Синтез и фотохромные свойства дитиенилэтенов с серосодержащими фрагментами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.03, кандидат химических наук Кузнецова, Ольга Юрьевна

• Кузнецова, Ольга Юрьевна
• кандидат химических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат химических наук Кузнецова, Ольга Юрьевна

I. Введение.

II. Комплексные соединения на основе фотохромных дигетарилэтенов. (Литературный обзор). 8 ПЛ. Синтез координационных соединений дигетарилэтенового ряда. 8 П.1.1. Синтез комплексных соединений на основе дигетарилэтенов с перфторциклопентеновым мостиком. 9 II. 1.2. Синтез комплексных соединений на основе дигетарилэтенов с циклопентеновым мостиком. 18 П.1.3. Синтез комплексных соединений на основе дигетарилзамещенных

I,2-дицианоэтенов.

II.1.4. Синтез комплексных соединений на основе дигетарилзамещенных фенантролинов. 21 П.1.5. Синтез комплексных соединений на основе дигетарилзамещенных имидазолов.

11.2. Физико-химические свойства и применение координационных соединений дигетарилэтенового ряда. 25 И.2.1. Физико-химические свойства дигетарилэтеновых комплексов с пиридиновыми фрагментами.

П.2.2. Физико-химические свойства дигетарилэтеновых комплексов с бипиридиновыми фрагментами.

11.2.3. Физико-химические свойства мульти-дигетарилэтеновых комплексов.

П.2.4. Оптические переключатели на основенелинейных оптических материалов.

11.3. Комплексные структуры дигетарилэтенов на поверхности благородных металлов. 43 III. Обсуждение результатов. 50 Ш.1. Синтез дитиенилзамещенных малеиновых ангидридов и малеимидов с функциональными заместителями.

III. 1.1. Синтез исходных тиенилтиазолов.

1П.1.2. Синтез а-галогенкетонов тиенилтиазольного ряда.

III. 1.3. Синтез тиенилуксусных кислот. 55 III. 1.4. Синтез дитиенилмалеиновых ангидридов с тиазольными заместителями.

111.2. Синтез дитиенилмалеимидов с сульфидными заместителями при кольцевом атоме азота.

111.2.1. Синтез тиосемикарбазидных производных дитиенилмалеимида.

111.2.2. Спектрально-кинетические исследования дитиенилзамещенных малеиновых ангидридов и малеинимидов.

111.3. Синтез дитиенилзамещенных перфторциклопентенов с серосодержащими функциональными фрагментами.

111.3.1. Синтез и фотохромные свойства дитиенилперфторциклопентенов с тиосемикарбазидными заместителями.

111.3.2. Синтез и фотохромные свойства дитиенилэтенов с роданиновыми заместителями.

111.3.3. Синтез дитиенилперфторциклопентенов с тиобарбитуровыми и конденсированными заместителями. 77 IV. Экспериментальная часть 82 IV. 1. Эксперимент к главе III. 1. 82 IV.2. Эксперимент к главе III. 1.1. 83 IV.3. Эксперимент к главе III. 1.2. 85 ГУ.4.Эксперимент к главе III. 1.3. 87 IV.5. Эксперимент к главе III. 1.4. 89 IV.6. Эксперимент к главе 111,2. 90 IV.7. Эксперимент к главе III.2.1. 91 IV.8. Эксперимент к главе III.3.1. 93 IV.9. Эксперимент к главе III.3.2. 95 IV.10. Эксперимент к главе III.3.3.

V. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез и фотохромные свойства дитиенилэтенов с серосодержащими фрагментами»

Актуальность темы. Одним из перспективных направлений создания оптоэлектронных устройств является получение комплексных структур фотохромов с наночастицами и нанопленками благородных металлов, свойствами которых можно управлять модуляцией облучающего света. Для продуктов этого типа характерен уникальный набор физико-химических свойств, определяющий возможность их использования в самых различных областях техники. До последнего времени основным методом получения подобных систем было взаимодействие фотохромов, содержащих тиольные функции, с наночастицами металлов. Совершенно очевидны ограничения этого подхода, связанного с нестабильностью меркаптогруппировок. В этой связи актуальной задачей являлось создание фотоактивных соединений с разнообразными функциональными группами, обеспечивающими эффективное связывание фотохромных лигандов с наночастицами и нанопленками благородных металлов. В первую очередь, речь шла о получении фотоактивных продуктов с такими серосодержащими группировками, как сульфидные, тиосемикарбазиды, тиомочевины, серосодержащие гетероциклы и. т. д. Влияние этих заместителей на свойства исходных фотохромов было практически неизвестно, а вместе с тем они могли играть существенную самостоятельную роль, а также быть удобными объектами для последующих модификаций.

Цель работы. Целью диссертационного исследования являлся синтез фотохромных дитиенилэтенов с различными, главным образом, серосодержащими функциональными заместителями и гетероциклическими фрагментами, изуче ние их свойств и выяснение возможности образования их комплексов с наночастицами и нанопленками благородных металлов.

Научная новизна. Разработан- общий метод синтеза ранее неизвестных симметричных и несимметричных дитиенилмалеиновых ангидридов, основанный на конденсации гетарилуксусных кислот и галогенкетонов гетероциклического ряда, позволивший синтезировать широкий ряд дигетарилэтенов с тиазольными заместителями.

Предложен способ получения малеимидов с тиомочевинным фрагментом при кольцевом атоме азота взаимодействием соответствующих ангиридов с различными тиосемикарбазидами.

Синтезирован широкий круг производных дитиенилперфторциклопентена с серосодержащими функциями в тиофеновых кольцах, которые обеспечивают эффективное связывание с наночастицами благородных металлов.

Изучены комплексообразующие свойства тиосемикарбазидных производных. Впервые показано, что продукты, содержащие тиоамидный фрагмент, могут образовывать стабильные комплексы с наночастицами серебра.

Исследованы спектральные свойства1 полученных фотохромных продуктов- в растворах и полимерных пленках. Для роданиновых производных дитиенилперфторциклопентена обнаружен значительный сдвиг полосы поглощения закрытой формы в длинноволновую область.

Практическая значимость. Запатентован удобный метод синтеза-дитиенилмалеиновых ангидридов, включающий конденсацию гетарилуксусных кислот и галогенкетонов гетероциклического ряда. Показано, что синтезированные в работе фотохромные дитиенилэтены, содержащие различные функциональные заместители и гетероцикические фрагменты, могут быть использованы для создания систем с наночастицами и нанопленками благородных металлов.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на международной конференции "23nd International Symposium on the Organic Chemistry of Sulfur" (Москва, 2008) и на III Молодежной Конференции ИОХ РАН (Москва, 2009).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 1 патенте, 2 статьях и тезисах 2 конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части,

Заключение диссертации по теме «Органическая химия», Кузнецова, Ольга Юрьевна

V. Выводы.

1. Разработан общий метод синтеза симметричных и несимметричных дитиенилмалеиновых ангидридов, основанный на конденсации гетарилуксусных кислот и галогенкетонов гетероциклического ряда. На основе данного метода синтезирован широкий ряд фотохромных дитиенилэтенов с тиазольными заместителями.

2. Предложен способ получения малеимидов, содержащих при кольцевом атоме азота тиомочевинный фрагмент, взаимодействием дитиенилмалеиновых ангидридов с тиосемикарбазидами.

3. Синтезирован широкий круг функциональных производных дитиенилперфторциклопентена с серосодержащими заместителями в тиофеновых кольцах, которые обеспечивают эффективное связывание с наночастицами благородных металлов.

4. Изучены комплексообразующие свойства тиосемикарбазидных производных. Впервые показано, что продукты, содержащие тиоамидный фрагмент, могут образовывать стабильные комплексы с наночастицами серебра.

5. Исследованы спектральные свойства полученных фотохромных продуктов в растворах и полимерных пленках. Для роданиновых производных дитиенилперфторциклопентена обнаружен значительный сдвиг полосы поглощения закрытой формы в длинноволновую область.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Кузнецова, Ольга Юрьевна, 2010 год

1. М. Irie, М. Mohri, J. Org. Chem., 1988, 53, 803.

2. M. Irie, Chem. Rev. 2000,100, 1685.

3. H. Tian, S. Yang, Chem. Soc. Rev., 2004, 33, 85.

4. H. Tian, S.Wang, Chem. Commun., 2007, 2001.

5. V. Balzani, M. Venturi, A. Credi, Molecular Devices and Machines—A Journey into the Nanoworld,Wiley-VCH, Weinheim, 2003.

6. S. Shinkai, PureAppl. Chem,. 1987, 59, 425.

7. M. Irie, Chem. Rev., 2000, 100, 1683.

8. G.H. Brown, Photochromism, Wiley-Interscience, New York, 1971.

9. H. Dürr, H. Bouas-Laurent, Photochromism:Molecules and Systems, Elsevier, Amsterdam, 1990.

10. В .А. Барачевский, M.M. Краюшкин, Изв. АН. Сер хим., 2008, №4, 853.

11. М. Heilemann, Р. Dedecker, J. Hofkens, М. Sauer, Laser & Photon. Rev.,2009, 3,180

12. Y.Jin, N. Friedman, J.Am.Chem.Soc., 2005,127, 11902.

13. T. Koshido, T. Kawai, K. Yoshino, Synth. Met., 1995, 73, 257.

14. G.M. Tsuvgoulis, J.-M. Lehn, Angew. Chem. Int. Ed. Engl, 1995, 34, 1119.

15. T. Norsten, N.R. Branda, J. Am. Chem. Soc., 2001,123, 1784.

16. A.J. Myles, N.R. Branda, Macromolecules, 2003, 36, 298.

17. E. Murguly, T.B. Norstern, N.R. Branda, Adv. Mater., 2001,13, 347.

18. A. Osuka, D. Fujikane, H. Shinmori, S. Kobatake,M. Irie, J. Org. Chem., 2001, 66,3913.

19. K. Yagi, C.F. Soong, M. Irie, J. Org. Chem., 2001, 66, 5419.

20. G. Jiang, S.Wang,W. Yuan, L. Jiang, Y. Song, H. Tian, D. Zhu, Chem. Mater., 2006,18, 235.

21. T. Kawai, T. Kunitake, M. Irie, Chem. Lett., 1999, 28, 905.

22. D. Duli, S.J. van der Molen, Т. Kudernac, H.T. Jonkman, J.J.D. de Jong, T.N., J. Org. Chem., 2003, 68, 5329.

23. K. Bowden, J. van Esch, B.L. Feringa, B.J. van Wees, Phys. Rev. Lett., 2003, 91, 207402.

24. T. Kawai, Y. Nakashima, M. Irie, Adv. Mater,. 2005,17, 309.

25. T. Kawai, Y. Nakashima, T. Runitake, M. Irie, Curr. Appl. Chem., 2005, 5, 139.

26. E. Kim, H.W. Lee, J. Mater. Chem., 2006,16, 1384.

27. N. Katsonis, T. Kudernac, M. Walko, S.J. van der Molen, B.J. van Wees, B.L., Adv. Mater. 2006,18, 1397.

28. A. Feringa, Ach. Mater., 2006,18, 1397.

29. M. Ikeda, N. Tanifuji, H. Yamaguchi, M. Irie, K. Matsuda, Chem. Commun., 2007, 1355.

30. T. Kawai, T. Koshido, M. Nakazono, K. Yoshino, Chem. Lett., 1993, 697.

31. T. Koshido, T. Kawai, K. Yoshino, J. Phys. Chem. 1995, 99, 6110.

32. S.L. Gilat, S.H. Kawai, J.-M. Lehn, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1993, 1439.

33. S.L. Gilat, S.H. Kawai, J.-M. Lehn, Chem. Eur. J., 1995,1, 275.

34. S.H. Kawai, S.L. Gilat, R. Ponsinet, J.-M. Lehn, Chem. Eur. J., 1995,1, 285.

35. S.H. Kawai, S.L. Gilat, J.-M. Lehn, Eur. J. Org. Chem., 1999, 2359.

36. Y. Moriyama, K. Matsuda, N. Tanifuji, S. Irie, M. Irie, Org. Lett., 2005, 7, 3315.

37. R. Baron, A. Onopriyenko, E. Katz, O. Lioubashevski, I. Willner, S. Wang, H. Tian, Chem. Commun., 2006, 2147.

38. B. Gorodetsky, N.R. Branda, Adv. Funct. Mater., 2007,17, 786.

39. A. F. Acebes and J. M. Lehn, Adv. Mater., 1998,10,18, 1519.

40. M. Munakata, J. Han, A. Nabei, Inorganica Chimica Acta, 2006, 359, 4281.

41. R. T. F. Jukes, V. Adamo, F. Hartl, P. Belser, L. De Cola, Inorg. Chem., 2004, 43, 2779.

42. S. Takami, T. Kawai and M. Irie, Eur. J. Org. Chem., 2002, 3796-3800. 43. M. Giraud, A. Leaustic, R. Guillot, P. Yu, P. G. Lacroix, K. Nakatani, R. Pansu, F. Maurel, J. Matter. Chem., 2007,17, 4414.

43. К. Uchida, A. Inagaki, М. Akita, Organometallics, 2007, 26, 5030.

44. M. Venturi, F. Marchioni, V. Balzani, D. M. Opris, O. Henze, A. D. Schluten, Eur. J. Org. Chem, 2003, 4227.

45. B. Qin, R. Yao, X. Zhao, H. Tian, Org. Biomol. Chem, 2003,1, 2187.

46. H. Tian, B. Qin, R. Yao, X. Zhao, S. Yang, Adv. Matter., 2003,15, 24.

47. W. Tan, Q. Zhang, J. Zhang, H. Tian, Org. Lett., 11,1, 161.

48. H. Ни, M. Zhu, X. Meng, Z. Zhang, K. Wei, Q. Guo, J. Photochem. And Photobiology, 2007,189, 307.

49. M. Irie, M.Mohri J. Org. Chem., 1988, 53, 803,

50. M. Ohsumi, T. Fukaminato, M. Irie, Chemical Communications, 2005, 31, 3921.

51. C.C. Ко, W. M. Kwok, V. Yam, D. L. Phillips, Chem. Eur. J., 2006,12, 5840.

52. Yam et all, Patent US 2005/0033072.

53. V. W.-W. Yam, C.-C. Ко and N. Zhu, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 12734.

54. C.-C. Ко, W.-M. Kwok, V. W.-W. Yam and D. L. Phillips, Chem.-Eur. J., 2006,12, 5844.56J.K.-W.Lee,C.-C.Ko, K.M.-C.Wong, N. Zhu, V.W.-W. Yam, Organometallics, 2007, 26, 12.

55. T.-W. Ngan, C.-C. Ко, N. Zhu and V.W.-W. Yam, Inorg. Chem., 2007, 46, 1144.

56. V. W. W. Yam, J. K. W. Lee, С. С. Ко, N. Zhu, J. Am. Chem. Soc, 2009,131, 912.

57. H. H. Liu, Y. Chen, Eur. J. Org. Chem., 2009, 5261

58. A. Fernandez-Acebes, J. M. Lehn,Adv. Mater., 1998, 10, 1519.

59. A. Fernandez-Acebes, J. M. Lehn, Chem. Eur. J., 1999, 5, 3285.

60. K. Matsuda, K. Takayama, M. Irie, Chem. Commun., 2001, 363.

61. K. Matsuda, K. Takayama, M. Irie, Inorg. Chem., 2004, 43, 482.

62. M. Munakata, J. Han, M. Maekawa, Y. Suenaga, T. Kuroda-Sowa, A. Nabei, Hideaki Ebisu, Inorg. Chimica Acta, 2007, 360, 2792.

63. K. S'en'echal-David, N. Zaman, M. Walko, E. Halza, E. Rivfere, R. Guillot, B.

64. Feringab and M.-L. Boillot, Dalton Trans., 2008, 1932. 66.S. L. Gilat, S. H. Kawai, J. M. Lehn, Chem. Eur. J. 1995, 1, 275.

65. H. Tian, B. Qin, R. Yao, X. Zhao, S. Yang, Adv. Matter., 2003,15(24), 2104,.

66. K. Matsuda, K. Takayama and M. Irie, Chem. Commun., 2001, 363.

67. M. Munakata, J. Han, A. Nabei, T. Kuroda-Sowa, M. Maekawa, Y. Suenaga, N. Gunjima, Polyhedron, 2006, 25, 3519.

68. B. Qin, R. Yao, X. Zhao, H. Tian, Org. Biomol. Chem., 2003,1, 2187.

69. M. Munakata, J. Han, A. Nabei, T. Kuroda-Sowa, M. Maekawa, Y. Suenaga, N. Gunjima, Inorganica ChimicaActa, 2006, 359, 4281.

70. R. T. F. Jukes, V. Adamo, F. Hartl, P. Belser, L. De Cola, Inorg. Chem., 2004, 43, 2779.

71. R. T. F. Jukes, V. Adamo, F. Hartl, P. Belser, L. De Cola, Coord. Chem. Rev. 2005,249, 1327.

72. P. Belser, L. De Cola, F. Hartl, V. Adamo, B. Bozic, Y. Chriqui, V. M. Iyer, R. T. F. Jukes, J. Kiihni, M. Querol, S. Roma, N. Salluce, Adv. Fund. Mater.,2006, 16, 195.

73. V. W. W. Yam, C. C. Ko, N. Zhu, J. Am. Chem. Soc., 2004,126, 12734'.

74. C. C. Ko, W. M. Kwok, V. W. W. Yam, D. L. Phillips, Chem. Eur. J., 2006, 12, 5840.

75. J. K. W. Lee, C. C. Ko, M. C. Wong, N Zhu, V. W. W. Yam, Organometallics,2007, 26, 12.

76. P. Belser, V. Adamo, J. Kuhni, Synthesis, 2006,12, 1946.

77. S. Xiao, T. Yi Zhou, Q Zhao, F. Li, C. Huang, Tetrahedron, 2006, 62, 10072.

78. M. T. Indelli, S. Carli, M. Ghirotti, C. Chiorboli, M. Ravaglia, M. Garavelli, F. Scandola, J. Am. Chem. Soc., 2008,130, 7286.

79. M. N. Roberts, J. K. Nagle, J. G. Finden, N. R. Branda, M. O. Wolf, Inorg. Chem., 2009, 48, 19.

80. X. Piao, Y. Zou, J. Wu, C. Li, T. Yi, Org. Lett., 2009,11, 3818.

81. P. H. M. Lee, C. C. Ko, N. Zhu, V. W. W. Yam, J. Am. Chem. Soc., 2007,129, 6058.

82. H. Liu, Y. Chen, Eur. J. Org. Chem., 2009, 5261-5265.

83. T. Kawai, T. Sasaki, M. Irie, Chem. Commun., 2001, 711.

84. H. Tian, B. Chen, H. Tu, K. Müllen, Adv. Mater., 2002,14, 918.

85. C. C. Ko, W. H. Lam, V. W. W. Yam, Chem. Commun., 2008, 5203. 88.1. Lee, Y. You, S.-J. Lim, S. Y. Park, Chem. Lett., 2007, 36, 888.

86. W. Tan, Q. Zhang, J. Zhang, H. Tian, Org. Lett., 2009,11, 161.

87. H. Zhao, U. Al-Atar, T. C. S. Pace, C. Bohne, N. R. Branda, J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 2008, 200, 74.

88. V. Aubert, V. Guerchais, E. Ishow, K. Hoang-Ythi, I. Ledoux, K. Nakatani, H. Le Bozec, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 577.

89. Jung, H. Choi, E. Kim, C.-H. Lee, S. Kang, J. Ko, Tetrahedron, 2005, 12256.

90. T. Nakagawa, K. Atmusi, T. Nakashima, Y. Hasegawa, T. Kawai, Chem Letters, 2007, 36, 372.

91. V. W.-W. Yam, J. K.-K. Lee, C.-C. Ko, N. Zhu, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 912.

92. H. J. Kim, J. H. Jang, H. Choi, T. Lee, J. Ko, M. Yoon, HJ. Kim, Inorg. Chem., 2008, 47, 2411.

93. B. J. Coe, Chem. Eur. J, 1999, 5, 2464.

94. Asselberghs, K. Clays, A. Persoons, M. D. Ward, J. McCleverty, J. Mater.

95. Chem., 2003,14, 2831. 98.S. L. Gilat, S. H. Kawai, J.-M. Lehn, Chem. Eur. J., 1995,1, 275.

96. K. Nakatani, J. A. Delaire, Chem. Mater., 1997, 9, 2682.

97. L. Sanguinet, J.-L. Pozzo, V. Rodriguez, F. Adamietz, F. Castet, L. Ducasse, B. Champagne, J. Phys. Chem. B, 2005,109, 11139.

98. Y. Liu, C. Lagrost, C. Costuas, N. Tchouar, H. Le Bozec, S. Rigaut, Chem. Commun., 2008, 6117.

99. C. Joachim, J. K. Gimzewski, A. Aviram, Nature, 2000, 408, 541.

100. C. P. Collier, G. Mattersteig, E. W. Wong, Y. Luo, K. Beverly, J. Sampaio, F. M. Raymo, J. F. Stoddart, J. R. Heath, Science, 2000, 289, 1172.

101. A. Troisi, M. A. Ratner, Small, 2006, 172.

102. A. M. Moor, A. A. Dameron, B. A. Mantooth, R. K. Smith, D. J. Fuchs, J. W. Ciszek, F. Maya, Y. X. Yao, J. M. Tour, P. S. Weiss, J. Am. Chem. Soc., 2006,128, 1959.

103. B. L. Feringa, Molecular Switches, Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2001, 1763.

104. H. Tian, S. J. Yang, Chem. Soc. Rev., 2004, 33, 85.

105. H. Tian, S. Wang, Chem. Commun. 2007, 781.

106. D. Dulic, S. J. van der Molen, T. Kudernac, H. T. Jonkman, J. J. D. De Jong, T. N. Bowden, J. van Esch, B. L. Feringa, B. J. van Wees, Phys. Rev. Lett., 2003, 91, 207402.

107. A. Perrier, F. Maurel, J. Aubard, J. Phys. Chem. A, 2007,111(39), 9689.

108. T. Kudernac, N. Katsonis, W. R. Browne, B. L. Feringa, J. Mater. Chem., 2009,19, 7168.

109. K. G. Thomas, B. I. Ipe, P. K. Sudeep, Pure Appl. Chem., 2002, 74, 1731.

110. N. Katsonis, T. Kudernac, M. Walko, S. J. Van der Molen, B. J. Van Wees, B. L. Feringa, Adv. Mater., 2006,18, 1397.

111. T. Kudernac, S. J. van der Molen, B. J. Van Wees, B. L. Feringa, Chem. Commun., 2006, 3597.

112. W. R. Browne, T. Kudernac, N. Katsonis, J. Areephong, J. Hjelm, B. L. Feringa, J. Phys. Chem C, 2008,112, 1183.

113. H. Yamaguchi, K. Matsuda, M. Irie, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 3853.

114. R. Baron, A. Onopriyenko, E. Katz, O. Lioubashevski, I. Willner, S. Wang, H. Tian, Chem.' Commun., 2006, 2147.

115. A. J. Kronemeijer, H. B. Akkerman, T. Kudernac, B. J. van Wees, B. L. Feringa, P. W. M. Blom, B. de Boer, Adv. Mater., 2008, 20, 1467.

116. M. Ikeda, N. Tanifuji, H. Yamaguchi, M. Irie, K. Matsuda, Chem. Commun., 2007, 1355.