Спиновые аддукты при фотолизе смешанного бензоильного фосфониево-иодониевого илида в дихлорметане

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Смешанные фосфониево-иодониевые илиды представляют интерес в качестве регентов для синтеза новых гетероциклических соединений. Ранее показано, что реакции фосфониево-иодониевых илидов под действием света происходят с образованием радикалов. В работе с помощью спиновых ловушек PBN и DMPO исследованы радикалы, образующиеся при фотолизе как самого илида, так и соединений, являющимихся его фрагментами, дифенилиодониевая соль и трифенилфосфин, или участвующие в его реакциях, а именно дихлорметан и фенилацетилен. Полученные результаты подтвердили радикальный механизм фотораспада илида и позволили уточнить состав первичных радикалов, образующихся при фотолизе. Определены ранее неизвестные значения магнитно-резонансных параметров спиновых аддуктов для некоторых радикалов.

Полный текст

1. ВВЕДЕНИЕ

В последние годы смешанные фосфониево-иодониевые илиды (Y) привлекают значительное внимание в качестве реагентов для синтеза новых гетероциклических соединений, которые находят все большее применение как функциональные материалы в органической электронике и в тест-системах для анализа биологических систем [1–4]. Особенно интересными с практической точки зрения являются реакции фотораспада Y и их взаимодействие с ацетиленами, которые происходят в дихлорметане. Первоначально предполагалось, что реакции фотораспада Y протекают по ионному механизму, и гетероциклы разных классов получаются из одного и того же промежуточного карбокатиона, который образуется в результате отщепления PhI+ при фотолизе [5]. Однако недавно была установлена возможность радикального распада илидов [6–8] и предложен возможный механизм гомолитического распада для смешанного бензоильного илида 1 (Cхема 1), аналогичный распаду диарилиодониевых солей. Образующиеся радикальные продукты могут реагировать как с растворителем, так и с добавленными ацетиленами.

 

Схема 1

 

Отметим, что радикалы, образовавшиеся из илида 1, были зафиксированы методом стационарной ЭПР-спектроскопии, которая позволяет детектировать долгоживущие радикалы. В то же время очевидно, что при гомолитическом распаде Y должны происходить химические реакции с участием короткоживущих радикалов PhI+• и радикалов из CH2Cl2. Для понимания механизма химических реакций с участием Y и их контроля необходима идентификация всех типов радикалов на разных стадиях фотохимических превращений Y.

Для решения данной задачи был выбран метод спиновых ловушек. Метод основан на реакции короткоживущего радикала R со спиновой ловушкой, приводящей к образованию стабильного нитроксильного радикала (спинового аддукта) [9, 10]. По g-фактору и изотропным константам сверхтонкого взаимодействия (СТВ) образующегося нитроксильного радикала определяется природа присоединенного короткоживущего радикала. Отметим, что константы СТВ нитроксильного радикала зависят от полярности растворителя [11–15]. В полярных растворителях равновесие сдвинуто в сторону цвиттер-ионной структуры нитроксила, в которой на атоме азота сосредоточено больше спиновой плотности, и, соответственно, выше изотропная константа СТВ радикала. Зависимость констант СТВ от растворителя затрудняет интерпретацию экспериментальных данных. К сожалению, значения магнитно-резонансных параметров спиновых аддуктов определены не для всех растворителей. Поэтому прежде всего в данной работе были выполнены модельные эксперименты для определения констант СТВ предполагаемых спиновых аддуктов в используемом растворителе.

Короткоживущий радикал R может также вступать в реакцию с нитроксильным радикалом, образуя при этом диамагнитный продукт. Данная реакция является вторичной, однако она также присутствует в растворе и влияет на время жизни спинового аддукта. В настоящей работе мы использовали две спиновые ловушки, PBN и DMPO. Выбор обусловлен тем, что спиновая ловушка PBN широко применяется для детектирования радикалов с неспаренными электронами, локализованными на атомах углерода, фосфора или азота, в то время как спиновая ловушка DMPO служит для идентификации алкокси- и перекисных радикалов [9, 10]. Структуры спиновых ловушек PBN и DMPO и их реакции с короткоживущими радикалами представлены на Схеме 2.

 

Схема 2

 

Метод спиновых ловушек является изящным инструментом идентификации короткоживущих радикалов и нашел широкое применение в разных областях химии и биологии. Однако экспериментально измеренных данных магнитно-резонансных параметров ЭПР-спектров аддуктов спиновой ловушки DMPO с углерод-центрированными радикалами не так много, как для PBN. Поэтому, некоторые полученные в работе данные ЭПР являются новыми, что повышает актуальность работы.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Илид 1 ((2-оксо-2-фенил-1-(трифенил-λ5-фосфанилиден)этил)(фенил) иодоний тетрафторборат), общая формула представлена ниже, синтезировали согласно методике, предложенной в работах [16, 17].

 

1

 

Хлористый метилен (эталонный, “Компонент-Реактив”, Россия) не содержащий стабилизатора и HCl, спиновые ловушки 5,5-диметилпирролин-N-оксид (DMPO, “Abcam”, UK) и N-трет-Бутил-α-фенилнитрон (PBN, “Sigma-Aldrich”), дифенилиодониум хлорид ((Ph)2I+Cl-, ACROS Organics, Belgium), трифенилфосфин (Ph3P, ACROS Organics) использовали без предварительной очистки. Фенилацетилен (“Sigma-Aldrich”) очищали перед использованием перегонкой.

Концентрация соединений в исследуемых растворах СН2Cl2: дифенилиодониевая соль – 40 мМ, трифенилфосфин – 50 мМ, фенилацетилен – 150 мМ, илид 1 – 50 мМ. Концентрация ловушек в растворах – 50 мМ.

Облучение исследуемых растворов проводили УФ-излучением с длиной волны λ = 365 нм (АФС-УФ 365 “Соларис”, Россия). Спектры ЭПР Х-диапазона регистрировали на спектрометре EMX (Bruker, Germany). Облучение проводили в стеклянных ампулах внутренним диаметром ~1.5 мм. Сразу после облучения ампулы с образцом помещали в резонатор ЭПР-спектрометра. Мощность микроволнового поля во избежание эффектов насыщения была не более 2 мВт. При записи спектров амплитуда модуляции (100 кГц) всегда не превышала наименьшую ширину резонансной линии. Для определения значений магнитно-резонансных параметров ЭПР сигналов использовали программы WINEPR и SIMFONIA (Bruker, Germany), а также WinSim (NIEHS/NIH, USA) [18]. Значения магнитно-резонансных параметров аддуктов, полученных при моделировании экспериментальных спектров, представлены в табл. 1. Отметим, что спектры регистрировали непосредственно в процессе реакции, что, несомненно, влияло на точность определения как констант сверхтонкого взаимодействия (СТВ) спиновых аддуктов, так и их g-факторов. Погрешность в определении констант СТВ составляла ~5–10%, для g-фактора – ±0.0001.

 

Таблица 1. Значения магнитно-резонансных параметров спиновых аддуктов PBN и DMPO и возможные структуры короткоживущих радикалов, образующихся при УФ-облучении (λ = 365 нм) соответствующих соединений в СН2Cl2 при 290 К

Соединение

Радикалы

aN, Гс

aH, Гс

Костанты СТВ на других ядрах, Гс

g-Фактор

PBN

СН2Cl2

PBN/СН2Cl

13.5

1.7

 

2.0063

Ph2I+ Cl-

PBN/Ph.

PBN/Cl

PBN/СН2Cl

14.7

12.45

13.4

2.7

0.8

1.8

a35Cl = 6.2

a37Cl = 5.2

2.0062

2.0064

2.0063

(Ph)3P

PBN/Ph

PBN/Ph2P

14.7

14.5

2.6

3.6

aP = 16.5

2.0062

2.0061

Ph–C ≡ CH

PBN/СН2Cl

PBN/Ph-C=CH-R

13.5

15.9

1.7

2.2

 

2.0063

2.0060

Илид 1

PBN/F.

PBN-2

12.5

14.13

2.2

7.75

aF = 50.0

aP = 8.85

2.0064

2.0061

DMPO

СН2Cl2

DMPO/СН2Cl

13.0

8.7

aН = 1.6

2.0063

Ph2I+Cl-

DMPO/СН2Cl

DMPO-3

DMPOX

13.0

12.45

6.7

9.2

aН = 1.0

aН = 1.5 2(Н)

aН = 3.5 (2Н)

2.0063

2.0062

2.0067

(Ph)3P

DMPO/Ph

DMPO/PPh2

DMPO/СНCl2

14.6

14.1

14.2

20.7

16.8

13.8

aP = 37.4

aН = 1.4

2.0061

2.0060

2.0063

Ph–C ≡ CH

DMPO/Ph-C=CH-R (>90%)

14.15

15.2

19.4

aН = 2.5 (2Н)

2.0061

2.0062

Илид 1

DMPO-5

DMPO/F

DMPO/Ph

6.9

12.4

14.1

2.1

21.5

aP = 13.1,

aН = 0.7 (2Н)

aF = 49.0

aН = 0.9 (2Н)

2.0059

2.0065

2.0061

 

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Дихлорметан СН2Cl2

Как предположили авторы работы [19], дихлорметан в фотохимических реакциях фосфониево-иодониевых илидов выступает не только как растворитель, но может также быть реагентом. На рис. 1 представлены экспериментальные и симулированные спектры ЭПР спиновых аддуктов PBN и DMPO, образующихся при УФ-облучении СН2Cl2. Полученные значения магнитно-резонансных параметров хорошо коррелируют с уже известными в литературе данными для захваченного (СН2Cl) радикала [20–23]. Этот радикал, как показано в работах [23–25], образуется при фотокаталитическом разложении и окислении СН2Cl2.

 

Рис. 1. Экспериментальные (черные линии) и теоретические (красные линии) спектры ЭПР аддуктов PBN (спектр 1) и DMPO (спектр 2) после 4-минутного фотолиза (λ = 365 нм) раствора дихлорметана CH2Cl2 при 290 K.

 

Отметим широкие линии сигналов в спектрах DMPO/(СН2Cl). По всей видимости, они имеют дополнительные малые расщепления на магнитных ядрах. Введение константы СТВ a1/2 = 1.7 Гс, использованное нами, улучшает совпадение модельного и экспериментального спектров.

Дифенилиодониевая соль Ph2I+Cl

Иодониевые соли (а смешанные фосфониево-иодониевые илиды можно считать иодониевой солью) могут подвергаться распаду по обеим связям С‒I+‒Ph с образованием соответствующих радикалов [26, 27]. Рассмотрим, какие радикалы детектируются спиновыми ловушками при фотоиндуцированном распаде Ph2I+Cl-.

На рис. 2 представлены экспериментальные (черные линии) и симулированные (красные линии) ЭПР-спектры аддуктов PBN (рис. 2а) и DMPO (рис. 2б), зарегистрированные после УФ-облучения Ph2I+Cl- в СН2Cl2.

 

Рис. 2. Экспериментальные (черные линии) и теоретические (красные линии) ЭПР-спектры спин-аддуктов PBN (а) и DMPO (б), зарегистрированные после 3-минутного УФ-облучения Ph2I+Cl- в СН2Cl2 при температуре 290 K; (а) – спектры аддуктов PBN после облучения в течение 0 – (1), 5 – (2), 25 мин (3); б – ЭПР-спектр аддуктов DMPO (1), зарегистрированный после 3-минутного фотолиза раствора (звездочками отмечены линии ЭПР, относящиеся к аддукту DMPO/СН2Cl); ЭПР-спектр аддуктов DMPO (2), зарегистрированный после 10-минутного фотолиза раствора.

 

В первые минуты после УФ-облучения с помощью ловушки PBN детектируется спиновой аддукт (рис. 2а, спектр 1) с магнитно-резонансными параметрами (см. табл. 1), близкими к PBN/Ph. Согласно данным из работы [11], для PBN/Ph константы СТВ следующие: aN = 14.68 Гс, aH = 2.58 Гс. Отметим, что в аддукте PBN/IPh+ расщепление на атоме иода может не наблюдаться, если радикал присоединился по бензольному кольцу. Поэтому сказать точно какой радикал, Ph или IPh+•, был захвачен, не представляется возможным.

Со временем в ЭПР-спектре аддуктов PBN появляются другие радикалы (рис. 2a, спектр 2, табл. 1). Их суперпозиционный спектр хорошо моделируется сигналами от PBN/Cl (55% в композиционном спектре, aN = 12.45 Гс, aH = 0.8 Гс, a35Cl = 6.2 Гс, a37Cl = 5.2 Гс для PBN/Cl [20, 21]), PBN/СН2Cl (9% в композиционном спектре) и уже образовавшемуся в растворе PBN/Ph (12% в композиционном спектре). Через 25 мин сигнал от PBN/Cl исчезает, и остаются сигналы от PBN/Ph и PBN/СН2Cl (рис. 2a, спектр 3).

В присутствии DMPO после фотолиза раствора Ph2I+Cl- наблюдается спектр ЭПР (рис. 2б, спектр 1), представляющий собой суперпозицию сигналов двух аддуктов DMPO. Первый сигнал относится к уже известному DMPO/СН2Cl (55% в композиционном спектре). Константы СТВ для второго аддукта указывают на отсутствие протона в β-положении соответствующего нитроксильного радикала. Отметим, что в присутствии ионов хлора и хлорсодержащих соединений, DMPO могут подвергаться окислительно-восстановительным реакциям с образованием продуктов, отличных от наблюдаемых в других условиях [28–31]. По константам СТВ и g-фактору можно предположить, что в нашем случае образуется нитроксильный радикал (DMPO-3) в результате следующих реакций (см. Cхему 3).

 

Схема 3

 

Облучение раствора диарилиодониевой соли в присутствии DMPO в течение 10 мин изменяет вид спектра (рис. 2б, спектр 2). В нем доминирует (> 90%) сигнал с константами СТВ aN = 6.7 Гс и aH = 3.5 Гс (2H). Отметим, что типичные значения констант СТВ на атоме азота для аддуктов DMPO лежат в диапазоне ~12‒16 Гс [20], если реакция присоединения короткоживущего радикала протекает по обычной схеме (см. Схему 2). Полученное в нашем эксперименте значение константы aN значительно отличается. Отметим также отсутствие константы на протоне в β-положении. Полученные значения констант СТВ близки к константам 5,5-диметил-2-пирролидон-оксильного радикала (DMPOX) [28–31], который образуется в результате окислительной реакции DMPO. Структура данного радикала представлена ниже:

 

 

Трифенилфосфин (Ph)3P

Как мы предположили ранее [6–8], при фотолизе илида 1 образующиеся радикалы содержат трифенилфосфониевую группу. Поэтому с использованием спиновых ловушек были исследованы радикалы, возникающие при фотолизе трифенилфосфина (Ph)3P в CH2Cl2. Согласно данным работ [32, 33] фотолиз (Ph)3P ведет к образованию радикалов Ph и Ph2P. Спектры ЭПР спиновых аддуктов PBN (рис. 3, спектр 1) и DMPO (рис. 3, спектр 2), регистрируемых при фотолизе трифенилфосфина (Ph)3P в растворе CH2Cl2, представляют собой суперпозицию нескольких сигналов, относящихся к аддуктам с разными захваченными радикалами (табл. 1).

 

Рис. 3. Экспериментальные (черные линии) и теоретические (красные линии) ЭПР-спектры спиновых аддуктов, зарегистрированные после УФ-облучения раствора (Ph)3P в СН2Cl2 при 290 K: 1 – спектр аддуктов PBN, зарегистрированный после 80-секундного УФ-облучения раствора; 2 – спектр ЭПР аддуктов DMPO после 120-секундного УФ-облучения раствора.

 

Спектр ЭПР аддуктов PBN описывается суперпозицией двух сигналов. Первый сигнал можно отнести к аддукту PBN/Ph (30% в композиционном спектре), так как значения его спектральных параметров практически совпадают с величинами для PBN/Ph, полученными нами при фотолизе Ph2I+Cl- и известными из работы [28]. Значения констант СТВ второго сигнала (70% в композиционном спектре) близки к аддукту PBN с радикалом Ph2P. По данным, приведенным в работах [32, 33], значения констант СТВ для PBN/Ph2P составляют: aN = 14.1 Гс, aH = 3.2 Гс, aP = 18.2 Гс в бензоле. Как отмечалось выше, величины изотропных констант СТВ зависят от полярности растворителя, поэтому незначительное различие в них может наблюдаться для разных растворителей. Отметим, что значения констант СТВ на атоме фосфора в известных аддуктах PBN с фосфор-центрированными радикалами лежат в диапазоне 17‒19 Гс [20, 32, 34].

Спектр ЭПР аддуктов DMPO представляет собой суперпозицию трех сигналов. Параметры первого сигнала соответствуют величинам для DMPO/PPh2 (40% в композиционном спектре). Согласно данным из работ [20, 32, 34] значения констант СТВ этого аддукта в бензоле ‒ aN = 13.6 Гс, aH = 18.3 Гс, aP = 37.2 Гс, что соответствует с полученным в нашем эксперименте результатам. Вторым захваченным радикалом (20% в композиционном спектре) можно считать Ph, так как расчетные значения констант СТВ хорошо согласуются с данными, приведенными в работах [20, 35]. Третьим захваченным радикалом (40% в композиционном спектре) может быть СНCl2. На это указывает величина g-фактора данного аддукта и значения констант СТВ на атоме азота и водорода, которые отличаются от значений для захваченного СН2Cl радикала. Интересно отметить, что данный радикал при фотолизе СН2Cl2 нами не регистрировался (см. выше).

Фенилацетилен

Как отмечалось выше, реакции смешанных фосфониево-иодониевых илидов с ацетиленами создают дополнительные возможности для получения новых, ранее труднодоступных фосфорсодержащих гетероциклических соединений, позволяя синтезировать их в одну стадию при комнатной температуре. Для определения механизма данных реакций необходимо знать прежде всего какие радикалы могут образовываться в самом ацетилене. В данной работе нами был выбран фенилацетилен.

Полученные ЭПР-спектры аддуктов PBN в растворе фенилацетилена описываются суперпозицией двух основных сигналов (рис. 4, спектр 1, табл. 1). Значения спектральных параметров первого сигнала близки по величине к аддукту PBN/СН2Cl (49% в композиционном спектре). Вторым захваченным радикалом (51% в композиционном спектре), может быть радикал со структурой, подобной радикалу Ph-C=CH-R, ведущему полимеризацию ацетиленов [36]. Отметим, что значение константы СТВ на атоме азота второго радикала достаточно большое (~15.9 Гс), что характерно для присоединенных алкильных радикалов [20, 37–39].

 

Рис. 4. Экспериментальные (черные линии) и теоретические (красные линии) ЭПР-спектры аддуктов PBN (спектр 1) и DMPO (спектр 2), зарегистрированные после УФ-облучения раствора фенилацетилена в СН2Cl2 при 290 К.

 

В растворе фенилацетилена после фотолиза в присутствии DMPO также детектируются несколько аддуктов с разными захваченными радикалами (рис. 4, спектр 2, табл. 1). Доминирующим нитроксильным радикалом (> 90% в композиционном спектре), как и в случае с PBN, предположительно, является аддукт DMPO c радикалом Ph-C=CH-R, ведущим полимеризацию. Его значения магнитно-резонансных параметров наиболее близки к известным в литературе данным для DMPO/Ph и DMPO/СН2Ph [20, 35].

Вторым по вкладу в композиционный спектр (чуть более 7%) может быть нитроксильный радикал с константами СТВ aN = 15.2 Гс и aH = 2.5 Гс (2Н). Как и при фотолизе раствора дифенилиодониевой соли, данный нитроксильный радикал может быть продуктом окислительно-восстановительных реакций DMPO в растворе. Константы СТВ других радикалов определить не представляется возможным из-за их слабых сигналов в суперпозиционном ЭПР-спектре.

Илид 1

В работах [6–8] показано, что при фотолизе илида l происходит образование радикальных интермедиатов, была предложена схема радикального распада илида (Схема 1) и зарегистрированы долгоживущие радикалы 2 с помощью стационарной ЭПР-спектроскопии. Используя спиновые ловушки, можно предположить какие еще радикалы могут образовываться.

На рис. 5 представлены ЭПР-спектры аддуктов PBN (спектр 1) и DMPO (спектр 2), полученные после фотолиза растворов илида 1 в СН2Cl2.

 

Рис. 5. Экспериментальные (черные линии) и теоретические (красные линии) спектры ЭПР аддуктов PBN (спектр 1) и DMPO (спектр 2) после фотолиза (λ = 365 нм) раствора илида 1 в CH2Cl2 при 290 К. На вставке – усиленная в 100 раз низкопольная компонента сигнала от DMPO/F-радикала.

 

Спектр аддуктов PBN представляет собой суперпозицию ЭПР-сигналов двух нитроксильных радикалов (на рис. 5 их линии ЭРП отмечены “+” и “*”). Значения констант СТВ первого радикала (линии ЭПР отмечены значком “*” на рис. 5, спектр 1) близки к данным для нитроксильного радикала, образовавшегося в результате реакции спиновой ловушки с атомом фтора, т.е. PBN/F. Согласно данным из работ [20, 40, 41], значения констант СТВ на атомарном фторе в аддуктах PBN находятся в диапазоне 35–49 Гс, что близко к значению в 50 Гс, полученному нами. Этот результат указывает на возможное участие противоиона (BF4-) в фотохимических реакциях илида 1.

Второй радикал (линии ЭПР отмечены значком “+” на рис. 5, спектр 1) относится к аддукту с захваченным углерод-центрированным радикалом, в структуре которого близко от реакционного центра находится атом со спином 1/2. Этим радикалом, согласно структуре илида 1, может быть атом фосфора. В работе [8] расшифрована сверхтонкая структура ЭПР-спектров долгоживущего радикала и предложена его структурная формула (радикал 2 на Схеме 1). По нашему мнению, именно радикал 2 реагирует с ловушкой с образованием аддукта PBN-2:

 

 

Сравнение значений магнитно-резонансных параметров данного аддукта с параметрами аддуктов с фосфор-центрированными радикалами (см. выше) подтверждает наше предположение. Значения констант СТВ на атоме фосфора значительно меньше в наблюдаемом нами радикале, а константа СТВ на водороде больше и по своей величине близка к константе на атоме фосфора в данном нитроксильном радикале (табл. 1).

В растворе CH2Cl2 илида 1 в присутствии DMPO после фотолиза детектируется интенсивный ЭПР-спектр (рис. 5, спектр 2). Моделирование спектра предполагало наличие трех разных радикалов в растворе. Значения магнитно-резонансных параметров первых двух аддуктов DMPO хорошо известны в литературе [11, 20], их относят к DMPO/Ph (на рис. 5 спектр 2 отмечены значком “*”) и DMPO/F (рис. 5, спектр 2, вставка). Наличие DMPO/Ph в растворе подтверждает механизм фотораспада илидов, предложенный нами в работах [6–8].

Третьим захваченным радикалом в растворе по аналогии с PBN может быть радикал 2 илида. Согласно классической схеме (Схема 2), при его реакции с DMPO должен образоваться нитроксильный радикал (DMPO-2):

 

Схема 4

 

Однако в спектре полученного аддукта отсутствует расщепление на β-протоне и значение константы СТВ на атоме азоте (aN = 6.9 Гс) существенно ниже стандартного значения. Образование аддукта с таким низким значением aN может указывать на то, что присоединенный радикал является протонированной формой радикала 2. Тогда, согласно результатам, приведенным в работах [30, 31], в исследуемой системе могут протекать реакции, представленные на Схеме 5.

 

 

Схема 5

 

В результате этих реакций образуется аддукт DMPO-5. Именно данная структура аддукта удовлетворительно объясняет значения констант СТВ на азоте, фосфоре и двух протонах пирролинового цикла (табл. 1).

Образование радикала 4 предполагалось ранее на основе анализа спектра ЭПР, регистрируемого в процессе фотолиза 1 при комнатной температуре [6].

Отметим, что в литературе хорошо известны значения параметров аддуктов PBN и DMPO с фосфор-центрированными радикалами и нет данных, с которыми можно было бы сравнивать параметры по углерод-центрированным радикалам с близко находящимся в структуре атомом фосфора. Идентификация и объяснение значений магнитно-резонансных параметров спиновых аддуктов PBN и DMPO с радикалами 2 и 4 выполнены впервые.

Как показано в работах [16, 17, 19], фотохимические реакции смешанных фосфониево-иодониевых илидов с ацетиленами являются сложными и многостадийными. В настоящей работе определены радикальные интермедиаты отдельных соединений, участвующих в таких реакциях, необходимые для понимания механизма их действия в смеси илидов с ацетиленами. В дальнейшем планируются исследования фотохимических реакций илидов с разными ацетиленами и в разных растворителях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В присутствии спиновых ловушек PBN и DMPO, проведено ЭПР-исследование фотохимической реакции распада смешанного фосфониево-иодониевого илида и соединений, участвующих в его реакциях с ацетиленами в растворе СН2Cl2. Определены значения магнитно-резонансных параметров образующихся аддуктов, позволившие идентифицировать структуру захваченных радикалов. Полученные результаты подтвердили радикальный механизм фотораспада илида, предложенный в более ранних наших работах.

Показано, что как спиновая ловушка DMPO, так и ее аддукты, образующиеся в фотохимических реакциях смешанных фосфониево-иодониевых илидах в растворе СН2Cl2 могут подвергаться окислительно-восстановительным реакциям, в результате которых образуются нитроксильные радикалы с нетипичными значениями констант СТВ. Наличие радикалов СН2Cl, СНCl2 доказывает, что дихлорметан в фотохимических реакциях может выступать не только как растворитель, но и как реагент.

Спектральные измерения методом ЭПР-спектроскопии проводились в Центре коллективного пользования ИБХФ РАН “Новые материалы и технологии”.

Работа выполнена в рамках госзадания ИБХФ РАН (тема № 122041400114-2).

×

Об авторах

И. Д. Потапов

Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: nekip@sky.chph.ras.ru
Россия, Москва; Москва

М. В. Мотякин

Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук

Email: nekip@sky.chph.ras.ru
Россия, Москва

T. А. Подругина

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: nekip@sky.chph.ras.ru
Россия, Москва

Т. Д. Некипелова

Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: nekip@sky.chph.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Baumgartner T. // Acc. Chem. Res. 2014. V. 47. № 5. P. 1613; https://doi.org/10.1021/ar500084b
  2. Regulska E., Romero-Nieto C. // Dalton Trans. 2018. V. 47. № 31. P. 10344; https://doi.org/10.1039/C8DT01485J
  3. Duffy M. P., Delaunay W., Bouit P. et al. // Chem. Soc. Rev. 2016. V. 45. № 19. P. 5296; https://doi.org/10.1039/C6CS00257A
  4. Belyaev A., Chen Y.-T., Su S.-H. et al. // Chem. Commun. 2017. V. 53. № 79. P. 10954; https://doi.org/10.1039/C7CC06882D
  5. Kampmeier J. A., Nalli T. W. // J. Org. Chem. 1994. V. 59. № 6. P. 1381; https://doi.org/10.1021/jo00085a030
  6. Некипелова Т.Д.,Каспаров В.В., Коварский А.Л. и др. // Докл. АН. 2017. Т. 474. № 6. С. 707.
  7. Некипелова Т. Д., Мотякин М. В., Каспаров В. В. и др. // Хим. физика. 2019. Т. 38. № 12. С. 19.
  8. Потапов И. Д., Мотякин М. В., Некипелова Т. Д., Подругина Т. А. // Изв. АН. Сер. хим. 2024. T. 73. № 3. C. 523.
  9. Villamena F.A. Reactive species detection in biology. From Fluorescence to Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy. Amsterdam: Elsevier, Science, 2016.
  10. Davies M. J. // Methods. 2016. V. 109. P. 21; https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2016.05.013
  11. Janzen E. G., Coulter G. A., Oehler U. M. et al. // Can. J. Chem. 1982. V. 60. № 21. P. 2725; https://doi.org/10.1139/v82-392
  12. Chumakova N. A., Lazhko A. E., Matveev M. V. et al. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2023. V. 16. № 8. P. 1397; https://doi.org/10.1134/S1990793122080073
  13. Ivanova T. A., Zubanova E. M., Popova A. A. et al. // Russ. J. Physical Chemistry B. 2022. V. 16. № 7. P. 1208; https://doi.org/10.1134/S1990793122070089
  14. Ivanova T. A., Melnikov M. Ya., Timashev P. S. et al. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2023. V. 17. № 2. P. 471; https://doi.org/10.1134/S1990793123020276
  15. Popova A. A., Golubeva E. N. // Russ. J. Phys. Chem. B 2023. V. 17. № 7. P. 1540; https://doi.org/10.1134/S1990793123070187
  16. Matveeva E. D., Podrugina T. A., Pavlova A. S. et al. // Eur. J. Org. Chem. 2009. V. 14. P. 2323; https://doi.org/10.1002/ejoc.200801251
  17. Matveeva E. D., Vinogradov D. S., Podrugina T. A. et al. // Ibid. 2015. V. 33. P. 7324; https://doi.org/10.1002/ejoc.201500876
  18. http://www.niehs.nih.gov/research/resources/software/toxpharm/tools/index.cfm
  19. Levina I.I., Klimovich O.N., Vinogradov D.S. et al. // J. Phys. Org. Chem. 2018. V. 31. № 7. P. e3844.
  20. Buettner G.R. // Free Radical Biol. Med. 1987. V. 3. P. 259.
  21. Davies M. J., Slater T. F. // Chem.-Biol. Interact. 1986. V. 58. № 2. P. 137.
  22. Sang H., Janzen E. G., Poyer J. L. et al. // Free Radical Biol. Med. 1997. V. 22. № 5. P. 843.
  23. Brusa M.A., Di Iorio Y., Churio M.S. et al // J. Mol. Catal. A: Chem. 2007. V. 268. № 1-2. P. 29; https://doi.org/10.1016/j.molcata.2006.12.008
  24. Calza P., Minero C., Pelizzetti E. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1997. V. 93. № 21. P. 3765; https://doi.org/10.1039/A703867D
  25. Calza P., Minero C., Pelizzetti E. // Environ. Sci. Technol. 1997. V. 31. № 8. P. 2198; https://doi.org/10.1021/es960660x
  26. Romanczyk P. P., Kurek S. S. // Electrochim. Acta. 2020. V. 351. Р. 136404; https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.136404
  27. Dektar J.L., Hacker N.P. // J. Org. Chem. 1990. V. 55. P. 639; https://doi.org/10.1021/jo00289a045
  28. Bernofsky C., Bandara B.M.R., Hinojosa O. // Free Radical Biol. Med. 1990. V. 8. № 3. P. 231.
  29. Stan S., Daeschel M.A. // J. Agric. Food Chem. 2005. V. 53. № 12. P. 4906; https://doi.org/10.1021/jf047918k
  30. Aurich H.G., Schmidt M., Schwerzel Th. // Ber. 1985. V. 118. P. 1086.
  31. Bandara B.M.R., Hinojosa O., Bernofsky C. // J. Org. Chem. 1992. V. 57. Р. 2652.
  32. Sueishi Y., Miyake Y. // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1997. V. 70. P. 397.
  33. Sueishi Y., Nishihara Y. // J. Chem. Research (S). 2001. P. 84.
  34. Noel-Duchesneau L., Lagadic El., Morlet-Savary F. et al. // Org. Lett. 2016. V. 18. P. 5900.
  35. Chignell C.F., Motten A.G., Sik R.H. et al. // Photochem. Photobiol. 1994. V. 59. № 1. P. 5.
  36. Hwang J.S., Tsonis C.P. // Polymer. 1981. V. 22. № 11. P. 1462.
  37. Novakov C.P., Feierman D., Cederbaum A.I. et al. // Chem. Res. Toxicol. 2001. V. 14. № 9. P. 1239; https://doi.org/10.1021/tx015507h
  38. Kunitake T., Murakami S. // J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 1974. V. 12. № 1. P. 67.
  39. Candra H., Davidson I.M.T., Symons M.C.R. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1. 1983. V. 79. № 11. P. 2705.
  40. Pryor W.A., Nuggehalli S.K., Scherer K.V. et al. // Chem. Res. Toxicol. 1990. V. 3. P. 2.
  41. Eberson L. // J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2. 1992. № 10. P. 1807; https://doi.org/10.1039/P29920001807

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Экспериментальные (черные линии) и теоретические (красные линии) спектры ЭПР аддуктов PBN (спектр 1) и DMPO (спектр 2) после 4-минутного фотолиза (λ = 365 нм) раствора дихлорметана CH2Cl2 при 290 K.

Скачать (46KB)
3. Рис. 2. Экспериментальные (черные линии) и теоретические (красные линии) ЭПР-спектры спин-аддуктов PBN (а) и DMPO (б), зарегистрированные после 3-минутного УФ-облучения Ph2I+Cl- в СН2Cl2 при температуре 290 K; (а) – спектры аддуктов PBN после облучения в течение 0 – (1), 5 – (2), 25 мин (3); б – ЭПР-спектр аддуктов DMPO (1), зарегистрированный после 3-минутного фотолиза раствора (звездочками отмечены линии ЭПР, относящиеся к аддукту DMPO/•СН2Cl); ЭПР-спектр аддуктов DMPO (2), зарегистрированный после 10-минутного фотолиза раствора.

Скачать (103KB)
4. Рис. 3. Экспериментальные (черные линии) и теоретические (красные линии) ЭПР-спектры спиновых аддуктов, зарегистрированные после УФ-облучения раствора (Ph)3P в СН2Cl2 при 290 K: 1 – спектр аддуктов PBN, зарегистрированный после 80-секундного УФ-облучения раствора; 2 – спектр ЭПР аддуктов DMPO после 120-секундного УФ-облучения раствора.

Скачать (86KB)
5. Рис. 4. Экспериментальные (черные линии) и теоретические (красные линии) ЭПР-спектры аддуктов PBN (спектр 1) и DMPO (спектр 2), зарегистрированные после УФ-облучения раствора фенилацетилена в СН2Cl2 при 290 К.

Скачать (61KB)
6. Рис. 5. Экспериментальные (черные линии) и теоретические (красные линии) спектры ЭПР аддуктов PBN (спектр 1) и DMPO (спектр 2) после фотолиза (λ = 365 нм) раствора илида 1 в CH2Cl2 при 290 К. На вставке – усиленная в 100 раз низкопольная компонента сигнала от DMPO/F•-радикала.

Скачать (57KB)
7. Схема 1

Скачать (11KB)
8. 1

9. Схема 2

Скачать (18KB)
10. Схема 3

Скачать (15KB)
11. 2

12. 3

Скачать (10KB)
13. Схема 4

Скачать (11KB)
14. Схема 5

Скачать (17KB)

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).