СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИ-Н-БУТОКСИФОСФОРИЛЗАМЕЩЕННЫХ ПОРФИРИНАТОВ КОБАЛЬТА
METHOD FOR PRODUCING DI-N-BUTOXYPHOSPHORYL-SUBSTITUTED COBALT PORPHIRINATES

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к получению ди-н-бутоксифосфорилзамещенных порфиринатов кобальта, которые могут быть использованы в качестве фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии злокачественных новообразований, активных компонентов сенсорных устройств, хемо-, электро-, сольватохромных материалов и в других областях науки и техники.
2
3
Известен способ синтеза ди-н-бутоксифосфорилзамещенных порфиринов с помощью медного катализа. [Matano Y., Matsumoto K., Terasaka Y., Hotta H., Araki Y., Ito O., Shiro M., Sasamori Т., Tokitoh N., Imahori H. // Chem. Eur. J. 2007, 13, 891-901]. Продукт - 5-ди-н-бутоксифосфорил-10,15,20-трис(3,5-ди-трет-бутилфенил) порфиринат цинка синтезируют, исходя из 5-иод-10,15,20-трис(ди-трет-бутилфенил)порфирината цинка, для этого в 30 мл колбу Шленка помещают 200 мг (0,188 ммоль) 5-иод-10,15,20-трис(ди-трет-бутилфенил)порфирината цинка, CuI 15 мг (0,039 ммоль) и 660 мг CsCO (2,03 ммоль) вакуумируют и затем пропускают аргон. Вакуумирование и продув аргоном повторяют три раза. Далее добавляют 10 мл толуола, 30 мл N,N'-диметилэтилендиамина (0,28 ммоль) и 60 мкл ди-н-бутил фосфита (0,31 ммоль) с помощью шприца и реакционную смесь перемешивают при 130°С. После 6-7 часов 5-иод-10,15,20-трис(ди-трет-бутилфенил)порфиринат цинка полностью вступает в реакцию (контроль по тонкослойной хроматографии). Далее смесь фильтруют через цеолит, фильтрат концентрируют при пониженном давлении и подвергают колоночной хроматографии на силикагеле с использованием смеси гексана и дихлорметана (20:80) в качестве элюента. Собирают красновато-фиолетовую фракцию, которую концентрируют и перекристаллизовывают из смеси дихлорметана и метанола. Выход 171 мг, 81%
3
За прототип принят способ синтеза ди-н-этоксифосфорилзамещенных порфиринов с помощью палладиевого катализа, который описан в статье [Е.V. Vinogradova, Y.Y. Enakieva, S.Е. Nefedov, K.P. Birin, A.Y. Tsivadze, Y.G. Gorbunova, A.G. Bessmertnykh Lemeune, C. Stern and R. Guilard // Chem. Eur. J. 2012, 18, 15092-15104]. Продукт - [2-(диэтоксифосфорил)]-5,10,15,20-тетрафенилпорфиринат цинка. Для этого в 15 мл круглодонную колбу, снабженную обратным холодильником, помещают 27,25 мг (0,036 ммоль) 2-бром-5,10,15,20-тетрафенилпорфината цинка, 8,1 мг (0,036 ммоль) ацетата палладия и трифенилфосфин 28,3 мг (0,108 ммоль). Смесь вакуумируется и продувается азотом. Вакуумирование и продув азотом повторяют три раза. Далее добавляют с помощью шприца 3 мл абсолютированного толуола, диэтилфосфит 55 мкл (0,432 ммоль) и триэтиламин 75 мкл (0,540 ммоль), нагревают и перемешивают при кипении толуола 4 часа. После охлаждения смесь концентрируют с получением твердого вещества, которое очищают с помощью колоночной хроматографии на силикагеле с использованием CHCl и гексана в качестве элюента. Выход: 94% 21,4 мг
Недостатками перечисленных способов являются:
- применение токсичного трифенилфосфина;
- низкая экономичность процесса за счет использования в качестве прекурсоров галогензамещенных порфиринов, большого количества катализатора и зачастую дорого лиганда;
- сложность лабораторной техники в связи с использованием вакуумной техники и инертной атмосферы в реакционном сосуде;
- большая длительность синтеза.
Изобретательская задача состояла в поиске способа получения ди-н-бутоксифосфорилзамещенных порфиринатов кобальта, который был бы более экономичным и менее токсичным, т.е. более безопасным; более простым за счет исключения использования вакуумной техники и инертной атмосферы в реакционном сосуде, менее длительным.
Технический результат заключается в удешевлении процесса синтеза, повышении безопасности процесса за счет снижения токсичности, упрощении реакционного оборудования за счет исключения использования вакуумной техники и инертной атмосферы в реакционном сосуде, ускорении процесса.
Указанный результат достигается тем, что в способе получения ди-н-бутоксифосфорилзамещенных порфиринатов кобальта, заключающемся в реакции металлопорфирина с фосфитом в присутствии катализатора и растворителя, нагревании реакционной смеси при перемешивании, очистке полученного продукта с использованием метода колоночной хроматографии, согласно изобретению для реакции в качестве металлопорфирина используют порфиринат кобальта, в качестве фосфита - ди-н-бутилфосфит, в качестве окислителя добавляют персульфат калия (10-11 эквивалентов), а бинарного растворителя - 1,5-2 мл диоксана и 0,5-1 мл воды в присутствии в качестве катализатора 20-30 мол. % сульфата серебра, нагревают при 100-101°С в течение 1,5-2 ч, далее для выделения продукта добавляют избыток воды, фильтруют и сушат, в результате получают 5,10,15-трифенил-20-(4'-ди-н-бутоксифосфорилфенил)порфиринат кобальта и [2-(ди-н-бутоксифосфорил)]-5,10,15,20-тетрафенилпорфинат кобальта:
Изобретение позволяет:
1. Повысить безопасность и снизить токсичность процесса за счет исключения использования токсичного трифенилфосфина.
2. Повысить экономичность процесса за счет исключения галогензамещенных порфиринов в качестве предшественников, снижения количества катализатора и отсутствия дорого лиганда.
3. Исключить использование техники вакуума и инертной атмосферы.
Технический результат достигается за счет того, что ди-н-бутоксифосфорилзамещенные порфиринаты кобальта получают путем каталитической окислительной С-Р-функционализации порфиринатов кобальта, имеющих свободные мезо-положения, β-положения или фенильные кольца, к которым с помощью сульфата серебра и персульфата калия присоединяют ди-н-бутил фосфит, при этом использование солей серебра взамен солей палладия делает процесс более дешевым, а исключение применения токсичного трифенилфосфина - безопасным, более простым за счет исключения использования вакуумной техники и инертной атмосферы в реакционном сосуде, менее длительным.
1
31
1
31
Изобретение поясняется чертежами, на которых вначале приведены характеристические данные для 5,10,15-трифенил-20-(4'-ди-н-бутоксифосфорилфенил) порфирината кобальта: на фиг. 1 приведен Н ЯМР-спектр, на фиг. 2. - Р ЯМР-спектр, на фиг. 3 - масс-спектр Малди, на фиг. 4 - ЭСП, на фиг. 5 - ИК-спектр. Затем приведены характеристические данные для [2-(ди-н-бутоксифосфорил)]-5,10,15,20-тетрафенилпорфината кобальта: на фиг. 6 приведен Н ЯМР-спектр, на фиг. 7 - Р ЯМР-спектр, на фиг. 8 - масс-спектр Малди, на фиг. 9 - ЭСП, на фиг. 10 - ИК-спектр.
Для реализации способа используют следующие вещества:
сульфат серебра - ГОСТ ТУ 6-09-02-426-92;
персульфат калия - ГОСТ 4146-74;
диоксан - ГОСТ 10455-80;
ди-н-бутил фосфит - импортный, СAS Number: 1809-19-4.
Способ реализуют следующим образом.
Пример 1.
В круглодонную колбу на 5 мл помещают 0,033 г 5,10,15,20-тетрафенилпорфирината кобальта (0,05 ммоль), 78 мкл ди-н-бутилфосфита (0,4 ммоль), 0,0031 г сульфата серебра (0,01 ммоль - 20 мол. %), 0,135 г персульфата калия (0,5 ммоль - 10 эквивалентов) и растворитель - 1,5 мл диоксана и 0,5 мл воды. Реакционную смесь нагревают при перемешивании в течение 1,5 часа при 101°С. Затем добавляют избыток воды и выпавший осадок отфильтровывают и сушат. Далее целевые продукты очищают с использованием метода хроматографии.
Получен 5,10,15-трифенил-20-(4'-ди-н-бутоксифосфорилфенил) порфиринат кобальта, который представляет собой красно-фиолетовый порошок, растворимый в дихлорметане, хлороформе, ДМФА.
1
3
β
2
2
2
3
Н ЯМР (300 МГц, CDCl): δ, м.д.: 8,89s (8Н, H) 7,73m (12Н протоны фенильных колец), 8,11m (7Н протоны фенильных колец), 4,07q (СН 4Н), 1,68qv (СН 4Н), 1,44sc (СН 4Н), 0,95t (СН 6Н)
31
3
Р ЯМР (300 МГц, CDCl): δ, м.д.: -0,48s
52
45
4
3
max
+
-1
MS (MALDI TOF): m/z рассчитано (CHCoNOP): 863; найдено 864 [M+H]; ИК-спектр v, см: 1200 (Р=O); ЭСП λ, нм (log ε): (ДХМ) 409 (5,17), 528 (4,19), 558 (3,81).
Выход: 56% 0,024 г.
Получен также [2-(ди-н-бутоксифосфорил)]-5,10,15,20-тетрафенилпорфинат кобальта, который представляет собой красно-фиолетовый порошок, растворимый в дихлорметане, хлороформе, ДМФА.
1
3
β
β
β
β
β
2
2
2
3
Н ЯМР (300 МГц, CDCl): δ, м.д.: 9,43d (1H, Н) 8,84m (3Н H), 8,82d (1Н Н), 8,74d (1Н Н), 8,67d (1Н Н), 8,09m (8Н протоны фенильных колец), 7,71m (12Н протоны фенильных колец), 3,94q (СН 4Н), 1,61qv (СН 4Н), 1,34sc (СН 4Н), 0,90t (СН 6Н)
31
3
Р ЯМР (300 МГц, CDCl): δ, м.д.: 14,24s
52
45
4
3
max
+
-1
MS (MALDI TOF): m/z рассчитано (CHCoNOP): 863; найдено 864 [M+H]; ИК-спектр v, см: 1200 (Р=O); ЭСП λ, нм (log ε): (ДХМ) 414 (5,13), 535 (4,24), 569 (4,02).
Выход: 28% 0,0118 г.
Пример 2.
В круглодонную колбу на 5 мл помещают 0,033 г 5,10,15,20-тетрафенилпорфирината кобальта (0,05 ммоль), 78 мкл ди-н-бутилфосфита (0,4 ммоль), 0,0046 г сульфата серебра (0,015 ммоль - 30 мол. %), 0,148 г персульфата калия (0,55 ммоль - 11 эквивалентов) и растворитель - 2 мл диоксана и 1 мл воды. Реакционную смесь нагревают при перемешивании в течение 2 часа при 100°С. Затем добавляют избыток воды, выпавший осадок отфильтровывают и сушат. Далее целевые продукты очищают с использованием метода хроматографии.
Получен 5,10,15-трифенил-20-(4'-ди-н-бутоксифосфорилфенил) порфиринат кобальта, который представляет собой красно-фиолетовый порошок, растворимый в дихлорметане, хлороформе, ДМФА.
1
3
β
2
2
2
3
Н ЯМР (300 МГц, CDCl): δ, м.д.: 8,89s (8Н, H) 7,73m (12Н протоны фенильных колец), 8,11m (7Н протоны фенильных колец), 4,07q (СН 4Н), 1,68qv (СН 4Н), 1,44sc (СН 4Н), 0,95t (СН 6Н)
31
3
Р ЯМР (300 МГц, CDCl): δ, м.д.: -0,48s
52
45
4
3
max
+
-1
MS (MALDI TOF): m/z рассчитано (CHCoNOP): 863; найдено 864 [M+H]; ИК-спектр v, см: 1200 (Р=O); ЭСП λ, нм (log ε): (ДХМ) 409 (5,17), 528 (4,19), 558 (3,81).
Выход: 64% 0,027 г.
Получен также [2-(ди-н-бутоксифосфорил)]-5,10,15,20-тетрафенилпорфинат кобальта, который представляет собой красно-фиолетовый порошок, растворимый в дихлорметане, хлороформе, ДМФА.
1
3
β
β
β
β
β
2
2
2
3
Н ЯМР (300 МГц, CDCl): δ, м.д.: 9,43d (1Н, H) 8,84m (3Н H), 8,82d (1Н H), 8,74d (1Н H), 8,67d (1Н H), 8,09m (8Н протоны фенильных колец), 7,71m (12Н протоны фенильных колец), 3,94q (СН 4Н), 1,61qv (СН 4Н), 1,34sc (СН 4Н), 0,90t (СН 6Н)
31
3
Р ЯМР (300 МГц, CDCl): δ, м.д.: 14,24s
52
45
4
3
max
+
-1
MS (MALDI TOF): m/z рассчитано (СHCoNOP): 863; найдено 864 [М+Н]; ИК-спектр v, см: 1200 (Р=O); ЭСП λ, нм (log ε): (ДХМ) 414 (5,13), 535 (4,24), 569 (4,02).
Выход: 30% 0,0129 г.