи и
хранения информации.
Формированием карт Кохонена с использованием программы ИПК-1
(SmartMining) определены возможные области биологической активности новых
производных кумарина; показано, что их различные таутомерные формы могут
обладать различной биологической активностью.
- Взаимодействием 2,3-дигидрофуро[3,2-с]кумарин-3-она с ароматическими и
гетероароматическими альдегидами получены 2-арилиден(гетарилиден)-2H-фуро[3,21
c]хромен-3,4-дионы. Методом рентгеноструктурного анализа установлено, что данные
соединения в твёрдом состоянии имеют Z-конфигурацию.
- Реакции 2,3-дигидрофуро[3,2-с]кумарин-3-она с ароматическими аминами
сопровождаются ароматизацией дигидрофуранового кольца и ведут к получению 3(ариламино)-4H-фуро[3,2-c]хромен-4-онов.
- Установлено, что продукты азосочетания 2,3-дигидрофуро[3,2-с]кумарин-3-она с
солями арендиазония могут существовать в двух таутомерных формах - азоенольной и
кетогидразонной: некоторые из них обладают выраженным сольватохромизмом.
- При взаимодействии 2,3-дигидрофуро[3,2-с]кумарин-3-она с арилгидразинами
получены 3-(2’-арилгидразоно)-2,3-дигидрофуро[3,2-c]хромен-4-оны, способные к
E/Z-изомеризации под влиянием растворителя.
- Впервые обнаружены 2 примера раскрытия дигидрофуранового цикла 2,3дигидрофуро[3,2-с]кумарин-3-она
и
его
арилиден-производных
при
их
взаимодействии с арилгидразинами: в первом случае продуктом реакции является 3-(2имино-1-(2”-арилгидразинил)этилиден)хроман-2,4-дион, во втором - 3-(1,2-бис(2’фенилгидразоно)этил)-4-гидрокси-2H-хромен-2-он.
- Обнаружена новая реакция гетероциклизации в ряду производных кумарина: при
взаимодействии
2-((E)-3-арилаллилиден)-2H-фуро[3,2-c]хромен-3,4-дионов
с
арилгидразинами с образованием 9-бензил-10-арил-7-[арилдиазенил]-9,10-дигидро6H,8H-хромено[3',4':4,5]пирроло[1,2-b]пиразол-6-онов в качестве единственных
продуктов.
1.2. Синтез новых фотохромов и люминофоров в ряду гетаренокумаринов
В ходе работ по этому направлению подготолены и защищены диссертации В.С.
Мирошникова (2008 г.) и А.Ю. Бочкова (2009 г.). Ниже перечислены основные результаты
работ по этому направлению.
Синтезированы новые индолиновые спиропираны – производные различных
гидроксиформилкумаринов; с применением методов ИК, 1Н ЯМР и ЭСПспектроскопии, масс спектрометрии и рентгеноструктурного анализа
установлено, что спиропираны – производные 7-гидрокси-4-метил-8-формил- и 6гидрокси-4-метил-5-формилкумарина находятся в циклической форме и обладают
фотохромизмом, а производные 4-гидрокси-3-формилкумарина находятся в
устойчивой мероцианиновой форме.
Установлено, что времена жизни мероцианиновых форм спиропиранов
значительно зависят от среды: по сравнению с растворителем, они заметно
возрастают при фотоиндуцировании этих форм в ЛБ-пленках и в полимерах,
достигая значений, пригодных для практического применения.
Мероцианиновые формы нитрозамещенного спиропирана производного 7гидрокси-4-метил-8-формилкумарина и мероцианиновые формы производных 4гидрокси-3-формилкумарина в полимерных материалах подвергаются J-агрегации,
что сопровождается появлением спектральных характеристик лазерных
красителей.
Мероцианиновые формы как
фотохромных, так и нефотохромных
индолиновых спиропиранов кумаринового ряда поглощают в видимой области
ЭСП, обладают флуоресцентными свойствами, которые существенно изменяются
при циклизации.
- Синтезированы ранее неописанные дигетарилэтены, содержащие фрагмент кумарина,
трех типов:
 тиенил(кумаринилтиенил)малеиновый ангидрид;
 1-(3-кумаринил)-2-(гетарил)этены с нециклической двойной связью;
 1-(3-кумаринил)-2-(гетарил)этены с циклической двойной связью: производные
тиазола, малеинового ангидрида и малеимида.
2
-
Предложены новые протоколы синтеза ряда ключевых соединений:
 3-(5-метил-2-тиенил)кумарина – реакциями Сузуки-Мияура и Кневенагеля;
 3-кумаринилуксусной кислоты – реакцией Перкина (Кневенагеля) из
салицилового альдегида и янтарного ангидрида;
 этилового эфира 5-метил-2-тиенилуксусной кислоты – восстановлением
этилового эфира 5-метил-2-тиенилглиоксалевой кислоты
 гетероциклических
аналогов
3-стирилкумарина
–
конденсацией
3кумаринилуксусной кислоты с гетероциклическими альдегидами при
микроволновом облучении.
- Установлено, что новые 3-кумаринил(гетарил)этены обладают фотохромными
свойствами и флуоресценцией как в растворах, так и в полимерных пленках.
- Показано, что дигетарилэтены с фрагментом кумарина в триеновой системе обладают
свойствами флуоресцентных фотопереключателей. Модуляция флуоресценции 1-(3кумаринил)-2-(гетарил)этенов осуществляется за счет фотоизомеризации флуорофора под
действием света.
- На
примере
циклических
кумаринил(гетарил)этенов
показано,
что
их
фотоустойчивость зависит от структуры этенового фрагмента и растет в ряду: тиазол–
малеиновый ангидрид–малеимид.
- Производные 3-(3-кумаринил)-4-(3-тиенил)-малеимида и 5-(3-кумаринил)-4-(3тиенил)-тиазола показали активность в бактериальной тест-системе для скрининга серинтреониновых протеинкиназ (Streptomyces lividans AphVIII) и являются перспективными
для дальнейшей оптимизации их структуры с целью поиска ингибиторов протеинкиназ.
2. Новые сенсорные системы и материалы на основе
кумарина и его аналогов
2.1. Создание новых фоторегистрирующих
считыванием записанной информации
сред
с
производных
флуоресцентным
Результаты работ по этому направлению получены в рамках диссертационного
исследования И.В. Иванова (2011 г.). Ниже перечислены наиболее важные из них.
Обнаружена новая реакция фотодегидрирования гетарено(арено)пиразолинов в
присутствии галогеналканов. Реакция протекает при комнатной температуре, на
рассеяном свету и сопровождается количественным превращением пиразолинового
фрагмента в пиразольный фрагмент.
Реакция сопровождается генерацией кислотности, что может быть использовано
для активирования соответствующих индикаторов и сенсорных структур. Так, лактоны
известных лазерных красителей способны при повышении кислотности раскрываться, что
сопровождается появлением интенсивной флуоресценции среды.
Установлено, что указанные реакции протекают как в растворах хлоралканов, так и
в полимерных пленках, что может быть использовано для оптической регистрации
информации с флуоресцентным считыванием. Соответствующие результаты проходят
стадию патентования.
2.2. Создание органических бислойных пленок, пригодных для сенсорных
систем и материалов
Новой темой научных исследований кафедры является "Создание органических
бислойных пленок, пригодных для сенсорных систем и материалов".
Ранее было показано, что производные тетратиафульвалена (ТТФ), растворенные в
пленке поликарбоната, способны диффундировать на поверхность пленки в условиях ее
экспозиции над парами органического растворителя и йода. Производное ТТФ как
3
эффективный π-донор активно реагирует с йодом и образует на поверхности пленки
микрокристаллический слой ион-радикальной соли, обладающий заметной электрической
проводимостью. Такой метод формирования бислойной пленки (слой ион-радикальной
соли на пленке поликарбоната), получивший название "метода химического осаждения",
состоит в том, что поликарбонатная пленка набухает в парах органического растворителя,
вследствие чего облегчается диффузия растворенного в ней производного ТТФ к
поверхности, на которой и протекает соответствующая окислительно-восстановительная
реакция.
В течение 2009-2010 гг. были получены следующие результаты.
Тетратиафульвален, так же как и его производные, способен к формированию
бислойных пленок "методом химического осаждения" за счет взаимодействия с парами
галогенов.
Другие π-доноры, а именно полициклические арены и гетарены – перилен,
антрацен, фенотиазин, также способные к образованию комплексов с йодом, образуют
бислойные пленки указанным методом.
Найдены полимеры, способные к фомированию бислойных пленок "сухим"
методом, т.е. в отсутствие паров органического растворителя, По-видимому, речь идет о
полимерах, обладающих рыхлой структурой, обеспечивающей возможность диффузии
растворенного в полимере π-донора.
Показано, что полученные новые бислойные пленки обладают сенсорными
свойствами по отношению к ряду воздействий (пары воды, пары органического
основания, звуковые колебания, деформация).
4