Способ получения водорастворимой формы производного кумарина

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 72118 09 В 57/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКО ИДЕТЕЛ ЬСТВУ й й(56) Лазеры на красителях под ред,ФШеффера - , М., Мир, 1976, с. 172 - 228.А. А, Штейнман "ЦиклодекстрЖВХО им. Д, И, Менделеева, 1985, 30,с, 514 - 518..Оке)т Сусобехтгпз апбпеЦзопз соврехез, - Восарезт арабКааааа. - 1982, р. 95-114.ТаЕабате АЬга апб а, - НцогезсЬеЬачог о 1 7 - зиЬзттасей. Соотгбегчасоз Ьу псизол согпрех. - аМгаззЬ, 1983, т, 103, Ь, 2, с, 193 - 197 (Яп(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРАСРИМОЙ ФОРМЫ ПРОИЗВОДНОГО КРИНА Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке технологии получения водорастворимых форм производных кума- рина, пригодных для использования в качестве активной среды лазера.Производные кумарина широко используют в качестве активных веществ в лазерах или они являются наиболее эффективными лазерными красителями, люминесцирующими в сине-зеленой области.Как правило, для этих целей применяют растворы производных кумарина в органических растворителях, а использование вод(57) Сущность изобретения; производнокумарина общей формулы гдЕ Й 1= Н, СБН 5; СОСНЗ; 82=СНЗ; ЯЗ=Н; В 4= Н, С Нз; Й 5=Й Н 2, О СО С Нз, М (С 2 Н 4)2;Яв=Н, СНЭ, подвергают взаимодействию с ,В-циклодекстрином или карбоксиметил- Р- циклодекстрином при малярном соотношении 1:(3 - 7) в виде порошка при механической активации при комнатной температуре в течение 20 - 40 мин при центробежном ускорении 20 - 60 9, с последую- Я щим растворением полученного комплекса в воде, нагреванием до кипения, охлаждением и фильтрацией. Энергия генерации Егер красителя 120 - 395 мДж, фотостойкостьМ Ь) ных растворов большинства эффективных красителей ряда кумарина в значительной мере затруднено из-за низкой растворимости производных кумарина в воде.ф литературе имеются сведения о том,что при образовании комплексов включения . органических соединений (" гость" ) с цикла- ф декстринами ("хозяин") наблюдается увеличение растворимости молекул "гостя" в водных растворах.Известен "жидкофазный" способ получения комплексов включения органических соединений с циклодектринами, заключающийся в следующем. Циклодекстрины(а,ф,у или их производные) растворяют вводе при определенной температуре и рНсреды, к раствору добавляют органическоевещество либо его раствор (в различных весовых соотношениях), полностью или частично смешивающийся с растворамициклодекстрина. Образовавшуюся смесьперемешивают при определенной температуре необходимое для проведения реакциивремя, затем охлаждают и кристаллизуют в 10течение нескольких часов. Известный спо.соб позволяет повь сить водорастворимостьорганических соединений. Однако, получить генерацию комплексов включенияорганических соединений не всегда удается. 15Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является способ получения циклодекстриновыхкомплексов включения производных кумарина, описанный в работе, Показано, что 20при растворении 7-окси-метокси-, 7-амино, 7-диэтиламино и др. производных 4-метилкумарина и циклодекстрина в водеобразуется комплекс включения, при этомнаблюдается усиление или затухание флуоресценции, а в ряде случаев увеличениеквантового выхода люминесценции.При образовании комплекса в жидкойфазе имеют место двэ типа взаимодействиямолекул циклодекстрина с производными 30кумарина. Первый тип вэаимодействия -взаимодействие с внешней поверхностьюциклодекстрина за счет образования межмолекулярных водородных связей гидроксильных групп "хозяина" с карбонильной, 35гидроксильной, аминогруппой или другимизаместителями "гостя". 8 этом случае циклодекстрин выступает в роли поверхностноактивного вещества и образует. сэамещенными кумарина различные по составу мицелярные структуры,Второй тип взаимодействия - взаимодействие производных кумарина с внутренней поверхностью циклодекстрина иобразование,комплексов включения, Для 45того, чтобы молекула кумарина могла проникнуть в полость цикладекстрина, ей необходимо преодолеть определенныйэнергетический барьер, связанный со стерическими препятствиями, Если молекула 50неполярна и находится в полярном растворителе, то возникает термодинамически неустойчивое состояние, способствующеепроникновению молекул "гостя" в гидрофобную полость ПД. 55Поэтому для преодоления энергетического барьера образования комплексавключения. необходим подбор определенных условий проведения процесса комплексообразования (растворитель, рН среды,температура. время и др.), При этом, понятно, что в зависимости от условий получения образующиеся комплексы могут существенно отличаться по своим физико-химическим характеристикам.Для известного "жидкофазного" способа получения комплексов включения преобладающим является первый тип взаимодействия, а вероятность второго типа взаимодействия мала, Вместе с тем, для обеспечения лазерных свойств у получаемых комплексов необходимым является преобладание второго типа взаимодействия. Поэтому известный "жидкофазный" способ не всегда позволяет получить водо- растворимые циклодекстриновые комплексы включения производных кумарина, пригодные для использования в качестве активной среды лазера.Целью предлагаемого изобретения является получение пригодных для использования в качестве активной среды лазера циклодэкстриновых комплексов включения производных кумарина.Поставленная цель достигается тем, что при реализации способа получения водорастворимых форм производных кумарина, основанном на взаимодействии производных кумарина с циклодекстринами, вводят во взаимодействие порошки р-циклодекстрина ф-ЦД) или карбоксиметилф-циклодекстрина ф-КЦД) с производными кумарина общей формулы: а К 7 где Вз=Н, Аг, Не, С=О-С-О-Ой; 87=ОН, ОСОСНЗ. ЙНЯф йй й 841 5) 6 81 . 1 и= =Н, АК и подвергают мехайическому воздействию (активации) стеклянными либо кварцевыми шарами в тефлоновых либо других инертных барабанах при комнатной температуре в течение 20-40 мин при центробежном ускорении 20-60 д и мольном соотношении соответствующего кумарина к Р -ЦД 9-КЦД) 1:(3-7),8 отличие.от "жидкофазного" (известного) способа получения в предлагаемом способе комплекс включения получается в твердой фазе путем интенсивной механической обработки смеси порошков компонентов,что приводит к аморфизации р-ЦД ф -КЦД) и "растворению" молекул гостя ваморфных областях циклодекстрина или его17721 Ы 40 облучения световыми импульсами до полного исчезновения генерации. При этом под 45 50 55 Уменьшение механической обработки смеси реагентов менее 20 мин и центробежного ускорения менее 209 приводит к образованию комплекса включения только в небольших количествах, что не позволяет повысить энергию генерации и фотовтой 15 20 25 30 35 кость по сравнению с насыщенным водным раствором исходного кумарина.Увеличение времени механической обработки и центробежного ускорения выше заданных верхних пределов не сказывается на улучшении генерационных характеристик активной среды,Использование для приготовления комплексов включения карбоксиметил- ф -циклодекстрина, позволяет несколько повысить их растворимость в воде по сравнению с сОответствующими комплексами с Р -циклодекстрином, что представляет собой интерес при получении комплексов включения трудно растворимых производных кумарина.Контроль генерационных параметров полученного предлагаемым способом соответствующего водорастворимого комплекса включения производного кумарина с Р-ЦД (ф -КЦД) осуществлялся в коаксиальном лазере на красителе с лимповой накачкой, Резонатор лазера был образован плоскими зеркалами с коэффициентом отражения 99.9 и 35,0 О. Активная среда. последовательно заливалась в цилиндрическую кювету лазера диаметром 5,5 мм и длиной 385 нм. Система возбуждения состояла из оптической коаксиальной лампы, запс ненной ксенонам до давления 10 Па. Электрическая энергия накачки Ен=395 Дж, Кювета с активной средой и лампа помещались в отражатель из оксида магния, Питание лампы от источника ЛЖИ. Длительность светового импульса накачки по уровню 0,5 составляет 178,5 мкс при фронте нарастания 22 мкс. Энергия генерации измерялась прибором ИМ 0-2 Н, Фотостойкость активной среды определялась путем многократного считывалось число импульсов, а затем определялась суммарная величинав пересчете на литр активной среды.Заявляемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.П р и м е р 1. В барабан механического активатора (планетарная, шаровая, и др. виды мельниц) с тефлоновым вкладышем загружают 25 г стеклянных либо кварцевых шаров диаметром 5-7 мм, 0,176 г (0,001 моль) 4 метил-аминокумарина и 5,675 г (0,005 мольф-ЦД. Смесь порошков подвергают механической обработке в течение 30 мин при центробежнОм ускорении 40 9 и постоянном охлаждении стенок барабана водой. После чего порошок выгружают, от 1772118,деляют от шаров и готовят насыщенный водный раствор комплекса. Для этого 1 г полученного после активации порошка переносят в конус, заливают 50 мл воды, нагревают до кипения и кипятят в течение 5 минут. Полученный таким образом раствор охлаждают, выдерживают в течение суток и на следующий день фильтруют. На спектрофотометре определяют оптическую плотность фильтрата в пересчете.на кювету толщиной 1 мм в максимуме поглощения и рассчитывают концентрацию насыщенного раствора комплекса, ПолучаютЯпогл=343 нм;0=3,98. С=2,517 10 мол ь/л,Насыщенный водный раствор циклодекстринового комплекса 4-метил-аминокумарина разбавляют дистиллированной водой в три раза. Получают раствор комплекса включения с оптической плотностью равной 1,36 в максимуме полосы в слое 1 мм, заливают в кювету лазера и подвергают испытаниям в условиях, описанных выше, Полученная генера ция имеет следующие характеристики: Еген = 276 мДк, фотостойкость,Я =158,0 кДж/л,П р и м е р 2, При соблюдении условий примера 1 порошок 4-метил-аминокумарина и Р -ЦД о мольном соотношении ";3 подвергали механической обработке иотовили нась щенн 1 иР:одный рас-,.ор комплекса, имеющий следующие характеристики: 1 ллп.:л.=345 нм, 5=3,23; С=2 047 10 моль/л.Разбавлением гглгоэят активную среду с оптической плот "остью в максимуме поглощения, равной 1,3 в слое 1 мм, Плученная генерация имеет следуощие характеристики: Еген=270 мДж, фотосто:.,кость ,Р .=157,5 кДж/л.П р и м е р 3. При соблюдении условийпримера 1 порошки 4-метил-аминокумарина и,В -ОД в мольном соотношении 1:7 подвергали механической обработке и готовили насыщенный водный раствор комплекса, имеющий следующие характерс стики: 4 огл=343 нм; 0=3,76 С=2,38410 э моль/л.Раэбавлением готовят активную среду с оптической плотностьо в ма ссимуме поглощения, равной 1,32 в слое 1 мм, Получен ия генерация имеет следующие характеристики: Еген=395 мДж, фотостойкость,", =165,5 кДж/л,П р и м е р 4, При соблюдении условийпримера 1 порошки 4-метил-аминокумарина и Р -ЦД в мольном соотношении 1:2 подвергали механической обработке и гото стойкость 7 =150 кДж/л.вП р и м е р 7. При соблюдении условийпримера 1 порошки 4-метил-аминокума рина и ф-ЦД подвергают механической активации в течение 40 мин и готовят насыщенный водный раствор комплекса,который имеет следующие характеристики:Азогл=343 нм, 0=3,55, С=2,249 10 моль/л.45 Разбавлением насыщенного раствора комплекса готовят активную среду с оптической плотностью в максимуме поглощения равной 1,2 в слое 1 мм, Полученная генерация имеет следующие характеристики: Еген=390 50м,Цж, фотостойкость,=160,5 кДж/л.П р и м е р 8, При соблюдении условийпримера 1 порошки замещенного кумарина 55и ф -ЦД подвергали механической обработке в течение 10 минут и готовили насыщенный водный раствор комплекса, который имеет следующие характеристики; Йогл=343 нм, 0=3,43, С=2.170 10 моль/л,Разбавлением насыщенного раствора комп 10 15 .20 25 30, 35 вили насыщенный водный раствор комплекса, имеющий следующие характеристики: Япогл=343 нм, 0=0,86, С=5,46 10 моль/л, В качестве активной среды использовался насыщенный раствор. Полученная генерация имеет следующие характеристики: Еген=128 мДж, фотостойкость= 90,5 кДж/л,П р и м е р 5. При соблюдении условий примера 1 порошки 4-метил-аминокумарина и Р -ЦД в мольном соотношении 1:8 подвергали механической обработке и готовили насыщенный водный раствор комплекса, имеющий следующие характеристики: Япогл,=343 нм, 0=3,80, С=2,41010 э моль/л. Разбавлением готовят активную среду с оптической плотностью в максимуме поглощения равной 1,30 в слое 1 мм. При указанном количественном содержании комплекса включения вф-ЦД генерация не наблюдается, т.к, излучение накачки сильно поглощается в приграничном слое активной среды,П р и м е р 6, При соблюдении условий примера 1 порошки 4-метил-аминокумарина и Р-ЦД подвергают механической активации в течение 20 мин и готовят водный раствор комплекса, имеющий следующие характеристики: Япогл=343 нм, Р= 3,69, С=2,35 10 моль/л, Разбавлением насы-зщенного раствора комплекса готовят активную среду с оптической плотность в максимуме поглощения равной 1,30 в слое 1 мм. Полученная генерация имеет следующие характеристики: Его=240 мДж, фото 1772118 10лекса готовят активную среду с оптической плотностью в максимуме поглощения равной 1,25 в слое 1 мм, Полученная генерация имеет следующие характеристики; Еген= 120мДж, фотостойкость, =72,0 кДж/л,П р и м е р 9. При соблюдении условий примера 1 порошки замещенного кумарина и Р -ЦД подвергали механической обработке в течение 50 минут и готовили насыщенный водный раствор комплекса, который имеет следующие характеристики; Лпогл.=343 нм, 0=3,56, С=-2,250 10 моль/л. Разбавлением насыщенного раствора комплекса готовят активную среду с оптической плотностью в максимуме поглощения равной 1,28 в слое 1 мм, Полученная генерация имеет следующие характеристики: Елен=395кДж, фотостайкость= 165,5 кДж/л,П р и м е р 10, При соблюдении условий примера 1 порошки 4-метил-аминокумарина с Р -ЦД подвергают механической активации при центробежном ускорении 20 ц и готовят насыщенный водный раствор комплекса, имеющий следующие характеристики: Лпогл=343 нм, Р= 4,10, С -- 2,602 10-з моль/л, :"азбавлением насыщенного раствора комплекса готовят активную среду с оптичес .: й плотностью в максимуме поглощения равной 1,30 в слое 1 мм, Полученная генерация имеет следующие характеристики: Еген=250 Кдк, фотостойкость 7 =150,0 кДж/л,П р и м е р 11, При соблюдении условий примера 1 порошки -4-метил-минокумарина и,В -ЦД подвергают механическойактивации при центробежном ускорении 609 и готовят насыщенный оаствор комплекса, имеющий следуюшие характеристики: 4 огл,=343 нм, 0=3,56, С=2,255 10 моль/л, Разбавлением насыщенного раствора комплекса готовят активную среду с оптической плотностью в максимуме поглощения равной 1,2 в слое 1 мм. Полученная генерация имеет следующие характеристики: Ее,=380кДж, фотостойкость =160,0 кДж/л,П р и м е р 12, При соблюдении условий примера 1 порошки 4-метил-аминокумарина и Р-ЦД подвергают механической активации при центробекном ускорении 10 ц и готовят насыщенный раствор комплекса, имеющий следующие характеристики: Япогл=343 нм, 0=4,56, С=2,893 10 моль/л. Разбавлением насыщенного раствора гото-. вят активную среду с оптической плотностью в максимуме поглощения равной 1,18 в слое 1 мм. Полученная генерация имеет следующие характеристики: Еген=.130 мДж,5 фотостойкость 5 =75,0 кДж/л,- фН. П р и м е р 13, При соблюдении условийпримера 1 порошки 4-метил-аминокумарина и Р-ЦД подвергают механической ак 10тивации при центробежном ускорении 809и готовят насыщенный раствор комплекса,имеющий следующие параметры;Лпогл=343 нм, 0=3,80, С=2,411 10 моль/л,Разбавлением насыщенного раствора вмаксимуме поглощения равной 1,25 в слое 1мм, Полученная генерация имеет следующие характеристики:Егер=395 мДж, фотостойкость У =166,0 кДж/л,П р и м е р 14 по прототипу). Навеску4-метил-аминокумарина (0,176 г, 0,001моль) растворяют при нагревании в 100 млводы, добавляют 5,675 г (0,005 моль) / -ЦДи перемешивают при температуре 80 - 90 Сдо полного растворения реагентов, Затемреакционную смесь выдерживают при этойтемпературе в течение 5 часов и охлаждаютдо комнатной температуры, после чего оставляют на но ь г а следующий день выпавший осадок отфильтровывают, а изфильтрата дополнительно спиртом высаживают комплекс, Сырой порошок высушивают на воздухе и готовят насыщенныйраствор, имеющий следующие характери 35 стики, полл=343 нм, Р= 4,88, С=.О, 3,086 10моль/л. Разбавлением насыщенного раствора готовят активную среду с оптическойплотностью в максимуме поглощения равной 1,25 в слое 1 мм. Генерация не полученане только при этом соотношении реагентов(1:5), но и при мольном соотношении замещенного кумарина к,В-ЦД, равному 1;1, 1;3,1:7 соответственно, что обусловлено, вероятно, образованием комплекса включения45 другого строения.П р и м е р 15, При соблюдении условийпримера 1 0,176 г 0,001 моль) 4-метиламинокумарина и 7.38 г (0,005 моль) Р-КЦДподвергали механической обработке и гото 50 вили насыщенный водный раствор комплекса, который имел следующие характеристики:Лпогл= 345 нм, 0=4,42, С=2,795 10 моль/л.Разбавлением насыщенного раствора комплекса готовят активную среду с оптической55 плотностью в максимуме поглощения равной 1,24 в слое 1 л 1 м, Полученная генерацияимеет следующие характеристики: Е= 345мДж, фотостойкость= 160,0 кДж/л,17 и 118 модействия производного кумарина общейформулы К В5 30 где йз-Н, С 6 Н 5. СОСНз: й 4-СНз;й 5=Нй 6=Н; СНз;йт-йН 2, ОСОСНз, й(С 2 Н 4)2/йв-Н, СНз,с циклодекстрином и фильтрацией продукта реакции; о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения у целевого продукта фотостойкой генерации, в качестве циклодекстрина используют Р -циклодекстрин или карбоксиметил-/)-циклодекстрин, взаимодействие ведут при.механическом смешении порошков производного кумарина и указанного циклодекстрина при молярном соотношвнии 1:3-7 соответственно в присутствии стеклянных или кварцевых шаров в течение 20-40 мин при центробежном ускорении 20-60 д, а перед фильтрацией продукт реакции растворяют в воде при температуре кипения смеси и охлаждают.ь Н=12- . -- тЦикле-декст.(ринУсловия и чНольное отнопени На к ку- нарииу мтВпхиенияттПроизводство кунаринаЯген Оотостоа"нЛн кость,Н створиность в концентрация П в 1насыщенного вод- кювете аренд Пентро нехакти еенный ваци нин ного растворанбль/л ориПП )г 51 Я с11 СН 1 2СН) 1158,157,1165,90,5е15 о,О 4 276 270 395 .128 В 1 Н)О НП 11 сн,НП Н)11 НИ Щ Нне 40 30 40 20 40 а 40 10 40. 50 40.СН 1;55 1.5 1 гз 1:5 15 По прототипуЗО 40По прототипузо оПо прототипуЗо о Н н,нлКОДПП ОН ОН сн, ОН сн, ан нс, н(с)п,),н(сан)е9 24 25 26 г,з 8 0 1 г,з 10 а 2,5. 10 1 15 15 По грототипуЗО а По прототипу 91 гз. П ри м е р 16.50 мл активной среды на основе водного раствора смеси 4-метил- аминокумарина и р -КЦД с мольным соотношением 1;5 соответственно заливают в кювету лазера и подвергают испытаниям в 5 условиях, описанных выше Генерация не получена, что обусловлено отсутствием в ак- . тивной среде комплекса включения. П р и м е р 17. 50 мл активной среды на основе насыщенного водного раствора 4- метил-аминокумарина при концентрации 3.55 10 моль/л и оптической плотностью, равной 0,56 в максимуме полосы поглощения Япорд"343 нм) в слое 1 мм заливают. в кювету лазера и подверга)от испытаниям в условиях, описанных выше. Полученная генерация имеет следующие характеристики: мдж, фотостойкость,"= 70,5,2 кцж/л.Результаты. испытаний приведены в таблице, Как видно из приведенной таблицы, соблюдение заявляемых параметров приводит к достижению поставленной цели.Формула изобретения Способ получения водорастворимой формы производного кумарина путем взаио 197 12 115 т 5 15 15 1:5 1:5 150 251710г,:;,47108, 10 35,Ь 1012,1 0.)а.2,3351"г,г 9, 102,170 10."14 1772118 13 ЦентбешныФактое Продолжение табл,Егенмнкро Концентрация О в 1й насыщенного вод" кюветер, ного раствора,моль/я растворимость в Кто Производство кунаринв Никлодекстрин 1 ПГ пп условия полуиения Фотостойкость,"1 е,меха ктивацин,мин НольноеотношениеЦД к ку-нариму 28 Сн ЗО 4 О КЦП 93 67,7 н По прототипуЗО 40 45 6738 56и По прототипуЗО 4 О н По прототмлуЗО 4 О сне сн, сн, ,сн, сн,47 68 По прототипу30 40 н а51 72 н По прототипу30 40 36 54 н По прототипу30 40 43 64 1,5 н По прототипу 1,5 Составитель Т.КалининаРедактор Т,Иванова Техред М.Моргентал Корректор Н.Тупица Заказ 3812 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 2930 сн3132 С Н,сну сн, СН 1 СН 0 СНУ Сне СНУ СН 0СН 2 СНЕСН 2 СНО н(с и ) н(с и ) ОСОСН 6 ОСОСН ОСОСН н(сень)е н(с н ) н(с не) н(с н ) н(с н ) н(с,нт) "(сант Ь. н(сант),15 1:5 1:5 1:5 1:5 1:5 15 1:5 1:5 1:5 15 2,5 1 О2,5102,3 10и2 ь 3102,74 102 38. 1 О2,04 з 102,02102,12 1 О2,12 1 О3,5103,45 а 103,5.103,510 " 3,583,582,62,62,742,73,23,17з,зз,з1,51,46