2-(2-Алкоксифенил)-5-(3,4,5-триалкоксифенил)-1,3,4-оксадиазол, обладающий люминесцентными свойствами

Изобретение относится к новым производным в ряду 2,5-диарил-1,3,4-оксадиазолов, а именно к 2-(2-алкоксифенил)-5-(3,4,5-триалкоксифенил)-1,3,4-оксадиазолу формулы I:

где R¹=Alk(C₁-C₆), R²=Alk(С₂-С₆), в том числе R¹=СН₃, R²=С₂Н₅ (Ia),

обладающему люминесцентной активностью в фиолетовой области видимого спектра, который может быть использован в качестве оптического отбеливателя (Красовицкий Б.М., Болотин Б.М. Органические люминофоры. М.: Химия. 336 с.), электролюминесцентного материала для органических светоизлучающих диодов (OLEDs), (Hung L.S., Chen С.Н. // Materials Science and Engineering. 2002. Vol. R 39. P. 143-222; Каткова M.A., Витухновский А.Г., Бочкарев M.H. // Успехи химии. 2005. Т. 74. №12. С. 1193-1215), активных сред перестраиваемых лазеров на люминофорах (Kimel S., Spelsep Sh. // Chem. Rev. 1977. Vol. 77. №4. P. 437-472), в виде активирующей добавки в жидких и пластмассовых сцинтилляционных детекторах (Birks J.B. The Theory and Practice uf Scintillation Counting. Pergamon Press: Oxford. 1967. 662 p.), а также в дозиметрах ионизирующих излучений (Shorn C.F. // J. Chem. Phys. 1961. Vol. 34. №1. P. 240-246). Высокая поглощающая способность и большие квантовые выходы люминесценции соединения Ia открывают перспективу использования его и в качестве люминесцентной метки при проведении биохимических исследований с использованием конфокальной и корреляционной микроскопии для увеличения чувствительности и контрастности этих методов биоимиджинга (Zhao Q., Huang С., Li F. // Chem. Soc. Rev. 2011. Vol. 40. P. 2508-2524).

В ряду 2,5-диарил-1,3,4-оксадиазолов известны 2-[2-гидрокси(метокси,бензилокси)фенил]-5-(2,6-дифторфенил)-1,3,4-оксадиазолы (IIа, IIб, IIв) (Артюшкина Ю.М., Михайлов И.Е., Буров О.Н., Душенко Г.А., Михайлова О.И., Ревинский Ю.В., Минкин В.И. // ЖОХ. 2016. Т. 86. Вып. 12. С. 2070-2073), 2-[2-гидрокси(метокси)фенил]-5-(2,6-дихлорфенил)-1,3,4-оксадиазолы (IIг, IIд) (Михайлов И.Е., Артюшкина Ю.М., Буров О.Н., Душенко Г.А., Ревинский Ю.В., Минкин В.И. // ЖОХ. 2016. Т. 86. Вып. 2. С. 329-332), 2-(2-гидроксифенил)-5-(4-метоксифенил)-1,3,4-оксадиазол (IIе) (Doroshenko А.О., Posokhov Е.А., Verezubova А.А., Ptyagina L.M. // J. Phys. Org. Chem. 2000. Vol. 13. P. 253-265), 2-(2'-гидроксифенил)-5-(4''-нонилфенил)-1,3,4-оксадиазол (IIж) (Белдовская А.Д., Душенко Г.А., Викрищук Н.И., Попов Л.Д., Ревинский Ю.В., Михайлов И.Е., Минкин В.И. // ЖОХ. 2014. Т. 84. Вып. 1. С. 164-166), 2-[2-гидрокси(метокси)фенил]-5-(2,4,6-триметилфенил)-1,3,4-оксадиазолы (IIз, IIи) (Артюшкина Ю.М., Михайлов И.Е., Душенко Г.А., Михайлова О.И., Ревинский Ю.В., Буров О.Н., Курбатов С.В. // ЖОрХ. 2017. Т. 53. Вып. 5. С. 789-792), обладающие люминесцентной активностью, которая, тем не менее, остается недостаточно высокой.

IIа (R¹=Н, R²=2,6-F₂C₆H₃), IIб (R¹=СН₃, R²=2,6-F₂C₆H₃),

IIв (R¹=CH₂Ph, R²=2,6-F₂C₆H₃),

IIг (R¹=Н, R²=2,6-Cl₂C₆H₃), IIд (R¹=СН₃, R²=2,6-Cl₂C₆H₃),

IIе (R¹=Н, R²=4-МеОС₆Н₄),

IIж (R¹=Н, R²=4-С₉Н₁₉С₆Н₄), IIз (R¹=Н, R²=2,4,6-Ме₃С₆Н₂),

IIи (R¹=СН₃, R²=2,4,6-Ме₃С₆Н₂) IIк (R¹=Н, R²=3,4,5-(МеО)₃С₆Н₂),

Наиболее близким к соединению Ia по структуре является 2-(2-гидроксифенил)-5-(3,4,5-триметоксифенил)-1,3,4-оксадиазол (IIк) (Белдовская А.Д., Душенко Г.А., Викрищук Н.И., Попов Л.Д., Ревинский Ю.В., Михайлов И.Е., Минкин В.И. // ЖОрХ. 2013. Т. 49. Вып. 12. С. 1876-1878).

Однако и его люминесцентная активность, также остается недостаточно высокой (таблица).

Техническим результатом изобретения является повышение люминесцентной активности в фиолетовой области видимого спектра соединений ряда 2,5-диарил-1,3,4-оксадиазолов.

Технический результат достигается соединением формулы I.

Изобретение удовлетворяет критерию изобретательского уровня, т.к. в ряду 2,5-диарил-1,3,4-оксадиазолов неизвестно влияние заместителей в положениях 2,5 оксадиазольного цикла на проявление люминесцентной активности соединений данного ряда.

Способ получения соединения Ia заключается во взаимодействии 3,4,5-триэтоксибензоилхлорида IV, полученного действием на 3,4,5-триэтоксибензойную кислоту III тионилхлорида, с гидразидом о-метоксибензойной кислоты V в сухом ацетонитриле с использованием триэтиламина в качестве основания, приводящим к образованию N'-(2-метоксибензоил)-3,4,5-триэтоксибензогидразида VI, последующая циклизация которого кипячением с тионилхлоридом дает 2-(2-метоксифенил)-5-(3,4,5-триэтоксифенил)-1,3,4-оксадиазол (Ia). Аналогично получают другие соединения I.

Ниже приведен пример получения соединения Ia.

Пример 1.

N'-(2-Meтoкcибeнзoил)-3,4,5-тpиэтoкcибeнзoгидpaзид (VI). К раствору 1.66 г (0.01 моль) гидразида о-метоксибензойной кислоты (V) в 20 мл сухого ацетонитрила последовательно прибавляли 2 мл триэтиламина и 3.00 г (0.011 моль) хлорангидрида 3,4,5-триэтоксибензойной кислоты (IV) в 15 мл сухого ацетонитрила. Реакционную смесь оставляли на сутки при комнатной температуре, а затем кипятили 3 часа с обратным холодильником на водяной бане. Растворитель отгоняли в вакууме, маслянистый остаток промывали водой (2×10 мл), сушили на воздухе и продукт выделяли колоночной хроматографией на силикагеле (0.063-0.200 мм, элюент - этилацетат/петролейный эфир (1:5)), собирая фракцию с R_ƒ=0.55-0.60. После отгонки растворителя и перекристаллизации из изо-пропанола получили 3.01 г (выход 75%) N'-(2-метоксибензоил)-3,4,5-триэтоксибензогидразида (VI). Бесцветные кристаллы, т. пл. 159-160°С. ИК спектр (KBr), ν, см^-1: 3239 уш. (NH); 2960-2889 (СН); 1683, 1652 (C=O); 1633, 1621 (С=С); 1601, 1581, 1538, 1496, 1481, 1372, 1339, 1290, 1241, 1230, 1165, 1123, 1101, 1023, 906, 859, 823, 759. Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃), δ, м.д.: 1.30-1.60 м (9Н, 3СН₃), 4.02-4.13 м (6Н, 3ОСН₂), 4.07 с (3Н, ОСН₃), 6.98-7.08 м (2Н, Н_Аром.), 7.09 с (2Н, Н_Аром.), 7.50 д.д (1Н, Н_Аром., J₁ 7.5 Гц, J₂ 7.6 Гц), 8.18 д.д (1Н, Н_Аром., J₁ 1.2 Гц, J₂ 7.7 Гц), 9.85 д (1Н, NH, J 7.3 Гц), 10.99 д (1Н, NH, J 7.3 Гц). Спектр ЯМР ¹³Н (CDCl₃), δ, м.д.: 14.79 (2С, СН₃), 15.59 (СН₃), 56.24 (ОСН₃), 64.64 (2С, 2СН₂), 68.89 (СН₂), 105.88 (2С, С_Аром.), 111.43 (С_Аром.), 118.84 (С_Аром.), 121.36 (С_Аром.), 126.19 (С_Аром.), 132.08 (С_Аром.), 133.70 (С_Аром.), 141.1 (С_Аром.), 152.89 (2С, С_Аром.), 157.66 (С_Аром.), 161.59 (C=O), 163.62 (C=O). Найдено, %: С 62.31; Н 6.62; N 7.08. C₂₁H₂₆N₂O₆ Вычислено, %: С 62.67; Н 6.51; N 6.96;

Пример 2.

2-(2-Метоксифенил)-5-(3,4,5-триэтоксифенил)-1,394-оксадиазол (Ia).

Раствор 4.02 г (0.01 моль) N'-(2-метоксибензоил)-3,4,5-триэтоксибензогидразида (VI) в 10 мл хлористого тионила кипятили с обратным холодильником на водяной бане в течение 5 часов. После отгонки тионилхлорида и охлаждения реакционной массы до комнатной температуры к ней добавили 50 г колотого льда. Выпавший осадок фильтровали, сушили на воздухе и очищали колоночной хроматографией на силикагеле (0.063-0.200 мм, элюент - этилацетат/петролейный эфир (1:10)), собирая фракцию с R_ƒ=0.65-0.70. После отгонки растворителя и перекристаллизации из изо-пропанола получили 1.96 г (выход 51%) 2-(2-метоксифенил)-5-(3,4,5-триэтоксифенил)-1,3,4-оксадиазола (Ia). Бесцветные кристаллы, т. пл. 67-69°С. ИК спектр (KBr), ν, см^-1: 2982-2835 (СН); 1606, 1587 (C=N); 1548, 1536 (С=С); 1476, 1472, 1423, 1382, 1355, 1328, 1301, 1272, 1262, 1216, 1177, 1161, 1126, 1120, 941, 870, 852, 791, 766, 751, 741, 732. Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃), δ, м.д.: 1.44 т (3Н, СН₃, J 7.5 Гц), 1.53 т (6Н, СН₃, J 7.5 Гц), 4.04 с (3Н, ОСН₃), 4.16-4.27 м (6Н, ОСН₂), 7.11-7.20 м (2Н, Н_Аром.), 7.39 с (2Н, Н_Аром.), 7.57 д.д (1Н, Н_Аром., J₁ 7.5 Гц, J₂ 7.6 Гц), 8.03 д.д (1Н, Н_Аром., J₁ 1.2 Гц, J₂ 7.7 Гц). Спектр ЯМР ¹³Н (CDCl₃), δ, м.д.: 15.28 (2С, СН₃), 16.01 (СН₃), 56.42 (ОСН₃), 65.34 (2С, СН₂), 69.49 (СН₂), 106.06 (2С, С_Аром.), 112.41 (С_Аром.), 113.53 (С_Аром.), 119.30 (С_Аром.), 121.14 (С_Аром.), 130.82 (С_Аром.), 133.43 (С_Аром.), 141.37 (С_Аром.), 153.76 (2С, (С_Аром.), 158.32 (С_Аром.), 163.50 (C=N), 164.82 (C=N). Найдено, %: С 65.84; Н 6.11; N 7.04. C₂₁H₂₄N₂O₅. Вычислено, %: С 65.61; Н 6.29; N 7.29;

Спектрально-абсорбционные и спектрально-люминесцентные характеристики соединения Ia получены в толуоле, ацетонитриле и диметилсульфоксиде (ДМСО) при комнатной температуре по стандартным методикам. Электронные спектры поглощения регистрировали на спектрофотометре «Cary 100» (Varian). Спектры люминесценции были записаны на спектрофлуориметре Cary Eclipse. Квантовые выходы люминесценции были определены относительно ацетонитрильного раствора антрацена (Doroshenko А.О., Posokhov Е.А., Verezubova А.А., Ptyagina L.M. // J. Phys. Org. Chem. 2000. Vol. 13. P. 253-265). Использовавшиеся для измерений растворители были очищены и осушены по стандартным методикам (Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М.: Мир. 1976. 536 с). ИК спектры снимали на спектрометре Varian Excalibur 3100 FT-IR в таблетках KBr. Спектры ЯМР ¹Н (250.13 МГц) и ¹³С (62.90 МГц) записаны на приборе Bruker DPX-250 в CDCl₃. В качестве внутреннего стандарта использовали сигналы остаточных протонов растворителя. Элементный анализ проведен на CHN-анализаторе KOVO. Хроматографирование проводили на колонках с наполнителем Silica gel 60 (0.063-0.200 мм) фирмы Merck. Температуры плавления определены на нагревательном столике Boetius.

В таблице приведены спектры поглощения и люминесценции 2-(2-метоксифенил)-5-(3,4,5-триэтоксифенил)-1,3,4-оксадиазола (Ia), а также его ближайших аналогов - соединений IIа-IIк.

Примечание: ^а λ_max - максимум длинноволновой полосы поглощения, ^б ε - значение молярной экстинкции, соответствующее данному максимуму, ^в λ^f1_max - максимум полосы люминесценции, ^г ϕ - квантовый выход люминесценции (λ_возб. 300 нм), ^д растворитель - изооктан, ^е суммарный квантовый выход люминесценции.

Из таблицы видно, что соединение Ia обладает высокой поглощающей способностью (ε=24700-31900 л^⋅моль^-1⋅см^-1), бесцветно (λ_max=309-311 нм) при дневном освещении и излучает в фиолетовой области видимого спектра (λ^f1_max=378-411 нм) при облучении его ультрафиолетовым светом (λ_возб. 300 нм), а его квантовая эффективность люминесценции (ϕ=0.91-0.98) существенно выше (1.5-300 раз), чем у его аналогов.