Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Synthesis of coumarin derivatives possessing high 2PA cross section

Maciej Krzeszewski

Abstract

Introduction Benzo[c]coumarin derivatives display wide spectrum of biological activity. Structure of 6H-dibenzo[b,d]pyran-6-one serves as a core for many active compounds including: selective oestrogen agonist or antagonist for treatment of breast cancer or osteoporosis, caseine kinase inhibitor as potential drug in treatment of kidney diseases, nonsteroid androgen receptor antagonist as drug in treatment of prostate cancer. In addition to biological activity, benzo[c]coumarins possess other important feature- fluorescence. Recently, technologies utilizing two-photon absorption phenomena including: bio-imaging, three-dimensional polymerization or photodynamic therapy have been developed. The aim of my Master Thesis was to synthesize library of benzo[c]coumarin derivatives using Hurtley’s condensation and to study influence of structure modification on photophysical properties. To achieve this goal, absorption and emission spectra have been measured and Stokes shift (SS), molar extinction coefficient (ε) and fluorescent quantum yield (Ф) have been determined. Results I have obtained many benzo[c]coumarin derivatives possessing substituents attached to both rings (A and C) in Hurtley’s condensation between commercially available o-bromobenzoic acid derivatives and resorcinol derivatives in moderate to good yields (18-70%). I have also synthesized nitro derivatives, which possess fluorescence. This is very surprising, because nitro group is commonly known as quenching residue. Moreover I have carried out aromatic nucleophilic substitution reactions between fluorocompounds, obtained in Hurtley’s condensation, and morpholine. Products of these reactions were obtained in 39-65% yield. Another goal was to synthesize azacoumarin analogues, which were obtained in three-steps synthesis: 1. Ortho-nitration of requisite 3-hydroxybenzo[c]coumarin 2. Reduction of nitro group 3. Azacoumarin ring closure using ethyl pyruvate or diethyl mesoxalate Furthermore I have obtained formyl derivatives of benzo[c]coumarin and benzofuran in Duff’s reaction. Last, but not least synthetic goal was to study influence of base and catalyst on Hurtley’s condensation yields. Unexpectedly, it seems that, transition metal isn’t essential to undergo the reaction. To confirm this theory, I have performed reactions using ultra pure (99,99%) NaOH in freshly cleaned flasks in mixture of conc. sulfuric acid and perhydrol. Outcomes were positive. Conclusions I proved that Hurtley condensation possesses very broad scope. Variety of electron rich phenols and naphthols react under standard conditions with o-bromobenzoic acids bearing such substituents as F, I or NO2 to afford the benzo[c]coumarins in moderate to good yield. Unexpectedly reaction of condensation undergo without transition metal catalyst. Generally quantum yields of fluorescence (Ф) of synthesized benzo[c]coumarin are low to moderate 3-20%. Highest quantum yields of fluorescence (Ф) possess alkyl derivatives of 3-hydroxybenzo[c]coumarin. Azacoumarin analogues possess disappointing photophysical properties. Quantum yields of fluorescent (Ф) are very low 0,1-3%. Nevertheless, these compounds possess large Stokes shifts (SS) 7400- 11800 cm-1.
Record ID
WUT28a5a664a1534096ab6a28236ff8cfef
Diploma type
Master of Science
Author
Maciej Krzeszewski (FC/DOC) Maciej Krzeszewski,, Department Of Organic Chemistry (FC/DOC)Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Synteza pochodnych kumaryny o wysokim przekroju czynnym na absorpcję dwufotonową
Supervisor
Daniel Gryko (FC/DOC) Daniel Gryko,, Department Of Organic Chemistry (FC/DOC)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Department Of Organic Chemistry (FC/DOC)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
19-06-2012
Issue date (year)
2012
Keywords in Polish
-
Keywords in English
-
Abstract in Polish
Wprowadzenie Pochodne benzo[c]kumaryny wykazują szerokie spektrum aktywności biologicznej. Struktura 6H-dibenzo[b,d]piran-6-onu może służyć jako rdzeń dla związków aktywnych pełniących rolę: selektywnego modulatora receptora estrogenowego stosowanego w leczeniu raka piersi i osteoporozy, inhibitora kinazy kazeinowej jako potencjalnego leku w chorobach nerek, niesteroidowego antagonisty receptora androgenowego jako leku w leczeniu raka prostaty i wiele innych. Oprócz aktywności biologicznej, benzo[c]kumaryny posiadają inną, ważną z punktu widzenia niniejszej pracy magisterskiej, cechę, mianowicie posiadają fluorescencję. Ostatnie lata to gwałtowny rozwój technologii wykorzystujących zjawisko absorpcji dwufotonowej takich jak: bio-obrazowanie, polimeryzacja 3D, czy terapia fotodynamiczna. Celem mojej pracy magisterskiej było wykorzystanie kondensacji Hurtley’a do syntezy biblioteki pochodnych benzo[c]kumaryny oraz zbadanie wpływu modyfikacji struktury na właściwości fotofizyczne. Cel ten zamierzałem osiągnąć poprzez wykonanie widm absorpcji i emisji, wyznaczenie przesunięcia Stokes’a (SS), molowego współczynnika ekstynkcji (ε) oraz wydajności kwantowej fluorescencji (Ф). Wyniki Proste pochodne benzo[c]kumaryny, zawierające podstawniki w pierścieniu A i C otrzymałem w reakcji kondensacji Hurtley’a pomiędzy dostępnymi handlowo pochodnymi kwasu o-bromobenzoesowego i pochodnymi rezorcyny z wydajnościami 18-70%. Zaskakujący jest fakt, iż otrzymane związki nitrowe o strukturze typu „push-pull” D-π-A posiadają słabą fluorescencję, gdyż grupa nitrowa jest powszechnie znana jako podstawnik, który „gasi” fluorescencję. Oprócz tego zaplanowałem serię reakcji aromatycznego podstawienia nukleofilowego SNAr. Przeprowadziłem reakcje pomiędzy otrzymanymi w kondensacji Hurtley’a fluoropochodnymi, a morfoliną. Produkty reakcji otrzymałem z wydajnościami 39-65%. Kolejnym celem, była synteza benzo[c]kumaryn sprzężonych z dodatkowym pierścieniem heterocyklicznym. W tym celu zaplanowałem trzyetapową syntezę: 1. Orto-nitrowanie pochodnej 3-hydroksybenzo[c]kumaryny 2. Redukcja grupy nitrowej 3. Zamknięcie pierścienia azakumarynowego przy użyciu pirogronianu etylu lub mezoksalanu dietylu. Otrzymałem, również pochodne formylowe benzo[c]kumaryny i benzofuranu w reakcji bezpośredniego formylowania Duff’a. Moim ostatnim celem, było zbadanie wpływu warunków reakcji (zasada, katalizator) na wydajności reakcji Hurtley’a. Wyniki tych badań były bardzo zaskakujące. Okazało się, iż obecność siarczanu miedzi jako katalizatora nie jest warunkiem koniecznym zajścia reakcji. Aby sprawdzić, czy wynik ten nie był dziełem przypadku, przeprowadziłem reakcję z użyciem 99,99% wodorotlenku sodu w świeżo umytym szkle laboratoryjnym w roztworze stężonego kwasu siarkowego i perhydrolu. Wynik eksperymentu okazał się pozytywny. Otrzymałem łącznie ponad 20 nieznanych wcześniej pochodnych i analogów benzo[c]kumaryny. Wnioski Udowodniłem, że kondensacja Hurtley’a jest bardzo ogólną metodą syntezy benzo[c]kumaryn. Dla bogatych w elektrony fenoli reakcja ta przebiega z kwasami o-bromobenzoesowymi posiadającymi dodatkowe podstawniki takie jak: F, I czy NO2. Reakcja ta przebiega również dla niektórych dihydroksynaftalenów. Zaskakującym elementem moich badań, był fakt, iż reakcja kondensacji zachodzi pomimo nieobecności metalu przejściowego w układzie. Wydajności kwantowe fluorescencji otrzymanych związków wynoszą 3-20%. Najwyższe wartości Ф posiadają alkilowe pochodne 3-hydroksybenzo[c]kumaryny. Rozczarowujące efekty fotofizyczne przyniosło sprzężenie pierścienia benz[c]kumaryny z kolejnym pierścieniem heterocyklicznym. Wydajności kwantowej flurescencji otrzymanych pochodnych heterocyklicznych wynoszą 0,1-3%. Posiadają one natomiast duże przesunięcie Stokes’a 7400- 11800 cm-1.  
File
  • File: 1
    Maciej Krzeszewski- praca magisterska.pdf
Request a WCAG compliant version

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/master/WUT28a5a664a1534096ab6a28236ff8cfef/
URN
urn:pw-repo:WUT28a5a664a1534096ab6a28236ff8cfef

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page