Патент на изобретение №2396267

(54) 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

(57) Реферат:

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 _макс=436 нм, полоса поглощения циклической формы _макс

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, , 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, , 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, , 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, , 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, /см^-1: 1760, 1820 (C=O).

Спектр ЯМР ¹Н, ДМСО-d6, , 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. /см^-1: 1760, 1820 (С=O).

Спектр ЯМР ¹Н, ДМСО-d6, , 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, /см^-1: 1760, 1820 (С=O).

Спектр ЯМР ¹Н, ДМСО-d6, , 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. /см^-1: 1760, 1820 (C=O).

Спектр ЯМР ¹H ДМСО-d6, , 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 (=0.1, _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
-макс; нм (·103, л·моль-1·см-1)	макс, 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, %
-макс; нм (·103, л·моль-1·см-1)	макс, 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

Формула изобретения

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.