Sinteza 2,3,5,8 Tetrafenilpiridino[3,4 B] Pirazinei

=== dizertatie ===

Cuprins

1. Referat de literatură

Compuși fluorescenți obținuți din amine aromatice și derivați

Compușii fluorescenți au diverse aplicații în chimia organică, electronică, biochimie, drept markeri fluorescenți pentru proteine, straturi emisive pentru construcția LED-urilor sau a aparatelor de proiecție. Coloranții fluorescenți se folosesc mai cu seamă drept coloranți de dispersie sau coloranți reactivi la colorarea fibrelor textile sau materialelor plastice; la producerea cernelii și a cernelii tipografice și, în combinație cu pigmenți adecvați la producerea lacurilor și vopselurilor; la obținerea unor coloranți laser. În plus, coloranții fluorescenți la lumina zilei pot fi dizolvați într-o matriță din rășină și apoi pulvarizați pentru a forma pigmenți fluorescenți.

Coloranții fluorescenți diferă de ceilalți deoarece au culori luminoase, ei nu mai absorb lumină, dar o și emit.

Fluorescența se formează atunci când moleculele absorb lumină, ele fiind la nivelul cel mai jos de excitare S1 și apoi revin la nivelul de bază So, emițând lumină. O parte din energia absorbită activează vibrațiile nucleare și apoi este eliberată sub formă de căldură. Energia rămasă se pierde datorită conversiei de la nivelul cel mai jos de excitare, S1, la starea de triplet T1, nefiind disponibilă pentru fluorescență, ci pentru un fenomen diferit, fluorescența. Coloranții fluorescenți absorb și emit lumină în domeniul vizibil al spectrului. Ei au sisteme extinse, foarte rapide, implicând emiterea de energie datorită activării vibrației nucleare. Substituenții cum ar fi atomii voluminoși de clor și brom sau grupările nitro, sunt în defavoarea fluorescenței.

Coloranții fluorescenți absorb și emit lumină în regiunea vizibilă a spectrului spre deosebire de înălbitorii optici care absorb în regiunea UV invizibilă și emit lumină albastră.

Foarte mulți coloranți prezintă fluorescență, dar pentru a avea importanță practică ei trebuie să îndeplinească anumite cerințe cum ar fi: să fie o culoare pură dictată de spectrul de absorbție și emisie, raportul cuantic să fie mare etc.

Aceste cerințe sunt îndeplinite de foarte puțini coloranți. Unul dintre dezavantajele pe care îl au foarte mulți coloranți fluorescenți este viteza slabă a luminii emise, dar există și câteva excepții.

În continuare vor fi descriși o parte dintre cei mai importanți coloranți și aplicațiile lor.

1.1. Coloranți fluorescenți

1.1.1. Coloranți naftalimidici

Câteva exemple reprezentative de coloranți din această clasă sunt  coloranții cu fluorescență galben-verzuie:

– Sulfoflavinul FF 1, luminos, este folosit drept colorant pentru lână și poliamidă.

– Solventul galben 44 2 se folosește la colorarea materialelor plastice și are o importanță deosebită la obținerea pigmenților fluorescenți.

Compusul 1 a rezultat în reacția dintre p-toluidină și anhidrida 4-amino-3-sulfo1,8 – naftalică.

În reacția dintre anhidrida 4-cloro-1,8-naftalică și m-xilidina urmată de adăugarea amoniacului pentru substituirea atomului de clor cu grupa amino se va obține compusul 2.

1.1.2. Coloranți cumarici

Coloranții derivați de cumarină, 2H-1-benzopiran-2-onă sunt intens colorați, verde – gălbui, au raport cuantic mare, iar intensitatea luminii emise este moderată.

De exemplu, unul dintre cei mai importanți coloranți fluorescenți cumarici sunt derivații de 7-dialchilaminocumarină 3, care au rest heterociclic în poziția 3.

Coloranții cumarinici se pot obține în urma reacției dintre 2-hidroxi-4 dialchilaminobenzaldehidă cu derivați heterociclici, de nitril sau acetat, cum ar fi de exemplu compusul 4.

Folosirea acestor derivați duce la formarea unei grupări imino în poziția 2 a inelului cumaric.

1.1.3. Coloranți xantenici

Fluoresceina 5 (Acid Galben 73), este cel mai cunoscut colorant xantenic, rezultând în urma reacției dintre anhidrida ftalică și rezorcină:

Chiar și în soluție foarte diluată acest colorant prezintă o intensă fluorescența verde gălbuie.

Eosinele compuși cu brom, eritrosinele compuși cu iod și Roz Bengal sunt derivați halogenați ai fluoresceinei.

Coloranții radaminici, aminoxantenele, sunt o clasă foarte importantă din punct de vedere comercial. Derivații sulfanați au fluorescență intensă albastru-roșie și se folosesc pentru vopsirea lânii și a poliamidelor.

Coloranții rodaminici sunt materia primă pentru producerea pigmenților fluorescenți roșii și o parte sunt folosiți drept coloranți laser.

Cei mai importani coloranți rodaminici rezultă din reacția anhidridei ftalice cu 3– dialchilaminofenoli. Grupa carbonil poate fi apoi esterificată.

Primul compus rodaminic sintetizat a fost rodamina B 6 (Violet Bazic 10), el fiind folosit ca pigment fluorescent.

Rodamina 3B,esterul etilic al rodaminei 3B, numit si Bazic1 are proprietati similare cu compusul 6.

Compusul 7 este un colorant reactiv care se folosește la colorarea fibrelor celulozice.

1.1.4. Coloranți tioxantenici

Culorile acestor compuși variază între galben și roșu. Ei sunt mai puțin luminoși în comparație cu coloranții cumarici și rodaminici.

Sistemul de inele al tioxantenelor rezultă prin închiderea unui inel Pschorr așa cum este arătat pentru compusul Roșu Fluorescent, 8.

Compusul 9 este colorant de dispersie, el are o culoare roșu deschis dacă se folsește pentru colorarea poliesterilor.

1.1.5. Coloranți naftolactamici

Culorile acestor coloranți variază de la galben la roșu, ei se utilizează la colorarea poliesterilor și în unele cazuri ale poliamidelor.

Cu toate că au o viteză a luminii excelentă, acești coloranți nu au raportul cuantic destul de mare în comparație cu coloranții cumarici.

Naftostirilul, lactoma acidului 1-naftalin-8-carboxilic, poate reacționa cu o bază slab aromatică, cu o amină heterociclică sau cu grupe metilenice reactive un derivat al acidului barbituric în prezența clorurii de fosforil într-un solvent inert rezultând compusul 10.

Compusul cu structura 10 se obține dacă reacția are loc cu 2-ciano-4-nitroanilină, așa cum este arătat în exemplul de mai sus. Acest colorant are culoarea roșu-gălbui dacă se folosește drept colorant de dispersie pentru poliesteri.

Compusul 11 are o culoare roșie-gălbui și se folosește pentru imprimarea textilelor.

1.1.6. Coloranți azlactonici

Azlactonele 12 se obțin prin condensarea benzoil glicinei acid hipuric cu o aldehidă aromatică în prezența anhidridei acetice și a acetatului de sodiu,.

12

Coloranții azlactonici de tipul donor-acceptor 13 sunt foarte luminoși. Compușii 13 și 14 se folosec la colorarea poliesterilor.

1.1.7. Coloranți metinici

Sunt coloranți cationici și se folosesc la colorarea poliacrilonitrilului și fibrelor poliesterice modificate.

Colorantul 15 are o fluorescență galben-verzui și se obține prin condensarea 1,3,3-trimetilindolino-2-ilidin acetaldehidei cu 3-fenil-2-pirozolină

În reacția de diazo cuplare a p-toluidinei cu 1,1,3-trimetil-2-3-cloro-1-propilenă indolină rezultă compusul 16.

Acesta are o fluorescență portocalie, el colorează poliacrilonitrilul.

1.1.8. Coloranți oxazinici și tiazinici

Albastru Bazic 3 17, se folosește la vopsirea poliacrilonitrilului având o fluorescență verde-albastră.

Coloranții tiazinici 18 prezintă fluorescență la lungimi de undă cuprinse între 650 – 680 nm, ei se utilizează drept coloranți laser.

Unii dintre coloranții oxadiazonici sunt fluorescenți, colorantul 19 induce o fluorescență gălben-roșie poliamidelor.

1.1.9. Alți compuși fluorescenți

Galben Dispers 77 20 se poate obține prin acilarea 1aminoantrachinonei cu anhidrida acetică urmată de condensarea cu acid antranilic și clorură de zinc la 100– 1100C.

Compusul 20 este un colorant de dispersie, și are o fluorescență luminoasă; se folosește la vopsirea poliesterilor oferindu-le o culoare verzui-galbenă.

Cuplarea Azo a 5-nitro-2-amonoindazolei cu 2,4,6,triN-dimetilamino pirimidă duce la Azo Portocaliu 23.

Compusul 21 nu este fluorescent, dar poate fi transformat într-unul cu o fluorescență galbenă 22 prin tratare cu acid.

Colorantul fluorescent 22 este un colorant dispers. Formarea colorantului 22 din 21 ilustrează faptul că rigidizarea unei structuri moleculare poate fi transforma un colorant azoic nefluorescent într-unul fluorescent.

1.1.10. Utilizări speciale

Fotochimice – se folosesc o varietate de coloranți fluorescenți, în mod special coloranții xantenici, de ex. Roz Bengal, care se folosesc ca sensibilizatori în fotochimie.

Testarea de materiale – coloranții fluorescenți, de exemplu Verde Solvent, se folosesc pentru detectarea microfisurilor de pe suprafața metalelor.

Colectorii fluorescenți – constă în folii de plastic foarte transparente, de exemplu, polimetil metacrilat, care sunt colorate cu un colorant fluorescent.

Expunerea foliilor de plastic la lumina solară difuză produce lumină fluorescentă care este apoi concentrată și colectată prin reflecție internă totală și apoi eliberată prin suprafețele subțiri de la marginea foliilor. Energia luminoasă colectată poate fi folosită la producerea electricității cu ajutorul celulelor fotoelectrice.

Indicatorii colorați fluorescenți se pot folosi ca indicatori în titrările analitice.

În titrările cu formare de precipitat, colorantul se absoarbe pe suprafața precipitatului iar la sfârșitul titrării se observă o modificare distinctă și ușor de observat a fluorescenței a fluorescenței. Ionii de argint pot fi titrați în acest mod utilizând drept indicator Fluoresceina sau colorantul xantenic cu structura de mai jos :

O altă clasă de indicatori sunt cei care sunt solubili în apă și care își schimbă fluorescența la finalul titrării.

Reactivii derivativi – sunt substanțe care în mod normal sunt foarte greu de detectat: amine, aminoacizi, peptide, zaharuri etc. Acestea pot fi transformate în derivații lor fluorescenți cu reactivul potrivit. Senzitivitatea de detecție este foarte mare.

Probe fluorescente – permit măsurarea diferiților parametrii în sistemele celulare cum este de exemplu, pH-ul măsurat la tratarea secțiunii subțiri de țesut cu un indicator de pH fluorescent, 4 metil-7-hidroxicumarin, compusul cu structura 23.

Alte probe fluorescente sunt folosite pentru determinarea presiunii parțiale a oxigenului, potențialului membranei, viscozitatea etc. De asemenea testul cu probe fluorescente a dobândit o importanță considerabilă în diagnosticul medical. De exemplu teofilina din ser poate fi determinată utilizând probe fluorescente.

Substraturi enzimatice – activitatea enzimelor poate fi măsurată permițând enzimelor să acționeze pe un substrat rezultând un compus puternic fluorescent.

Substraturile potrivite pot fi esterii acidului carboxilic, fosfați și sulfați ai fenolilor puternic fluorescenți cu valori ale pH-ului între 6 și 9. Astfel de compuși sunt 4-metil-7- hidroxicumaric 23, fluoresceina 5 și acidul 2-hidroxi-3-naftalic 24.

Anumiți coloranți fluorescenți au proprietatea de electroluminiscență. Această proprietate este importantă pentru două aplicații ale efectelor fotoelectrice: diodele emițătoare de lumină (LED) și diode laser (LDs).

Electroluminiscența se referă la emisia de radiație de către un material convenabil, un luminofor, în urma excitării de către procesul electronic, cum ar fi aplicarea tensiunii între doi electrozi.

Electroluminiscența a fost observată pentru prima dată în 1907 de către H. J. Round la punctul de contact electric al unui cristal de carborund. Acest efect a fost redescoperit de către Lossev în 1921 și excitarea zincului în câmp electric alternativ efectuată în 1935 de către Destriau a relevat procesul de fotoemisie care capătă tot mai multă importanță în zilele noastre.

Radiația monocromatică descoperită de către Lossev avea o energie hc/λ apropiată de tensiunea între doi electrozi, care l-au îndreptățit să clasifice acest proces ca inversul efectului fotoelectric al lui Einstein.

Pentru a fi folosite ca substanțe electroluminiscente substanțele trebuie să fie fluorescente, să sublime și să formeze un strat uniform și cea de a treia condiție să aibă potential de ionizare mic.

Alți compuși fluorescenți cu structură piridino[4,5-c]imidazolică

Imidazo piridina 25, RH, Me, R1Ph și p-Me2NC6H4, 1-metil-2-indolil 26, cu RH, Me, R1Ph, p-MeOC6H4, Me2NC6H4.

s-au obținut2 cu un raport de 82,93 %, prin condensarea R1CHO cu piridinodiamina respectivă în prezența sulfului.

S-a realizat sinteza 3 analogului carbociclic 3-diazoadenozină 3-diazo-C-Ado:

și s-a descoperit că acest compus are activitate antivirală în toate culturile de virus herpes Simplex, tipul I, contra virușilor vaccinia și H-23C.

Acest derivat acționează ca un inhibitor împotriva S-adenozil-L-homocisteină și în unele cazuri este un substrat când nu inactivează enzima în mod semnificativ.

Prin condensarea 2,3-diaminopiridinei cu 2,4-MeONC C6H3COCl s-au obținut 4 2 derivați : 1H imidazo [4,5-c] piridina și izomerul său 1H imidazo [4,5-b] piridină.

Derivații de 1H imidazo [4,5-b] piridină au efect mai puternic, în comparație cu derivații 1H imidazo [4,5-c] piridină, în preparatele musculare papilare ale porcușorilor de guineea.

Nucleozidele 29 și 30,

30

în care: R: H, acil, R1: H, acil, fosfat, R2: NH2, OH, SH, R3: H, NH2 și tautomerii și sărurile lor sunt utilizați 5 ca agenți antivirali contra virusului herpes.

Astfel, în reacția dintre 4-cloro-1 H-imidazo [4,5-c] piridină, NaH și clorură de 2,3,5 tri-o benzil–D-arabinofuranosil, în DMF, a rezultat5 4-cloro-1-2,3,5tri-o-benzil–D- arabinofuranosil imidazo [4,5-c] piridină care, transformată în C-4 aminoderivat, prin C-4 hidrozinoderivat și apoi debenzilat s-a obținut compusul cu structura 31 .

Un alt derivat de piridino [4,5-c] imidazol6 este 3-metoxicarbonilzochinolină 32.

32

Reducerea difenil-1,2,5-tridiazolopiridinelor, ex 33. xS și a difenil 1,2,5-] oxadiazolopiridinelor, ex 33, x O a dat7 diaminodifenilpiridină.

Diaminodifenilpiridina a fost transformată în derivați de triazo [4,5-c] piridine fluorescente, ex 33, selenodiazolo [3,4-c] piridină, imidazo [4,5-c] piridină și piridino [5,6-c] piridină.

33 34

4-RCH2C6H4Z1Z2R2, derivatul 35, cu R: grupare imidazopiridina 33; R1alchil, R2 CO2H, alcoxicarboxil, ciano etc.; R4H, fluoroalchil, carboxialchil etc., R6H sau halogen; X O sau S, Z1O, CO, NHCO, etc.; Z21,2 fenilen nesubstituit, au fost preparați8 ca angiotensine II antagonist.

35

S-a sintetizat compusul 36 x:N,C; R1: H, alchil, cicloalchil, halogen, R2, R3: H, alchil, aril, etc, R4: H, alchil, halogen cu rolul de a inhiba enzimele tirozinice.

36

Derivații de imidazo[4,5-c]piridină 37 RMe sau H; R1CSNHC6H9 sau MOOHC6H3 sunt utilizați9 ca pesticide.

Intermediari valoroși pentru sinteza piridinodiaminei nesubstituite

4,7-Diaril-1,2,5-oxadiazolo[3,4-c]piridinele 6-substituite sunt intermediari valoroși în sinteza unor variate clase de heterocicli (diamino-diarilpiridine, derivați de imidazolo[4,5-c]piridine, etc), precursori de compuși fluorescenți.

Prima sinteză a unor derivați de oxadiazolo[3,4-c]piridină și tiadiazolo[3,4-c]piridină a fost efectuată de către Mataka și colab.10, prin condensarea 3,4-diaroil-1,2,5-oxadiazolilor 38a-d cu amine (39a-d), în prezența 1,8-diazabiciclo[5.4.0]unde c-7-enei (DBU), conform schemei următoare:

În timp ce derivații de tiadiazolo[3,4-c]piridina au fost obtinuți cu randamente satisfăcătoare și chiar bune, oxadiazolo[3,4-c]piridinele se formează cu randamente slabe și sunt însoțite de numeroși produși secundari.

Autorii au pus randamentele slabe și formarea produșilor secundari pe seama utilizării unui catalizator bazic, având în vedere stabilitatea redusă a reactanților în mediu bazic.

Pentru înlăturarea acestui inconvenient s-au utilizat în locul aminelor 39a-d clorhidrații unor amine cu grupări atrăgatoare de electroni (41a-d) 11:

Similar au fost sintetizate 1,4-diarilizochinoline 3-substituite12, prin reacția orto-dibenzoil-benzenului 44 cu amine:

Prin condensarea 3,4-dibenzoil-1-fenilpirazolului (46) cu clorhidrații unor amine substituite cu grupări atrăgătoare de electroni (47) se obțin două pirazolo-piridine izomere 48 si 49:

O altă clasă de azaheterocicli condensați cu inele 1,2,5-oxadiazolice sau tiadiazolice o reprezintă 1,2,5-oxadiazolo si 1,2,5-tiadiazolo[3,4-d]piridazinele, utilizate la obținerea de cristale lichide13.

1,2,5-Oxadiazolo[3,4-d]piridazinele 52 au fost obținute prin oxidarea 4-alcoxiacetofenonelor 5014, urmată de reducerea 3,4-diaroilfuroxanilor 51 cu hidrat de hidrazină în acid acetic, conform schemei:

Similar au fost sintetizate 1,2,5-tiadiazolo[3,4-d]piridazinele 5416:

Mataka si colab.11 au sintetizat oxadiazolopiridin-carboxilatii 55 prin aceeași succesiune de reacții, și anume oxidarea acetofenonelor corespunzătoare, urmată de reducerea N-oxizilor rezultați și condensarea 3,4-diaroil-1,2,5-oxadiazolilor cu glicocolat de etil:

Pentru a obține heterocicli cu o culoare mai intensă și cu o fluorescență mai puternică, Mataka și colab15 au încercat extinderea sistemului de electroni π delocalizați prin ciclizare intramoleculară, conducând la compuși cu structura generală 56:

Astfel, prin încălzirea oxadiazolopiridin-carboxilatilor 55 cu acid polifosforic (PPA) se obțin 10-oxo-7-arilindeno[1,2-b]-1,2,5-oxadiazolo[3,4-d]piridinele 56a (XCO), care se reduc ușor cu borohidrura de sodiu la 10-hidroxi-7-arilindeno[1,2-b]-1,2,5-oxadiazolo[3,4-d]piridinele corespunzătoare 56b (XCHOH). S-a constatat că cetonele 56a prezintă o fluorescența mult mai slabă decât hidroxiderivații 56b; de asemenea, a fost studiat efectul substituenților R asupra fluorescenței, observandu-se că substituenții donori de electroni, cum este de exemplu grupa metil, produc o deplasare batocromă atât în spectrul de emisie, cât și în spectrul de absorbție al compușilor 56a si 56b.

2. Cercetări originale

2.1 Scopul lucrării

În prezenta lucrare mi-am propus sinteza derivaților de piridino [3,4-b] pirazine cu proprietăți electroluminiscente.

Proprietăți electroluminiscente prezintă compușii cu:

Fluorescență intensă (randament cuantic Φ > 0,5)

Potențial de ionizare mic

Filme nanometrice continue (prin sublimare)

În acest sens am realizat sinteza 2,3,5,8-tetrafenilpiridino[3,4-b]pirazina 1 cu structura de mai jos:

În literatura de specialitate se cunosc derivați cu structura 2 în care substituentul atrăgător de electroni din poziția 6 a sistemului piridinopirazinic micșorează intensitatea fluarescenței.

Sinteza derivaților de piridinopirazină, în literatură, s-a realizat prin condensarea dibenzilului cu diaminopiridina 5 care conține o grupare atrăgătoare de electroni. In pozitia 6 conform reacției:

În colectivul în care imi desfășor activitatea de cercetare am obținut derivatul de piridinopirazină 1, în care spre deosebire de literatură, R a fost înlocuit cu H, prin reacția de condensare a benzilului 4 cu diamina 5:

Sinteza diaminei 5 se bazează pe o metodă ingenioasă, plecând de la materii prime accesibile.

Am ales pentru sinteza diaminei 5 calea descrisă în literatură14,13,17 . Astfel acetofenona 11 se oxidează cu acid azotic formând dibenzoil-1,2,5-oxadiazol-N-oxidul 6:

În continuare furoxanul 6 se reduce cu zinc și acid acetic la dibenzoil-1,2,5-oxadiazolul 7:

Inelul de oxadiazolopiridină 8 s-a obținut prin reacția de ciclizare a furazanului 7:

În continuare compusul 8 a fost hidrolizat la acidul corespunzător 9 și apoi decarboxilat obținând compusul 10:

Inelul oxadiazolopiridinic s-a redus la diamina 5 cu NaBH4 conform reacții:

În continuare voi prezenta cele mai importante aspecte legate de lucrarea de laborator

2.2. Cercetarea experimentală

Activitatea de cercetare desfășurată pentru întocmirea lucrării de disertație, am desfășurat-o în domeniul sintezei de compuși fluorescenți, plecând de la materii prime simple. Astfel este foarte interesant că dintr-un compus chimic foarte accesibil, acetofenona, se poate ajunge la heterocicli fluorescenți cu structuri destul de complicate.

Activitatea experimentală de laborator a constat în sinteza următorilor intermediari cheie:

2.2.1. Reacția de oxidare a acetofenonei cu acid azotic

Această reacție a fost descrisă pentru prima dată în literatura de specialitate în anul 188714. Astfel acetofenona se oxidează cu acid azotic concentrat, în acid acetic, la temperatura camerei, timp de 72 de ore, cu adaus de nitrit de sodiu drept inițiator al reacției. Mecanismul acestei transformări este următorul:

într-un prim stadiu al procesului, acetofenona se nitrează la nitrozoderivatul I, care se echilibrează cu izonitrozoderivatul ( oxima ) II. Acesta, fie se oxidează cu acidul azotic și furnizează trioxidul de azot necesar nitrării ( cu formarea ‘’ aci ’’ – nitroderivatului III ), fie se deshidratează la nitriloxidul V.

nitriloxidul în stadiul final al procesului, în urma unui proces de cicloadiție [3+2] dipolar formează 3,4-dibenzoil-1,2,5-oxadiazol-N-oxidul 4. ‘’Aci’’-nitroderivatul III prin protonare, deshidratare și cicloadiție formează și el furoxan:

SCHEMA 1

Dibenzoil-1,2,5oxadiazol-N-oxidul 4 a fost purificat prin dublă recristalizare din acid acetic glacial.

2.2.2. Reacția de reducere a dibenzoil-1,2,5-oxadiazol-N-oxidului 6

Reacția de reducere s-a efectuat cu zinc proaspăt decapat și acid acetic, în tetrahidrofuran drept solvent.

De menționat că această metodă13,14,17, față de alte procedee de reducere prezintă randamentul cel mai mare (circa 40 %).

Reducerea decurge la temperatura camerei, zincul adăugându-se în porțiuni mici, timp îndelungat, reacția fiind destul de exotermă. După prelucrarea uzuală a amestecului de reacție, oxadiazolul brut se recristalizează de două ori din etanol, iar filtratul se cromatografiază pe o coloană de silicagel, folosind un amestec de hexan : cloroform 3 : 2 drept eluant. Fracția care conține oxadiazolul se concentrează la vid, produsul brut recristalizându-se din etanol.

2.2.3 Reacția de ciclizare dintre dibenzoil-1,2,5-oxadiazol și clorhidratul glococolatului de etil

Acest proces conduce la obținerea unui heterociclu fluorescent din clasa 1,2,5- oxadiazolo[4,5-c]piridinei:

Reacția de formare a nucleului izopiridinic este foarte spectaculoasă, deoarece se obține un compus cu o puternică fluorescență galben-verde, plecând de la un compus galben-crem. Amestecul celor doi reactanți se menține 24 de ore la reflux. Masa de reacție se prelucrează standard ( conform modului de lucru prezentat în capitolul 3), reziduul final cromatografiindu-se pe o coloană cu silicagel, folosind drept eluent un amestec hexan : cloroform 2 : 1. Produsul brut se recristalizează din etanol.

2.2.4.Reactia de hidroliza a esterului 8

Compusul 8 a fost hidrolizat la acidul corespunzător 9. S-a obtinut un produs de culoare galben deschis.

2.2.5 Reactia de decarboxilare a acidului 9

Compusul 10 este caracterizat prin punctul de topire si datele 1H-RMN, protonul piridinic apare ca un singlet la 8.67 ppm.

2.2.6.Reactia de reducere a compusului 10

In continuare compusul 10 a fost redus cu NaBH4, reflux de etanol la diamina corespunzatoare 5. Diamina este mai nucleofila decat diaminele descrise in literatura acestea continand grupari atragatoare de electroni.

2.2.7.Sinteza 2,3,5,8-tetrafenilpiridino[3,4-b]pirazinei 1:

Sinteza derivatului de piridinopirazina 1 s-a realizat prin condensarea dibenzilului 4 cu diamina 5. Cromatograma de tip HPLC demonstreaza existenta heterociclului in proportie de 85 % in amestecul de reactie. Spectrul IR atesta disparitia benzilor gruparii amino din materia prima, banda de la 3055 cm -1 fiind caracteristica legaturii C-H aromatice, iar in spectrul de masa se abserva existenta picului molecular.

2.3 Rezultate și discuții

2.3.1. Reacția de oxidare a acetofenonei cu acid azotic

Reacția de oxidare a acetofenonei la 3,4-dibenzoil-1,2,5-oxadiazol-N-oxidul 4 am efectuat-o după o metodă descrisă în literatura de specialitate14 . Acetofenona se amestecă cu solventul reacției ( acid acetic ), se introduce un inițiator al reacției ( câteva cristale de nitrit de sodiu ), se picură acid azotic concentrat iar amestecul se agită 72 de ore la temperatura camerei. Furoxanul 6 obținut a fost purificat prin recristalizare din acid acetic și prezintă următoarele caracteristici:

6

p.t. = 85-86 0C ( lit.14 87 0C )

IR (KBr, cm –1): 895 m, 1180 m ( vibrații de deformație ale inelului oxodiazonic ), 1334 i (N-O), 1453 i, 1477 i, dublet N-O și N O ), 1615 fi (C = N ), 1662 fi, 1677 i, ( grupările C=O ), 3057 S ( vibrație C-H )

( Fig. 1. ).

2.3.2. Reacția de reducere a dibenzoil-1,2,5-oxadiazol-N-oxidului 6

Reacția de reducere a dibenzoil-1,2,5-oxadiazol-N-oxidul 6 la dibenzoil-1,2,5- oxadiazolul corespunzător 5 am efectuat-o după o metodă nouă descrisă în literatură14 ; folosind zinc și acid acetic ( donor de electroni, respectiv de protoni ) și tetrahidrofuran drept solvent.

Caracteristicile dibenzoil-1,2,5-oxadiazolului:

5

p.t. = 115-116 0C (lit.14 117 0C )

IR ( KBr, cm –1 ): 868 m, 1173 m ( vibrații de deformație ale inelului oxodiazonic ), 1363 m, 1491 fi ( vibrații N-O ), 1589 fi (C=N ), 1654 fi, (C=O ).

( Fig.3, ).

2.3.3. Reacția de ciclizare dintre dibenzoil-1,2,5-oxadiazol și clorhidratul glococolatului de etil

Reacția de ciclizare a 3,4-dibenzoil-1,2,5-oxadiazolului 5 cu glicocolat de etil (clorhidrat) am relizat-o la reflux în n-butanol, timp de 24 de ore. Masa de reacție se cromatografiază ( faza staționară: silicagel; eluent: hexan : cloroform = 2 : 1 ) și se obțin două fracții utile:

esterul etilic

1

esterul butilic 6, rezultat în urma reacției de transesterificare a esterului 1 cu solventul reacției, n – butanolul:

Cele două fracții ce conțin esterii de mai sus diferă din punct de vedere al culorii: esterul etilic este galben-verde, în timp ce esterul butilic este roșu-oranj.

Randamentul reacției este cca 70 % în ester etilic, caracteristicile esterului 1 fiind:

p.t. = 122-123 0C ( lit.14 123 0C )

IR ( KBr, cm –1 ): 1276 i ( C-O ), 1736 fi (C=O ester ), 2957 m ( C-H alifatic);

fluorescența este galben-verde.

2.3.4. Reactia de hidroliza a esterului 8

Reactia de hidroliza a esterului 8 conduce la acidul corespunzator , care a fost

caracterizat pe baza p.t.203-250C(lit.204-205C,IR(KBr, cm-1 3478, 1700.

2.3.5. Reactia de decarboxilare a acidului 9

Compusul 10 a rezultat in urma reactiei de decarboxilarea acidului corespunzator

9, caracterizat pe baza p.t. 149-151C, 1H-RMN (CDCl3 ; δ, ppm) :8,67(s, 1Harom) ; 8,46-8,74(m,2Harom) ;7,85-8,12(m,2Harom) ;7,30-7,66(m,6Harom)

2.3.6.Reactia de reducere a compusului 10

In continuare compusul 10 a fost redus cu NaBH4, reflux de etanol la diamina corespunzatoare 5 caracterizata pe baza p.t.=194-196C, IR(KBr, cm-1:3471, 3408, 3350; MS:m/z(intesitate relativa):262,5(M+, 100).

2.3.7.Sinteza 2,3,5,8-tetrafenilpiridino[3,4-b]pirazinei 1:

Sinteza derivatului de piridinopirazina 1 s-a realizat prin condensarea dibenzilului 4 cu diamina 5. Timpul reactiei afost cu mult mai scurt decat cel descris in literatura de specialitate datorita faptului ca diamina 5 este mai nucleofila decat diaminele descrise in literatura.Compusul a fost caracterizat pe baza : IR(KBr, cm-1:3055, 1580;

MS:m/z(intesitate relativa):436,6(M+, 100).

Fluorescenta verde-albastra.

3. Descrierea modului de lucru

3.1. Obținerea 3,4-dibenzoil-1,2,5-oxadiazol-N-oxidului 6

Într-un balon cu fund rotund cu trei, gâturi prevăzut cu agitator mecanic, refrigerent și pâlnie de picurare, se introduc 24 mL (24,72 g, 0,2 moli) acetofenonă 11, 80 mL (84 g, 1,4 moli) acid acetic glacial (solvent al reacției) și 0.4 g (5,8 mmoli) NaNO2. Amestecul capatã o culoare verzuie. Se picură apoi 142 mL (198,8 g, 3,16 moli) HNO3 65%. Culoarea amestecului devine, în timp, portocalie datoritã vaporilor nitroși formați. Amestecul de reacție se agită la temperature camerei timp de 72 h. Se toarnă apoi în 200 mL apă, se filtrează la vid și se usucă. Se obține un solid galben care se recristalizeazã din acid acetic glacial. Dupã recristalizare substanța e de culoare galben pai (η = 29 %; p.t. = 85-86°C; lit. = 87-88 ºC).

3.2. Obținerea 3,4-dibenzoil-1,2,5-oxadiazolului 7

Într-un balon cu trei gâturi, prevăzut cu agitator mecanic și refrigerent ascendent, se introduc: 9 g (30.61 mmoli) substanță 6 (3,4-dibenzoil-1,2.5-oxadiazol-N-oxid), 35 mL (36,75 g, 0,6 moli) acid acetic glacial, 45 mL (48,6 g, 0,48 moli) anhidridă acetică, 270 mL (243 g, 3,4 moli)THF (solvent al reacției). Se adaugă 14 g (0.22 atgr.) Zn în 14 porții de câte 1 g, la interval de 5 minute (în total 70 minute). Dupã terminarea adãugãrii Zn amestecul de reacție se agitã la temperatura camerei 35 h. Se filtrează acetatul de Zn la vid. Filtratul se pãstreazã iar acetatul se spalã pe filtru cu cloroform. Se reunesc filtratele și se concentrează la sec. Reziduul se extrage de trei ori cu câte 84 ml cloroform (în total 252 mL), se spală cu soluție 15% Na2CO3 (3×25 mL), apoi cu apă saturată cu NaCl. Se usucă pe MgSO4 amhidru, se filtrează pe filtru cutat iar filtratul se concentrează. Solidul obținut se păstrează. Filtratul de la recristalizare se concentrează și se cromatografiază (pe coloană cu silicagel) utilizând amestec de 3:2 hexan: cloroform. Se reunesc cele două porții de substanță și se recristalizează din etanol (η = 40 %; p.t.=116-117ºC; lit. = 117ºC).

3.3. Obținerea esterului etilic al acidului 4,7-difenil-1,2,5,

oxadiazolo [4,5-c] piridin-6-carboxilic 8

Într-un balon cu fund rotund, prevăzut cu refrigerent ascendent, se introduc: 3,1 g (11,15 mmoli) 3,4-dibenzoil-1,2,5-oxadiazol 7, 15,53 g (0,11 moli) glicocolat de etil (clorhidrat) și 155 ml (125,5 g, 1,69 moli) n-butanol. Amestecul de reacție se refluxează timp de 24 h.

După incheierea reacției, se evaporă n-butanolul, iar peste reziduu se adaugă 250 mL cloroform. Soluția organică se spală cu 5 mL soluție HCl 10% (în trei porții), apoi cu 10 mL soluție de NaCO3 5% și cu 10 mL soluție saturată de NaCl. Se usucă pe sulfat de magneziu anhidru și se distilă cloroformul la vid. Rezidul obținut este supus cromatografierii pe coloană, utilizănd ca eluent un amestec de hexan:cloroform 2:1. Se obtine esterul etilic în amestec cu esterul butilic al aceluiași acid. După recristalizare din etanol rezultă cristale prismatice galben-verzui (η = 65%; p.t. = 122-123ºC; lit. = 123ºC)

3.4. Obținerea acidului 4,7-difenil-1,2,5,-oxadiazolo [4,5-c]

piridin-6-carboxilic 9

Într-un balon cu fund rotund, prevăzut cu agitator magnetic, se introduc: 1,64 g (7,28 mmoli) din esterul etilic 8, 1 g (0,025 moli) NaOH; 100 mL (78,9 g, 1,715 moli) etanol.

Amestecul de reacție se tine sub agitare magnetică 24h la temperatura camerei. La final amestecul se toarnă în 150 mL apă și se acidulează cu soluție de 1% HCl obținând pH = 1. Se extrage cu cloroform (50 mL), se usucă pe MgSO4 anhidru, apoi se concentrează la vid obținând acidul 9, un solid galben ca lămâia (η = 96%, p.t. = 203-205ºC; lit. = 204-205ºC)

3.5. Reacția de decarboxilare

Într-un balon cu fund rotund se introduc 2,9 g (9,15 mmoli) acid 9 și se încălzește într-o baie cu ulei siliconic până la 220-230°C pentru 10 minute. Rezidul obținut a fost recristalizat dintr-un amestec 1:1 benzen-hexan, când s-au obținut 1,5 g compus 10 (η = 62%, p.t. = 149-151ºC; lit. = 148-150ºC)

3.6. Obținerea diaminei 5

Într-un balon cu fund rotund, prevăzut cu refrigerent ascendent și agitator mecanic, se introduc: 1,5 g (2,898 mmoli) produs decarboxilat 10, 1 g (0,026 moli) NaBH4, 67 mL (52,86 g, 1,15 moli) etanol. Amestecul de reacție se refluxează 10 minute. După terminarea reacției, amestecul se toarnă în 200 mL apă; apoi se extrage de trei ori cu câte 50 mL cloroform. Se usucă pe sulfat de magneziu anhidru. Se distilă cloroformul la vid iar reziduul se cromatografiază pe o coloană cu silicagel. Cu benzen se eluează materia primă nereacționată, iar cu acetat de etil diamina 5. Se evaporă solventul la vid și se obține diamina 5 (η = 60%, p.t. = 194-196ºC; lit. = 195-196ºC).

3.7. Obținerea benzilului

Într-un balon se introduc 5 g (23,58 mmoli) benzoină brută și 12,5 mL (17,5 g, 0,28 moli) acid azotic concentrat. Amestecul se încălzește pe baia de apă la fierbere, agitând ocazional, până încetează degajarea de oxizi de azot. Încălzirea durează cca 1,5 ore, benzoina cristalizată este oxidată complet formându-se un ulei.

Amestecul de reacție se toarnă sub agitare în 200 mL apă rece, uleiul cristalizează formând un solid galben. Se filtrează la trompă și se spală pe filtru pentru îndepărtarea completă a acidului. Se recristalizează din alcool etilic sau metilic, obținându-se cristale galbene de benzil (η = 90%, p.t. = 94-96ºC; lit. = 95ºC)

3.8. Sinteza 2,3,5,8 tetrafenilpiridino[3,4-b]pirazinei 1

Într-un balon cu fund rotund prevăzut cu refrigerent ascendent se introduce un amestec format din: 0,3 g (1,15 mmoli) diamină 5 și 0,25 g (1,19 mmoli) benzil. Amestecul se refluxează în 30 mL (23,67 g, 0,51 moli) etanol. Când amestecul începe să refluxeze, solidul se solubilizează. După aproximativ 3 h precipită heterociclul 1.

Se filtrează la vid amestecul de reacție. Solidul se trece pe coloană cu silicagel utilizând drept eluent benzen. În urma evaporării solventului la vid se obține un solid de culoare galben-portocaliu cu fluorescență verde deschis, care se recristalizează din amestec hexan:benzen 1:1 (η = 80%, p.t. = >210ºC).

4. Concluzii

1. Heterociclul 1 a fost sintetizat cu scopul de a i se studia proprietățile electroluminiscente. Se cunoaște faptul că derivații substituiți cu formula 2 au o fluorescență foarte slabă (randamentul cuantic Φ foarte mic), datorită prezenței grupelor atrăgătoare de e- din poziția 7. teoretic este demonstrat faptul că grupele atrăgătoare de e- „sting " fluorescența. În acest sens, pentru heterociclul cu structura 1 este de așteptat o fluorescență mai intensă :

2. Pentru demonstrarea structurii 2, 3, 5, 8-tetrafenilpiridino[3, 4-b]pirazinei 1, un compus nou, am înregistrat:

– spectrul IR

– spectrul de masă

BIBLIOGRAFIE

1. Ullmanns.

Yu. M. Yutilov, L. I. Shcherbina, Viniti, 1980, 5441, conform C. A. 1982, 68900f.

J. A. Montgomery; S. Clayton, W. Shannon, G. Arnett; A. Bodmer, J. Med. Chem. 1982, 626, conform C. A. 1982, 192972v.

P. Barraclough; V. Black; D. Cambridge; P. Gerskowitch, P.Huul; D. Robert; R. King, C. Knun; Arch. Pharm. 1990, 323, 501, conform C. A. 1990, 191230n.

Yu. Yutilov, L. Shcherbina, Khim. Geterotsikl. Soedin, 1981, 1695; conform C. A. 1982, 181576t.

M. Cain, F. Guzman, J. Cook; K. Rice, P.Skolnick, Heterocycles, 1982, 1003; conform C. A., 1982, 72293y.

S. Mataka, K. Takahashi, T. Iamura, M. Tashiro, J. Heterocycles Chem., 1982, 1481, conform C. A., 1998, 198113d.

W. Mederki; J. Sombrook, S. Johannes; P. Schelling, N. Beier, U. S. Appl, 1994, 18L, conform C. A., 1998, 189327h.

F. Janssens; J. Lacrampe; A. Fernand; J. Guillemont; M. Venet, K. Andries, E. P. Appl, 1999, 202, 089, conform C. A., 2001, 86251c.

S. Mataka, K. Takahashi, M. Tashiro, Synthesis, 1979, 687.

11. S. Mataka, K. Takahashi, M. Tashiro, Synthesis, 1980, 842.

12. S. Mataka, K. Takahashi, Y. Tsuda, M. Tashiro, Heterocycles, 1980, 14, 789.

S. Mataka, O. Misumi, W. H. Lin, M. Tashiro, K. Takahashi, A. Tori-i, J. Heterocyclic Chem., 1992, 29, 87.

H. R. Snyder, N. E. Boyer, J. Am. Chem. Soc., 1955, 77, 4233.

S. Mataka, H. Gorohmaru, T. Thiemann, T. Sawada, K. Takahashi, A. Tori-i, Heterocycles, 1999, 50, 895.

S. Mataka, K. Takahashi, T. Imura, M. Tashiro, J. Heterocyclic Chem., 1982, 19, 1481.

S. Mataka, K. Takahashi, M. Tashiro, Wei-Hua Lin, S. Iwasaki, T. Tsutsui, S. Sito, S.Akiyama și T. Yonemitsu, J. Heterocyclic Chem., 1989, 26, 215.