Производные 8,9-дигидроксантена и способ их получения

 

Соединения общей формулы (I) где R₁ обозначает атом водорода; R₂ обозначает низший алкил; R₃ обозначает низший алкил; R₄ обозначает атом водорода; R₅ обозначает атом водорода, атом галогена, нитрогруппу, низшую алкоксигруппу; R₆ обозначает атом водорода; R₇ обозначает атом водорода, аллил; А обозначает группу 0, N⁺R₈R₉ * X^-, где X^- = C10₄; R₈ обозначает низший алкил, незамещенный или замещенный гидроксигруппой,толил, бензоил, фенил, замещенный низшей алкоксигруппой или низшей алкоксикарбонильной группой; R₉ обозначает атом водорода, низший алкил или R₈ и R₉ вместе образуют группу (СН)₂О(СН)₂; или А обозначает группу NR₈, где R₈ - незамещенный или замещенный низший алкоксигруппой или гидроксилом толил, фенил, незамещенный или замещенный галогеном; или А обозначает группу N⁺HR₈Br^-, где R₈ обозначает незамещенный фенил или замещенный галогеном, низшей алкоксигруппой, толил; обладают высокими спектральными характеристиками, высокой фотохимической стабильностью, устойчивы в полярных и неполярных растворителях и могут быть использованы как флуоресцентные красители для крашения различных текстильных и нетекстильных материалов, в производстве чернил, карандашей, косметических препаратов, сигнальных красок, как активные среды в жидкостных лазерах при различных способах возбуждения и др. Способ получения соединений (I) заключается в том, что соли 5,5-замещенного 1,3-диалкокси-1-замещенного-циклогексения подвергают взаимодействию с 2-гидроксиаральдегидом с последующей обработкой образовавшейся соли 7-алкокси-8,9-дигидроксантилия либо амином для получения соединений ообщей формулы (I), где A = N+HR₈C10^-₄, N⁺R₈R₉C10^-₄, либо водой для получения соединений общей формулы (I), где А = О, и, в случае необходимости, для получения соединений общей формулы (I), где А = NR₈,соединение общей формулы (I), где A = N⁺HR₈C10^-₄ обрабатывают основанием и, в случае необходимости, для получения соли 7-имино-8,9-дигидроксантена общей формулы (I), где А = N⁺HR₆X^- при X^-, принимающих различные вышеприведенные значения, раствор соединений общей формулы (I), где А = NR₈, обрабатывают кислотой, при этом во всех случаях R₁ - R₉ имеют вышеуказанные значения. Даны: N, R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, A, Выход (%), Т.пл. (^oС), УФ спектр (L_max - E, нм): 1а, Н, СН₃, СН₃, Н, Н, Н, Н, О, 91, 0, 181 - 183; 1б, Н, СН₃, СН₃, Н, СН₃О, Н, Н, О, 94,5, 136 - 137; 1ж, Н, СН₃, СН₃, Н, СН₃О, Н, Н, N⁺(C₂H₅)₂C10^-₄ 67,5, 271 - 273; 1и, Н, СН₃, СН₃, Н, СН₃О, Н, Н, N⁺HC₆H₅C10^-₄ 78,3, 208 - 209; 1с, н, СН₃, СН₃, Н, СН₃О, Н, Н, NC₈H₅, 91,0, 179 - 180; 1 ф, Н, СН₃, СН₃, Н, СН₃О, Н, Н, NC₆H₄Br-n, 88,7, 152 - 153; 1ш, Н, СН₃, СН₃, Н, СН₃О, Н, Н, N⁺HC₈H₄CH₃-n * Br^-, 91,6, 208 - 210. 2 с.п.ф-лы, 5 табл.

Изобретение относится к неописанным ранее производным 8,9-дигидроксантена общей формулы (I) , где R₁ обозначает атом водорода; R₂ обозначает низший алкил; R₃ обозначает низший алкил; R₄ обозначает атом водорода; R₅ обозначает атом водорода, атом галогена, нитрогруппу, низшую алкоксигруппу; R₆ обозначает атом водорода; R₇ обозначает атом водорода, аллил; A обозначает группу O, N⁺R₈R₉ X^-, где X^- = ClO₄; R₈ обозначает низший алкил, незамещенный или замещенный гидроксигруппой, толил, бензоил, фенил, замещенный низшей алкоксигруппой или низшей алкоксикарбонильной группой; R₉ обозначает атом водорода, низший алкил или R₈ и R₉ вместе образуют группу (CH)₂O(CH)₂; или A обозначает группу NR₈, где R₈ - незамещенный или замещенный низшей алкоксигруппой или гидроксилом толил, фенил, незамещенный или замещенный галогеном; или A обозначает группу N⁺HR₈ Br^-, где R₈ обозначает незамещенный фенил или замещенный галогеном, низшей алкоксигруппой, толил; которые проявляют флуоресцентные свойства, устойчивы в водно-спиртовых растворах и в кристаллическом состоянии и могут быть использованы как флуоресцентные красители для крашения текстильных и нетекстильных материалов, а также в производстве чернил, карандашей, косметических препаратов, сигнальных красок, как активные среды в жидкостных лазерах при различных способах возбуждения, и способу их получения.

Наиболее близкими по структуре являются ксантеновые красители общей формулы (Vа, б) , где R₁ = 0 (Vа); R₁ = N⁺HRX^-, N⁺(R)X^- (при R = атом водорода, низший алкил, арил; X = атом галогена или сульфогруппа (Vб); R₂ = атом водорода или гидроксил, N(R)₂ (где R имеет вышеприведенные значения); R₃ = атом водорода или арил; используемые в качестве флуоресцентных красителей (флуоресцеины и родамины) в производстве различных флуоресцеирующих препаратов (Красовицкий Б. М. и Болотин Б.М. Органические люминофоры. - Л.: Химия, 1976, с. 132 - 137).

Способ получения соединений (Vа) (при R₁ = 0 - флуоресцеины) заключается в конденсации резорцина (VI) с фталевым ангидридом (VII) в присутствии хлористого цинка при 175 - 195^oC и дальнейшей обработке образующегося флуоресцеина (Vа-1) содой или водным раствором едкого натра (для получения хорошо растворимой в воде двунатриевой соли - уранина (Vа-2) (Коган И.М. Химия красителей. - М.: Госхимиздат, 1956, с. 298).

.

Способ получения соединений (Vб) (при R₁ = N⁺(R)₂X^- - родамины) заключается в конденсации м-аминофенолов (VIII) с фталевым ангидридом (VII) в присутствии концентрированной серной кислоты (Иоффе И.С. и Оттен В.Ф. ЖОХ, 1962, т. 32, вып. 5, с. 1477 - 1480).

.

Однако данный способ трудоемок, длителен (наиболее высокие выходы соединений (Vб) достигаются, если реакцию вести при 180^oC в течение 4 - 6 ч, и не позволяет получать производные 8,9-дигидроксантена общей формулы (I). Кроме того, родамины и флуоресцеины (производные ксантена) общей формулы (Vа, б) обладают низкой устойчивостью к действию света (Степанов Б.И. Введение в химию и технологию органических красителей. - М., 1984, с. 188 - 196), в связи с чем используются для крашения только нетекстильных материалов, например косметических средств.

Техническим результатом изобретения являются новые производные ряда ксантена, а именно производные 8,9-дигидроксантена общей формулы (I), проявляющие флуоресцентные свойства, а также способ их получения.

Технический результат достигается соединениями формулы (I) и способом их получения.

Способ получения соединений общей формулы (I) заключается в том, что на соли 7-алкокси-8,9-дигидроксантилия общей формулы (IV), образующиеся в результате одностадийной циклизации описанных ранее солей 5,5-R₂, R₃ - 1,3-диалкокси-1-R₄-циклогексения (II) (Олехнович Е.П. и Коробка И.В. ЖОрХ, 1990, т. 26, с. 213 - 214) и о-гидроксиаральдегидов (III), где R₁ - R₇ имеют вышеприведенные значения, а X^- = ClO₄, галоген, в присутствии триалкилортоформиатов действуют различными нуклеофильными реагентами, такими как вода, первичные амины (алкиламины, ариламины, гетариламины) либо вторичные амины. Так, для получения производных 8,9-дигидроксантен-7-онов (I, где A = 0; 1.1) на соединения (IV) действуют водным раствором основания, а для получения солей 7-имино-8,9-дигидроксантена (I, где 1.2) соединения (IV) вводят в реакцию с аминами в среде уксусной кислоты. При необходимости для получения 7-имино-8,9-дигидроксантенов (I, где A = NR; 1.3) на соединения (1.2, где действуют основаниями. При обработке растворов иминов (1.3) в этилацетате либо эфире концентрированными кислотами (HBr, HCl, H₂SO₄, HNO₃) образуются различные соли иминов общей формулы (I, где A = N⁺HR₈X^-; 1.4).

.

Соединения (I), а также способ их получения обладают изобретательским уровнем, так как наличие высоких флуоресцентных характеристик у соединений (I), их новизна, а также возможность их получения из солей 7-алкокси-8,9-дигидроксантилия (IV) и нуклеофильных реагентов в столь мягких условиях является неочевидной.

Ранее не было изучено действие нуклеофильных реагентов на соли 7-алкокси-8,9-дигидроксантилия (IV) и не были известны простые и легкодоступные синтоны, позволяющие получать разнообразные красители ряда 8,9-дигидроксантена реакцией солей 8,9-дигидроксантилия с нуклеофильными реагентами.

Известные ранее ксантеновые красители делятся на окси(гидрокси)ксантеновые (Vа) (флуоресцеин, его галоген- и другие производные) и аминоксантеновые (Vб) (родамины). Все препаративные способы их получения основываются на реакциях конденсации м-гидрокси(амино)фенолов и фталевых ангидридов. Недостатком этого способа получения является ограниченная возможность введения различных заместителей в бензольные кольца родаминов, что затрудняет поиск наиболее эффективных соединений этого ряда. Кроме того, низкая устойчивость этих соединений к действию света существенно ограничивает сферу их применения.

Неизвестен способ получения 7-окси- и 7-имино-8,9-дигидроксантена общей формулы (I), проявляющих флуоресцентные свойства, обладающих высокой фотохимической стабильностью, устойчивых в водно-спиртовых растворах и перспективных для использования в качестве флуоресцентных красителей и люминофоров.

Изучен гидролиз перхлората 2,6-диалкил-4-этоксипирилия (IX) с образованием 4-пинона (X) (Salvadori G., Williams A. J. Amer. Chem Soc. 93, 2727, 1971).

.

Гидролиз 8,9-дигидроксантилиевых солей (IV) неизучен.

Известно, что при действии на перхлораты 2,6-диалкил-4-метоксипирилия (XI) пиперидина (XII) в среде уксусной кислоты происходит замещение метоксигруппы с образованием 4-(N-пиперидино)-производного (XIII) (Van Allan J.A. , Reynold G.A., Petropoulos C.C. J. Heterocycl. Chem., 9, 783, 1972).

.

Также известно, что при действии первичных и вторичных аминов (XV) на 2,4-диалкоксипирилиевые соли (XIV) последовательно образуются сначала моно- (XVI) и затем диаминопирилиевые соли (XVII) (Beak P. Tetrahedron Lett., 1963, P. 863).

Действие первичных и вторичных аминов на 8,9-дигидроксантилиевые соли (IV) неизвестно.

Таким образом ранее не было известно действие нуклеофильных реагентов на соли 8,9-дигидроксантилия (IV), приводящие одностадийно и с высоким выходом к производным 8,9-дигидроксантена (I), обладающим высокими флуоресцентными характеристиками.

Ниже приведены примеры получения соединений (I), их константы (R₁ - R₉, выходы, температуры плавления, элементный анализ и спектральные характеристики) приведены в табл. 1 - 4.

Пример 1. Получение перхлората 2-метокси-7-этокси-9,9-диметил-8,9-дигидроксантилия (IVб).

2,96 г (0,01 моль) перхлората 5,5-диметил-1,3-диэтокси-1- циклогексения (II) и 1,5 г (0,01 моль) п-метоксисалицилового альдегида (III) в 20 мл триэтилортоформиата нагревают до начала кипения (70 - 80^oC) и кипятят 5 мин. Охлаждают, выделившиеся кристаллы отфильтровывают, промывают этилацетатом, эфиром и перекристаллизовывают из уксусной кислоты. Выход: 2,7 г (69,5%), Т. пл. 194 - 195^oC.

ИК спектр ( , см): 1100, 1166, 1220, 1246, 1566, 1633.

Спектр ПМР ( , м.д.): 1,50 т (9H), 2,78с(2H), 3,92с(3H), 4,40к(2H), 6,41с(1H), 7,38д(1H), 7,58с(1H), 7,70д(1H), 8,72с(1H) C₁₈H₂₁ClO₇
Найдено, %: C 56,11; H 5,43; Cl 9,30
Вычислено, %: C 56,18; H 5,50; Cl 9,21.

Исходные 1,2,3,4-R₄-R₇-7-этокси-6-R₁-9,9-R₂, R₃-8,9 дигидроксантилиевые соли (IVа, в-д) получают аналогично соединению (IVб) (пример 1) из соответствующих перхлоратов циклогексения (II) и соответствующих салициловых альдегидов (III). В табл. 5 приведены константы исходных соединений (IVа-д).

Пример 2. Получение 2-метокси-9,9-диметил-8,9-дигидроксантен-7-она (Iб) (1.1).

К водно-ацетоновому раствору (15 мл воды и 15 мл ацетона) 3,84 г (0,01 моль) соединения (IVб) добавляют 5 г ацетата натрия и смесь нагревают при перемешивании на водяной бане, удаляя ацетон. После упаривания ацетона реакционную смесь охлаждают, выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой и перекристаллизовывают из пропанола-2. Выход: 2,4 г (94,5 %), Т.пл. 136 - 137^oC.

Соединения (Iа, в-д) получены при кратковременном нагревании растворов соединений (IVа, в-д) аналогично соединению (Iб) (пример 1). Константы полученных соединений (Iа-д) приведены в табл. 1. Растворы соединений (1.1) в полярных и неполярных растворителях обладают интенсивной желто-оранжевой флуоресценцией.

Пример 3. Получение гидроперхлората 2-метокси-7-(4- метилфенилимино)-9,9-диметил-8,9-дигидроксантена (Iк) (1.2).

3,84 г (0,01 моль) соединения (IV) и 1,06 г (0,01 моль) п-толуидина в 20 мл уксусной кислоты нагревают до начала кипения и кипятят 10 мин. Охлаждают, оранжевые кристаллы отфильтровывают, промывают этилацетатом (2 раза по 5 мл) и эфиром (2 раза по 5 мл). Перекристаллизовывают из уксусной кислоты. Выход: 3,4 г (76,2 %), Т.пл. 210 - 213^oC.

Пример 4. Получение перхлората 2-метокси-7-(N-морфолино)-9,9- диметил-8,9-дигидроксантена (Iр) (1.2).

3,84 г (0,01 моль) соединения (IVб) и 0,9 г (0,01 моль) морфолина в 20 мл уксусной кислоты нагревают до начала кипения, кипятят 5 мин и охлаждают. Выделяют и очищают аналогично соединению (Iк) (пример 3). Оранжевые кристаллы. Выход: 2,5 г (58,5 %), Т.пл. 206 - 207^oC.

Пример 5. Получение гидроперхлората 2-метокси-7-(4-карбэтоксифенилимино)-9,9-диметил-8,9-дигидроксантена (Iн) (1.2).

3,84 г (0,01 моль) соединения (IV) и 1,7 г (0,01 моль) этилового эфира п-аминобензойной кислоты нагревают до начала кипения и кипятят 20 мин. Охлаждают, разбавляют равным объемом эфира и светло-коричневые кристаллы отфильтровывают. Промывают этилацетатом и эфиром аналогично примеру 3. Очищают переосаждением из нитрометана (10 мл) эфиром (30 мл). Выход: 2,3 г (46,2 %), Т.пл. 230 - 232^oC.

Соединения (Iе-и, л, м, о, п) получены при кратковременном нагревании (5 - 20 мин) эквимолекулярных количеств соединений (IVб) и соответствующих аминов в уксусной кислоте аналогично соединениям (Iк, р, н) (примеры 3 - 5). Константы полученных соединений приведены в табл. 2. Растворы соединений (1.2) в полярных и неполярных растворителях обладают интенсивной оранжево-красной флуоресценцией.

Пример 6. Получение 2-метокси-7-(4-метилфенилимино)-9,9-диметил-8,9-дигидроксантена (Iт) (1.3).

К водно-ацетоновому раствору (15 мл воды и 15 мл ацетона) 4,4 г (0,01 моль) соединения (Iк) (полученного по примеру 3) добавляют 5 г ацетата натрия и смесь нагревают при перемешивании на водяной бане, удаляя ацетон. После упаривания ацетона реакционную смесь охлаждают, выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой (2 раза по 30 мл) и перекристаллизовывают из метанола. Выход: 3,25 г (94,2 %), Т.пл. 153 - 154^oC.

Соединения (Iс, у-х) получены при кратковременном (5 - 10 мин) нагревании растворов соединений (Iи, л, п) аналогично соединению (Iт) (пример 6). Константы полученных соединений приведены в табл. 3. Растворы соединений (1.3) в полярных и неполярных растворителях обладают оранжевой флуоресценцией.

Пример 7. Получение гидробромида 2-метокси-7-(4- метилфенилимино)-9,9-диметил-8,9-дигидроксантена (Iш) (1.4)
3,45 г (0,01 моль) соединения (Iт) (получено по примеру 6) растворяют в 20 мл этилацетата и при перемешивании прибавляют 1,5 мл (0,01 моль) концентрированной HBr. Выпавшие красные кристаллы отфильтровывают, промывают этилацетатом (2 раза по 10 мл), эфиром (2 раза по 10 мл) и перекристаллизовывают из уксусной кислоты. Выход: 3,9 г (91,6 %), Т.пл. 208 - 210^oC.

Соединения (Iч, э, ю) получены при действии на растворы соединений (Iс, у, ф) в этилацетате либо эфире концентрированными кислотами аналогично соединению (Iш) (пример 7). Константы полученных соединений приведены в табл. 4. Растворы соединений (1.4) в полярных и неполярных растворителях обладают интенсивной красной флуоресценцией.

Все описанные соединения I) растворимы в водном спирте, спирте, хлороформе, нитрометане, ацетонитриле и других растворителях. Данные растворы фотохимически стабильны и обладают интенсивной флуоресценцией в вышеуказанных областях.

Таким образом, соединения (I) являются новыми производными в ряду 8,9-дигидроксантена, которые могут быть получены из доступных веществ предлагаемым способом. Соединения (I) обладают достаточно высокими флуоресцентными характеристиками, достаточными для возможности использования этих соединений в качестве флуоресцентных красителей и люминофоров. Эти соединения обладают достаточно высокой фотохимической стабильностью и могут быть использованы в качестве флуоресцентных красителей для пластмасс и синтетических волокон (поливинилхлорид, поливинилендихлорид, полиакрилонитрил и др.). Растворы предлагаемых люминофоров (соединений (I)) в ацетонитриле могут применяться как активные среды в жидкостных лазерах при различных способах возбуждения. Соединения (I), содержащие аллильный заместитель (R₇) в положении C₄, способны к фото- и электрополимеризации и сополимеризации, что делает возможным синтез на его основе полимерных люминофоров.

Формула изобретения

1. Производные 8,9-дигидроксантена общей формулы (I)

где R₁ обозначает атом водорода;
R₂ обозначает низший алкил;
R₃ обозначает низший алкил;
R₄ обозначает атом водорода;
R₅ обозначает атом водорода, атом галогена, нитрогруппу, низшую алкоксигруппу;
R₆ обозначает атом водорода;
R₇ обозначает атом водорода, аллил;
А обозначает группу 0, N⁺R₈R₉ * X^-, где X^- = ClO₄;
R₈ обозначает низший алкил, незамещенный или замещенный гидроксигруппой, толил, бензоил, фенил, замещенный низшей алкоксигруппой или низшей алкоксикарбонильной группой;
R₉ обозначает атом водорода, низший алкил или R₈ и R₉ вместе образуют группу (CH)₂O(CH)₂, или А обозначает группу NR₈, где R₈ - незамещенный или замещенный низшей алкоксигруппой или гидроксилом толил, фенил, незамещенный или замещенный галогеном; или А обозначает группу N⁺HR₈ * Br^-,
где R₈ обозначает незамещенный фенил или замещенный галогеном, низшей алкоксигруппой, толил.

2. Способ получения производных 8,9-дигидроксантена общей формулы (I) по п. 1, отличающийся тем, что соль 5,5-замещенного 1,3-диалкокси-1-замещенного - циклогексения общей формулы (II), где R₁, R₂, R₃ имеют вышеуказанные значения, X^- = ClO₄, галоген, подвергают взаимодействию с 2-гидроксиаральдегидом общей формулы (III), где R₄ - R₇ имеют вышеуказанные значения, с последующей обработкой образовавшейся соли 7-алкокси-8, 9-дигидроксантилия общей формулы (IV), где R₁ - R₇ имеют вышеуказанные значения, а X^- = ClO₄, либо амином

для получения соединений общей формулы (I), где A = N⁺HR^*₈ ClO^-₄,N⁺R₈R^*₉ ClO^-₄, либо водой для получения соединений общей формулы (I), где А = 0, и, в случае необходимости, для получения соединений общей формулы (I), где А = NR₈, соединение общей формулы (I), где A = N⁺HR^*₈ ClO^-₄, обрабатывают основанием и, в случае необходимости, для получения соли 7-имино-8,9-дигидроксантена общей формулы (I), где А = N⁺NR₈X^- при X^-, принимающих различные вышеприведенные значения, раствор соединений общей формулы (I), где A = NR₈, обрабатывают кислотой, при этом во всех случаях R₁ - R₉ имеют вышеуказанные значения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5