авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Структурные аспекты новых реакций ацетилена и его производных

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Кажева Ольга Николаевна


СТРУКТУРНЫЕ АСПЕКТЫ НОВЫХ РЕАКЦИЙ

АЦЕТИЛЕНА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ




02.00.04 – физическая химия


А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

доктора химических наук

Черноголовка – 2011

Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН и Иркутском институте химии им. А.Е.Фаворского СО РАН

Научный консультант: доктор химических наук, профессор Дьяченко Олег Анатольевич
Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор, член-корреспондент РАН, Антипин Михаил Ювенальевич, Институт элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН, г. Москва
доктор химических наук, профессор, член-корреспондент РАН, Анаников Валентин Павлович Институт органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН, г. Москва
доктор химических наук, профессор Нефёдов Сергей Евгеньевич Институт общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН, г. Москва
Ведущая организация Научно-исследовательский институт физической и органической химии Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону

Защита состоится "06" июля 2011 года в 10 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 002.082.02 в Институте проблем химической физики РАН по адресу: 142432, Московская обл., г. Черноголовка, просп. ак. Н.Н. Семенова, 1, актовый зал корпуса общего назначения.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института проблем химической физики РАН

Автореферат разослан … … 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор химических наук Т.С. Джабиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность проблемы. Настоящая работа посвящена исследованию новых реакций ацетилена и его производных, изучению строения продуктов реакций и их вероятных механизмов методом рентгеноструктурного анализа (РСА). Ацетилен является универсальным строительным блоком, широко используемым в современном органическом синтезе. На основе ацетиленов получают практически все типы карбонильных соединений, аминокислоты, производные аренов и азотистых гетероциклов. Получаемые из ацетиленов с помощью современных промышленных технологий соединения находят применение в качестве пестицидов, лекарственных препаратов, красителей и особенно полимерных материалов. В последние годы ацетиленовые соединения становятся незаменимыми для развития биотехнологии, нанотехнологии и молекулярной электроники. Новые горизонты в синтетической химии ацетилена открывает металлокомплексный катализ.



В этой связи актуально дальнейшее развитие химии ацетилена, основы которой были заложены академиком А.Е.Фаворским и успешно развиваются в наше время школой академика Б.А.Трофимова. Органическая химия находится сейчас на таком этапе, когда структура синтезируемых веществ и методы их получения существенно усложнились. Хотя спектральные методы по-прежнему доминируют при установлении строения новых соединений и выяснении механизма реакций, все в большем количестве случаев они оказываются недостаточными. Вот почему на первый план как наиболее прямой и объективный метод выходит рентгеноструктурный анализ. Он позволяет с высокой точностью определять не только состав исследуемого вещества, но и его тонкие стереохимические особенности, содействующие лучшему пониманию физико-химических свойств, механизма образования и реакционной способности. Эта информация актуальна в целенаправленном поиске новых материалов с полезными свойствами (кристаллохимическая инженерия).

Данная работа может быть полезна широкому кругу исследователей, в первую очередь, химикам и технологам в решении актуальных проблем тонкого органического синтеза и для разработки новых технологий, основанных на использовании ацетилена и его производных.

Работа относится к приоритетному направлению РАН 5.1. “Теоретическая химия и развитие методологии органического и неорганического синтеза, новые методы физико-химических исследований” и выполнена в рамках темы 5.1.6.2. “Разработка методов направленного синтеза новых веществ и материалов (в том числе, наноструктурированных) для критических технологий на основе ацетилена и его производных”.


Цель работы:

Систематическое использование рентгеноструктурного анализа в решении структурных и химических задач, трудно поддающихся традиционным спектральным методам, для развития новых направлений химии ацетилена, связанных с разработкой методик синтеза малодоступных азотистых гетероциклов и их производных.


Научная новизна и практическая значимость.

Впервые методом РСА проведено системное изучение реакций ацетиленовых соединений, определено строение продуктов 50 новых химических реакций с участием ацетилена и его производных. Открыты две принципиально новые реакции: 1) трехкомпонентная реакция между алкиларил(гетарил)кетоксимами, ацетиленом и алифатическими кетонами, приводящая к образованию ранее неизвестных 4-метилен-3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексанов с фрагментами азиридина, 1,3-оксазолидина и винилового эфира и 2) одностадийное получение 7-метилен-6,8-диокса-бицикло[3.2.1]октанов (феромонов насекомых), взаимодействием ациларенов(гетаренов) и ацетилена.

В результате рентгеноструктурного и кристаллохимического изучения продуктов некоторых реакций выявлены и структурно охарактеризованы новые типы гетероциклических соединений, установлены особенности их строения и предложены вероятные механизмы реакций их образования. В их число входят:

- цвиттер-ионные ароматические аминокислоты с аминодигидрофурановым фрагментом, образующиеся при взаимодействии антраниловой кислоты с ,-ацетиленовыми -гидроксинитрилами;

- ароматические аминоэфиры с циано- и кетогруппами, образующиеся при этерификации 3- и 4-аминобензойных кислот ,-ацетиленовыми -гидроксинитрилами;

- пиридиниевые бетаины на основе изоникотиновой кислоты, образующиеся при присоединении к последней ,-ацетиленовых -гидроксинитрилов;

- глубоко функционализированные пиразолы, полученные путем регио- и стереспецифичного присоединения тиосемикарбазидов к ,-ацетиленовым -гидроксинитрилам;

- дигидразиды тиоугольной кислоты с ацетиленовыми заместителями, полученные присоединением 4-фенилбут-3-ин-2-она к тиокарбогидразонам ароматических альдегидов и тиокарбогидразиду;

- глубоко функционализированные циклобутенилпирролы, образующиеся из циклоаддуктов дихлордицианхинона и 2-этинилпирролов;

- 1,3-оксазолидинодигидробензимидазолы, легко изомеризующиеся на Al2O3 в производные о-фенилендиамина с иминоаминодигидрофурановым фрагментом.

Предложен новый подход к кросс-сочетанию пирролов с ацетиленами, основанный на селективном присоединении 1-галогенацетиленов к пиррольному ядру. Для полученного этим методом 2-(2-бензоилэтинил)-5-фенилпиррола обнаружены две кристаллические модификации, различающиеся типом Н-связывания молекул в кристаллической решетке.

Прямым винилированием метил--D-глюкопиранозида ацетиленом в суперосновной среде получен 2,3,4,6–тетра(О-винил)метил--D-глюкопиранозид и установлена его структура в кристаллах и в растворе.

Впервые установлена Z-конфигурация иминогрупп (по отношению к атому кислорода фуранового кольца) в иминодигидрофуранах, образующихся при циклизации гидроксиалкенонитрилов - промежуточных продуктов взаимодействия ацетиленовых гидроксинитрилов с аминами.

Установлена цвиттер-ионная структура и наличие дигидрофуранового фрагмента в новом семействе соединений, образующихся при взаимодействии аминокислот с ,-ацетиленовыми -гидроксинитрилами.

В реакции диоксима 4,4’-диацетилдифенила с ацетиленом впервые обнаружена способность диоксимов к образованию с ДМСО устойчивых полимерных ассоциатов.

Обнаружена перегруппировка циклоаддуктов DDQ и 2-этинилпирролов, открывающая простой путь к ранее неизвестным глубоко функционализированным циклобутенам, содержащим пиррольные фрагменты.

Впервые синтезированы и исследованы ацетилен-содержащие дигидразоны - перспективные предшественники лекарственных препаратов и лиганды для создания мультиядерных комплексов.

Исследовано семейство новых функциональных красителей – 2-арилазо-1-винилпирролов и намечены пути их возможного практического использования.

Исследована реакция присоединения аминокислот к тройной связи ацилацетиленов, приводящая к N-ацилвинильным производным аминокислот, содержащим высоко активный енаминоновый фрагмент.

Путем региоселективного присоединения к аденину ,-ацетиленовых -гидроксинитрилов синтезированы новые типы 9-замещенных аденина.

Полученные данные имеют практическую значимость при создании соединений с полезными свойствами и функциональным назначением. Проведенные исследования значительно расширяют синтетические возможности в области химии ацетилена, связанные с модифицированием классических реакций ацетилена и получением труднодоступных гетероциклических систем (производных 6,8-диокса-бицикло[3.2.1]октанов – феромонов насекомых, 3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексана, синтетических аминокислот с фармакофорным дигидрофурановым фрагментом и ряда других).

Автор защищает актуальное научное направление в химии ацетилена, связанное с развитием классических реакций ацетилена и получением на базе ацетиленовых предшественников новых типов полифункциональных гетероатомных соединений, перспективных в качестве строительных блоков для органического синтеза, лигандов и материалов с полезными свойствами; а также основные результаты проведенных рентгеноструктурных и кристаллохимических исследований, предложенные механизмы реакций, и выводы, сделанные на основе выполненных исследований.

Личный вклад автора. Автором сформулирована тема диссертации, определены научные задачи, исследовано кристаллическое и молекулярное строение продуктов новых химических реакций, обсуждены вероятные схемы реакций, проведен анализ литературных данных, сформулированы основные выводы.

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертации изложены в 24 статьях в рецензируемых отечественных и зарубежных периодических изданиях, рекомендованных ВАК. Кроме того, результаты работы представлены на национальных и международных конференциях (тезисы опубликованы): Международной конференции по органической химии “Химия соединений с кратными углерод-углеродными связями” (Санкт-Петербург, 2008), научной конференции «Органическая химия для медицины «Орхимед-2008» (Черноголовка, 2008), 10-м Симпозиуме журнала «Tetrahedron» «Проблемы органической и биоорганической химии» (Париж, 2009), Международной конференции "Основные тенденции развития химии в начале XXI века" (С.-Петербург, 2009), 1-ой Международной конференции "Новые направления в химии гетероциклических соединений" (Кисловодск, 2009), 12-м Европейском симпозиуме по органической реакционной способности (Хайфа, 2009), 12-й Европейской конференции по химии твердого состояния (Мюнстер, 2009), 12-й Объединенной конференции RSC-SCI по гетероциклической химии (Брайтон, 2010), II-й Конференции для молодых ученых “Дифракционные методы исследования вещества: от молекул к кристаллам и наноматериалам»” (Черноголовка, 2010), 3-м Европейском химическом конгрессе (Нюрнберг, 2010).


Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 6 глав, основных результатов и выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 428 страницах машинописного текста, включая 54 таблицы, 125 рисунков, 69 схем и 638 литературных ссылок. Во введении обоснованы актуальность темы и сформулированы цели и задачи диссертационной работы, освещены научная новизна и практическая значимость результатов исследования. В первой главе (литературный обзор) представлены публикации преимущественно последних данных по новым реакциям ацетиленов, а также приведены успехи в модифицировании классических ацетиленовых реакций. В главах 2-5 описываются реакции и обсуждаются полученные результаты. В 6 главе приведена экспериментальная часть. Завершается работа изложением основных результатов и выводов и списком цитируемой литературы.





Исследования выполнены совместно с сотрудниками Иркутского института химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, которые осуществили синтез кристаллов.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность академику Б.А.Трофимову за поддержку темы диссертации и сотрудникам Иркутского института химии им. А.Е. Фаворского СО РАН - д.х.н. Л.В.Андриянковой, д.х.н. А.М.Васильцову, д.х.н. Т.Е.Глотовой, д.х.н. Н.К.Гусаровой, д.х.н. Л.Б.Кривдину, д.х.н. С.Ф.Малышевой, д.х.н. А.Г.Малькиной, д.х.н. С.А.Медведевой, проф. А.И.Михалевой, д.х.н. Н.А.Недоле, д.х.н. Л.Н.Собениной, д.х.н. Е.Ю.Шмидт, к.х.н. Б.Г.Сухову, к.х.н. О.А.Тарасовой; а также к.х.н. Г.Г.Александрову, к.ф-м.н. Г.В.Шилову, к.ф-м.н. А.Н.Чехлову и всем соавторам за активное сотрудничество. Автор искренне благодарен своему учителю профессору О.А.Дьяченко за постоянное внимание и поддержку.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


I. Новые типы взаимодействий ацетилена с кетоксимами и кетонами


1.1. Реакция ацетилена с кетоксимами в присутствии алифатических кетонов

В работе проведено рентгеноструктурное исследование 4-метилен-3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексана 9d (рис. 1) - продукта новой реакции ацетилена с кетоксимами и алифатическими кетонами. Известно, что взаимодействие кетоксимов с ацетиленом в присутствии системы KOH/ДМСО (реакция Трофимова) является общим и простым способом получения пирролов. Ключевые интермедиаты процесса (O-винилоксимы, гидроксипирролины и 3H-пирролы) могут быть выделены и представляют самостоятельный интерес для органического синтеза. Нами обнаружено новое направление этой реакции. Оказалось, что взаимодействие кетоксимов 1-6 с ацетиленом в присутствии алифатических кетонов 7, 8 в обычных условиях пиррольного синтеза приводит к образованию 4-метилен-3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексанов 9a-9g с выходом до 75%. Лишь в отдельных случаях наряду с ними образуются стандартные для этой реакции O-винилоксимы и пирролы (схема 1).

основание = КОН, LiOH/CsF



9a: R1 = R3 = Me, R2 = H (7%)

9b: R1 = R2 = H, R3 = Me (51%)

9c: R1 = R2 = H, R3 = Me (54%)

9d: R1 = R2 = H, R3 = Me (75%)

9e: R1 = R2 = H, R3 = Me (39%)

9f: R1 = R2 = t-Bu, R3 = Me (43%)

9g: R1 = R2 = H, R3 = t-Bu (27%)


Схема 1. Реакция образования 4-метилен-3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексанов 9a-9g

Установление химизма этой реакции и структуры ее продуктов в значительной мере оказалось возможным благодаря РСА, проведенному для азиридина 9d (рис. 1).


Рис.1. Молекулярное строение соединения 9d. Некоторые длины связей и валентные углы: N(1)-C(1) 1.474(2) , N(1)-C(5) 1.487(1) , C(1)-C(5) 1.494(2) , C(4)-C(8) 1.316(2) , C(2)-N(1)-C(1) 113.4(1)°, C(2)-N(1)-C(5) 105.87(9)°, C(1)-N(1)-C(5) 60.61(7)°, N(1)-C(1)-C(5) 60.12(7)°, N(1)-C(5)-C(1) 59.27(7)°.

Структура 3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексанового фрагмента в Кембриджском банке структурных данных (КБСД) представлена единичными случаями (CCDC 613762, 613767, 632968, 168568). Атом N(1) азиридинового цикла в кристалле 9d имеет искаженную тригонально-пирамидальную конфигурацию, выход атома N(1) из плоскости атомов С(1)С(2)С(5) составляет 0.750(1) .

Образование 4-метилен-3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексанов, предположительно, протекает по схеме 2. O-Винилоксим 10, основной интермедиат в реакции Трофимова, подвергается нуклеофильной атаке по атому азота со стороны соседнего карбанионного центра, генерированного супероснованием (азириновый синтез Небера или Хоха-Кемпбелла). Образовавшийся азирин 11 далее атакуется ацетиленовым карбанионом, что ведет к этинилазиридину 12 (азотистый аналог реакции Фаворского). Последний захватывается кетоном (третий компонент) с образованием -аминоспирта 13, который в итоге замыкает 1,3-оксазолидиновый цикл в результате внутримолекулярного нуклеофильного присоединения к этинильной группе.


Схема 2. Вероятный механизм образования 4-метилен-3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексанов 9a-9g

Соединения 9a-9g являются первыми представителями новой гетероциклической системы с редко встречающейся комбинацией трех фармакофорных и синтетически важных фрагментов: азиридина, 1,3-оксазолидина и винилового эфира.

1.2. Образование 7-метилен-6,8-диокса-бицикло[3,2,1]октанов из ациларенов(гетаренов) и ацетилена

С помощью рентгеноструктурного анализа 7-метилен-6,8-диокса-бицикло[3,2,1]октана 16e (рис. 2) изучена новая реакция ацетилена с ациларенами(гетаренами). Известно, что кетоны взаимодействуют с ацетиленом в присутствии оснований с образованием ацетиленовых спиртов (реакция Фаворского). Несколько неожиданно было обнаружено, что в реакции ациларенов(гетаренов) 14a-e с ацетиленом, вместо ожидаемых спиртов 15a-e образуются только 7-метилен-6,8-диокса-бицикло[3,2,1]октаны 16a-e с выходом до 86% (схема 3).

M = K, Cs


16a: R1 = R2 = H (86%)

16b: R1 = R2 = H (15%)

16c: R1 = R2 = H (41%)

16d: R1 = R2 = H (54%)

16e: R1 = R2 = Me (41%)


Схема 3. Сборка 7-метилен-6,8-диокса-бицикло[3.2.1]октанов 16a-e из кетонов 14a-e и ацетилена.

Данное наблюдение интересно тем, что 6,8-диокса-бицикло[3,2,1]октан является структурной основой ряда феромонов и природных веществ, в частности, фронталина, который используется для контроля заражения лесов жуками-лубоедами, однако известные методы синтеза его производных отличаются многостадийностью или требуют труднодоступных исходных материалов.

Строение соединений 16 на примере одного из их представителей (16е) доказано рентгеноструктурным исследованием (рис. 2). Данные 1H и 13C ЯМР спектроскопии свидетельствуют, что во всех случаях образуется исключительно один диастереомер, т.е. синтез протекает с высокой стереоселективностью.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.