Научные основы технологии синтеза фотоактивных никотинонитрилов
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1 Методы синтеза пиридинов 8
1.1.1 Синтез пиридинов конденсацией альдегидов и кетонов с аммиаком
или его производными 9
1.1.2 Синтез пиридинов конденсацией 1,5-дикарбонильных соединений с
аммиаком 11
1.1.3 Синтез пиридинов реакцией Крёнке 13
1.1.4 Синтез пиридинов другими реакциями конденсации 17
1.1.5 Синтез пиридинов с применением реакции Михаэля 21
1.2 Фотофизические свойства производных пиридина 33
1.2.1 Основные фотофизические закономерности и свойства
шестичленных N-гетероциклических соединений 33
1.2.2 Природа и свойства электронно-возбужденных состояний
органических молекул 35
1.2.3 Структурные зависимости флуоресцентных свойств производных
никотинонитрила 40
2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 49
2.1 Синтез 4- и 6-(1,2,3-триазол-4-ил)замещенных никотинонитрилов 49
2.2 Фотофизические свойства производных никотинонитрила 52
2.2.1 Исследование фотофизических свойств 4- и 6-(1,2,3-триазол-4-
ил)замещенных никотинонитрилов 52
2.2.2 Изучение влияния растворителя и pH раствора на интенсивность
флуоресценции 58
3. РАСЧЕТНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 66
3.1 Описание процесса 66
3.2 Характеристика используемого сырья 70
3.3 Расчет материального баланса 72
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 97
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ 98
ПРИЛОЖЕНИЕ А
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1 Методы синтеза пиридинов 8
1.1.1 Синтез пиридинов конденсацией альдегидов и кетонов с аммиаком
или его производными 9
1.1.2 Синтез пиридинов конденсацией 1,5-дикарбонильных соединений с
аммиаком 11
1.1.3 Синтез пиридинов реакцией Крёнке 13
1.1.4 Синтез пиридинов другими реакциями конденсации 17
1.1.5 Синтез пиридинов с применением реакции Михаэля 21
1.2 Фотофизические свойства производных пиридина 33
1.2.1 Основные фотофизические закономерности и свойства
шестичленных N-гетероциклических соединений 33
1.2.2 Природа и свойства электронно-возбужденных состояний
органических молекул 35
1.2.3 Структурные зависимости флуоресцентных свойств производных
никотинонитрила 40
2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 49
2.1 Синтез 4- и 6-(1,2,3-триазол-4-ил)замещенных никотинонитрилов 49
2.2 Фотофизические свойства производных никотинонитрила 52
2.2.1 Исследование фотофизических свойств 4- и 6-(1,2,3-триазол-4-
ил)замещенных никотинонитрилов 52
2.2.2 Изучение влияния растворителя и pH раствора на интенсивность
флуоресценции 58
3. РАСЧЕТНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 66
3.1 Описание процесса 66
3.2 Характеристика используемого сырья 70
3.3 Расчет материального баланса 72
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 97
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ 98
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Производные никотинонитрила обладают разнообразными ценными практическими свойствами. Этот класс используют при получении ряда цианиновых красителей, координационных соединений, хелатообразующих агентов, жидкокристаллических материалов, органических люминофоров, лазерных красителей, ингибиторов коррозии, в качестве исходных веществ или компонентов при производстве светоизлучающих полимерных материалов. Кроме того, производные никотинонитрилов - перспективные биологически активные вещества. Например, они проявляют высокую активность в отношении отдельных типов клеток нервной системы, в особенности дофаминергических нейронов; могут модулировать функциональное состояние митохондриальной дыхательной цепи, что приводит к изменению проницаемости транспортной системы, в первую очередь на проницаемые митохондриальные поры, способствовать возникновению отека митохондрий и последующему выделению митохондриального цитохрома. Таким образом, эти соединения могут быть использованы при лечении различных нейродегенеративных заболеваний. Среди производных никотинонитрила обнаружены также соединения с седативным и анальгетическим, противомикробным, антитромботическим, антибластомным и гипогликемическим действием, а также обладают гербицидной активностью.
На сегодняшний день существует множество способов получения замещенных производных пиридина, включая производные никотинонитрила. Одним из наиболее эффективных способов образования связей углерод-углерод и углерод-гетероатом является реакция Михаэля. Универсальность этой реакции основывается, главным образом, на широком спектре используемых доноров и акцепторов Михаэля, высокой атомной эффективностью, регио- и стереоселективностью. Однако в литературе приведено мало данных по 1,2,3-триазолилзамещенным производным никотинонитрила. В связи с этим, синтез подобных соединений, содержащих пиридиновый и 1,2,3-триазольный фрагменты, является актуальной задачей.
Цель и задачи исследования.
Целью работы является синтез и скрининг на предмет флуоресценции 4- и 6-(1,2,3-триазол-4-ил)замещенных никотинонитрилов.
Для выполнения заданной цели необходимо решить следующие задачи:
- синтезировать систематический ряд 4 - и 6-(1,2,3-триазол-4- ил)замещенных никотинонитрилов;
- оптимизировать условия синтеза;
- доказать строение полученных соединений с применением современных физико-химических методов;
- изучить фотофизические свойства производных никотинонитрила, определить величины коэффициентов молярного поглощения, квантовых выходов, Стоксовых сдвигов между максимумами полос в спектрах поглощения и флуоресценции полученных продуктов, оценить влияние растворителя и pH раствора на интенсивность флуоресценции;
- разработать принципиальную технологическую схему производства фотоактивных никотинонитрилов и произвести расчет материального баланса реакторных узлов на 1 кг готовой продукции для предложенной схемы производства фотоактивных никотинонитрилов.
Объектом исследования.
Объектом исследования являются не описанные ранее 1,2,3- триазольные производные никотинонитрила, образующиеся в результате реакции присоединения малононитрила к 1,2,3-триазольным халконам по Михаэлю и последующей циклизацией
Научная новизна.
В работе впервые показано, что 1,2,3 -триазольные 1,3-диарилпроп-2- ен-1-оны вступают в реакцию Михаэля с малононитрилом в присутствии алкоголята натрия с соответствующим спиртом с образованием 2- алкоксиникотинонитрилов.
Изучено взаимодействие 1,2,3-триазольных халконов с малононитрилом в присутствии различных алкоголятов натрия.
Показано, что не описанные ранее 1,2,3-триазольные производные никотинонитрила обладают флуоресцентными свойствами.
Представлены результаты по изучению и установлению фотофизических свойств синтезированных соединений от природы заместителей и растворителя.
На основе полученных данных разработана принципиальная технологическая схема получения фотоактивных 1,2,3-триазольных производных никотинонитрила.
Методы проведения исследования.
Изучение, анализ и обобщение литературных источников по теме магистерской диссертации. Проведение экспериментальных исследований, обработка и анализ полученных результатов с применением современных физико-химических методов анализа.
Теоретическая, научная, практическая значимость полученных результатов.
В диссертационной работе впервые показан препаративно доступный метод синтеза 1,2,3-триазольных производных 2-алкоксиникотинонитрила. Синтезированные соединения являются привлекательными объектами для изучения различного рода биологической активности и фотофизических свойств. В работе получены данные о флуоресцентных свойствах, проявляемые продуктами, которые могут использоваться при создании флуоресцентных материалов.
Научная обоснованность и достоверность.
Обоснованность основных научных положений, достоверность экспериментальных результатов исследования, практические выводы работы подтверждаются широким спектром изученной литературы по проблематике данного научного исследования, использованием комплекса современных физико-химических методов анализа, средств и методик проведения исследования.
Научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту.
На защиту выносятся следующие результаты:
- методика синтеза новых 1,2,3-триазольных производных 2-
алкоксиникотинонитрила;
- результаты исследования фотофизических свойств 1,2,3- триазольных производных 2-алкоксиникотинонитрила, обладающих практическим применением в качестве флуоресцентных материалов;
- принципиальная технологическая схема производства 1,2,3 - триазольных 1,3-диарилпроп-2-ен-1-онов и 4- и 6-(1,2,3-триазол-4- ил)замещенных никотинонитрилов.
Апробация результатов диссертации.
Основные результаты диссертационной работы докладывались на Второй молодежной научно-практической конференции ПАО «ТОАЗ» (Тольятти, 2017).
Опубликованность результатов.
По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ: 2 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК, и 4 тезиса докладов на научных конференциях.
Личный вклад диссертанта.
Диссертантом проведена постановка цели и основных задач, выполнен аналитический обзор литературных данных по теме исследования. Изложенные в диссертации результаты исследований получены непосредственно автором работы или совместно с соавторами опубликованных работ. Обсуждение, обобщение и интерпретация полученных результатов исследования, подготовка научных публикаций и тезисов докладов проведены совместно с научным руководителем к.х.н., доцентом А.А. Головановым. Автором диссертации осуществлялось непосредственное планирование и проведение лабораторных экспериментов, анализ и обработка экспериментальных результатов, выполнение расчетов и подведение итогов работы.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 107 страницах, содержит 36 схем, 15 рисунков, 23 таблицы, библиографию из 126 наименований.
На сегодняшний день существует множество способов получения замещенных производных пиридина, включая производные никотинонитрила. Одним из наиболее эффективных способов образования связей углерод-углерод и углерод-гетероатом является реакция Михаэля. Универсальность этой реакции основывается, главным образом, на широком спектре используемых доноров и акцепторов Михаэля, высокой атомной эффективностью, регио- и стереоселективностью. Однако в литературе приведено мало данных по 1,2,3-триазолилзамещенным производным никотинонитрила. В связи с этим, синтез подобных соединений, содержащих пиридиновый и 1,2,3-триазольный фрагменты, является актуальной задачей.
Цель и задачи исследования.
Целью работы является синтез и скрининг на предмет флуоресценции 4- и 6-(1,2,3-триазол-4-ил)замещенных никотинонитрилов.
Для выполнения заданной цели необходимо решить следующие задачи:
- синтезировать систематический ряд 4 - и 6-(1,2,3-триазол-4- ил)замещенных никотинонитрилов;
- оптимизировать условия синтеза;
- доказать строение полученных соединений с применением современных физико-химических методов;
- изучить фотофизические свойства производных никотинонитрила, определить величины коэффициентов молярного поглощения, квантовых выходов, Стоксовых сдвигов между максимумами полос в спектрах поглощения и флуоресценции полученных продуктов, оценить влияние растворителя и pH раствора на интенсивность флуоресценции;
- разработать принципиальную технологическую схему производства фотоактивных никотинонитрилов и произвести расчет материального баланса реакторных узлов на 1 кг готовой продукции для предложенной схемы производства фотоактивных никотинонитрилов.
Объектом исследования.
Объектом исследования являются не описанные ранее 1,2,3- триазольные производные никотинонитрила, образующиеся в результате реакции присоединения малононитрила к 1,2,3-триазольным халконам по Михаэлю и последующей циклизацией
Научная новизна.
В работе впервые показано, что 1,2,3 -триазольные 1,3-диарилпроп-2- ен-1-оны вступают в реакцию Михаэля с малононитрилом в присутствии алкоголята натрия с соответствующим спиртом с образованием 2- алкоксиникотинонитрилов.
Изучено взаимодействие 1,2,3-триазольных халконов с малононитрилом в присутствии различных алкоголятов натрия.
Показано, что не описанные ранее 1,2,3-триазольные производные никотинонитрила обладают флуоресцентными свойствами.
Представлены результаты по изучению и установлению фотофизических свойств синтезированных соединений от природы заместителей и растворителя.
На основе полученных данных разработана принципиальная технологическая схема получения фотоактивных 1,2,3-триазольных производных никотинонитрила.
Методы проведения исследования.
Изучение, анализ и обобщение литературных источников по теме магистерской диссертации. Проведение экспериментальных исследований, обработка и анализ полученных результатов с применением современных физико-химических методов анализа.
Теоретическая, научная, практическая значимость полученных результатов.
В диссертационной работе впервые показан препаративно доступный метод синтеза 1,2,3-триазольных производных 2-алкоксиникотинонитрила. Синтезированные соединения являются привлекательными объектами для изучения различного рода биологической активности и фотофизических свойств. В работе получены данные о флуоресцентных свойствах, проявляемые продуктами, которые могут использоваться при создании флуоресцентных материалов.
Научная обоснованность и достоверность.
Обоснованность основных научных положений, достоверность экспериментальных результатов исследования, практические выводы работы подтверждаются широким спектром изученной литературы по проблематике данного научного исследования, использованием комплекса современных физико-химических методов анализа, средств и методик проведения исследования.
Научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту.
На защиту выносятся следующие результаты:
- методика синтеза новых 1,2,3-триазольных производных 2-
алкоксиникотинонитрила;
- результаты исследования фотофизических свойств 1,2,3- триазольных производных 2-алкоксиникотинонитрила, обладающих практическим применением в качестве флуоресцентных материалов;
- принципиальная технологическая схема производства 1,2,3 - триазольных 1,3-диарилпроп-2-ен-1-онов и 4- и 6-(1,2,3-триазол-4- ил)замещенных никотинонитрилов.
Апробация результатов диссертации.
Основные результаты диссертационной работы докладывались на Второй молодежной научно-практической конференции ПАО «ТОАЗ» (Тольятти, 2017).
Опубликованность результатов.
По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ: 2 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК, и 4 тезиса докладов на научных конференциях.
Личный вклад диссертанта.
Диссертантом проведена постановка цели и основных задач, выполнен аналитический обзор литературных данных по теме исследования. Изложенные в диссертации результаты исследований получены непосредственно автором работы или совместно с соавторами опубликованных работ. Обсуждение, обобщение и интерпретация полученных результатов исследования, подготовка научных публикаций и тезисов докладов проведены совместно с научным руководителем к.х.н., доцентом А.А. Головановым. Автором диссертации осуществлялось непосредственное планирование и проведение лабораторных экспериментов, анализ и обработка экспериментальных результатов, выполнение расчетов и подведение итогов работы.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 107 страницах, содержит 36 схем, 15 рисунков, 23 таблицы, библиографию из 126 наименований.
1. Синтезирован систематический ряд новых 4- и 6-(1,2,3-триазол-4- ил)замещенных никотинонитрилов при действии 1,2,3-триазольных 1,3- диарилпроп-2-ен-1-онов с малононитрилом в присутствии алкоголята натрия с соответствующим спиртом.
2. В ходе оптимизации условий проведения синтеза, критерием которой являлся выход целевого продукта 90f, наилучшие результаты были достигнуты при протекании реакции с 2 экв. метилата натрия по отношению к халкону и малононитрилу при комнатной температуре в течение 24 ч.
3. Современными физико-химическими методами анализа были подтверждены структуры полученных продуктов.
4. Изучены фотофизические свойства производных никотинонитрилов. Введение 1,2,3-триазольного фрагмента в структуру никотинонитрилов приводит к увеличению относительного квантового выхода флуоресценции. Относительные квантовые выходы исследуемых никотинонитрилов увеличиваются в ряду: 91c < 90i < 90h < 90e < 90f,90g < 90b,90j < 90c < 91d < 91e < 91b < 90a < 91a < 90k < 90d.
5. Изучено влияние природы растворителей на поглощение и флуоресценцию никотинонитрила 90f. При увеличении полярности растворителя максимумы поглощения и флуоресценции незначительно испытывают батохромный сдвиг ввиду слабых сольватохромных свойств. Присутствуют специфические взаимодействия между молекулой флуорофора и растворителем.
6. Изучено влияние pH раствора на интенсивность флуоресценции никотинонитрила 90f. При снижении величины рН наблюдается постепенное уменьшение интенсивности флуоресценции. При увеличении pH максимум полосы флуоресценции практически полностью исчезает, в условиях щелочной среды происходит тушение люминесценции.
7. Разработана принципиальная технологическая схема производства фотоактивных 1,2,3-триазольных никотинонитрилов.
2. В ходе оптимизации условий проведения синтеза, критерием которой являлся выход целевого продукта 90f, наилучшие результаты были достигнуты при протекании реакции с 2 экв. метилата натрия по отношению к халкону и малононитрилу при комнатной температуре в течение 24 ч.
3. Современными физико-химическими методами анализа были подтверждены структуры полученных продуктов.
4. Изучены фотофизические свойства производных никотинонитрилов. Введение 1,2,3-триазольного фрагмента в структуру никотинонитрилов приводит к увеличению относительного квантового выхода флуоресценции. Относительные квантовые выходы исследуемых никотинонитрилов увеличиваются в ряду: 91c < 90i < 90h < 90e < 90f,90g < 90b,90j < 90c < 91d < 91e < 91b < 90a < 91a < 90k < 90d.
5. Изучено влияние природы растворителей на поглощение и флуоресценцию никотинонитрила 90f. При увеличении полярности растворителя максимумы поглощения и флуоресценции незначительно испытывают батохромный сдвиг ввиду слабых сольватохромных свойств. Присутствуют специфические взаимодействия между молекулой флуорофора и растворителем.
6. Изучено влияние pH раствора на интенсивность флуоресценции никотинонитрила 90f. При снижении величины рН наблюдается постепенное уменьшение интенсивности флуоресценции. При увеличении pH максимум полосы флуоресценции практически полностью исчезает, в условиях щелочной среды происходит тушение люминесценции.
7. Разработана принципиальная технологическая схема производства фотоактивных 1,2,3-триазольных никотинонитрилов.
Подобные работы
- Научные основы технологии синтеза фотоактивных никотинонитрилов
Магистерская диссертация, химия. Язык работы: Русский. Цена: 5500 р. Год сдачи: 2018