RU2723243C1 - Use of monosubstituted pyrazines containing triphenylamine substitute, as monomolecular sensors for detecting nitroaromatic compounds - Google Patents

Use of monosubstituted pyrazines containing triphenylamine substitute, as monomolecular sensors for detecting nitroaromatic compounds Download PDF

Info

Publication number
RU2723243C1
RU2723243C1 RU2019135287A RU2019135287A RU2723243C1 RU 2723243 C1 RU2723243 C1 RU 2723243C1 RU 2019135287 A RU2019135287 A RU 2019135287A RU 2019135287 A RU2019135287 A RU 2019135287A RU 2723243 C1 RU2723243 C1 RU 2723243C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compound
compounds
nitroaromatic
monosubstituted
nitroaromatic compounds
Prior art date
Application number
RU2019135287A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Николаевич Чарушин
Егор Владимирович Вербицкий
Юрий Анатольевич Квашнин
Анна Александровна Баранова
Константин Олегович Хохлов
Геннадий Леонидович Русинов
Олег Николаевич Чупахин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2019135287A priority Critical patent/RU2723243C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2723243C1 publication Critical patent/RU2723243C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D241/00Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings
    • C07D241/02Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings not condensed with other rings
    • C07D241/10Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings not condensed with other rings having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D241/12Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings not condensed with other rings having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hydrogen atoms, hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K9/00Tenebrescent materials, i.e. materials for which the range of wavelengths for energy absorption is changed as a result of excitation by some form of energy
    • C09K9/02Organic tenebrescent materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Plural Heterocyclic Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to use of 2-monosubstituted pyrazines containing a triphenylamine substitute of general formula (I) as monomolecular sensors for detecting nitroaromatic compounds.
Figure 00000015
EFFECT: technical result is use of compounds of general formula (I), which show high sensitivity and selectivity for visual detection of a wide range of nitroaromatic compounds.
1 cl, 2 ex, 3 tbl

Description

Применение монозамещенных пиразинов, содержащих трифениламиновый заместитель, в качестве мономолекулярных сенсоров для обнаружения нитроароматических соединений.The use of monosubstituted pyrazines containing a triphenylamine substituent as monomolecular sensors for the detection of nitroaromatic compounds.

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к области органического синтеза сенсорных материалов и касается 2-монозамещенных пиразинов, обладающих сенсорными свойствами и предназначенных для обнаружения присутствия нитроароматических соединений на поверхностях, в растворах неполярных растворителей, воды и в воздухе в сверхмалых концентрациях на основании изменения оптических свойств – тушения фотолюминесценции – означенного сенсора при контакте с молекулами нитроароматических соединений. Изобретение может быть использовано для создания сенсоров на нитроароматические соединения, которые могут найти применение в силовых структурах (армия, полиция, охранные предприятия, и т.п.), таможенных службах, научно-исследовательских лабораториях, а также в быту и сельском хозяйстве.The present invention relates to the field of organic synthesis of sensor materials and relates to 2-monosubstituted pyrazines having sensory properties and intended to detect the presence of nitroaromatic compounds on surfaces, in solutions of non-polar solvents, water and in air in ultra-low concentrations based on changes in optical properties - quenching of photoluminescence designated sensor in contact with molecules of nitroaromatic compounds. The invention can be used to create sensors for nitroaromatic compounds, which can be used in law enforcement agencies (army, police, security companies, etc.), customs services, research laboratories, as well as in everyday life and agriculture.

Уровень техники:The prior art:

Способы получения соединения формулы Ia, основанные на реакциях кросс-сочетания в различных условиях (за исключением применения активации под действием микроволнового излучения)Methods of preparing a compound of formula Ia based on cross-coupling reactions under various conditions (except for the use of activation under the influence of microwave radiation)

Figure 00000001
Figure 00000001

, а также его спектральные характеристики описаны в литературе [C. Liu, Q. Ni. Method for synthesizing 4-diphenylamino-biaryl compounds by Suzuki cross coupling reaction in aqueous phase. // Patent CN 101948366 A, 2011; C. Liu, Q. Ni, J. Qiu. Very Fast, Ligand-Free and Aerobic Protocol for the Synthesis of 4-Aryl-Substituted Triphenylamine Derivatives. // European Journal of Organic Chemistry 2011, Issue 16, P. 3009–3015; C. Liu, Y. Wu, N. Han, J. Qiu. Efficient synthesis of 4-heteroaryl-substituted triphenylamine derivatives via a ligand-free Suzuki reaction. // Applied Organometallic Chemistry 2011, Vol. 25, Issue 12, P. 862–866; C. Liu, X. Rao, X. Song, J. Qiu, Z. Jin. Palladium-catalyzed ligand-free and aqueous Suzuki reaction for the construction of (hetero)aryl-substituted triphenylamine derivatives. // RSC Advances 2013, Vol. 3, Issue 2, P. 526–531; C. Liu, X. Song. Metal ligand-platinum complex and manufacture. // Patent CN 103145763 A, 2013; K. Hoffert, R. J. Durand, S. Gauthier, F. Robin-le Guen, S. Achelle. Synthesis and Photophysical Properties of a Series of Pyrazine-Based Push-Pull Chromophores. // European Journal of Organic Chemistry 2017, Issue 3, P. 523–529]., as well as its spectral characteristics are described in the literature [C. Liu, Q. Ni. Method for synthesizing 4-diphenylamino-biaryl compounds by Suzuki cross coupling reaction in aqueous phase. // Patent CN 101948366 A, 2011; C. Liu, Q. Ni, J. Qiu. Very Fast, Ligand-Free and Aerobic Protocol for the Synthesis of 4-Aryl-Substituted Triphenylamine Derivatives. // European Journal of Organic Chemistry 2011, Issue 16, P. 3009-3015; C. Liu, Y. Wu, N. Han, J. Qiu. Efficient synthesis of 4-heteroaryl-substituted triphenylamine derivatives via a ligand-free Suzuki reaction. // Applied Organometallic Chemistry 2011, Vol. 25, Issue 12, P. 862-866; C. Liu, X. Rao, X. Song, J. Qiu, Z. Jin. Palladium-catalyzed ligand-free and aqueous Suzuki reaction for the construction of (hetero) aryl-substituted triphenylamine derivatives. // RSC Advances 2013, Vol. 3, Issue 2, P. 526-531; C. Liu, X. Song. Metal ligand-platinum complex and manufacture. // Patent CN 103145763 A, 2013; K. Hoffert, R. J. Durand, S. Gauthier, F. Robin-le Guen, S. Achelle. Synthesis and Photophysical Properties of a Series of Pyrazine-Based Push-Pull Chromophores. // European Journal of Organic Chemistry 2017, Issue 3, P. 523-529].

Сведения о способе синтеза, физико-химических свойствах и области применения 2-[5-(4-дифениламинофенил)-тиофени-2-ил]пиразина (Ib) в научно-технической и патентной литературе отсутствуют. Information on the method of synthesis, physico-chemical properties and scope of 2- [5- (4-diphenylaminophenyl) thiopheni-2-yl] pyrazine (Ib) is not available in the scientific, technical and patent literature.

Figure 00000002
Figure 00000002

Наиболее близкими по структуре к соединению Ia является соединение 1 – 5- [4-(дифениламино)фенил]-2-пиразинкарбоновая кислота, а соединению Ib является соединение 2 – 5-{5-[4-(дифениламино)фенил]-тиофен-2-ил}-2-пиразинкарбоновая кислота, в структуре которых отсутствует дополнительная карбоксильная группу [H. Aihara, T. Shono. Preparation of pyrazine carboxylic acid compounds useful for dye-sensitized solar cells. // Patent JP 2015140319 A, 2015]. The closest in structure to compound Ia is compound 1 - 5- [4- (diphenylamino) phenyl] -2-pyrazinecarboxylic acid, and compound Ib is compound 2 - 5- {5- [4- (diphenylamino) phenyl] thiophene- 2-yl} -2-pyrazinecarboxylic acid, in the structure of which there is no additional carboxyl group [H. Aihara, T. Shono. Preparation of pyrazine carboxylic acid compounds useful for dye-sensitized solar cells. // Patent JP 2015140319 A, 2015].

Figure 00000003
Figure 00000003

В литературе имеются данные об использовании соединений 1 и 2 в качестве красителя–сенсибилизатора для цветосенсибилизированных солнечных батарей [H. Aihara, T. Shono. Preparation of pyrazine carboxylic acid compounds useful for dye-sensitized solar cells. // Patent JP 2015140319 A, 2015].There is data in the literature on the use of compounds 1 and 2 as a dye – sensitizer for color-sensitized solar cells [H. Aihara, T. Shono. Preparation of pyrazine carboxylic acid compounds useful for dye-sensitized solar cells. // Patent JP 2015140319 A, 2015].

Сведения о других свойствах и областях применения монозамещенных пиразинов, содержащих трифениламиновый заместитель общей формулы (I) отсутствуют.Information on other properties and applications of monosubstituted pyrazines containing a triphenylamine substituent of the general formula (I) is absent.

В литературе описан способ получения соединения (2), который основан на использовании реакции кросс-сочетания по Сузуки 5-(5-бром- тиофен-2-ил)-пиразин-2-карбоновой кислоты (3) с пинаконовым эфиром 4-(дифениламино)фенилбороновой кислоты (4) в 1,4-диоксане в присутствии тетракис(трифенифосфин)палладием(0) и фосфата калия в виде 2М водного раствора при 100° С в течение 24 ч [H. Aihara, T. Shono. Preparation of pyrazine carboxylic acid compounds useful for dye-sensitized solar cells. // Patent JP 2015140319 A, 2015].A method for preparing compound (2) is described in the literature, which is based on the use of the Suzuki cross coupling reaction of 5- (5-bromothiophen-2-yl) -pyrazine-2-carboxylic acid (3) with 4- (diphenylamino pinacone ester ) phenylboronic acid (4) in 1,4-dioxane in the presence of tetrakis (tripheniphosphine) palladium (0) and potassium phosphate in the form of a 2M aqueous solution at 100 ° C for 24 h [H. Aihara, T. Shono. Preparation of pyrazine carboxylic acid compounds useful for dye-sensitized solar cells. // Patent JP 2015140319 A, 2015].

Figure 00000004
Figure 00000004

Соединения Ia и Ib получены аналогичным способом с использованием промотируемой микроволновым излучением реакции кросс-сочетания по Сузуки из 2-хлорпиразин (5) [или 2-(5-бромтиофен-2-ил)пиразин (6)] (1.0 ммоль) и пинаконового эфира 4-(дифениламино)фенилбороновой кислоты (4) (1.2 ммоль) в 1,4-диоксане при 160°С в течение 30 минут.Compounds Ia and Ib were prepared in a similar manner using a microwave-promoted Suzuki cross coupling reaction of 2-chloropyrazine (5) [or 2- (5-bromothiophen-2-yl) pyrazine (6)] (1.0 mmol) and pinacone ester 4- (diphenylamino) phenylboronic acid (4) (1.2 mmol) in 1,4-dioxane at 160 ° C for 30 minutes.

Figure 00000005
Figure 00000005

Времени 30 минут достаточно для протекания реакции, увеличение времени не приводит к существенному увеличению выхода 2-(4-дифениламинофенил)пиразина (Ia) [или 2-[5-(4-дифениламинофенил)-тиофен-2-ил]пиразина (Ib)], тогда как уменьшение времени менее 30 минут приводит к снижению выхода продукта (I).A time of 30 minutes is enough for the reaction to take place; an increase in time does not significantly increase the yield of 2- (4-diphenylaminophenyl) pyrazine (Ia) [or 2- [5- (4-diphenylaminophenyl) thiophen-2-yl] pyrazine (Ib) ], while a decrease in time of less than 30 minutes leads to a decrease in the yield of product (I).

Выделение продукта (I) осуществляют путем хроматографического разделения на силикагеле при соотношении в элюенте этилацетат – гексан, 1:4. Увеличение данного соотношения в пользу гексана приведет к необоснованному расходу растворителя, тогда как при увеличении доли этилацетата в элюенте не происходит селективного отделения целевого продукта общей формулы (I) от побочных примесей.Isolation of product (I) is carried out by chromatographic separation on silica gel with an ethyl acetate-hexane ratio of 1: 4 in the eluent. An increase in this ratio in favor of hexane will lead to an unreasonable consumption of solvent, whereas with an increase in the proportion of ethyl acetate in the eluent, the target product of the general formula (I) is not selectively separated from by-products.

Анализ промежуточных и целевых соединений проводят с использованием ЯМР-спектроскопии (Спектры ЯМР 1Н и 13C измерены на спектрометре Bruker AVANCEIII-500 (500 и 126 МГц) в растворе ДМСО-d6, внутренний стандарт ТМС) и масс-спектры высокого разрешения зарегистрированы на спектрометре Bruker maXis Impact HD (ионизация электрораспылением). Температуры плавления определены на комбинированных столиках Boetius.The analysis of intermediate and target compounds is carried out using NMR spectroscopy ( 1 H and 13 C NMR spectra were measured on a Bruker AVANCE III -500 spectrometer (500 and 126 MHz) in a DMSO-d 6 solution, internal TMS standard) and high resolution mass spectra registered on a Bruker maXis Impact HD spectrometer (electrospray ionization). Melting points are determined on Boetius combi tables.

Пример 1.Example 1

2-Хлорпиразин (5) 115 мг (1.0 ммоль) смешивают с пинаконовым эфиром 4-(дифениламино)фенилбороновой кислоты (4) 446 мг (1.2 ммоль), тетракис(трифенифосфин)палладием(0) 58 мг (0.05 ммоль) и K3PO4 530 мг (2.5 ммоль). Полученную смесь растворяют в 15 мл дегазированного 1,4-диоксана. Полученную смесь облучают микроволновым излучением при 160°С (250 Вт) в течение 30 минут. После этого растворитель отгоняют на роторном испарителе при пониженном давлении, полученный остаток подвергают хроматографическому разделению на колонке с силикагелем (элюент: этилацетат-гексан, 1:4). В результате получают 2-(4-дифениламинофенил)пиразин (Ia) в виде желтого порошка. Выход 259 мг (80 %).2-Chlorpyrazine (5) 115 mg (1.0 mmol) is mixed with 4- (diphenylamino) phenylboronic acid pinaconic ester (4) 446 mg (1.2 mmol), tetrakis (tripheniphosphine) palladium (0) 58 mg (0.05 mmol) and K 3 PO 4 530 mg (2.5 mmol). The resulting mixture was dissolved in 15 ml of degassed 1,4-dioxane. The resulting mixture was irradiated with microwave at 160 ° C (250 W) for 30 minutes. After this, the solvent was distilled off on a rotary evaporator under reduced pressure, and the obtained residue was subjected to silica gel column chromatography (eluent, ethyl acetate-hexane, 1: 4). The result is 2- (4-diphenylaminophenyl) pyrazine (Ia) as a yellow powder. Yield 259 mg (80%).

Т.пл. 74–76°С. Mp 74–76 ° C.

Спектр ЯМР 1Н (500 МГц, ДМСО-d6) δ (м.д.): 9.17 (д, J = 1.5 Гц, 1H), 8.65 (дд, J = 2.5, 1.5 Гц, 1H), 8.52 (д, J = 2.5 Гц, 1H), 8.07–8.04 (м, 2H), 7.39–7.34 (м, 4H), 7.16–7.10 (м, 6H), 7.05–7.01 (м, 2H). 1 H NMR spectrum (500 MHz, DMSO-d 6 ) δ (ppm): 9.17 (d, J = 1.5 Hz, 1H), 8.65 (dd, J = 2.5, 1.5 Hz, 1H), 8.52 (d , J = 2.5 Hz, 1H), 8.07–8.04 (m, 2H), 7.39–7.34 (m, 4H), 7.16–7.10 (m, 6H), 7.05–7.01 (m, 2H).

Спектр ЯМР 13С (126 МГц, ДМСО-d6) δ (м.д.): 151.1, 148.9, 146.5, 144.1, 142.4, 141.4, 129.7, 128.8, 127.8, 124.9, 124.0, 121.6. 13 C NMR spectrum (126 MHz, DMSO-d 6 ) δ (ppm): 151.1, 148.9, 146.5, 144.1, 142.4, 141.4, 129.7, 128.8, 127.8, 124.9, 124.0, 121.6.

Найдено, m/z: 324.1502 [М+Н]+. C22H18N3. Вычислено, m/z: 324.1495. Found, m / z: 324.1502 [M + H] + . C 22 H 18 N 3 . Calculated, m / z: 324.1495.

Пример 2.Example 2

2-(5-Бромтиофен-2-ил)пиразин 241 мг (1.0 ммоль) (6) смешивают с пинаконовым эфиром 4-(дифениламино)фенилбороновой кислоты (4) 446 мг (1.2 ммоль), тетракис(трифенифосфин)палладием(0) 58 мг (0.05 ммоль) и K3PO4 530 мг (2.5 ммоль). Полученную смесь растворяют в 15 мл дегазированного 1,4-диоксана. Полученную смесь облучают микроволновым излучением при 160°С (250 Вт) в течение 30 минут. После этого растворитель отгоняют на роторном испарителе при пониженном давлении, полученный остаток подвергают хроматографическому разделению на колонке с силикагелем (элюент: этилацетат-гексан, 1:4). В результате получают 2-[5-(4-дифениламинофенил)-тиофен-2-ил]пиразин (Ib) в виде желтого порошка. Выход 251 мг (81 %).2- (5-Bromothiophen-2-yl) pyrazine 241 mg (1.0 mmol) (6) is mixed with 4- (diphenylamino) phenylboronic acid pinacone ester (4) 446 mg (1.2 mmol), tetrakis (tripheniphosphine) palladium (0) 58 mg (0.05 mmol) and K 3 PO 4 530 mg (2.5 mmol). The resulting mixture was dissolved in 15 ml of degassed 1,4-dioxane. The resulting mixture was irradiated with microwave at 160 ° C (250 W) for 30 minutes. After this, the solvent was distilled off on a rotary evaporator under reduced pressure, and the obtained residue was subjected to silica gel column chromatography (eluent, ethyl acetate-hexane, 1: 4). The result is 2- [5- (4-diphenylaminophenyl) thiophen-2-yl] pyrazine (Ib) as a yellow powder. Yield 251 mg (81%).

Т.пл. 133–134°С. Mp 133–134 ° C.

Спектр ЯМР 1Н (500 МГц, ДМСО-d6) δ (м.д.): 9.24 (д, J = 1.5 Гц, 1H), 8.57 (дд, J = 2.6, 1.5 Гц, 1H), 8.48 (д, J = 2.6 Гц, 1H), 7.97 (д, J = 3.9 Гц, 1H), 7.67–7.62 (м, 2H), 7.51 (д, J = 3.9 Гц, 1H), 7.37–7.31 (м, 4H), 7.13–7.06 (м, 6H), 7.01–6.97 (м, 2H). 1 H NMR spectrum (500 MHz, DMSO-d 6 ) δ (ppm): 9.24 (d, J = 1.5 Hz, 1H), 8.57 (dd, J = 2.6, 1.5 Hz, 1H), 8.48 (d , J = 2.6 Hz, 1H), 7.97 (d, J = 3.9 Hz, 1H), 7.67–7.62 (m, 2H), 7.51 (d, J = 3.9 Hz, 1H), 7.37–7.31 (m, 4H) , 7.13–7.06 (m, 6H), 7.01–6.97 (m, 2H).

Спектр ЯМР 13С (126 МГц, ДМСО-d6) δ (м.д.): 147.6, 147.4, 146.7, 146.5, 144.0, 142.4, 140.4, 139.2, 129.6, 128.0, 127.0, 126.6, 124.5, 124.1, 123.6, 122.6. 13 C NMR spectrum (126 MHz, DMSO-d 6 ) δ (ppm): 147.6, 147.4, 146.7, 146.5, 144.0, 142.4, 140.4, 139.2, 129.6, 128.0, 127.0, 126.6, 124.5, 124.1, 123.6 , 122.6.

Найдено, m/z: 406.1370 [М+Н]+. C26H20N3S. Вычислено, m/z: 406.1372.Found, m / z: 406.1370 [M + H] + . C 26 H 20 N 3 S. Calculated, m / z: 406.1372.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.Information confirming the possibility of carrying out the invention.

Визуальное обнаружение нитроароматических соединений с использованием заявляемого соединения (I).Visual detection of nitroaromatic compounds using the claimed compound (I).

Для визуального обнаружения нитроароматических соединений с использованием 2-(4-дифениламинофенил)пиразина (Ia) и 2-[5-(4-дифениламинофенил)-тиофен-2-ил]пиразина (Ib) проведено изучение взаимодействия соединения общей формулы I с нитроароматическими соединениями (Таблица 1), которое проводят в растворе сухого дихлорметана в концентрации сенсора 5×10-7 М.To visually detect nitroaromatic compounds using 2- (4-diphenylaminophenyl) pyrazine (Ia) and 2- [5- (4-diphenylaminophenyl) thiophen-2-yl] pyrazine (Ib), the interaction of the compound of general formula I with nitroaromatic compounds was studied (Table 1), which is carried out in a solution of dry dichloromethane in a sensor concentration of 5 × 10 -7 M.

В качестве соединения сравнения используют N,N-дифенил-4-[5- (пиримидин-4-ил)тиофен-2-ил]анилин (II)As a comparison compound, N, N-diphenyl-4- [5- (pyrimidin-4-yl) thiophen-2-yl] aniline (II) is used

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

который имеет оптические характеристики (максимум возбуждения флуоресценции – Ex и максимум испускания флуоресценции – Em), близкие к соединению I (Таблица 2) и для которого описано применение в качестве мономолекулярного оптического сенсора для обнаружения присутствия нитроароматических соединений [E.V. Verbitskiy, A.A. Baranova, K.I. Lugovik, M.Z. Shafikov, K.O. Khokhlov, E.M. Cheprakova, G.L. Rusinov, O.N. Chupakhin, V.N. Charushin. Detection of nitroaromatic explosives by new D–π–A sensing fluorophores on the basis of the pyrimidine scaffold. // Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2016, Vol. 408, Issue 15, P. 4093-4101; Вербицкий Е.В., Чепракова Е.М., Баранова А.А., Хохлов К.О., Русинов Г.Л., Чарушин В.Н. Применение 4-(5-R-тиофен-2-ил)пиримидина в качестве мономолекулярного оптического сенсора для обнаружения нитроароматических соединений. // Патент РФ 2616296 C1, Бюллетень изобретений №11, 2017 от 14.04.2017].which has optical characteristics (maximum fluorescence excitation - Ex and maximum fluorescence emission - Em) close to compound I (Table 2) and for which it is described the use as a monomolecular optical sensor for detecting the presence of nitroaromatic compounds [E.V. Verbitskiy, A.A. Baranova, K.I. Lugovik, M.Z. Shafikov, K.O. Khokhlov, E.M. Cheprakova, G.L. Rusinov, O.N. Chupakhin, V.N. Charushin. Detection of nitroaromatic explosives by new D – π – A sensing fluorophores on the basis of the pyrimidine scaffold. // Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2016, Vol. 408, Issue 15, P. 4093-4101; Verbitsky E.V., Cheprakova E.M., Baranova A.A., Khokhlov K.O., Rusinov G.L., Charushin V.N. The use of 4- (5-R-thiophen-2-yl) pyrimidine as a monomolecular optical sensor for the detection of nitroaromatic compounds. // RF patent 2616296 C1, Bulletin of inventions No. 11, 2017 dated 04/14/2017].

Таблица 1. Перечень нитроароматических соединений, которые могут быть обнаружены с использованием сенсора на основе соединения I.Table 1. List of nitroaromatic compounds that can be detected using a sensor based on compound I.

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Флуоресцентное титрование проводят, используя растворы нитроароматических соединений, перечисленные в Таблице 1, в концентрациях от 5×10-7 М до 1×10-3 М. Fluorescence titration is carried out using solutions of nitroaromatic compounds listed in Table 1, in concentrations from 5 × 10 -7 M to 1 × 10 -3 M.

Для оценки эффективности предлагаемого соединения I определяют значение константы Штерна-Фольмера (Stern-Volmer) – Ksv и пределов обнаружения нитроароматического соединения (detection limit) – DT.To assess the effectiveness of the proposed compound I determine the value of the Stern-Volmer constant (Stern-Volmer) - K sv and the detection limits of nitroaromatic compounds (detection limit) - DT.

Константа Штерна-Фольмера – константа тушения, она же константа ассоциации полученного комплекса предлагаемого соединения с нитроароматическим соединением, выражается уравнением: The Stern-Volmer constant is a quenching constant, it is also the association constant of the obtained complex of the proposed compound with a nitroaromatic compound, is expressed by the equation:

I0/I = 1+Ksv[Q],I 0 / I = 1 + K sv [Q],

где I0 и I – интенсивность флуоресценции до и после добавления нитроароматического соединения (quencher); where I 0 and I - the fluorescence intensity before and after the addition of nitroaromatic compounds (quencher);

Q – концентрация нитроароматического соединения, моль/л; Q is the concentration of nitroaromatic compounds, mol / l;

Ksv – значение константы, л/моль.K sv - constant value, l / mol.

Предел обнаружения нитроароматического соединения в растворе ацетонитрила определяют и рассчитывают в соответствии со следующими формулами:The detection limit of a nitroaromatic compound in an acetonitrile solution is determined and calculated in accordance with the following formulas:

Figure 00000009
Figure 00000009

где Sb – стандартное отклонение путем измерения интенсивности растворов соединения I или соединения сравнения, в отсутствии нитроароматического соединения, более 10 раз; where S b is the standard deviation by measuring the intensity of the solutions of compound I or the comparison compound, in the absence of a nitroaromatic compound, more than 10 times;

xi – интенсивность флуоресценции (в каждом случае) для растворов соединения I или соединения сравнения, в отсутствии нитроароматического соединения;x i is the fluorescence intensity (in each case) for solutions of compound I or a comparison compound, in the absence of a nitroaromatic compound;

Figure 00000010
- средняя интенсивность флуоресценции растворов соединения I или соединения сравнения, в отсутствие нитроароматического соединения;
Figure 00000010
- the average fluorescence intensity of the solutions of compound I or the comparison compound, in the absence of a nitroaromatic compound;

S – величина, характеризующая изменение интенсивности флуоресценции для растворов соединения I или соединения сравнения, в отсутствие нитроароматического соединения и в присутствии раствора нитроароматического соединения с максимальной концентрацией.S is a value characterizing the change in fluorescence intensity for solutions of compound I or a comparison compound, in the absence of a nitroaromatic compound and in the presence of a solution of a nitroaromatic compound with a maximum concentration.

ΔI – разность интенсивности флуоресценции для растворов соединения I или соединения сравнения в отсутствие нитроароматического соединения и в присутствии раствора нитроароматического соединения с максимальной концентрацией.ΔI is the difference in fluorescence intensity for solutions of compound I or a comparison compound in the absence of a nitroaromatic compound and in the presence of a solution of a nitroaromatic compound with a maximum concentration.

Δс – разность концентраций растворов соединения I или соединения сравнения в отсутствие нитроароматического соединения и в присутствии раствора нитроароматического соединения с максимальной концентрацией.Δc is the difference in the concentrations of solutions of compound I or the comparison compound in the absence of a nitroaromatic compound and in the presence of a solution of a nitroaromatic compound with a maximum concentration.

Предлагаемые соединения Ia и Ib превосходит соединение сравнения II как по значению предела обнаружения, так и по величине константы Штерна-Фольмера (Таблица 2). The proposed compounds Ia and Ib are superior to Compound II both in terms of detection limit and in terms of the Stern-Volmer constant (Table 2).

Так, предел обнаружения 2,4,6-тринитротолуола (TNT) при использовании в качестве сенсора соединений Ia и Ib превышает соответствующий предел обнаружения для соединения сравнения в 2 раза. Величина констант Штерна-Фольмера для предлагаемых соединений Ia и Ib также превышает соответствующие значения констант Штерна-Фольмера для соединения сравнения в большинстве случаев в несколько десятков раз. Кроме того, соединения Ia и Ib имеют значительно больший диапазон детектируемых нитросоединений – 18 соединений (Таблица 3), тогда как для соединения сравнения II описано применение лишь в отношении 6 нитроароматических соединений. Thus, the detection limit of 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) when using compounds Ia and Ib as a sensor exceeds the corresponding detection limit for the comparison compound by 2 times. The value of the Stern-Volmer constants for the proposed compounds Ia and Ib also exceeds the corresponding values of the Stern-Volmer constants for the comparison compound in most cases by several tens of times. In addition, compounds Ia and Ib have a significantly larger range of detectable nitro compounds - 18 compounds (Table 3), while for Compound II, only 6 nitroaromatic compounds are described.

Таким образом, полученные результаты для предлагаемого соединения общей формулы (I) показывают высокую чувствительность и селективность для визуального обнаружения широкого ряда нитроароматических соединений. Thus, the results obtained for the proposed compounds of General formula (I) show high sensitivity and selectivity for the visual detection of a wide range of nitroaromatic compounds.

Таблица 2. Значения констант тушения флуоресценции (констант Штерна-Фольмера) и пределов обнаружения различных нитроароматических соединений для соединения Ia, Ib и соединения сравнения – N,N-дифенил-4-[5- (пиримидин-4-ил)тиофен-2-ил]анилинa (II). Table 2. The values of the fluorescence quenching constants (Stern-Volmer constants) and the detection limits of various nitroaromatic compounds for compound Ia, Ib and comparison compound N, N-diphenyl-4- [5- (pyrimidin-4-yl) thiophen-2- il] aniline (II).

Figure 00000011
Figure 00000011

Измерения фотофизических свойств для соединений Ia и Ib проведены в дихлорметане, для соединения сравнения – N,N-дифенил-4-[5- (пиримидин-4-ил)тиофен-2-ил]анилинa (II) измерения проводили в растворе ацетонитрила.The photophysical properties were measured for compounds Ia and Ib in dichloromethane, for the comparison compound N, N-diphenyl-4- [5- (pyrimidin-4-yl) thiophen-2-yl] aniline (II), the measurements were carried out in an acetonitrile solution.

Ex – Максимум возбуждения флуоресценции;Ex - Maximum excitation of fluorescence;

Em – Максимум испускания флуоресценции;Em - Maximum fluorescence emission;

φ – Относительный квантовый выход. В качестве стандарта для измерения относительного квантового выхода использовали раствор хинин сульфата (φ = 0.55) в 0.1 Н H2SO4. Методика определения относительного квантового выполнена согласно процедуре, описанной в литературе [A. M. Brouwer. Standards for photoluminescence quantum yield measurements in solution (IUPAC Technical Report). // Pure Appl. Chem. 2011, 83, 2213-2228].φ - Relative quantum output. A solution of quinine sulfate (φ = 0.55) in 0.1 N H 2 SO 4 was used as a standard for measuring the relative quantum yield. The method of determining the relative quantum is performed according to the procedure described in the literature [AM Brouwer. Standards for photoluminescence quantum yield measurements in solution (IUPAC Technical Report). // Pure Appl. Chem. 2011, 83, 2213-2228].

Таблица 3. Значения констант тушения флуоресценции (констант Штерна-Фольмера) и пределов обнаружения различных нитроароматических соединений для соединения Ia и Ib. Table 3. Values of the fluorescence quenching constants (Stern-Volmer constants) and the detection limits of various nitroaromatic compounds for compounds Ia and Ib.

Figure 00000012
Figure 00000012

Claims (3)

Применение 2-монозамещенных пиразинов, содержащих трифениламиновый заместитель, общей формулы (I)The use of 2-monosubstituted pyrazines containing triphenylamine Deputy, General formula (I)
Figure 00000013
Figure 00000013
в качестве мономолекулярного оптического сенсора для обнаружения нитроароматических соединений.as a monomolecular optical sensor for detecting nitroaromatic compounds.
RU2019135287A 2019-11-05 2019-11-05 Use of monosubstituted pyrazines containing triphenylamine substitute, as monomolecular sensors for detecting nitroaromatic compounds RU2723243C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135287A RU2723243C1 (en) 2019-11-05 2019-11-05 Use of monosubstituted pyrazines containing triphenylamine substitute, as monomolecular sensors for detecting nitroaromatic compounds

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135287A RU2723243C1 (en) 2019-11-05 2019-11-05 Use of monosubstituted pyrazines containing triphenylamine substitute, as monomolecular sensors for detecting nitroaromatic compounds

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2723243C1 true RU2723243C1 (en) 2020-06-09

Family

ID=71067826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019135287A RU2723243C1 (en) 2019-11-05 2019-11-05 Use of monosubstituted pyrazines containing triphenylamine substitute, as monomolecular sensors for detecting nitroaromatic compounds

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2723243C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103145763A (en) * 2013-03-02 2013-06-12 大连理工大学 Novel cyclometal ligand-platinum complex and preparation method and application thereof
JP2015140319A (en) * 2014-01-29 2015-08-03 東ソー株式会社 Pyrazine carboxylic acid compound, manufacturing method therefor and dye-sensitized solar cell
RU2616296C1 (en) * 2016-01-11 2017-04-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук 4-(5-r-thiophene-2-yl)pyrimidine application as monomolecular optical sensor for nitroaromatic compounds detection

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103145763A (en) * 2013-03-02 2013-06-12 大连理工大学 Novel cyclometal ligand-platinum complex and preparation method and application thereof
JP2015140319A (en) * 2014-01-29 2015-08-03 東ソー株式会社 Pyrazine carboxylic acid compound, manufacturing method therefor and dye-sensitized solar cell
RU2616296C1 (en) * 2016-01-11 2017-04-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук 4-(5-r-thiophene-2-yl)pyrimidine application as monomolecular optical sensor for nitroaromatic compounds detection

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K. Hoffert, R. J. Durand, S. Gauthier, F. Robin-le Guen, S. Achelle. Synthesis and Photophysical Properties of a Series of Pyrazine-Based Push-Pull Chromophores. European Journal of Organic Chemistry, вып. 3, стр.: 523-529, 2017. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. A fluorescent probe for hydrazine based on a newly developed 1-indanone-fused coumarin scaffold
Wang et al. The coumarin conjugate: synthesis, photophysical properties and the ratiometric fluorescence response to water content of organic solvent
Li et al. N-Heteroaryl-1, 8-naphthalimide fluorescent sensor for water: Molecular design, synthesis and properties
Wu et al. A real-time colorimetric and ratiometric fluorescent probe for sulfite
Feng et al. Readily prepared iminocoumarin for rapid, colorimetric and ratiometric fluorescent detection of phosgene
Ganguly et al. Selective fluorescence sensing of Cu (II) and Zn (II) using a new Schiff base-derived model compound: naked eye detection and spectral deciphering of the mechanism of sensory action
Malval et al. A highly selective fluorescent molecular sensor for potassium based on a calix [4] bisazacrown bearing boron-dipyrromethene fluorophores
Zhang et al. A solvatochromic cyanostilbene derivative as an intensity and wavelength-based fluorescent sensor for water in organic solvents
Xiang et al. A colorimetric and ratiometric fluorescent probe for detection of palladium in the red light region
Li et al. Chemical sensing failed by aggregation-caused quenching? A case study enables liquid/solid two-phase determination of N2H4
Li et al. Novel mercury sensor based on water soluble styrylindolium dye
Okutan et al. Colorimetric fluorescent sensors for hemoglobin based on BODIPY dyes
Chan et al. Ratiometric pH responsive fluorescent probes operative on ESIPT
CN107286102A (en) A kind of small molecule state of aggregation Fluorescence Increasing type mercury ion probe
Xie et al. A novel ratiometric fluorescent mercury probe based on deprotonation-ICT mechanism
CN106543213A (en) A kind of infrared Novel BODIPY flourescent dye and its preparation method and application
CN102634333A (en) High-sensitive-polarity fluorescent probe by taking acenaphtho-pyrazine as mother body and preparation method and application thereof
Şenkuytu et al. Bodipy decorated triazine chemosensors for Ag+ ions with high selectivity and sensitivity
Mac et al. New Fluorescent Sensors Based on 1 H-pyrazolo [3, 4-b] quinoline Skeleton
Huang et al. A pyridyl functionalized rhodamine chemodosimeter for selective fluorescent detection of mercury ions and cell imaging
Naik et al. A coumarin coupled tetraphenylethylene based multi-targeted AIEgen for cyanide ion and nitro explosive detection, and cellular imaging
Zhang et al. A new spiropyran-based fluorescent probe for dual sensing of ferrous ion and pH
Sawminathan et al. A new imidazole based phenanthridine probe for ratiometric fluorescence monitoring of methanol in biodiesel
Bayindir et al. The easy synthesis of new N-substituted 5-oxindoline-rhodanines and their sensing ability: the recognition of acetate ions in aqueous solution
Liu et al. A ratiometric fluorescent probe 4-(benzothiazol-2-yl)-2-hydroxy benzaldehyde for detecting malononitrile: Theoretical investigation on the ICT and ESIPT mechanism