СИНТЕЗ НОВЫХ ФЛУОРОФОРОВ НА ОСНОВЕ АРИЛ(ГЕТАРИЛ)-ЗАМЕЩЁННЫХ ХИНАЗОЛИНОВ, ХИНАЗОЛИН-4(3Н)-ОНОВ И ХИНОКСАЛИНОВ
|
Введение 3
1 Литературный обзор. Бензодиазиновые структуры - перспективные
люминесцентные материалы и компоненты оптоэлектронных устройств 8
1.1 Донорно-акцепторные системы бензодиазиновой природы 8
1.1.1 2,4-Дизамещённые хиназолины 9
1.1.2 2,3-Бис(арил/гетарил)хиноксалины 16
1.2 Аннелированные производные хиназолин-4(3Н)-она 25
1.3 2-(2-Гидроксифенил)хиназолин-4(3Н)-оны и ББ2 комплексы на основе бензодиазинов .27
Выводы по литературному обзору 33
2 Обсуждение результатов. Новые производные хиназолинов, хиназолин-4(3.Н)-онов и
хиноксалинов: синтез и исследование фотофизических свойств 36
2.1 Донорно-акцепторные системы на основе хиназолина 36
2.1.1 2-(5-Арил(гетарил)тиофен-2-ил)-хиназолины 36
2.1.2 2-(4-Арилфенил)- и 2-(3-арилфенил)хиназолины 45
2.1.3 2-(4-Дифениламинофенил)хиназолины 49
2.1.4 Сравнение фотофизических свойств 4-(морфолин-4-ил)-, 4-цианохиназолинов и
хиназолин-4(3 Н)-онов 51
2.1.5 Влияние рн среды на фотофизические свойства 4-(морфолин-4-ил)хиназолинов 54
2.1.6 А1Е/А1ЕЕ - эффект 4-(морфолин-4-ил)хиназолинов 59
2.1.7 2-Фенил-, 2-флуоренил- и 2-цимантренил-замещённые 4-арилхиназолины 60
2.1.8 2-(4-Цианофенил)- и 2-(4-трифторметилфенил)-замещённые 4-арилхиназолины 62
2.1.9 2-Азинил-4-аминофенилхиназолины 65
2.1.10 Фотофизические исследования 2-азинил-4-аминофенилхиназолинов в присутствии
катионов металлов 69
2.1.11 Электрохимические, нелинейно-оптические свойства и теоретические исследования
соединений 11а-с, 40а-Г 70
2.2 Донорно-акцепторные системы на основе 2,3-бис(5-арилтиофен-2-ил)хиноксалина 72
2.2.1 2,3-Бис(5-арилтиофен-2-ил)хиноксалины 72
2.2.2 2,3-Бис-(арилтиенил)дибензо[/^А]хиноксалины 74
2.2.3 Теоретические исследования 2,3-бис(арилтиенил)хиноксалинов и
дибензо|/А]хиноксалинов 76
2.2.4 Влияние рН-среды на фотофизические свойства 2,3-бис(арилтиенил)хиноксалинов и
дибензо[/^А]хиноксалинов 77
2.2.5 Изучение способности хиноксалинов детектировать нитросодержащие вещества 79
2.3 Полициклические производные хиназолинонов 80
2.4 Замещённые 2-(2-гидроксифенил)хиназолин-4(3Л)-оны, дифторборатные комплексы на
основе бензодиазиновых ^О-лигандов 85
2.4.1 2-(2-Гидроксифенил)хиназолин-4(3Я)-оны и ББ2 комплексы на их основе 85
2.4.2 ББ2 Комплексы 2-(2-гидроксифенил)-4-арилхиназолина 91
3 Экспериментальная часть 94
3.1 Методы и приборы 94
3.2 Методики синтеза и характеристики соединений 95
Заключение 141
Список условных обозначений и сокращений 142
Список литературы 143
Приложения 155
1 Литературный обзор. Бензодиазиновые структуры - перспективные
люминесцентные материалы и компоненты оптоэлектронных устройств 8
1.1 Донорно-акцепторные системы бензодиазиновой природы 8
1.1.1 2,4-Дизамещённые хиназолины 9
1.1.2 2,3-Бис(арил/гетарил)хиноксалины 16
1.2 Аннелированные производные хиназолин-4(3Н)-она 25
1.3 2-(2-Гидроксифенил)хиназолин-4(3Н)-оны и ББ2 комплексы на основе бензодиазинов .27
Выводы по литературному обзору 33
2 Обсуждение результатов. Новые производные хиназолинов, хиназолин-4(3.Н)-онов и
хиноксалинов: синтез и исследование фотофизических свойств 36
2.1 Донорно-акцепторные системы на основе хиназолина 36
2.1.1 2-(5-Арил(гетарил)тиофен-2-ил)-хиназолины 36
2.1.2 2-(4-Арилфенил)- и 2-(3-арилфенил)хиназолины 45
2.1.3 2-(4-Дифениламинофенил)хиназолины 49
2.1.4 Сравнение фотофизических свойств 4-(морфолин-4-ил)-, 4-цианохиназолинов и
хиназолин-4(3 Н)-онов 51
2.1.5 Влияние рн среды на фотофизические свойства 4-(морфолин-4-ил)хиназолинов 54
2.1.6 А1Е/А1ЕЕ - эффект 4-(морфолин-4-ил)хиназолинов 59
2.1.7 2-Фенил-, 2-флуоренил- и 2-цимантренил-замещённые 4-арилхиназолины 60
2.1.8 2-(4-Цианофенил)- и 2-(4-трифторметилфенил)-замещённые 4-арилхиназолины 62
2.1.9 2-Азинил-4-аминофенилхиназолины 65
2.1.10 Фотофизические исследования 2-азинил-4-аминофенилхиназолинов в присутствии
катионов металлов 69
2.1.11 Электрохимические, нелинейно-оптические свойства и теоретические исследования
соединений 11а-с, 40а-Г 70
2.2 Донорно-акцепторные системы на основе 2,3-бис(5-арилтиофен-2-ил)хиноксалина 72
2.2.1 2,3-Бис(5-арилтиофен-2-ил)хиноксалины 72
2.2.2 2,3-Бис-(арилтиенил)дибензо[/^А]хиноксалины 74
2.2.3 Теоретические исследования 2,3-бис(арилтиенил)хиноксалинов и
дибензо|/А]хиноксалинов 76
2.2.4 Влияние рН-среды на фотофизические свойства 2,3-бис(арилтиенил)хиноксалинов и
дибензо[/^А]хиноксалинов 77
2.2.5 Изучение способности хиноксалинов детектировать нитросодержащие вещества 79
2.3 Полициклические производные хиназолинонов 80
2.4 Замещённые 2-(2-гидроксифенил)хиназолин-4(3Л)-оны, дифторборатные комплексы на
основе бензодиазиновых ^О-лигандов 85
2.4.1 2-(2-Гидроксифенил)хиназолин-4(3Я)-оны и ББ2 комплексы на их основе 85
2.4.2 ББ2 Комплексы 2-(2-гидроксифенил)-4-арилхиназолина 91
3 Экспериментальная часть 94
3.1 Методы и приборы 94
3.2 Методики синтеза и характеристики соединений 95
Заключение 141
Список условных обозначений и сокращений 142
Список литературы 143
Приложения 155
Актуальность и степень разработанности темы исследования. Азины, диазины и их бензоаннелированные аналоги - широко известные структуры среди природных и синтетических биологически активных веществ. В последние десятилетия интерес к азотсодержащим гетероциклическим соединениям связан с их перспективами применения как люминесцентных материалов для оптоэлектронных устройств. Благодаря структурным особенностям данные гетероциклы представляют собой удобную основу для синтеза различных типов хромофоров. Так, п-дефицитный характер шестичленных азотсодержащих гетероциклов позволяет применять их в качестве акцепторных фрагментов для построения донорно-акцепторных систем с внутримолекулярным переносом заряда (ВПЗ). Наличие неподелённой электронной пары на атомах азота обуславливает возможность протонирования, образования водородных связей, а также комплексообразования. Важным преимуществом бензодиазиновых структур является относительная простота и вариативность синтеза, а также лёгкость модификации, что даёт возможность тонкой настройки желаемых характеристик.
В литературе описано множество подходов к синтезу бензодиазинового ядра и представлены различные классы арилзамещённых диазинов с привлекательными фотофизическими свойствами, перспективными для прикладного применения. Тем не менее некоторые бензодизазиновые производные ряда хиноксалина, хиназолина и хиназолин-4(3Л)-она, в частности, с 2,5- тиениленовым фрагментом, ещё мало изучены, а также нет подробной систематизации данных по влиянию структурных особенностей на фотофизические свойства рассматриваемого ряда соединений.
Целью диссертационной работы является: разработка методов синтеза новых хромофоров на основе бензодиазинов, установление взаимосвязи структуры и фотофизических свойств и оценка перспектив практического применения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
✓ Выбрать наиболее эффективные методы получения 2-арил(гетарил)-бензодиазиновых интермедиатов - хиназолинов, хиноксалинов, хиназолин-4(3Л)-онов;
✓ Осуществить модификацию бензодиазинов путём введения электронодонорных фрагментов, построения полициклических структур, дифторборатных комплексов;
✓ Подтвердить строение синтезированных гетероциклических соединений
физико-химическими методами анализа (ФХМА);
✓ Изучить фотофизические свойства синтезированных соединений, установить влияние электронных эффектов заместителей и их расположения в молекуле на оптические свойства;
✓ Сравнить экспериментально полученные результаты с данными квантово-химических расчётов, а также с литературными данными для близких структурных аналогов;
✓ Рассмотреть перспективы практического применения полученных соединений.
Научная новизна и теоретическая значимость работы. Получен широкий ряд новых гетероциклических соединений донорно-акцепторного типа - 2,4-дизамещённых хиназолинов и 2,3-дизамещённых хиноксалинов. Изучены фотофизические свойства в растворах и в порошке, чувствительность к полярности растворителя и кислотности среды. Проведён анализ влияния различных структурных фрагментов (электроноакцепторного, электронодонорного заместителя и п-спейсера) на фотофизические свойства в ряду хиназолинов. Для производных 4- цианохиназолинов, а также 2-(4-цианофенил)- и 2-(4-трифторметилфенил)хиназолинов оценены нелинейно-оптические свойства второго порядка. Отмечена хорошая чувствительность 2,3- бис(арилтиенил)хиноксалинов к нитросоединениям как ароматической, так и алифатической природы.
Синтезирована серия полициклических соединений Кй(Ш)-катализируемым аннелированием дифенилацетилена к 2-(тиофен-2-ил)хиназолин-4(3Я)-онам, содержащим различные заместители в тиофеновом кольце. Показано, что в случае 2-фенилхиназолин-4(3Я)-она в тех же условиях реакции образуется производное бензонафтиридина в результате алкоголиза амидной группы и двойного аннелирования дифенилацетилена. Для полициклических структур выявлено явление усиления/возникновения люминесценции, вызванной агрегацией (А1ЕЕ/А1Е).
Разработаны синтетические подходы к 2-(2-гидроксифенил)хиназолин-4(3Я)-онам и 2- (2-гидроксифенил)-4-арилхиназолинам и построены дифторборатные комплексы на их основе. Изучено влияние заместителей в фенольном кольце на процесс фотоиндуцированного внутри-молекулярного переноса протона в 2-(2-гидроксифенил)хиназолин-4(3Л)-онах, а также показа-но возникновение/усиление люминесценции в результате агрегации (А1Е/А1ЕЕ эффект) в дан-ном ряду. Изучены фотофизические свойства дифторборатных комплексов в растворах и твёрдом состоянии; отмечены большие значения сдвига Стокса, а также высокая интенсивность люминесценции в случае метокси-, трет-бутокси- и диэтиламино- производных в толуоле; вы-явлено положительное влияние атома хлора на значение квантового выхода в твёрдом состоянии.
Практическая значимость работы. Расширен ряд п-коньюгированных флуорофоров Д- п-А и Д-п-А-п-Д типа с хиназолиновым, хиназолин-4(3Л)-оновым или хиноксалиновым остовом. Показана применимость 4-(морфолин-4-ил)хиназолинов в качестве люминесцентных рН- сенсоров, а также возможность генерирования белого излучения путём частичного протонирования. Продемонстрирована способность У-образных люминофоров на основе хиноксалина и дибензохиноксалина детектировать различные по природе нитросоединения. Отмечено усиление интенсивности люминесценции раствора 4,5-дифенил-7#-тиено[2',3':3,4]пиридо[2,1- ¿]хиназолин-7-она при добавлении катионов Бе3+. Выявлено, что все полученные 2-(2- гидроксифенил)хиназолин-4(3Я)-оны обладают А1Е/А1ЕЕ эффектом, с усилением интенсивности люминесценции до 202 раз. Предложены структуры ББ2 комплексов ^О-бензазиновых лигандов, характеризующиеся большими значениями сдвига Стокса.
Методология и методы диссертационного исследования. Для проведения исследования был применён широкий набор методов органического синтеза: реакции конденсации, нуклеофильного замещения, кросс-сочетания Сузуки и Соногаширы, а также реакции Кй(Ш)- катализируемой С-Н-функционализации, построения координационных соединений и другие. Для установления структурных особенностей соединений использован комплекс ФХМА: спектроскопия ЯМР 1Н, 13С, 19Б, ПБ, масс-спектрометрия, ИК/КР-спектроскопия, элементный и рентгеноструктурный анализ. Фотофизические, электрохимические свойства, а также исследования сольватохромии, галохромии, ЫБО-свойств, А1Е/А1ЕЕ-эффекта проведены в соответствии со стандартными методиками. Для анализа геометрии и электронной структуры основно-го и возбуждённого состояния молекулы использованы квантово-химические расчёты.
Положения, выносимые на защиту.
1. Дизайн и синтез 2-(тиофен-2-ил)хиназолинов, а также их 2-фенильных аналогов, со-держащих различные электронодонорные заместители в тиениленовом/фениленовом фрагменте, с использованием для модификации реакций Рй-катализируемого кросс-сочетания.
2. Синтез 2,4-дизамещённых хиназолинов, содержащих электронодонорный фрагмент в положении 4. Изучение влияния природы электроноакцепторного заместителя в положении 2 хиназолинового ядра на фотофизические свойства.
3. Получение 2,3-бис(5-аминоарилтиофен-2-ил)хиноксалинов и их бензоаннелированных аналогов. Исследование взаимосвязи «структура-фотофизические свойства» в данном ряду.
4. Построение полициклических структур на основе 2-(тиофен-2-ил)хиназолин-4(3Л)-она Кй(Ш)-катализируемым аннелированием дифенилацетилена, изучение оптических свойств по¬лученного ряда соединений.
5. Исследование влияния заместителя в фенольном кольце 2-(2-
гидроксифенил)хиназолин-4(3Л)-онов на фотофизические свойства и эффект агрегационно- индуцированной эмиссии, а также анализ влияния структуры хиназолинового лиганда на свойства дифторборатных комплексов.
6. Оценка перспектив практического использования модифицированных хромофоров бензодиазинового ряда.
Личный вклад соискателя. Автор осуществил сбор, систематизацию и анализ литера-турных данных, постановку цели и задач исследования, планирование и проведение синтеза структур, участвовал в изучении фотофизических и других свойств, а также обработке и обсуждении полученных результатов, подготовке публикаций.
Степень достоверности результатов подтверждена экспериментальными данными. Все новые химические соединения охарактеризованы комплексом ФХМА. Спектроскопические, фотофизические, электрохимические исследования, а также анализ состава и структуры соединений были проведены на сертифицированном оборудовании.
Апробация работы. Результаты работы были доложены (с опубликованием тезисов) на международных конференциях: Международной конференции по инновациям в химическом и биохимическом оптическом детектировании, XV EUROPT(R)ODE 2021 (Варшава, 2021 г.), «Актуальные проблемы органической химии и биотехнологии, OrgChemBioTech» (Екатеринбург, 2020 г.), «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов, MOSM» (Екатеринбург, 2020 г.), Международной осенней школе по органической электронике, IFSOE (Москва, 2020 г.), Международном симпозиуме по красителям и пигментам (Испания, Севилья, 2019 г.), Пятой международной научной конференции «Достижения в синтезе и комплексировании» (Москва, 2019 г.).
Публикации. Основное содержание диссертационного исследования опубликовано в 11 статьях, входящих в международные базы Scopus и Web of Science, а также в 6 тезисах материалов конференций международного и российского уровня.
Структура и объем работы. Диссертационная работа выполнена на 162 листах машинописного текста, состоит из введения, литературного обзора (Раздел 1), обсуждения результатов (Раздел 2), экспериментальной части (Раздел 3), списка сокращения и условных обозначений, заключения, списка литературы и 5 приложений. Работа содержит 38 схем, 58 рисунков и 28 таблиц. Библиографический список включает 170 ссылок на литературные источники.
Автор выражает благодарность коллективу кафедры Органической и биомолекулярной химии, в частности, научному руководителю д.х.н., проф. Носовой Э.В. за научное руководство и помощь в выполнении работы, к.х.н. Тание О.С., Садиевой Л.К., Савчук М.И. и к.х.н. Никонову И.Л. за изучение фотофизических свойств, Копотиловой А.Е. и Пермяковой Ю.В. за помощь в синтезе; а также профессору S. Ashelle (Университет Ренн 1, Ланьон, Франция) за помощь в изучении электрохимических и нелинейно-оптических свойств; профессору B. Osmialowski (Университет Николая Коперника, Торунь, Польша) за помощь в теоретических исследованиях; сотрудникам Института органического синтеза Уральского отделения РАН (г. Екатеринбург): к.х.н. Слепухину П.А. за проведение рентгеноструктурного анализа, к.х.н. Валовой М. С. и к.х.н. Жилиной Е.Ф. за помощь в изучении фотофизических свойств; академику РАН Чарушину В.Н., д.х.н. Липуновой Г.Н. и д.х.н. Копчуку Д.С. за помощь в подготовке публикаций; сотрудникам и заведующему лабораторией Комплексных исследований и экспертной оценки органических материалов Центра коллективного пользования УрФУ к.х.н. Ельцову О.С. за проведение спектральных исследований.
В литературе описано множество подходов к синтезу бензодиазинового ядра и представлены различные классы арилзамещённых диазинов с привлекательными фотофизическими свойствами, перспективными для прикладного применения. Тем не менее некоторые бензодизазиновые производные ряда хиноксалина, хиназолина и хиназолин-4(3Л)-она, в частности, с 2,5- тиениленовым фрагментом, ещё мало изучены, а также нет подробной систематизации данных по влиянию структурных особенностей на фотофизические свойства рассматриваемого ряда соединений.
Целью диссертационной работы является: разработка методов синтеза новых хромофоров на основе бензодиазинов, установление взаимосвязи структуры и фотофизических свойств и оценка перспектив практического применения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
✓ Выбрать наиболее эффективные методы получения 2-арил(гетарил)-бензодиазиновых интермедиатов - хиназолинов, хиноксалинов, хиназолин-4(3Л)-онов;
✓ Осуществить модификацию бензодиазинов путём введения электронодонорных фрагментов, построения полициклических структур, дифторборатных комплексов;
✓ Подтвердить строение синтезированных гетероциклических соединений
физико-химическими методами анализа (ФХМА);
✓ Изучить фотофизические свойства синтезированных соединений, установить влияние электронных эффектов заместителей и их расположения в молекуле на оптические свойства;
✓ Сравнить экспериментально полученные результаты с данными квантово-химических расчётов, а также с литературными данными для близких структурных аналогов;
✓ Рассмотреть перспективы практического применения полученных соединений.
Научная новизна и теоретическая значимость работы. Получен широкий ряд новых гетероциклических соединений донорно-акцепторного типа - 2,4-дизамещённых хиназолинов и 2,3-дизамещённых хиноксалинов. Изучены фотофизические свойства в растворах и в порошке, чувствительность к полярности растворителя и кислотности среды. Проведён анализ влияния различных структурных фрагментов (электроноакцепторного, электронодонорного заместителя и п-спейсера) на фотофизические свойства в ряду хиназолинов. Для производных 4- цианохиназолинов, а также 2-(4-цианофенил)- и 2-(4-трифторметилфенил)хиназолинов оценены нелинейно-оптические свойства второго порядка. Отмечена хорошая чувствительность 2,3- бис(арилтиенил)хиноксалинов к нитросоединениям как ароматической, так и алифатической природы.
Синтезирована серия полициклических соединений Кй(Ш)-катализируемым аннелированием дифенилацетилена к 2-(тиофен-2-ил)хиназолин-4(3Я)-онам, содержащим различные заместители в тиофеновом кольце. Показано, что в случае 2-фенилхиназолин-4(3Я)-она в тех же условиях реакции образуется производное бензонафтиридина в результате алкоголиза амидной группы и двойного аннелирования дифенилацетилена. Для полициклических структур выявлено явление усиления/возникновения люминесценции, вызванной агрегацией (А1ЕЕ/А1Е).
Разработаны синтетические подходы к 2-(2-гидроксифенил)хиназолин-4(3Я)-онам и 2- (2-гидроксифенил)-4-арилхиназолинам и построены дифторборатные комплексы на их основе. Изучено влияние заместителей в фенольном кольце на процесс фотоиндуцированного внутри-молекулярного переноса протона в 2-(2-гидроксифенил)хиназолин-4(3Л)-онах, а также показа-но возникновение/усиление люминесценции в результате агрегации (А1Е/А1ЕЕ эффект) в дан-ном ряду. Изучены фотофизические свойства дифторборатных комплексов в растворах и твёрдом состоянии; отмечены большие значения сдвига Стокса, а также высокая интенсивность люминесценции в случае метокси-, трет-бутокси- и диэтиламино- производных в толуоле; вы-явлено положительное влияние атома хлора на значение квантового выхода в твёрдом состоянии.
Практическая значимость работы. Расширен ряд п-коньюгированных флуорофоров Д- п-А и Д-п-А-п-Д типа с хиназолиновым, хиназолин-4(3Л)-оновым или хиноксалиновым остовом. Показана применимость 4-(морфолин-4-ил)хиназолинов в качестве люминесцентных рН- сенсоров, а также возможность генерирования белого излучения путём частичного протонирования. Продемонстрирована способность У-образных люминофоров на основе хиноксалина и дибензохиноксалина детектировать различные по природе нитросоединения. Отмечено усиление интенсивности люминесценции раствора 4,5-дифенил-7#-тиено[2',3':3,4]пиридо[2,1- ¿]хиназолин-7-она при добавлении катионов Бе3+. Выявлено, что все полученные 2-(2- гидроксифенил)хиназолин-4(3Я)-оны обладают А1Е/А1ЕЕ эффектом, с усилением интенсивности люминесценции до 202 раз. Предложены структуры ББ2 комплексов ^О-бензазиновых лигандов, характеризующиеся большими значениями сдвига Стокса.
Методология и методы диссертационного исследования. Для проведения исследования был применён широкий набор методов органического синтеза: реакции конденсации, нуклеофильного замещения, кросс-сочетания Сузуки и Соногаширы, а также реакции Кй(Ш)- катализируемой С-Н-функционализации, построения координационных соединений и другие. Для установления структурных особенностей соединений использован комплекс ФХМА: спектроскопия ЯМР 1Н, 13С, 19Б, ПБ, масс-спектрометрия, ИК/КР-спектроскопия, элементный и рентгеноструктурный анализ. Фотофизические, электрохимические свойства, а также исследования сольватохромии, галохромии, ЫБО-свойств, А1Е/А1ЕЕ-эффекта проведены в соответствии со стандартными методиками. Для анализа геометрии и электронной структуры основно-го и возбуждённого состояния молекулы использованы квантово-химические расчёты.
Положения, выносимые на защиту.
1. Дизайн и синтез 2-(тиофен-2-ил)хиназолинов, а также их 2-фенильных аналогов, со-держащих различные электронодонорные заместители в тиениленовом/фениленовом фрагменте, с использованием для модификации реакций Рй-катализируемого кросс-сочетания.
2. Синтез 2,4-дизамещённых хиназолинов, содержащих электронодонорный фрагмент в положении 4. Изучение влияния природы электроноакцепторного заместителя в положении 2 хиназолинового ядра на фотофизические свойства.
3. Получение 2,3-бис(5-аминоарилтиофен-2-ил)хиноксалинов и их бензоаннелированных аналогов. Исследование взаимосвязи «структура-фотофизические свойства» в данном ряду.
4. Построение полициклических структур на основе 2-(тиофен-2-ил)хиназолин-4(3Л)-она Кй(Ш)-катализируемым аннелированием дифенилацетилена, изучение оптических свойств по¬лученного ряда соединений.
5. Исследование влияния заместителя в фенольном кольце 2-(2-
гидроксифенил)хиназолин-4(3Л)-онов на фотофизические свойства и эффект агрегационно- индуцированной эмиссии, а также анализ влияния структуры хиназолинового лиганда на свойства дифторборатных комплексов.
6. Оценка перспектив практического использования модифицированных хромофоров бензодиазинового ряда.
Личный вклад соискателя. Автор осуществил сбор, систематизацию и анализ литера-турных данных, постановку цели и задач исследования, планирование и проведение синтеза структур, участвовал в изучении фотофизических и других свойств, а также обработке и обсуждении полученных результатов, подготовке публикаций.
Степень достоверности результатов подтверждена экспериментальными данными. Все новые химические соединения охарактеризованы комплексом ФХМА. Спектроскопические, фотофизические, электрохимические исследования, а также анализ состава и структуры соединений были проведены на сертифицированном оборудовании.
Апробация работы. Результаты работы были доложены (с опубликованием тезисов) на международных конференциях: Международной конференции по инновациям в химическом и биохимическом оптическом детектировании, XV EUROPT(R)ODE 2021 (Варшава, 2021 г.), «Актуальные проблемы органической химии и биотехнологии, OrgChemBioTech» (Екатеринбург, 2020 г.), «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов, MOSM» (Екатеринбург, 2020 г.), Международной осенней школе по органической электронике, IFSOE (Москва, 2020 г.), Международном симпозиуме по красителям и пигментам (Испания, Севилья, 2019 г.), Пятой международной научной конференции «Достижения в синтезе и комплексировании» (Москва, 2019 г.).
Публикации. Основное содержание диссертационного исследования опубликовано в 11 статьях, входящих в международные базы Scopus и Web of Science, а также в 6 тезисах материалов конференций международного и российского уровня.
Структура и объем работы. Диссертационная работа выполнена на 162 листах машинописного текста, состоит из введения, литературного обзора (Раздел 1), обсуждения результатов (Раздел 2), экспериментальной части (Раздел 3), списка сокращения и условных обозначений, заключения, списка литературы и 5 приложений. Работа содержит 38 схем, 58 рисунков и 28 таблиц. Библиографический список включает 170 ссылок на литературные источники.
Автор выражает благодарность коллективу кафедры Органической и биомолекулярной химии, в частности, научному руководителю д.х.н., проф. Носовой Э.В. за научное руководство и помощь в выполнении работы, к.х.н. Тание О.С., Садиевой Л.К., Савчук М.И. и к.х.н. Никонову И.Л. за изучение фотофизических свойств, Копотиловой А.Е. и Пермяковой Ю.В. за помощь в синтезе; а также профессору S. Ashelle (Университет Ренн 1, Ланьон, Франция) за помощь в изучении электрохимических и нелинейно-оптических свойств; профессору B. Osmialowski (Университет Николая Коперника, Торунь, Польша) за помощь в теоретических исследованиях; сотрудникам Института органического синтеза Уральского отделения РАН (г. Екатеринбург): к.х.н. Слепухину П.А. за проведение рентгеноструктурного анализа, к.х.н. Валовой М. С. и к.х.н. Жилиной Е.Ф. за помощь в изучении фотофизических свойств; академику РАН Чарушину В.Н., д.х.н. Липуновой Г.Н. и д.х.н. Копчуку Д.С. за помощь в подготовке публикаций; сотрудникам и заведующему лабораторией Комплексных исследований и экспертной оценки органических материалов Центра коллективного пользования УрФУ к.х.н. Ельцову О.С. за проведение спектральных исследований.
1. Разработаны способы получения широкого ряда п-конъюгированных систем Д-п-А и Д-п-А-п-Д типа с хиназолиновым, хиназолин-4(3Л)-оновым или хиноксалиновым остовом, со-держащих требуемый для проведения фотофизических исследований набор заместителей с раз-личной электронной природой, пространственным расположением и способностью к комплексообразованию.
2. Получена серия донорно-акцепторных систем на основе хиназолина с широким спек-тральным диапазоном излучения как в растворе, так и в твёрдом состоянии: 2-арил/тиенил-4- (морфолин-4-ил)хиназолины, 2-арил/тиенил-4-цианохиназолины, 2-арил/тиенилхиназолин- 4(3Л)-оны, 2,4-диарилхиназолины, а также 2-азинил-4-арилхиназолины.
3. Проведён анализ влияния электронодонорного и электроноакцептороного фрагментов, а также п-спейсера на фотофизические свойства 2,4-дизамещённых хиназолинов. Выявлены сольватохромные, галохромные свойства, а также нелинейно оптические свойства для некоторых производных хиназолина.
4. Синтезированы У-образные производные 2,3-бис(арилтиофен-2-ил)хиноксалина и их дибензоаналоги. Продемонстрирована хорошая чувствительность хромофоров данного класса к различным по природе нитросоединениям.
5. Построены полициклические соединения в результате Кй(Ш)-катализируемого аннелирования дифенилацетилена к 2-(тиофен-2-ил)хиназолин-4(3Л)-ону. Показано, что в случае 2- фенилхиназоли-4(3Я)-она те же самые условия способствуют формированию производного бензонафтиридина в результате алкоголиза амидной группы и двойного аннелирования фенилацетилена.
6. Изучено влияние заместителей в фенольном фрагменте на явление фотоиндуцированного внутримолекулярного переноса протона в ряду 2-(2-гидроксифенил)хиназолин-4(3Я)-онов, а также усиление эмиссии в результате агрегации.
7. Выполнен синтез БРг комплексов на основе 2-(2-гидроксифенил)хиназолин-4(3Л)- онов и 2-(2-гидроксифенил)-4-арилхиназолинов, отмечена интенсивная люминесценция как в растворе, так и в твёрдом состоянии, а также большие значения сдвига Стокса.
Перспективы дальнейшей разработки темы
Представленные в работе различные типы флуорофоров на основе хиназолинов, хиназо- лин-4(3Л)-онов и хиноксалинов проявили высокие квантовые выходы в растворах и порошках и имеют значительный интерес для более детального изучения с целью практического применения. Выявленные закономерности позволяют в дальнейшем осуществлять дизайн и направленный синтез флуорофоров, обладающих заданными свойствами.
2. Получена серия донорно-акцепторных систем на основе хиназолина с широким спек-тральным диапазоном излучения как в растворе, так и в твёрдом состоянии: 2-арил/тиенил-4- (морфолин-4-ил)хиназолины, 2-арил/тиенил-4-цианохиназолины, 2-арил/тиенилхиназолин- 4(3Л)-оны, 2,4-диарилхиназолины, а также 2-азинил-4-арилхиназолины.
3. Проведён анализ влияния электронодонорного и электроноакцептороного фрагментов, а также п-спейсера на фотофизические свойства 2,4-дизамещённых хиназолинов. Выявлены сольватохромные, галохромные свойства, а также нелинейно оптические свойства для некоторых производных хиназолина.
4. Синтезированы У-образные производные 2,3-бис(арилтиофен-2-ил)хиноксалина и их дибензоаналоги. Продемонстрирована хорошая чувствительность хромофоров данного класса к различным по природе нитросоединениям.
5. Построены полициклические соединения в результате Кй(Ш)-катализируемого аннелирования дифенилацетилена к 2-(тиофен-2-ил)хиназолин-4(3Л)-ону. Показано, что в случае 2- фенилхиназоли-4(3Я)-она те же самые условия способствуют формированию производного бензонафтиридина в результате алкоголиза амидной группы и двойного аннелирования фенилацетилена.
6. Изучено влияние заместителей в фенольном фрагменте на явление фотоиндуцированного внутримолекулярного переноса протона в ряду 2-(2-гидроксифенил)хиназолин-4(3Я)-онов, а также усиление эмиссии в результате агрегации.
7. Выполнен синтез БРг комплексов на основе 2-(2-гидроксифенил)хиназолин-4(3Л)- онов и 2-(2-гидроксифенил)-4-арилхиназолинов, отмечена интенсивная люминесценция как в растворе, так и в твёрдом состоянии, а также большие значения сдвига Стокса.
Перспективы дальнейшей разработки темы
Представленные в работе различные типы флуорофоров на основе хиназолинов, хиназо- лин-4(3Л)-онов и хиноксалинов проявили высокие квантовые выходы в растворах и порошках и имеют значительный интерес для более детального изучения с целью практического применения. Выявленные закономерности позволяют в дальнейшем осуществлять дизайн и направленный синтез флуорофоров, обладающих заданными свойствами.



