4-замещенные-3-(1-алкил-2-хлор-1н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионы, способ их получения и применение для фотохимического генерирования стабильных флуоресцирующих соединений и (4,5-замещенные-6-алкил-1н-фуро[3,4-c]карбазол-1,3(6н)-дионы, способ их получения и применение в качестве флуорофоров

Изобретение относится к новым соединениям, а именно к 4-замещенным-3-(1-алкил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионам общей формулы I

,

где R₁=H, C₁-С₆ алкил; R₂=H, C₁-С₆ алкил, C₁-С₆ алкокси; R₃ = фенил, нафтил, 2-фенил-1-этенил, тиенил, фурил, пирролил, бензотиофенил, бензофуранил, индолил, их способу получения и применению в качестве соединений, способных к фотохимическому генерированию стабильных флуорофоров формулы II, что может быть использовано, например, в системах хранения информации, в частности, в качестве светочувствительной компоненты материала для трехмерной записи и хранения информации.

Изобретение относится также к новым 4,5-замещенным-6-алкил-1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дионам общей формулы II ,

где R₁=H, C₁-С₆ алкил; R₂=H, C₁-С₆ алкил, C₁-С₆ алкокси; R₄=H, R₅ = фенил, R₄,R₅ = бензо, нафто, тиено, фуро, пирроло, бензотиено, бензофуро, индоло, способу их получения и применению в качестве флуорофоров. 6 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к новым соединениям, а именно к 4-замещенным-3-(1-алкил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионам общей формулы I

где R₁=H, C₁-С₆ алкил; R₂=Н, C₁-С₆ алкил, C₁-С₆ алкокси; R₃=фенил, нафтил, фенилэтенил, тиенил, фурил, пирролил, бензотиофенил, бензофуранил, индолил.

Соединения I при облучении видимым светом генерируют стабильные флуоресцирующие вещества (4,5-замещенные-6-алкил-1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дионы (II).

Изобретение относится также к новому способу получения 4-замещенных 3-(1-алкил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионов общей формулы I.

Изобретение относится также к применению 4-замещенных-3-(1-алкил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионов выше приведенной общей формулы I в качестве соединений, способных к фотохимическому генерированию стабильных флуорофоров, что может быть использовано, например, в системах хранения информации, в частности, в качестве светочувствительной компоненты материала для трехмерной записи и хранения информации.

Изобретение относится также к новым соединениям, а именно к (4,5-замещенным-6-алкил-1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дионам общей формулы II

где R₁=Н, С₁-С₆ алкил; R₂=Н, С₁-С₆ алкил, C₁-С₆ алкокси; R₄=Н, R₅ = фенил, R₄,R₅ = бензо, нафто, тиено, фуро, пирроло, бензотиено, бензофуро, индоло.

Изобретение относится также к новому способу получения (4,5-замещенных-6-алкил-1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дионов общей формулы II.

Изобретение относится также к применению (4,5-замещенных-6-алкил-1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дионов выше приведенной общей формулы II, в качестве соединений, обладающих флуоресценцией.

Наиболее близким по структуре к соединениям общей формулы I является (1,2-диметил-1Н-индол-3-ил)-4-[(1Е)-проп-1-енил]фуран-2,5-дион формулы III

Соединение III проявляет фотохромные свойства (полоса поглощения исходной формы λ_макс=436 нм, полоса поглощения циклической формы λ_макс=492 нм) /Tadatsugu Yamaguchi and Masahiro Irie // Chemistry Letters, 2005, Vol.34, No.1, p 64-65/. Способ его получения заключается во взаимодействии (3Е)-3-пентеновой кислоты с (1.2-диметил-1H-индол-3-ил)(оксо)ацетил хлоридом, полученным in situ из 1,2-диметил-1H-индола.

Наиболее близким по структуре к соединениям общей формулы II является 4-(2-хлорфенил)-8-(4-гидроксибутил)-9-метокси-6-метил-1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дион, формулы IV,

полученный гидролизом 4-(2-хлорфенил)-8-(4-гидроксибутил)-9-метокси-6-метилпирроло[3,4-с]карбазол-1,3(2Н.6Н)-диона, который исследовали как ингибитор киназы /Jeff В. Smaill, Но Н. Lee, Brian D. Palmer, Andrew M. Thompson, Christopher J. Squire, Edward N. Baker, R. John Booth, Alan Kraker, Ken Hook and William A. Dennya, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 18 (2008) 929-933/.

Техническим результатом изобретения являются новые соединения в ряду 3-(1Н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионов, проявляющие новые для данного ряда соединений свойства генерировать при действии света стабильные флуоресцирующие вещества.

Техническим результатом изобретения являются также новые соединения в ряду 1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дионов, проявляющие новые для данного ряда соединений флуоресцентные свойства.

Технический результат достигается соединениями общей формулы I, их способом получения и их применением в качестве веществ, образующих при действии света стабильные флуоресцирующие соединения II.

Технический результат достигается также соединениями общей формулы II, их способом получения и их применением в качестве флуоресцирующих веществ.

Изобретение удовлетворяет критерию изобретательского уровня, так предлагаемые новые соединения проявляют новые свойства в ряду структурных аналогов.

Способ получения соединений I заключается во взаимодействии замещенных уксусных кислот общей формулы R₃CH₂COOH в присутствии триалкиламина с (2-хлор-1Н-индол-3-ил)(оксо)ацетилхлоридом общей формулы V, который получают обработкой оксалилхлоридом замещенного оксииндола общей формулы VI,

где R₁=Н, C₁-С₆ алкил; R₂=Н, C₁-С₆ алкил, C₁-С₆ алкокси; R₃ = фенил, нафтил, фенилэтенил, тиенил, фурил, пирролил, бензотиофенил, бензофуранил, индолил.

Способ получения соединений II заключается в циклизации под действием видимого света 4-замещенных-3-(1-алкил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионов общей формулы I, где R имеют вышеприведенные значения, сопровождающейся выделением хлористого водорода.

Ниже приведены примеры получения соединений I и II.

Пример 1. 3-(2-Хлор-1-метил-1Н-индол-3-ил)-4-фенил-фуран-2,5-дион (R₁=CH₃, R₂=H, R₃ = фенил) (Ia).

К раствору 0,73 г (5 ммоль) 1-метилоксиндола в 10 мл сухого 1,2-дихлорэтана прикалывают 0,86 мл (10 ммоль) оксалилхлорида и оставляют при комнатной температуре на 2 часа. Затем растворитель отгоняют и к сухому остатку приливают раствор 0,5 мл (5 ммоль) фенилуксусной кислоты и 2,1 мл (15 ммоль) триэтиламина в 15 мл сухого 1,2-дихлорэтана, смесь кипятят 2 часа, охлаждают, осадок отфильтровывают и из маточного раствора отгоняют растворитель. Полученный продукт промывают метанолом, выпавший осадок перекристаллизовывают из метанола. Продукт перекристаллизовывают из бутанола. Выход 0.35 г (20.7%). Красные кристаллы, т.пл. 213-214°С. Найдено, %: С 67.45, Н 3.51, N 4.02. Для C₁₉H₁₂ClNO₃ вычислено, %: С 67.57, Н 3.58, N 4.15.

ИК-спектр, см^-1: 720 (С-С1), 1760, 1820 (C=O).

Спектр ЯМР ¹Н, COCl₃, δ, м.д.: 3.82 (с, 3Н, СН₃), 7.02-7.10 (м, 2Н, аром), 7.22-7.42 (м, 5Н, аром), 7.60-7.65 (м, 2Н, аром).

Соединения Ib-d в примерах 2-4 получены аналогично примеру 1 с использованием 1-нафтил-, (Е)-2-фенил-1-этенил и 3-тиенилуксусной кислот соответственно.

Пример 2. 3-(2-Хлор-1-метил-1Н-индол-3-ил)-4-(1-нафтил)-фуран-2,5-дион (R₁=CH₃, R₂=H, R₃=1-нафтил) (Ib).

Продукт перекристаллизовывают из бутанола. Выход 0.42 г (21.7%). Красные кристаллы, т.пл. 206-207°С. Найдено, %: С 71.18, Н 3.55, N 3.59. Для C₂₃H₁₄ClNO₃ вычислено, %: С 71.23, Н 3.64, N 3.61.

ИК-спектр, см^-1: 720 (С-С1), 1760, 1820 (CO).

Спектр ЯМР ¹Н, CDC1₃, δ, м.д.: 3.64 (с, 3Н, СН₃), 7.00-7.08 (м, 2Н, аром), 7.15-7.24 (м, 3Н, аром), 7.26-7.34 (м, 1Н, аром), 7.35-7.58 (м, 4Н, аром), 7,72-7,95 (м, 2Н, аром).

Пример 3. 3-(2-Хлор-1-метил-1Н-индол-3-ил)-4-[(Е)-2-фенил-1-этенил]-фуран-2,5-дион (R₃=СН₃, R₂=H, R₃=(Е)-2-фенил-1-этенил) (Ic).

Продукт перекристаллизовывают из бутанола. Выход 0,3 г (16,7%). Оранжевые кристаллы, т.пл. 187-189°С. Найдено, %: С 69.25, Н 3.68, N 3.74. Для C₂₁H₁₄ClNO₃ вычислено, %: С 69.33, Н 3.88, N 3.85.

ИК-спектр, см^-1: 720 (С-С1), 1760, 1820 (C=O).

Спектр ЯМР ¹H, CDC1₃, δ, м.д.: 3.88 (с, 3Н, СН3), 6.95 (д, 1Н, СН), 7.20-7.28 (м, 1Н, СН), 7.30-7.42 (м, 5Н, аром), 7.45-7.54 (м, 3Н, аром), 8.08 (д, 1Н, аром, J=16.3 Гц).

Пример 4. 3-(2-Хлор-1-метил-1Н-индол-3-ил)-4-(3-тиенил)фуран-2,5-дион (R₁=CH₃, R₂=H, R₃=3-тиенил) (Id).

Продукт перекристаллизовывают из бутанола. Выход 0.23 г (14.7%). Оранжевые кристаллы, т.пл. 205-206°С. Найдено, %: С 59.31, Н 2.85, N 4.02. Для C₁₇H₁₀ClNO₃S вычислено, %: С 59.39, Н 2.93, N 4.07.

ИК-спектр, см^-1: 720 (С-С1), 1760, 1820 (C=O).

Спектр ЯМР ¹Н, CDC1₃, δ, м.д.: 3.86 (с, 3Н, СН3), 7.08-7.16 (м, 2Н, аром), 7.18-7.24 (м, 2Н, аром), 7.26-7.48 (м, 2Н, аром), 8.24 (м, 1Н, аром).

Пример 5. Фотопродукт (8-Метил-1H-бензо[a]фуро[3,4-с]карбазол-1,3(8H)-дион) (R₁=CH₃, R₂=H, R₄,R₅=бензо) (IIa).

Получен облучением в течение 1 часа гептанового раствора соединения 1а [0.5 ммоль (168.88 мг)] в кварцевом фотореакторе объемом 0.5 л суммарным светом ртутной лампы ДРТ-230. Ход реакции контролируют методом УФ-спектроскопии. Фотопродукт IIа активно выпадает из раствора в процессе облучения в виде взвеси. По окончании облучения растворитель упаривают на роторном испарителе до объема 20 мл, выпавший осадок отфильтровывают, промывают гептаном, высушивают и взвешивают. Получают 147.2 мг фотопродукта IIа (выход 97.7%). Продукт перекристаллизовывают из бутанола. Желтые кристаллы, т.пл. 265-266°С. Найдено, %: С 68.15, Н 4.19, N 6.85. Для C₁₉H₁₁NO₃ вычислено, %: С 68.24, Н 4.23, N 6.92.

ИК-спектр, ν/см^-1: 1760, 1820 (C=O).

Спектр ЯМР ¹Н, ДМСО-d6, δ, м.д.: 4.56 (с, 3Н, СН₃), 7.44 (т, 1Н, аром, J=7.5 Гц), 7.68 (т, 1Н, аром, J=8.1 Гц), 7.82-7.96 (м, 3Н, аром), 8.96-9.12 (м, 3Н, аром).

Фотопродукты IIb-с в примерах 6-8 получены аналогично примеру 5 при облучении нафто-, фенилэтенил- и тиенилфурандионов I.

Пример 6. Фотопродукт (12-Метил-5H-фуро[3,4-с]нафто[2,1-a]карбазол-5,7(12H)-дион) (R₁=СН₃, R₂=H, R₄,R₅=2,1-нафто) (IIb).

Получен из 3-(2-хлор-1-метил-1Н-индол-3-ил)-4-(1-нафтил)-фуран-2,5-диона (Ib). Выход 98.27%. Желтые кристаллы, т.пл. 270-271°С. Найдено, %: С 78.55, Н 3.68, N 3.87. Для C₂₃H₁₃NO₃ вычислено, %: С 78.62, Н 3.73, N 3.99.

ИК-спектр. ν/см^-1: 1760, 1820 (С=O).

Спектр ЯМР ¹Н, ДМСО-d6, δ, м.д.: 4.42 (с, 3Н, СН₃), 7.40-7.46 (м, 1Н, аром), 7.54-7.82 (м, 4Н, аром), 8.00-8.20 (м, 2Н, аром), 8.78 (д, 1Н, аром, J=9.3 Гц), 9.00 (д, 1Н, аром, J=7.9 Гц), 9.38 (д, 1Н, аром, J=7.6 Гц).

Пример 7. Фотопродукт (6-Метил-5-фенил-1H-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дион) (R₁=CH₃, R₂=H, R₄=H, R₅=фенил) (IIc).

Получен из 3-(2-хлор-1-метил-lH-индол-3-ил)-4-[(Е)-2-фенилэтенил]фуран-2,5-диона (Ic) в гексане. Выход 99.2%. Желтые кристаллы, т.пл. 285-286°С. Найдено, %: С 68.15, Н 4.19, N 6.85. Для C₁₉H₁NO₃ вычислено, %: С 68.24, Н 4.23, N 6.92.

ИК-спектр, ν/см^-1: 1760, 1820 (С=O).

Спектр ЯМР ¹Н, ДМСО-d6, δ, м.д.: 3.40 (с, 3Н, СН₃), 7.42-7.52 (т, 1Н, аром, J=7.1 Гц), 7.54-7.62 (м, 5Н, аром), 7.66-7.82 (м, 3Н, аром), 8.86 (д, 1Н, аром, J=8.0 Гц).

Пример 8. Фотопродукт (11-Метил-4H-фуро[3,4-с]тиено[2,3-a]карбазол-4,6(11H)-дион) (R₁=СН₃, R₂=H, R₄,R₅=2,3 тиено) (IId).

Получен из 3-(2-хлор-1-метил-1H-индол-3-ил)-4-(3-тиенил)-фуран-2,5-диона (Id). Выход 98.2%. Желтые кристаллы, т.пл. 215-216°С. Найдено, %: С 66.35, Н 2.90, N 4.45. Для C₁₇H₉NO₃S вычислено, %: С 66.44, Н 2.95, N 4.5.

ИК-спектр. ν/см^-1: 1760, 1820 (C=O).

Спектр ЯМР ¹H ДМСО-d6, δ, м.д.: 4.24 (с, 3Н, СН₃), 7.32-7.42 (м, 1Н, аром), 7.50-7.76 (м, 2Н, аром), 8.04 (д, 2Н, аром, J=5.5 Гц), 8.20 (д, 1Н, аром, J=5.5 Гц), 8.76 (д, 1Н, J=7.54 Гц, аром).

У полученных соединений исследованы по стандартным методикам спектрально-абсорбционные и спектрально-флуресцентные характеристики в гептане при 293 К.

Электронные спектры поглощения регистрировали на спектрофотометре «Cary 100» (Varian).

Облучение растворов соединений I проводили в кварцевой кювете (l=1 см) монохроматическим светом, полученным после прохождения интерференционного светофильтра для выделения линии 436 нм ртутного спектра лампы ДРШ-250. Интенсивность падающего света, измеренная с помощью ферриоксалата калия, составляла 4.24·10¹⁵ квант·с^-1.

Значения квантовых выходов фотореакций определяли по методике, описанной ранее / Экспериментальные методы химической кинетики, под редакцией Н.М.Эммануэля, М.Г.Кузьмина, Изд-во МГУ, Москва, 1985, 384 с./.

Флуоресцентные измерения проведены на спектрофлуориметре «Сагу Eclipse» (Varian). Значения квантовых выходов флуоресценции определяли методом Паркера - Риса /С.Паркер, Фотолюминесценция растворов, Мир, Москва, 1972, с.247/с использованием 3-метоксибензантрона в толуоле (φ=0.1, λ_облуч.=365 нм) в качестве стандартного люминофора /Б.М.Красовицкий, Б.М.Болотин, Органические люминофоры. Химия, Москва, 1984, с.292/.

В таблицах 1 и 2 приведены результаты исследований соединений Ia-d /по примерам 1-4/ и их фотопродуктов IIa-d.

Таблица 1
Спектрально-абсорбционные и флуоресцентные свойства соединений I(a-d) в толуоле и квантовые выходы фотоциклизации
№	Соединение	Поглощение	Флуоресценция	Квантовый выход фотоциклизации
λ-макс; нм (ε·103, л·моль-1·см-1)	λмакс, нм	Квантовый выход
Ia		440 (8,77)	540	0,029	0,002 0,607*
Ib		435 (8,05)	559	0,017	0,224 0,217*
Ic		456 (12,83)	554	0,061	0,015 0,03*
Id		439 (7,74)	545	0,016	0,235 0,192*
* В гептане.

Таблица 2
Спектрально-абсорбционные и флуоресцентные свойства соединений II(a-d) в толуоле и практические выходы фотоциклизации
№	Соединение	Поглощение	Флуоресценция	Выход, %
λ-макс; нм (ε·103, л·моль-1·см-1)	λмакс, нм	Квантовый выход
IIa		436(11,65) 417(11,09)	466	0,748	97.7
IIb		431 (11,30) 418(10,28)	470	0,158	98.1
IIc		364(5,91) 385(5,55)	463	0,365	98.5
IId		393 (6,68) 406(6,60)	460	0,057	97.0

1. 4-Замещенные-3-(1-алкил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионы общей формулы I

где R₁ = H, C₁-С₆ алкил; R₂=H, C₁-С₆ алкил, C₁-С₆ алкокси; R₃ = фенил, нафтил, фенилэтенил, тиенил, фурил, пирролил, бензотиофенил, бензофуранил, индолил.

2. 4-Замещенные-3-(1-алкил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионы по п.1, где R₁ = СН₃, R₂ = H, R₃ = фенил -3-(1-метил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)-4-фенил-фуран-2,5-дион.

3. 4-Замещенные-3-(1-алкил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионы по п.1, где R₁ = СН₃, R₂ = H, R₃ = 1-нафтил -3-(1-метил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)-4-(1-нафтил)-фуран-2,5-дион.

4. 4-Замещенные-3-(1-алкил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионы по п.1, где R₁ = СН₃, R₂ = H, R₃ = (Е)-2-фенил-1-этенил-3-(1-метил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)-4-[(Е)-2-фенил-1-этенил]-фуран-2,5-дион.

5. 4-Замещенные-3-(1-метил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионы по п.1, где R₁ = СН₃, R₂ = H, R₃ = 3-тиенил-3-(1-метил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)-4-(3-тиенил)фуран-2,5-дион.

6. Способ получения 4-замещенных-3-(1-алкил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионов общей формулы I по п.1, заключающийся в том, что замещенные уксусные кислоты общей формулы R₃CH₂COOH, где R₃ = фенил, нафтил, фенилэтенил, тиенил, фурил, пирролил, бензотиофенил, бензофуранил, индолил, вводят во взаимодействие в присутствии триалкиламина с (2-хлор-1Н-индол-3-ил)(оксо)ацетилхлоридом общей формулы V,

где R₁ = H, C₁-С₆ алкил; R₂ = H, C₁-С₆ алкил, C₁-С₆ алкокси, который получают обработкой оксалилхлоридом замещенного оксииндола общей формулы VI,

где R₁ = H, C₁-С₆ алкил; R₂ = H, C₁-С₆ алкил, C₁-С₆ алкокси.

7. Применение 4-замещенных-3-(1-алкил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионов общей формулы I по п.1 в качестве веществ, образующих под действием видимого света флуоресцирующие вещества.

8. (4,5-Замещенные-6-алкил-1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дионы общей формулы II
,
где R₁ = H, C₁-С₆ алкил; R₂ = H, C₁-С₆ алкил, C₁-С₆ алкокси; R₄ = H, R₅ = фенил, R₄,R₅ = бензо, нафто, тиено, фуро, пирроло, бензотиено, бензофуро, индоло.

9. (4,5-Замещенные-6-алкил-1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дионы по п.8, где R₁ = метил, R₂ = H, R₄R₅ = бензо-8-метил-1Н-бензо[а]фуро[3,4-с] карбазол-1,3 (8Н)-дион.

10. (4,5-Замещенные-6-алкил-1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дионы по п.8, где R₁ = метил, R₂ = H, R₄R₅ = нафто[2,1]-12-метил-5Н-фуро[3,4-с]нафто[2,1-а]карбазол-5,7(12Н)-дион.

11. (4,5-Замещенные-6-алкил-1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дионы по п.8, где R₁=метил, R₂=H, R₄=H, R₅ = фенил-6-метил-5-фенил-1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дион.

12. (4,5-Замещенные-6-алкил-1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дионы по п.8, где R₁ = метил, R₂ = H, R₄R₅ = тиено[2,3]-11-метил-4Н-фуро[3,4-с]тиено[2,3-а]карбазол-4,6(11Н)-дион.

13. Способ получения (4,5-замещенных-6-алкил-1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дионов общей формулы II по п.8, заключающийся в действии видимого света на 4-замещенные-3-(1-алкил-2-хлор-1Н-индол-3-ил)фуран-2,5-дионы общей формулы I по п.1, где R имеют вышеприведенные значения.

14. Применение (4,5-замещенных-6-алкил-1Н-фуро[3,4-с]карбазол-1,3(6Н)-дионов общей формулы II по п.8 в качестве флуорофоров.