Способ получения 1,9-3",4"-дигидро-2h-бензо[b][1",4"]оксазино-1,9-дигидро-(с60-ih)[5,6]фуллерена, проявляющего антиоксидантную активность

Изобретение относится к области органической химии гетероциклических соединений, в частности к синтону для получения лекарственных веществ, ингибиторов коррозии, красителей, инсектицидов. Раскрывается способ получения 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерена формулы (1), отличающийся тем, что фуллерен С₆₀ взаимодействует с 2-аминофенолом на воздухе в присутствии твердого LiOH и Pb(CH₃COO)₄ при мольном соотношении С₆₀:2-аминофенол:LiOH:Pb(CH₃COO)₄=1:10:10:2.4, при температуре 40°С в среде толуол:Et₂O=5:1 (объемное соотношение) в течение 1 часа и дальнейшем перемешивании при комнатной температуре на магнитной мешалке в течение 23 часов. Кроме того, описано применение 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерена формулы (1) в качестве средства с антиоксидантной (антирадикальной) активностью. Изобретение обеспечивает эффективную антиоксидантную (антирадикальную) активность. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к органической химии гетероциклических соединений фуллерена С₆₀, конкретно к способу получения 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерена формулы (1), обладающего антиоксидантной активностью.

Соединение формулы (1) может быть использовано в качестве прекурсора для получения лекарственных веществ, ингибиторов коррозии, красителей, инсектицидов.

Каталитическое аминирование фуллерена С₆₀ 2-амино-1-бутанолом в присутствии катализатора Cp₂TiCl₂ в среде толуола при комнатной температуре (~20°С) в течение 42-54 часов приводит к получению аддукта (2) с выходом целевого продукта 67-90%. [У.М. Джемилев, А.Г. Ибрагимов, А.Р. Туктаров, М. Пудас, Ф.Г. Валямова, Способ получения-([1-(гидроксиметил)пропил]амино)-1, 2-дигидро[60]фуллерена, патент RU 2 309 938 C1].

Известный способ не позволяет получить 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерен (1).

Известен способ [A. Hirsch, Q. Li, F. Wud, Globe-trotting Hydrogens on the Surface of the Fullerene Compound C₆₀(N(CH₂CH₂)O)₆, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 30 (1991), 1309-1310] получения гексаадукта фуллерена, содержащего морфолиновый фрагмент состава C₆₀(N(CH₂CH₂)O)₆ формулы (3) в реакции фуллерена с чистым морфолином в течение 2 дней.

При использовании мольного соотношения исходных реагентов C₆₀:морфолин = 1:40 [G. Schick, K. D. Kampe, A. Hirsch, Reaction of [60]Fullerene with Morpholine and Piperidine: Preferred 1,4-Additions and Fullerene Dimer Formation, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1995, 2023-2024] в течение недели на воздухе продуктами реакции являются бис -, тетраморфолиновые аддукты С₆₀, а также аминированный димер фуллерена формул (4), (5) и (6) с выходами 8.5, 9.1% и 50 % соответственно.

Известный способ не позволяет получить 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерен (1).

Известен способ [J. Zhen, Q. Liu, X. Chen, D. Li, Q. Qiao, Y. Lu, S. Yang, An ethanolamine-functionalized fullerene as an efficient electron transport layer for high-efficiency inverted polymer solar cells, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 8072-8079.] получения этаноламин-фуллерена C₆₀(NHC₂H₄OH)₈(H)₈ формулы (7) в реакции С₆₀ с 2-аминоэтанолом (мольное соотношение С₆₀:2-аминоэтанол = 1:4000) при 80°С в течение 1 часа в атмосфере азота с выходом ~50%.

Известный способ не позволяет получить 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерен (1).

Известен способ [З.С. Кинзябаева, Г.Л. Шарипов, 1,9-Морфолино-1,9-дигидро-(C₆₀-I_h)[5,6]фуллерен и способ его получения, патент РФ 2772722 С2] получения незамещенного морфолинсодержащего аддукта фуллерена формулы (8) в реакции С₆₀ с 2-аминоэтанолом (мольное соотношение С₆₀:2-аминоэтанол = 1:4) в среде толуол:ДМФА (объемное соотношение 5:1) при ультразвуковом воздействии (воздух, комнатная температура, 1 ч) и дальнейшем перемешивании на магнитной мешалке в течение 20 ч с выходом 46%.

Известный способ не позволяет получить 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерен (1).

Таким образом в литературе отсутствуют сведения о селективном получении (1).

Задачей настоящего изобретения является разработка способа эффективного метода синтеза нового представителя 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерен (1), обладающего антиоксидантными свойствами.

Решение поставленной задачи достигается тем, что способ получения соединения (1) осуществляют при взаимодействии на воздухе 2-аминофенола с фуллереном С₆₀ в присутствии твердого LiOH и Pb(CH₃COO)₄ при мольном соотношении С₆₀:2-аминофенол:LiOH:Pb(CH₃COO)₄=1:10:10:2.4 при температуре 40°С в среде толуол:Et₂O = 5:1 (объемное соотношение) в течение 1 часа и дальнейшем перемешивании на магнитной мешалке при комнатной температуре в течение 23 часов. Максимальный выход целевого продукта 54%. Реакция протекает по схеме:

Выделенный и хроматографически очищенный (1) является твердым веществом темно-коричневого цвета. Его структура подтверждена с помощью 1D и 2D методик ЯМР ¹Н и ¹³С, УФ, ИК- и масс-спектрометрией высокого разрешения.

Использование эквимольного количества 2-аминофенола по отношению к С₆₀ (С₆₀:2-аминофенол:LiOH:Pb(CH₃COO)₄=1:1:2:2) не приводит к образованию продукта (1). При уменьшении соотношения исходных реагентов (С₆₀:2-аминофенол:LiOH:Pb(C₂H₃O₂)₄ =1:4:4:2.4 продукт (1) образуется с выходом 23%. Изменение соотношения исходных реагентов в сторону значительного увеличения содержания 2-аминофенола по отношению к фуллерену С₆₀ (С₆₀:2-аминофенол:LiOH:Pb(CH₃COO)₄=1:27:10:2.4) приводит к присоединению дополнительных молекул 2-аминофенола к С₆₀ и уменьшению селективности. Проведение реакции (при мольном соотношении С₆₀:2-аминофенол:LiOH:Pb(CH₃COO)₄=1:10:10:2.4) в течение 24 часов при комнатной температуре на магнитной мешалке приводит к снижению скорости реакции, выход продукта уменьшается до 30%. Проведение реакции при 80°С продукт (1) не образуется. Реакция при отсутствии LiOH или Pb(CH₃COO)₄ не приводит к образованию продукта (1). Синтез (1) проводили в среде толуол:Et₂O = 5:1 (объемное соотношение), т.к. в отсутствие Et₂O выход продукта (1) уменьшается до 27%. При воздействии ультразвука реакция не идет из-за сонохимического разложения исходного 2-аминофенола.

Существенные отличия предлагаемого способа:

1. В результате взаимодействия 2-аминофенола с фуллереном С₆₀ в присутствии твердого LiOH и Pb(CH₃COO)₄ образуется продукт (1).

2. Реакция проходит при температуре 40°С при перемещивании на магнитной мешалке, в то время как, в известном способе реакция проходит при комнатной температуре под действием ультразвука.

3. В предлагаемом способе используют в качестве окислителя ацетат свинца Pb(CH₃COO)₄, в качестве растворителя - смесь толуол:Et₂O в объемном соотношении 5:1.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:

1. Разработанный способ открывает путь к эффективному получению нового представителя 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерена (1), который перспективен в использовании в качестве прекурсора для получения лекарственных вещества, ингибиторов коррозии, красителей, инсектицидов.

2. Способ обеспечивает селективное получение соединения - 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерена (1) с выходом до 54 %.

3. Реакцию проводят в мягких условиях: воздух, температура 40°С.

Способ поясняется следующим примером:

Пример 1.

В колбе растворяют 30 мг (0.042 ммоль) фуллерена С₆₀ в 10 мл толуола, далее добавляют 46 мг (0.42 ммоль) 2-аминофенола, растворенного в 2 мл диэтилового эфира и 10 мг (0.42 ммоль) LiOH. Полученную смесь перемешивают на воздухе в течение 10 мин при температуре 40°С, к полученной смеси добавляют 44 мг (0.1 ммоль) ацетата свинца Pb(CH₃COO)₄ и перемешивают на магнитной мешалке в течение 1 ч при температуре 40°, далее продолжают перемешивание при комнатной температуре в течение 23 часов. Исходный темно-фиолетовый раствор приобретает темно-коричневый цвет. После реакции раствор пропускают через колонку, заполненную небольшим слоем силикагеля (~4 см). Продукт реакции выделяют с помощью препаративной высокоэффективной жидкостной хроматографией (ВЭЖХ). После удаления растворителя в вакууме получают темно-коричневый порошок. Выход 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерена (1) составляет ~19 мг (54%).

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Синтез соединения (1) в реакции С60 с 2-аминофенолом присутствии твердого LiOH и Pb(CH3COO)4 в среде толуол: Et2O = 5:1 (объемное соотношение) при температуре 40°С.
Мольное соотношение С60: 2-аминофенол	Время реакции, ч	Выход (1), %a
1:4	1	26
1:4	2	43
1:10	1	54

^a выход указан по данным ВЭЖХ

Полученный 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерен имеет следующие физико-химические характеристики.

Порошок темно-коричневого цвета. Спектр ¹Н ЯМР (500 МГц, CDCl₃), δ, м.д.: 3.1-3.9 (уш.с, 1Н, NН), 6.6-6.8 (м, 4H, Ph). Спектр ¹³С ЯМР (500 МГц, CDCl₃), δ, м.д.: 117.50, 119.3, 122.7, 124.9, 136.54, 138.00, 138.69, 139.94, 141.76, 141.82, 142.03, 142.20, 142.54, 142.81, 143.92, 144.97, 145.24, 145.33, 145.43, 145.56, 146.10, 146.48, 146.71, 146.84, 148.47, 148.70, 148.85, 149.22, 151.35. Масс-спектр (m/z) 827.0371. УФ-спектр (λ, нм): 254, 324, 403, 429.

Продукты реакции анализировали на ВЭЖХ-хроматографе Altex (модель 330) (США), с УФ-детектором (λмакс.=340 нм), колонка Buckyprep Waters 4,6×250 мм при 30°С, подвижная фаза - толуол, скорость потока составляла 1.0 мл/мин. Смеси разделяли на металлической препаративной колонке Cosmosil Buckyprep Waters (250×10 мм) при ~20°С. В качестве элюента использовали толуол, скорость потока составляла 3.0 мл/мин. Спектры ЯМР1Н и13С регистрировали на спектрометре Bruker Avance-500 с рабочими частотами 500.17 и 125.78 МГц, растворитель - CDCl3 (δС77.10.6 м.д.), внутренний стандарт - Me4Si. УФ спектры регистрировали на спектрометре Perkin Elmer Lambda 750 (1=1, 0.1 см) в CHCl3. Масс-спектры получены на тандемном жидкостном/газовом квадрупольно-тандемном масс-спектрометре высокого разрешения BRUKER MaXis (Германия).

Выявление и оценку антиоксидантной активности осуществлено спектрофотометрическим методом ДФПГ, который отличается высокой чувствительностью к антирадикальным антиоксидантам [J. Glavind, Acta Chem Scand.,1963, 13, 1635-1640; Adesanwo J.K., Makinde O.O., Obafemi C.A. J. of Pharmacy Research. 2013, 6: 903-907; P. T. B. Tu, S. Tawata, Molecules. 2015, 20: 16723-16740.] Принцип метода анализа основан на восстановлении стабильного хромоген-радикала 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила (ДФПГ) молекулой предполагаемого антиоксиданта, результатом чего является изменение оптической плотности раствора при 517 нм. Реакция ДФПГ с образцом соединения (1) в растворе толуол:95% этанол (объемное соотношение=1:1) протекает по схеме:

В результате восстановления ДФПГ соединением (1) снижается пурпурно-синяя окраска ДФПГ, которая сопровождается уменьшением оптической плотности раствора при 517 нм. Препаратом сравнения является аскорбиновая кислота.

Стандартный раствор ДФПГ (10 мл, 5•10^-4 М) в смеси толуол:95% этанол (объемное соотношение = 1:1) разводили смесью растворителей толуол:95% этанол (объемное соотношение = 1:1) в соотношении 1:10, добавляли буферный раствор ацетата натрия (5 мл, 0.1 М, pH 5.5) для получения рабочего раствора, который должен иметь оптическую плотность не выше 0.9 при 517 нм. К 5 мл рабочего раствора ДФПГ добавляли 1-5 мкг/мл исследуемого соединения (1) (или 5 мкг/мл аскорбиновой кислоты), перемешивали и выдерживали в темноте 30 минут при комнатной температуре. Далее измеряли оптическую плотность раствора при длине волны 517 нм. В качестве контрольного образца использовали рабочий раствор ДФПГ. Эксперименты с исследуемыми растворами были проведены по 3 раза относительно раствора сравнения (толуол:95% этанол в объемном соотношении 1:1). Антирадикальную активность определяли по формуле:

где А_х - среднее арифметическое значение трех измерений оптической плотности исследуемого раствора, А_контр - оптическая плотность контрольного образца.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 2. Ингибирование свободных радикалов ДФПГ
Соединение	Концентрация мкг/мл	% ингибирования
1	1	75
	2	78
	3	83
5	93
КОНТРОЛЬ (аскорбиновая кислота)	5	100

Результаты, представленные в таблице 2 показывают, что соединение (1) в концентрации 5 мкл/мл обладает антиоксидантной активностью.

Таким образом, испытанный 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерен (1) обладает антиоксидантной (антирадикальной) активностью. Полученные результаты свидетельствуют о том, что соединение (1) может быть использовано для создания на его основе антиоксидантного препарата.

1. Способ получения 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерена формулы (1)

,

отличающийся тем, что фуллерен С₆₀ взаимодействует с 2-аминофенолом на воздухе в присутствии твердого LiOH и Pb(CH₃COO)₄ при мольном соотношении С₆₀:2-аминофенол:LiOH:Pb(CH₃COO)₄=1:10:10:2.4, при температуре 40°С в среде толуол:Et₂O=5:1 (объемное соотношение) в течение 1 часа и дальнейшем перемешивании при комнатной температуре на магнитной мешалке в течение 23 часов.

2. Применение 1,9-3’,4’-дигидро-2H-бензо[b][1’,4’]оксазино-1,9-дигидро-(С₆₀-I_h)[5,6]фуллерена формулы (1) в качестве средства с антиоксидантной (антирадикальной) активностью.