Спосіб отримання n-арил- та n-алкілпіридинієвих солей гексагідродициклопентано[b,e]піридинів

Реферат: Спосіб отримання N-арилта N-алкілпіридинієвих солей гексагідродициклопентано[b,e]піридинів полягає у конденсації ароматичних або гетероароматичних альдегідів, циклопентанону та ацетату амонію у середовищі органічного розчинника, та двоколбовий варіант синтезу, який полягає у взаємодії відповідних 8-(арил)-3,5ді[(E)-арилметиліден]-4-R-1,2,3,4,5,6,7,8-октагідродициклопентано[b,е]піридинів з еквімолярною кількістю концентрованої НСl та пероксиду водню у середовищі нижчого спирту, що дозволяє одержати сполуки з класу N-арилта N-алкілпіридинієвих солей гексагідродициклопентано[b,е]піридинів, які мають цінні флуоресцентні властивості і є корисними для використання їх як флуоресцентних барвників. UA 111639 U (12) UA 111639 U UA 111639 U 5 10 15 20 25 Корисна модель належить до галузі органічної хімії, зокрема хімії гетероциклічних сполук, а саме - до способу отримання нових сполук N-арил- та N-алкілпіридинієвих солей гексагідродициклопентано[b, е]піридинів, що мають цінні флуоресцентні властивості і є корисними для використання їх як флуоресцентних барвників. Відомо з патенту (UA) № 50859 від 17.02.2003 (Бюл. № 2, 2003) та з патенту (UA) № 53770 від 17.02.2003 (Бюл. № 2, 2003), що найближчі аналоги 8-арил-3,5-ді[(Е)-арилметиліден]-4R'1,2,3,4,5,6,7,8-октагідро-дициклопентано[b, е]піридинів-8-арил-3,5-ді[(Е)-арилметиліден]1,2,3,5,6,7-гексагідродициклопентано[b, е]піридини мають цінні спектрально-флуоресцентні властивості. В патенті (UA) № 80950 від 26.11.2007 описано сполуки з класу 8-арил-3,5-ді[(Е)арилметиліден]-4-R'-1,2,3,4,5,6,7,8-октагідродициклопентано-[b, е]піридинів, що мають покращені флуоресцентні властивості, а саме - високі значення Стоксового зсуву смуги флуоресценції. І В статті [Каминский В.А. О взаимодействии 2,2 метиленциклопентанона с анилином/ В.А. Каминский, М.Н. Тиличенко// ЖОХ. - 1969. - Т. 5, № 1-2. - С. 186-187.] описується конденсації 1,5-дикетонів з альдегідами та первинними амінами з утворенням N-заміщених продуктів: 1,2,3,4,5,6,7,8-октагідродициклопентано[b, e]піридинів та солей 1,2,3,5,6,7гексагідродициклопентано[b, e]піридинію, але з дуже низькими виходами продукту. В жодному з вищезгаданих джерел не має згадки про N-арил- та N-алкілпіридинієвих солей гексагідродициклопентано[b, е]піридинів та опису флуоресцентних властивостей даних сполук. Суть корисної моделі полягає в розробці ефективного способу отримання нових сполук з класу N-арил- та N-алкілпіридинієвих солей гексагідродициклопентано[b, е]піридинів, які мають покращені флуоресцентні властивості, а саме більш високі квантові виходи флуоресценції. Задача корисної моделі вирішується шляхом синтезу N-арил- та N-алкілпіридинієвих солей гексагідродициклопентано[b, е]піридинів загальної формули (І, II). R1 R R1 Cl N + R1 30 35 (І) де R - метил, пропіл; метоксипропіл; R1-4-гідроксифеніл, 4-гідрокси-3-метоксифеніл, феніл, тіоніл. (1) 8-(4-Гідроксифеніл)-3,5-ді[(Е)-1-(4-гідроксифеніл)метиліден]-4-метил-1,2,3,5,6,7гексагідродициклопентано[b, е]піридинію хлорид. (2) 8-(4-Гідрокси-3-метоксифеніл)-3,5-ді[(Е)-1-(4-гідрокси-3-меток-сифеніл)метиліден]-4метил-1,2,3,5,6,7-гексагідродициклопентано-[b, е]піридинію хлорид. (3) 8-Феніл-3,5-ді[(Е)-1-фенілметиліден]-4-пропіл-1,2,3,5,6,7-гексагідродициклопентано[b, е]піридинію хлорид. (4) 4-Пропіл-8-(2-тіоніл)-3,5-ді[(Е)-1-(2-тіоніл)метиліден]-1,2,3,5,6,7гексагідродициклопентано[b, е]піридинію хлорид. (5) 4-(3-Метоксипропіл)-8-феніл-3,5-ді[(Е)-1-фенілметиліден]-1,2,3,5,6,7гексагідродициклопентано[b, е]піридинію хлорид. R1 R N + ClO4 R1 40 45 R1 (II) де R - феніл, пропіл, метоксипропіл; R1 - феніл, 4-метоксифеніл, 4-хлорофеніл. (6) 4,8-Дифеніл-3,5-ді[(Е)-1-фенілметиліден]-1,2,3,5,6,7-гексагідро-дициклопентано[b, е]піридинію перхлорат. (7) 8-(4-Метоксифеніл)-3,5-ді[(Е)-1-(4-метоксифеніл)метиліден]-4-феніл-1,2,3,5,6,7гексагідродициклопентано[b, е]піридинію перхлорат. 1 UA 111639 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 (8) 8-(4-Хлорофеніл)-3,5-ді[(Е)-1-(4-хлорофеніл)метиліден]-4-феніл-1,2,3,5,6,7гексагідродициклопентано[b, е]піридинію перхлорат. (9) 8-(4-Хлорофеніл)-3,5-ді[(Е)-1-(4-хлорофеніл)метиліден]-4-пропіл-1,2,3,5,6,7гексагідродициклопентано[b, е]піридинію перхлорат. (10) 8-(4-Метоксифеніл)-3,5-ді[(Е)-1-(4-метоксифеніл)метиліден]-4-(3-метоксипропіл)1,2,3,5,6,7-гексагідродициклопентано[b, е]піридинію перхлорат. Зазначені сполуки формули (І, IІ) - N-алкілпіридинієвих солей, отримують конденсацією ароматичних альдегідів, циклопентанону, метиламінгідрохлориду та ацетату натрію з додаванням каталітичної кількості пероксиду водню та нагрівають протягом 2 годин при температурі (70-80 °C), контролюючи повноту проходження реакції хроматографічно. Після припинення нагрівання реакційну суміш охолоджують при кімнатній температурі 12 годин. Осад відфільтровують, промивають водою та перекристалізовують з суміші ДМФ - оцтова кислота (2:1). II. В подальших дослідах виявилось, що значно кращим методом синтезу солей дициклопентано[b, е]піридинію є двоколбовий варіант, коли неіонні високосиметричні проміжні сполуки - похідні 1,4-дигідропіридину виділяються у кристалічному вигляді (їх вихід при цьому становить 80-90 %) і далі окиснюються у піридинієві солі. Вихід останніх при цьому становить 70-75 %. На стадії окиснення дигідропіридини розчиняли в етанолі та кип'ятили з еквімолярною кількістю концентрованої соляної кислоти і пероксиду водню (контроль здійснювали методом ТШХ). Для повноти виділення продукту реакції, суміш витримували 4-5 діб. Ці способи є новими і складають частину корисної моделі. Синтезовані сполуки після виділення та очистки являли собою яскраво-червоні, темно-пурпурові та оранжеві кристалічні речовини, індивідуальні при I 13 ТШХ, добре розчинні в хлороформі, ДМСО, оцтовій кислоті та спиртах. Спектри Н- та] С-ЯМР синтезованих сполук (вимірювались на спектрометрі Varian Mercury-400 з робочою частотою 400 Мгц) повністю відповідають їх будові. Контроль за чистотою синтезованих сполук проводився методом тонкошарової хроматографії на силікагелі-60, F-254, 5×20 cм (Selecto Scientific, USA) в суміші хлороформметанол (98:2, 9:1, 85:15, v/v) із застосуванням УФ-детектора з довжиною хвилі опромінення 254 та 356 нм. Квантово-хімічні розрахунки геометрії синтезованих сполук були зроблені напівемпіричним методом AMI, використовуючи програму МОР АС 6.0. Мас-спектри отримували на установці "Waters Integrity System" (CITIA), яка є комбінацією послідовно підключених рідинного хроматографа (Waters 616 Pump), діодно-матричного фотометричного (PDA-Photodiode Array Detector Waters 996) та мас-спектрометричного (TMDThermabeam Mass Detector) детекторів. Температури плавлення виміряні на приладі РНМК фірми "VEB Analytik", Dresden. Спектри ПМР записані на спектрометрі фірми "Varian" робочою частотою 400 МГц в дейтерохлороформі або DMSO-d6 з використанням ТМС як внутрішнього стандарту. Одержані результати свідчать про відповідність структури синтезованих сполук заявленим. Спектри поглинання були виміряні на спектрофотометрі HITACHI U-3210. Спектри і квантові виходи флуоресценції визначали на спектрофлуориметрі HITACHI F-4010 відносно розчину флуоресцеїну в карбонатному буфері (φf=0,85) і розчину гідросульфату хініну в 0,05 М сульфатній кислоті. Виміри проводилися в ізотермічній кюветі при температурі 20+0,1 °C. Приклади, що подані нижче, ілюструють спосіб синтезу та флуоресцентні властивості сполук загальної формули (I, II). ПРИКЛАД 1. Загальна методика синтезу N-алкілпіридинієвих солей (1,2): І. До розчину ароматичного альдегіду (0.05 моль) в абсолютному спирті додають циклопентанон (0.025 моль), метиламінгідрохлорид (0.025 моль), ацетат натрію (0.025 моль), каталітичні кількості пероксиду водню та нагрівають протягом 2 годин при температурі (7080 °C), контролюючи повноту проходження реакції хроматографічно. Після припинення нагрівання реакційну суміш охолоджують при кімнатній температурі 12 годин. Осад відфільтровують, промивають водою та перекристалізовують з суміші ДМФ - оцтова кислота (2:1). II. Двоколбовий варіант синтезу солей дициклопентано[b, e]піридинію. Відповідний 8-(арил)-3,5-ді[(Е)-арилметиліден]-4-R-1,2,3,4,5,6,7,8октагідродициклопентано[b, e]піридин розчиняють в етанолі та нагрівають з еквімолярною кількістю конц. НСl та пероксиду водню до зникнення вихідних сполук (2-3 години, контроль здійснюють методом ТШХ). Для повноти виділення продукту реакції суміш витримують 4-5 діб (при коротших витримках вихід солі був менший). Потім осад відфільтровують, послідовно 2 UA 111639 U 5 промивають спиртом, водою, розбавленою соляною кислотою і знову водою до рН 7, та перекристалізовують з ізопропанолу. Фільтрати розбавляють водою, при цьому виділяють додаткові кількості хлоридів. Перхлорати синтезують аналогічно, з відповідних 8-(арил)-3,5-ді[(E)-арилметиліден]-4-R1,2,3,4,5,6,7,8-октагідродициклопентано[b, е]піридинів, отримують хлориди і без індивідуального виділення переводять їх шляхом іонного обміну в перхлорати. I Таким способом були отримані речовини 1-14, дані Н-ЯМР-спектроскопії та фізико-хімічні константи яких наведені у табл. 1, 2. Таблиця 1 Речовина 8-(4-Гідроксифеніл)-3,5ді[(Е)-1-(4гідроксифеніл)метиліден ]-4-метил-1,2,3,5,6,7гексагідродициклопентан о[b, е]піридинію хлорид (1) Фізико-хімічні константи C32H29NO3 (СІ ) Вихід - 70 % + М=475.59 (Мас-спектр, М :473) Тпл 300 °C I Сигнали в спектрі Н-ЯМР, ДМСО- d6, δ, м. ч.: Замісники в положенні 3 і 5: 5.56с, 2Н(Н-олефін); 6.92д, J=8 Гц, 4Н(Н3,5); 7.44д, J=8 Гц, 4Н(Н-2,6); 10.17с, 2H(ОН); Замісник в положенні 8: 6.96д, J=8 Гц, 2Н(Н-3,5); 7.40д, J=8 Гц, 2Н(Н2,6); 10.10с, 1Н(ОН); Замісник N-R: 4.61с, 3Н(-СН3); Метиленові групи: 3.24м, 4Н; 3.10м, 4Н C35H35NO6 (Сl ) Bихід - 73 % + 8-(4-Гідрокси-3М=565.67 (Мас-спектр, М :563) метоксифеніл)-3,5-ді[(Е)- Тпл 230 °C I 1-(4-гідрокси-3-метокСигнали в спектрі Н-ЯМР, ДМБО-d6, δ, м.ч.: Замісники в положенні 3 і сифеніл)метиліден]-45: 5.46с, 2Н(Н-олефін); 7.31с, 2Н(Н-2); 7.13д, J=8 Гц, 2H(Н-5); 7.21д, метил-1,2,3,5,6,7J=8 Гц, 2H(Н-6); 4.05с, 6Н(-ОСН3); 10.08с, 2H(ОН); гексагідродициклопентан Замісник в положенні 8: 7.46с, 1H(Н-2); 7.04д, J=8 Гц, 1H(Н-5); 7.35д, о-[b, е]піридинію хлорид J=8 Гц, 1Н(Н-6); 3.95с, 3Н(-ОСН3); 10.06с, 1Н(ОН); (2) Замісник N-R: 4.84с, 3Н(-СН3); Метиленові групи: 3.49м, 4Н; 3.23м, 4Н C34H32N (СI ) Bихід - 70 % + М=454.63 (Мас-спектр, М :454) 8-Феніл-3,5-ді[(Е)-1Тпл 159 °C I фенілметиліден]-4Сигнали в спектрі Н-ЯМР, ДМSО- d6, δ, м. ч.: Замісники в положенні 3 пропіл-1,2,3,5,6,7і 5: 5.23с, 2Н(Н-олефін); 7.40д, J=8 Гц, 4Н(Н-2,6); 7.60т, 4H(Н-3.5); гексагідродициклопентан 7.53м, 2Н(Н-4); о[b, е]піридинію хлорид Замісник в положенні 8: 7.48д, J=8 Гц, 2Н(Н-2,6); 7.58т, 2H(Н-3.5); (3) 7.50м, 1H(Н-4); Замісник N-R: 3.28м, 2Н(1-СН2); 2.13м, 2Н(2-СН2); 0.91т, 3Н(3-СН3); Метиленові групи: 3.30м, 4Н; 2.90м, 4Н C28H26NS3(CI ) Bихід - 72 % + 4-Пропіл-8-(2-тіоніл)-3,5- М=472.71 (Мас-спектр, М :472) ді[(Е)-1-(2Тпл 150 °C I тіоніл)метиліден]Сигнали в спектрі Н-ЯМР, ДМSО- d6, δ, м. ч.: Замісники в положенні 3 1,2,3,5,6,7і 5: 5.25с, 2Н(Н-олефін); 7.54 д, 5=5 Гц, 2Н(Н-3); 7.56т, 2H(Н-4); 7.83д, гексагідродициклопентан J=5 Гц, 2Н(Н-5); Замісник в положенні 8: 7.27д, J=5 Гц, 1Н(Н-3); 7.34т, о[b, е]піридинію хлорид 1H(Н-4); 7.73д, J=5 Гц, 1H(Н-5); (4) Замісник N-R: 3.52т, J=5 Гц, 2Н(1-СН2); 2.08м, 2Н(2-СН2); 1.17т, J=5 Гц, 3Н(3-СН3); Метиленові групи: 3.39м, 4Н; 3.27м, 4Н 3 UA 111639 U Таблиця 1 Речовина 4-(3-Метоксипропіл)-8феніл-3,5-ді[(Е)-1фенілметиліден]1,2,3,5,6,7гексагідродициклопентан о[b, е]піридинію хлорид (5) 4,8-Дифеніл-3,5-ді[(Е)-1фенілметиліден]1,2,3,5,6,7-гексагідродициклопентано[b, е]піридинію перхлорат (6) 8-(4-Метоксифеніл)-3,5ді[(Е)-1-(4метоксифеніл)метиліден ]-4-феніл-1,2,3,5,6,7гексагідродициклопентан о[b, е]піридинію перхлорат (7) 8-(4-Хлорофеніл)-3,5ді[(Е)-1-(4хлорофеніл)метиліден]4-феніл-1,2,3,5,6,7гексагідродициклопентан о[b, е]піридинію перхлорат (8) 8-(4-Хлорофеніл)-3,5ді[(Е)-1-(4хлорофеніл)метиліден]4-пропіл-1,2,3,5,6,7гексагідродициклопентан о[b, е]піридинію перхлорат (9) Фізико-хімічні константи C35Н34NO(CI ) Bихід - 75 % + М=484.66 (Мас-спектр, М :484) Тпл 156 °C I Сигнали в спектрі Н-ЯМР, ДМSО- d6, δ, м. ч.: Замісники в положенні 3 і 5: 5.40с, 2Н(Н-олефін); 7.56-7.59м, 6Н(Н-2,4,6); 7.47-7.52м, 4Н(Н-3,5); Замісник в положенні 8: 7.73м, 3Н(Н-2,4,6); 7.42м, 2Н(Н-3,5); Замісник N-R: 3.41м, 2Н(1-СН2); 2.35м, 2Н(2-СН2); 3.33м, 5Н(3-СН2, ОСН3); Метиленові групи: 3.00м, 4Н; 3.24м, 4Н C37H30N(CIO4 ) Вихід - 78 % + М=488.64 (Мас-спектр, М :488) Тпл 107 °C I Сигнали в спектрі Н-ЯМР, ДМSО- d6, δ, м. ч.: Замісники в положенні 3 і 5: 5.76с, 2Н(Н-олефін); 7.08д, J=8 Гц, 4Н(Н-2,6); 7.57т, J=8 Гц, 2Н(Н3,5); 7.25м, 1H(Н-4); Замісник в положенні 8: 7.29д, J=8 Гц, 2Н(Н-2,6); 7.58т, J=8 Гц, 2Н(Н3,5); 7.26м, 1H(Н-4); Замісник N-R: 7.81д, J=8 Гц, 4Н(Н-2,6); 7.56т, J=8 Гц, 2Н(Н-3,5); 7.97м, 1H(Н-4); Метиленові групи: 3.09м, 4Н; 3.27м, 4Н С40Н36NO3(СIO4 ) Bихід - 73 % + М=578.72 (Мас-спектр, М :578) Тпл 105 °C I Сигнали в спектрі Н-ЯМР, ДМSО- d6, δ, м. ч.: Замісники в положенні 3 і 5: 5.65с, 2Н(Н-олефін); 7.02д, J=8 Гц, 4Н(Н-2,6); 6.82д, J=8 Гц, 4Н(Н3,5); 3.79с, 6Н(4-ОСН3); Замісник в положенні 8: 7.54д, J=8 Гц, 2Н(Н-2,6); 7.1 Од, J=8 Гц, 2Н(Н3,5); 3.88с, 3Н(4-ОСН3); Замісник N-R: 7.80-7.85м, 5Н; Метиленові групи: 3.12м, 4Н; 3.21м, 4Н C37H27CI3N (СІО4 ) Вихід - 78 % + М=591.98 (Мас-спектр, М :591) Тпл 94 °C I Сигнали в спектрі Н-ЯМР, ДМБО- d6, δ, м. ч.: Замісники в положенні 3 і 5: 5.66с, 2Н(Н-олефін); 6.99д, J=8 Гц, 4Н(Н-2,6); 7.28д, J=8 Гц, 4Н(Н3,5); Замісник в положенні 8: 7.27д, J=3 Гц, 2Н(Н-2,6); 7.53д, J=3 Гц, 2Н(Н3,5); Замісник N-R: 7.77-7.79м, 3Н(Н-2,4,6); 7.90м, 2Н(Н-3,5); Метиленові групи: 3.04м, 4Н; 2.20м, 4Н C34H29Cl3N (СIO4 ) Bихід - 81 % + М=557.97 (Мас-спектр, М :557) Tпл 101 °C I Сигнали в спектрі Н-ЯМР, ДМSО- d6, δ, м. ч.: Замісники в положенні 3 і 5: 6.31, 2Н(Н-олефін); 7.48д, J=8 Гц, 4Н(Н-2,6); 7.57д, J=8 Гц, 4Н(Н3,5); Замісник в положенні 8: 7.51д, J=8 Гц, 2Н(Н-2,6); 7.59д, J=8 Гц, 2Н(Н3,5); Замісник N-R: 4.09м, 2Н(1-СН2); 3.53м, 2Н(2-СН2); 1.14т, J=5 Гц, 3Н(3СН3); Метиленові групи: 3.01м, 4Н; 2.24м, 4Н 4 UA 111639 U Таблиця 1 Речовина Фізико-хімічні константи C38H40NO4(CIO4 ) Вихід - 85 % + 8-(4-Метоксифеніл)-3,5- М=574.73 (Мас-спектр, М :574) ді[(Е)-1-(4Тпл 92 °C I метоксифеніл)метиліден Сигнали в спектрі Н-ЯМР, ДМSО- d6, δ, м. ч.: ]-4-(3-метоксипропіл)Замісники в положенні 3 і 5: 5.32д, 2Н(Н-олефін); 7.53д, J=8 Гц, 4Н(Н1,2,3,5,6,72,6); 7.02д, J=8 Гц, 4Н(Н-3,5); 3.81с, 6Н(4-ОСН3); гексагідродициклопентан Замісник в положенні 8: 7.45д, J=8 Гц, 2Н(Н-2,6); 7.08д, J=8 Гц, 2Н(Но[b, е]піридинію 3,5); 3.86с, 3Н(4-ОСН3); перхлорат (10) Замісник N-R: 3.37т, 2Н(1-СН2); 2.32м, 2Н(2-СН2); 3.64м, 2Н(3-СН2); 3.85с, 3Н(-ОСН3); Метиленові групи: 3.03м, 4Н; 3.23м, 4Н ПРИКЛАД 2. Спектральні вимірювання Таблиця 2 Дані спектрів поглинання та флуоресценції для окремих представників Сполуки Розчинник 5 6 7 8 9 10 5 Етанол Етанол Етанол Етанол Етанол Етанол Спектри поглинання -1 λ, нм ν, см 295 33900 292 34247 291 34364 296 33783 296 33783 298 33557 Спектри флуоресценції -1 -1 λ, нм ν, см ΔνSt, см 362 27624 6276 363 27548 6699 360 27778 6586 388 25773 8010 373 26809 6974 363 27548 6009 φ 0.56 0.62 0.60 0.59 0.56 0.54 ν - Положення максимуму в шкалах хвильових чисел; ΔνSt - стоксів зсув смуги флуоресценції; φ - квантовий вихід флуоресценції. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб отримання N-арилта N-алкілпіридинієвих солей гексагідродициклопентано[b,e]піридинів, який полягає у конденсації ароматичних або гетероароматичних альдегідів, циклопентанону та ацетату амонію у середовищі органічного розчинника, та двоколбовий варіант синтезу, який полягає у взаємодії відповідних 8-(арил)-3,5ді[(E)-арилметиліден]-4-R-1,2,3,4,5,6,7,8-октагідродициклопентано[b,е]піридинів з еквімолярною кількістю концентрованої НСl та пероксиду водню у середовищі нижчого спирту, що дозволяє одержати сполуки з класу N-арилта N-алкілпіридинієвих солей гексагідродициклопентано[b,е]піридинів, які мають цінні флуоресцентні властивості і є корисними для використання їх як флуоресцентних барвників. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5