СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 3,4-ДИТИЕНИЛЗАМЕЩЕННЫХ МАЛЕИНОВЫХ АНГИДРИДОВ ИЛИ МАЛЕИМИДОВ
METHOD OF PRODUCING 3,4-DITHIENYL-SUBSTITUTED MALEIC ANHYDRIDES OR MALEIMIDES

Изобретение относится к области получения органических фотохромов, в частности новых неописанных в литературе фотохромных дитиенилэтенов, содержащих в качестве мостикового звена фрагмент малеинового ангидрида или малеимида. Фотохромные продукты этого класса находят широкое практическое применение в качестве оптических переключателей в носителях информации большой емкости, используемых для записи, обработки и хранения данных. Фотохромные соединения, которые могут быть использованы в этом качестве, должны обладать определенным набором эксплуатационных характеристик: термической необратимостью обеих форм, высоким квантовым выходом фотопревращения, а также высокой цикличностью. Одним из классов фотохромов, удовлетворяющих этим условиям, являются 1,2-тиенилэтены, в частности продукты, содержащие в качестве этенового мостика малеиновоангидридный или малеимидный фрагмент.
В литературе описано несколько способов получения фотохромных дитиенилэтенов, содержащих в качестве мостикового звена фрагмент малеинового ангидрида. Так, известен способ получения целевых 3,4-дитиенилзамещенных малеиновых ангидридов, который включает в себя обработку производных циклобут-3-ен-1,2-диона 90% пероксидом водорода в ацетонитриле при 30-40°С. (Фотохромные дигетарилэтены. 8. Новый подход к синтезу 3,4-бис(2,5-диметил-3-тиенил)фуран-2,5-диона как потенциального фотохрома. Ширинян В.З., Краюшкин М.М., Беленький Л.И., Воронцова Л.Г., Старикова З.А., Мартынкин А.Ю., Иванов В.Л., Ужинов Б.М., ХГС, 37(1), 2001, 81-88). Однако этот способ не позволяет получать целевые соединения с неэквивалентными тиофеновыми фрагментами. Кроме того, этот способ применим для очень узкого круга исходных соединений. Существенным недостатком этого способа также является использование взрывчатого концентрированного пероксида водорода.
Известен также способ получения 3,4-дитиенилзамещенных малеиновых ангидридов, основанный на обработке 3,4-дитиенилзамещенных производных динитрила малеиновой кислоты щелочью в моноэтиловом эфире этиленгликоля при длительном кипячении. (Thermally irreversible photochromic systems. Reversible photocyclization of diarylethene derivatives. Irie M., Mohri M., J. Org. Chem., 53 (4), 1988, 803-808). Следует отметить, что этот способ также не универсален, так как не применим для синтеза фотохромных продуктов с неэквивалентными гетероциклическими заместителями. Кроме этого, целевой малеиновый ангидрид образуется в этом случае с достаточно низким выходом (20%).
В литературе описано несколько способов получения фотохромных 3,4-дитиенилзамещенных малеимидных производных на основе соответствующих малеиновых ангидридов. Так, известен способ получения малеимидов, заключающийся в обработке малеинового ангидрида метиламином в метаноле при комнатной температуре (Фотохромные дигетарилэтены: XVII. Новый синтез фотохромных N-алкилдитиенилмалеимидов. Краюшкин М.М., Ширинян В.З., Беленький Л.И., Шимкин А.А., Мартынкин А.Ю., Ужинов Б.М., ЖОрХ, 38(9), 2002, 1390-1393). Однако этот способ не применим для синтеза фотохромных 3,4-дитиенилзамещенных малеимидных производных с неэквивалентными гетероциклическими заместителями ввиду отсутствия соответствущих исходных ангидридов.
Задачей настоящего изобретения является разработка универсального способа получения органических фотохромов, в частности дитиенилэтенов, содержащих в качестве мостикового звена фрагмент малеинового ангидрида или малеимида, позволяющего расширить ассортимент органических фотохромов, т.е. получить соединения как с эквивалентными, так и с неэквивалентными гетероциклическими заместителями.
Поставленная задача достигается предложенным способом получения 3,4-дитиенилзамещенных малеиновых ангидридов или малеимидов общей формулы I:
где Х=О или NR1
1
4
R1 и R2=алкилC-C
1
4
R3=алкилC-C, либо азот- и/или серусодержащий гетроциклический заместитель, заключающийся в том, что соответствующую 2,5-дизамещенную 3-тиенилуксусную кислоту подвергают взаимодействию с соответствующими 2,5-дизамещенными 3-галогенацетилтиофенами при нагревании в присутствии основания в среде инертного органического растворителя в атмосфере кислорода воздуха. Целевой продукт общей формулы I, где Х=О, выделяют известным способом, либо, в случае необходимости, последний переводят в соединение общей формулы I, где Х=NR1, где R1 имеет вышеуказанные значения, путем обработки его соответствующим амином.
Процесс протекает по следующей схеме:
В качестве основания для проведения вышеуказанной конденсации могут быть использованы карбонаты щелочных металлов, предпочтительно использование карбоната калия. Карбонат калия берут в 3-5 кратном избытке по отношению к исходным реагентам. В предлагаемом способе получения впервые для подобного типа реакций основание использовано одновременно как в качестве конденсирующего агента, так и циклизующего агента и катализатора окисления. Процесс проводят в среде инертного органического растворителя, например, в диметилформамиде.
Процесс необходимо проводить при нагревании, например, в диапазоне температур от 70 до 90°С. При более низких температурных условиях проведения процесса (<70°С) реакция протекает медленно, а повышение температуры выше 90°С приводит к снижению выхода целевого продукта в результате осмоления реакционной смеси.
Ключевой особенностью предлагаемого способа является проведение процесса в атмосфере кислорода воздуха, который является окислителем для превращения промежуточно образующихся соединений.
Предлагаемый способ позволяет синтезировать малеимидные производные общей формулы I (X=NR1) рециклизацией соответствующих производных малеинового ангидрида формулы I (Х=O) под действием алифатического амина. Предпочтительно применение амина в 3-5 кратном избытке по отношению к малеиновому ангидриду.
Процесс проводят по известной методике в среде инертного органического растворителя, например, в этаноле при нагревании, предпочтительно в диапазоне температур от 70 до 90°С в атмосфере кислорода воздуха. Более низкие температурные условия проведения процесса (<70°С) снижают скорость протекания реакции, а повышение температуры выше 90°С приводит к снижению выхода целевого продукта в результате осмоления реакционной смеси.
Способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Получение 3,4-бис-[2-метил-5-(2-метилтиазол-4-ил)-тиофен-3-ил]-фуран-2,5-диона формулы:
2
4
Смесь 0.16 г (0.622 ммоль) [2-метил-5-(2-метилтиазол-4-ил)-3-тиофен-3-ил]-уксусной кислоты, 0.17 г (0.622 ммоль) 1-[2-метил-5-(2-метилтиазол-4-ил)-3-тиофен-3-ил]-2-хлорэтанона и 0.28 г (2 ммоль) безводного карбоната калия в 4 мл диметилформамида перемешивают при температуре от 70 до 90°С в атмосфере кислорода воздуха, в темноте, в течение 16 часов. Затем реакционную массу выливают в воду и экстрагируют этилацетатом (2*30 мл), органический слой отбрасывают, водный раствор подкисляют 10% соляной кислотой до рН 2-3, добавляют 30 мл этилацетата и перемешивают 3 часа при комнатной температуре. Затем органический слой отделяют, водный слой экстрагируют этилацетатом (2*30 мл), сушат над NaSO. Растворитель упаривают, остаток хроматографируют на силикагеле, элюент: петролейный эфир (60-80°С) - этилацетат - 3:1, и перекристаллизовывают из эфира.
1
6
3
3
Het
Het
Выход 0.11 г (35%), т.пл. 173-175°С. Спектр ЯМР Н (δ, м.д.) (DMSO-d): 1.98 (с, 6Н, 2СН), 2.68 (с, 6Н, 2СН), 7.48 (с, 2Н, 2CH), 7.79 (с, 2Н, 2CH).
Пример 2
Получение 3-(2,5-диметилтиофен-3-ил)-4-[2-метил-5-(2-метилтиазол-4-ил)-тиофен-3-ил]-фуран-2,5-диона формулы:
1
3
3
3
3
Het
Het
Het
Получен по методике, представленной в примере 1, из (2,5-диметилтиофен-3-ил)-уксусной кислоты и 1-[2-метил-5-(2-метилтиазол-4-ил)-тиофен-3-ил]-2-хлорэтанона. Выход 56%, т.пл. 181-183°С. Спектр ЯМР Н (δ, м.д.) (CDCl): 1.98 (с, 6Н, 2СН), 2.41 (с, 3Н, СН), 2.74 (с, 3Н, СН), 6.78 (с, 1Н, CH), 7.21(с, 1Н, CH), 7.42 (с, 1Н, CH).
Пример 3
Получение N-(4-{4-[4-(2,5-диметилтиофен-3-ил)-2,5-диоксо-2,5-дигидрофуран-3-ил]-5-метилтиофен-2-ил}-тиазол-2-ил)-ацетамида формулы:
Получен по методике, представленной в примере 1, из (2,5-диметилтиофен-3-ил)-уксусной кислоты и N-{4-[4-(2-хлороацетил)-5-метилтиофен-2-ил]-тиазол-2-ил}-ацетамида.
1
3
3
3
3
Het
Het
Het
Выход 48%, т.пл. 257-259°С. Спектр ЯМР Н (δ, м.д.) (CDCl): 1.98 (с, 6Н, 2СН), 2.23 (с, 3Н, СН), 2.42 (с, 3Н, СОСН), 6.70 (с, 1Н. CH), 7.01(с, 1Н, CH), 7.38 (с, 1Н, CH), 9.80(c, 1H, NH).
Пример 4
Получение 3-(2,5-диметилтиофен-3-ил)-4-[2-метил-5-(2-морфолин-4-илтиазол-4-ил)-тиофен-3-ил]-фуран-2,5-диона формулы:
Получен по методике, представленной в примере 1, из (2,5-диметилтиофен-3-ил)-уксусной кислоты и 1-[2-метил-5-(2-морфолин-4-илтиазол-4-ил)-тиофен-3-ил]-2-хлорэтанона.
1
3
3
3
2
2
Het
Het
Het
Выход 41%, т.пл. 231-233°С. Спектр ЯМР H(δ, м.д.) (CDCl): 1.98 (с, 6Н, 2СН), 2.41 (с, 3Н, СН), 3.50 (т, 4Н, 2СН), 3.80 (т, 4Н, 2CH), 6.68 (с, 1Н, CH), 6.79 (с, 1Н, CH), 7.38 (с, 1Н, CH).
Пример 5
Получение 1-метил-3,4-бис-[2-метил-5-(2-метилтиазол-4-ил)-тиофен-3-ил]-пиррол-2,5-диона формулы:
2
4
6
3
3
3
Het
Het
1
0.24 г (0.5 ммоль) 3,4-бис-[2-метил-5-(2-метилтиазол-4-ил)-тиофен-3-ил]-фуран-2,5-диона в 5 мл двумолярного раствора метиламина в этаноле кипятят с обратным холодильником в течение 16 часов. Затем реакционную массу выливают в воду и экстрагируют этилацетатом (3*30 мл), органическую фазу промывают водой, сушат над NaSO. Растворитель упаривают, остаток хроматографируют на силикагеле, элюент: петролейный эфир (60-80°С) - этилацетат - 3:1, и перекристаллизовывают из эфира. Выход 0.16 г (67%), т.пл. 188-190°С. Спектр ЯМР Н (δ, м.д.) (DMSO-d): 1.85 (с, 6Н, 2СН), 2.80 (с, 6Н, 2СН), 3.87 (с, 3Н, NCH), 7.33 (с, 2Н, 2CH), 7.68 (с, 2Н, 2CH).
Таким образом, предложен удобный универсальный способ получения новых не описанных в литературе фотохромных дитиенилэтенов с малеиновоангидридным и малеимидным мостиковыми фрагментами как с эквивалентными, так и с неэквивалентными гетероциклическими заместителями, основанный на использовании доступных тиенилуксусных кислот и галогенкетонов тиофенового ряда. Особым достоинством предлагаемого способа по сравнению с известными ранее является возможность получения фотохромных продуктов с неэквивалентными гетероциклическими заместителями. Предлагаемый способ может быть использован, как для синтеза описанных ранее фотохромных дитиенилэтенов этого типа, так и для получения новых продуктов с различным сочетанием гетероциклических фрагментов. Предлагаемый способ позволяет получать соединения с достаточно хорошими выходами.
Значительным преимуществом предлагаемого способа по сравнению с известными ранее является получения фотохромных малеиновых ангидридов из доступных тиенилуксусных кислот и галогенкетонов тиофенового ряда, что позволяет существенно расширить ассортимент органических фотохромных дитиенилэтенов.