CC BY
29
УДК544.526.1+547.898.546
Т.М. Алиев, Е.Н. Гулакова, Д.В. Бердникова, Н.Э. Шепель, Ю.В. Федоров, О.А. Федорова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Москва, Россия
СИНТЕЗ И ФОТОХИМИЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАЦИИ СТИРИЛОВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ДИАЗИНОВ
Осуществлен синтез серии 2-(3,4-диметоксистирил)замещенных диазинов.С использованием методов оптической спектроскопии, ЯМР и ВЭЖХ исследованы фототрансформации полученных стирилдиазинов. Обнаружено, что фотолиз ацетонитрильных или водных растворов субстратов нефильтрованным светом приводит к протеканию реакции фотоциклизации и образованию поликонденсированных гетероароматических соединений.
A series of 2-(3,4-dimethoxystyryl)substituted diazines was synthesized. Photoinduced transformations of obtained styryldiazines were investigated by using of methods of optical spectroscopy, NMR and HPLC. It was found, that photolysis of acetonitrile or aqueous solutions of substrates with unfiltered light leads to formation of polycondensedheteroaromatic compounds.
К наиболее перспективным и разработанным к настоящему времени фотохромным соединениям относятся системы, претерпевающие электроциклические реакции под действием света. Так, 1,5-электроциклическая реакция изучена на примере спирогидроиндолизинов, фототрансформация гексатриен-1,3,5 вциклогесадиен-1 наблюдается для широкого круга соединений, включая спиропираны, спиронафтоксазины, фульгиды, стильбены, дигетарилэтены. Электроциклические превращения последних широко используются в качестве фотохромных материалов различного назначения, например, на их основе создаются диски с трехмерной памятью.
Электроциклическая реакция стирилзамещенныхгетероциклов изучена в гораздо меньшей мере, в то время как данная реакция доступных субстратов может использоваться в качестве фотохимического метода синтеза сложных конденсированных гетероароматических соединений.
Для определения закономерностей электроциклических реакций стирилазинов, в том числе определения направления данной фототрансформации и структурных факторов, оказывающих влияние на ее эффективность, в данной работе был осуществлен синтез ряда стирилгетероциклов на основе пиридина, пиримидина и пиразина.
Из литературных данных известно [1-4], что основным методом получения стирилгетероциклов является конденсация метильных производных гетероциклических оснований с производными бензальдегида в кислотных или щелочных условиях.
На первом этапе данной работы была осуществлена конденсация а-пиколина (1) с вератровым альдегидом (2) нагреванием реагентов в уксусном ангидриде (схема 1)по методике, описанной ранее [5].
Схема 1.
Реакция проводилась в инертной атмосфере в течение 35 ч, однако выход продукта не превысил 10%, кроме того наблюдалось сильное осмоление реакционной массы.
В качестве альтернативного подхода для получения 2-стирилпиридина 3 нами был разработан двухстадийный синтез с получением на первом этапе промежуточного красителя 7 и его последующим деметилированием. Так, нагреванием иодида 2,4-диметилпиридиния (4) с 2 в н-бутаноле в присутствии пирролидина с высоким выходом был получен соответствующий стириловый краситель 5(схема 2).
Схема 2.
Превращение ^-алкилпиридиниевых солей в соответствующие пиридины -процесс довольно сложный, однако в случае ^-метильных производных дезалкилирование возможно при действии трифенилфосфина. В литературе известны два варианта проведения данной реакции -кипячением производных иодида ^-метилпиридиния с РРИ3 в ацетонитриле или в ДМФА с добавлением мезителена. Нами были осуществлены оба подхода, однако в первом случае реакция не прошла даже при длительном (более 40 ч) нагревании. Второй подход оказался более успешным и в результате с выходом 43% был выделен 2-стирилпиридин 3 (схема 3).
Схема 3.
Оптимальным способом проведения реакции деметилирования в данном случае, позволяющим получить целевой 2-стирилпиридин 3 с высоким выходом, оказалось нагревание красителя 5 в NN диметиланилине.
Таким образом, суммарный выход 2-стирилпиридина 3 по двум стадиям составил около 62%, что более чем в 1.5 раза превышает указанный в литературе [5].
Конденсацией вератрового альдегида 2 с метильными производными пиразина и пиримидина 6-8 в основных условиях (трет-бутилат калия, ДМФА) были получены стирилдиазины9-11(схема 4).Следует отметить, что □ -пиколин в данных условиях в реакцию конденсации с 2 не вступает.
Схема 4.
Диазин Продукт Выход, %
9 52
10 53
11 53
Данные условия конденсации были использованы также для синтеза бисстириловых производныхдиазинов12, 13 (схема 5).
Схема 5.
Все синтезированные стирилгетероциклы были выделены в виде транс-изомеров, что подтверждается данными ЯМР-спектроскопии (КССВ сигналов олефиновых протонов ~16 Гц), и охарактеризованы с использованием совокупности физико-химических методов анализа.
Фотохимическое поведение гетероциклических аналогов стильбена не отличается от карбоциклических соединений. В литературе известны фотохимические реакции стирилазинов, протекающие в растворах - Е-2-изомеризация, электроциклическая реакция с образованием производных фенантрена и межмолекулярноефотоциклоприсоединение. Последняя реакция в растворах стириловых производных гетероциклов без дополнительной их предорганизации протекает крайне неэффективно - с низким квантовым выходом и образованием большого числа производных циклобутана.
Ранее нами была изучена фотохимическая трансформация 2-стирилхинолина 14. При фотолизе ацетонитрильных растворов 14 наблюдалось образование двух различных фотопродуктов: облучение светом с длиной волны 365 нм приводило к образованию цис-изомера, при фотолизе полным светом наблюдалось протекание электроциклической трансформации. Следует отметить, что фотоциклизация в случае соединения 14 может происходить как через образование С-С связи, так и с участием атома азота азагетероциклического фрагмента. Анализ структуры образующегосяциклопродукта15 показал, что фотохимическая
трансформация 14 протекает через образование С-Ы связи и продукт 15 представляет собой положительно заряженный конденсированный азагетероцикл (схема 6, рис. 1).
Схема 6.
Wavelength, nm
Рисунок 1.Спектры поглощения 14 (а), его фотопродуктов^ис-14 (б) и 15 (в), MeCN, 20°С.
При облучении воздушно-насыщенных ацетонитрильных растворовстирилпиридинаЗи стирилдиазинов9-11полным светом ртутной лампы в оптических спектрах наблюдалась картина аналогичная фотолизу 14 - сначала быстро устанавливалось состояние фотостационара, обогащенного Z-изомером, а затем появляласьновая полоса поглощения в более динноволновой области спектра. Анализ методом ВЭЖХ облученных растворовЗ, 9-11 позволил предположить и в данном случае протекание реакции фотоциклизации и образование поликонденсированных продуктов 16-19 (схема7, рис. 2).
Схема 7.
Длина волны,нм
Рисунок 2. Спектры поглощения 2-стирилпиразина 10 и его фотолита18 (облучение полным светом, 15 мин), МеСЫ, [3] = 2-10-5 моль/л.
Далее
было
проведено исследование
фототрансформациистирилазиновЗ, 9-11 в водной среде. Фотолиз водных растворов субстратов облучали в тех же условиях, что и в случаеацетонитрильных - нефильтрованным светом ртутной лампы. Было обнаружено, что реакция фотоциклизации стирилазинов в водной среде протекает более эффективно по сравнению с ацетонитрильными растворами (рис. 3).
0.0
Длина волны, нм Длина волны, нм
a) б)
Рисунок 3.Спектры поглощения 2-стирилпиридина 3 и его фотолита16 в MeCN (a) и в воде (б); облучение полным светом 16 мин в случае (а), 11 мин в случае (б); [3] = 2-10-5 моль/л.
Возможность осуществления фотохимической реакции с получением сложных конденсированных гетероароматических соединений в водной среде значительно повышает практический потенциалданной реакции, а также открывает перспективы использования процесса для биохимических целей.
Таким образом, предложен двухстадийный метод синтеза 2-(3,4-диметоксистирил)пиридина, позволяющий получить продукт с выходом 62%, что более чем в 1.5 раза превышает указанный в литературе.Впервые синтезированы и охарактеризованы методами ЯМР спектроскопии (включая 13С, COSY, ROESY) и элементного анализа диметоксистирилзамещенные производные пиримидина.С использованием методов оптической спектроскопии, ЯМР и ВЭЖХ исследованы фототрансформации серии диметоксистирилзамещенныхгетероциклов. Обнаружено, что фотолиз ацетонитрильных или водных растворов субстратов нефильтрованным светом приводит к протеканию фотоциклизации и образованиюполиконденсированных гетероароматических соединений.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант №10-0393106) и Президиума РАН.
Библиографические ссылки
1. Mekouar, K; Mouscadet, J.F.; Desmaele, D. J.Med.Chem.-1998.-V.41.-PP.2846-2857.
2. Harms, A.E. Org.Process Research&Development.-2004.-V.8.-PP.666-669.
3. Fedorova, O.A.; Andryukhina, E.N.; Mashura, M.M.; Gromov, S.P. ARKIVOC.-2005.-V.xv.-PP.12-24.
4. Андрюхина, Е. Н.; Машура, М. М.; Федорова, О. А.; Кузьмина, Л. Г.; Ховард, Дж. А. К.; Громов, С. П. Изв. АН, Сер.хим.-2005.-PP.1650-1659.
5. Sam, J. J. Pharm. Sci.-1967.-V.56.-P?.1344-1347.
