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 |

Синтез полиядерных соединений на основе нитрозирования производных азафеналенов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Спицын Александр Николаевич

Синтез полиядерных соединений на основе Нитрозирования производных азафеналенов

02.00.03 органическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Астрахань - 2011

Работа выполнена в Ставропольском государственном университете

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Аксенов Александр Викторович

Официальные оппоненты: доктор химических наук, доц. Щекотихин Андрей Егорович
кандидат химических наук, с.н.с. Шепеленко Евгений Николаевич
Ведущая организация: Научно-исследовательский институт физической и органической химии ЮФУ

Защита диссертационной работы состоится «9» декабря 2011 года в 1200 часов на заседании объединенного диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДМ 307.001.04. при Астраханском государственном техническом университете (АГТУ) по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, АГТУ, 2-ой учебный корпус, ауд. 201

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АГТУ (ул. Татищева, 16, АГТУ, главный учебный корпус).

Автореферат разослан «7 » ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат химических наук, доцент Шинкарь Е. В.

Общая характеристика работы


Актуальность проблемы. Одной из фундаментальных задач, стоящих перед химиками-органиками, является поиски новых реагентов и исследование новых синтетических возможностей известных в новых комбинациях или приложениях к нестандартным для них задачам. Это позволяет создавать эффективные методы синтеза ранее неизвестных или малодоступных веществ, обладающих полезными свойствами. К таким соединениям относятся полиядерные азотистые гетеросистемы. Помимо их общетеоретической значимости (ароматичность, механизм нуклеофильного замещения, стабильность ион-радикалов и др.), это в значительной степени связано с прикладными аспектами. Многие соединения данного ряда используются в качестве красителей и люминофоров, входят в состав известных алкалоидов и антибиотиков.

В последнее время наблюдается дальнейший рост внимания к полиядерным системам типа азапиренов. Одной из причин этого является их применение как люминесцентных интеркаляторов. Так, среди немногочисленных изученных представителей азапиренов, в основном это 4,9- и 2,7-диазапирены, многие проявляют анальгетическую, противовирусную, антибактериальную, а также противораковую активность. Механизм подобного действия, как раз обычно и связан с их способностью выступать в качестве интеркаляторов. Дополнительный интерес к полиазапиренам обусловлен развитием супрамолекулярной химии. Например, недавно предложена эффективная модель молекулярного переключателя на основе системы 2,7-диазапирена.



Несмотря на многообразие возможных структур азапиренов и других пери-аннелированных гетероциклов, в настоящее время синтезированы лишь некоторые представители, как правило, не содержащие функциональных групп. Это связано, в первую очередь, с отсутствием удобных методов пери-аннелирования гетероциклических ядер к феналенам и азафеналенам.

В нашей лаборатории накоплен большой опыт в разработке методов пери-аннелирования. Так, например, ряд таких методов был создан на основе ацилирования перимидинов найденной нами системой реагентов 1,3,5-триазины/ПФК. Эти работы позволили разработать простые, одностадийные методы пери-аннелирования различных циклов к феналенам и азафеналенам, которые, как показали последующие исследования, носят общий характер. Были разработаны методы пери-аннелирования карбоциклического, [c,d]пиридинового и пиридазинового ядра. В последнем случае найденные методы, как выяснилось, не носят общего характера. Таким образом, эффективные методы пери-аннелирования циклов, содержащих атом азота, связанный с пери-положением нафталиновой системы, отсутствуют.

Эти обстоятельства послужили толчком для дальнейшего развития методологии пери-аннелирования. Так, очевидно, что реакция ацилирования легко совмещается с реакцией Шмидта, что в итоге позволяет ввести в пери-положение нафталиновой системы атом азота. Другим потенциальным азотсодержащим реагентом является нитрозил – катион. Достоинством последнего является возможность вводить в молекулу электрофильную азотсодержащую группу – «мишень» в реакциях конденсации. Это открывает перспективы для создания ранее неизвестных методов пери-аннелирования, о которых говорилось выше. Данная работа посвящена решению этой проблемы на примере перимидинов, 1,2,3-триазапирена и кетонов их ряда.

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы" (грант № 2010-1.2.1-102-020-013) и при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант № 10-03-00193а).

Цель работы: исследование реакции перимидинов и 1Н-нафто[1,8-de][1,2,3]триазина (1,2,3-триазафеналена) с нитрозирующими реагентами и создание на этой основе новых методов пери-аннелирования пяти- и шестичленных циклов, содержащих атомы азота, связанные с пери- положением нафталинового фрагмента азафеналенов.

Научная новизна и практическая значимость.

Изучена реакция перимидинов с нитритом натрия в полифосфорной кислоте (ПФК). Показано, что в отличие от других кислот в ПФК не образуется значительных количеств продуктов нитрования. В ходе этой реакции наряду с образование продуктов нитрозирования по положениям 6(7) и 4(9) образуются продукты сочетания по положениям 6(7) – 6(7),6’(7’)-биперимидины.

Показано, что нитрозирование 6(7)-ацетилперимидинов нитритом натрия в ПФК при 900С приводит к образованию неизвестных ранее 8-гидрокси-1,3,6-триазапиренов. С 1,2,3-триазафеналеном образуется 8-гидрокси-1,2,3,6-тераазапирен.

Разработан метод синтеза 1-окса-5,7-диазациклопента[c,d]феналенов, основанный на фотохимическом разложении N-нитрозо-6(7)-формил(ацетил,бензоил)перимидинов.

Установлено, что последовательность: реакция Шмидта – нитрозирование – гетероциклизация перимидинов, содержащих в пери-положении карбонильную группу, приводит к образованию смеси 1H-1,2,5,7-тетраазациклопента [c,d] феналенов и N-оксидов 1,3,6,8-тетразаапиренов с преобладанием последних, на основании чего был разработан метод синтеза 1,3,6,8-тетразаапиренов. Реализован трехкомпонентный вариант этого превращения.

Разработан метод синтеза 1,2,3,6,8-пентаазапиренов из 6(7)-ацил(бензоил)-1,2,3-триазафеналенов, основанный на последовательности: реакция Шмидта – нитрозирование – гетероциклизация..

Найдена мультикомпонентная реакция перимидинов с ацетофеноном и нитритом натрия в ПФК. Показано, что в результате этой реакции образуется смесь 8-фенил-1,3,6-триазапиренов и 6,8-дифенил-1,3-диазапиренов. Аналогично с 1,2,3-триазафеналеном был получен неизвестный ранее 8-фенил-1,2,3,6-тетраазапирен.

Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на международной конференции «Advanced Science in Organic Chemistry» (Мисхор, 2010), III международной конференции «Химия гетероциклических соединений», посвященной 95-летию со дня рождения проф. А.Н. Коста, (Москва, 2010), II международной конференции «Техническая химия. От теории к практике» (Пермь, 2010), Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной всемирному году химии «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2011), Второй Международной научной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Железноводск, 2011), научных конференциях преподавателей и студентов Ставропольского государственного университета, 2008-2011 г.г.

Публикации1. Основное содержание работы опубликовано в 3 статьях перечня ВАК и 4 статьях в сборниках и тезисах докладов конференций.

Достоверность полученных результатов. Строение полученных соединений подтверждено с помощью 1H, 13С ЯМР (в том числе двумерной С-Н) и ИК-спектроскопии, данными элементного анализа, в ряде случаев масс-спектрометрии и встречным синтезом.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 106 страницах, иллюстрирована 85 схемами, 13 таблицами и 3 рисунками. Библиография содержит 116 литературных ссылок.

В первой главе (литературный обзор) рассмотрены данные по синтезу полиядерных азотсодержащих гетероциклических соединений. Вторая глава – обсуждение полученных результатов, третья – экспериментальная часть.

Основное содержание работы

1. Реакция перимидинов с нитритом натрия в ПФК

Ранее (ХГС, 1975, С. 2222.), было показано, что реакция перимидинов 1 с нитритом натрия в уксусной кислоте приводит к образованию смеси продуктов нитрования 2 и 3:

1-3a: R=H; b: R=Me;

Данный результат - образование продуктов нитрования - объяснялся катион-радикальным механизмом. Хотя оставалось много неясного, например, региоселективность.

Мы предположили другое объяснение этих данных. Вероятно, что нитрит натрия в уксусной кислоте недостаточно эффективный нитрозирующий реагент для перимидинов, но в этих условиях в результате разложения азотистой кислоты образуются оксиды азота, которые и нитруют перимидины.

Если наше предположение правильно, то использование более активного нитрозирующего реагента, например, нитрит натрия в ПФК должно привести к образованию продуктов нитрозирования.

Оказалось, что реакция перимидинов 1 нитритом натрия в ПФК (использовалась ПФК с 86% содержанием P2O5) приводит к образованию оксимов перимидин-6-онов 4a-c с выходом 34-38% и продуктов димеризации перимидинов по положению 6(7) – 6(7),6’(7’)-биперимидинов 5a-c c выходом 23-29%:

1, 4, 5a: R = H; b: R = Me; с: R = Ph;

Следует отметить, что образуются исключительно продукты замещения по пери-положению, что согласуется с «мягкостью» электрофильного реагента. Образование продуктов димеризации, вероятно, связано с образованием продуктов N-нитрозирования 6a-c:

1, 5-8a: R = H; b: R = Me; с: R = Ph;

Разложение продуктов N-нитрозирования 6a-c приводит к образованию радикалов 7a-c, рекомбинация которых приводит к продуктам димеризации 8a-c. Последние изомеризуются в термодинамически более устойчивые биперимидилы 5a-c.

Для подтверждения этой гипотезы были синтезированы N- нитрозоперимидины 6a-c действием на перимидины (1a-c) изо-амилнитрита в спирте:

1, 5-8a: R = H; b: R = Me; с: R = Ph;

Полученные N-нитрозоперимидины 6a-c подвергались фотолизу в спиртовом растворе, при этом с выходом 42-49% были получены биперимидины 5а-с:

5, 6: R = H; b: R = Me; с: R = Ph;

Таким образом, в результате выполнения этой части наряду с методом нитрозирования азафеналенов в пери-положение были найдены способы генерирования в этих положениях радикального центра.

2. Реакции альдегидов и кетонов производных азафеналенов с нитрозирующими реагентами и методы пери-аннелирования на их основе

Далее мы изучили реакции замещенных азафеналенов с нитрозирующими реагентами. В частности, следующая часть нашей работы была посвящена исследованию реакций альдегидов и кетонов перимидинового ряда с такими реагентами.





До начала наших работ 8-гидрокси-1,3,6-триазапирены 15a-с известны не были. Поэтому в этой части нашей работы мы разработали методы синтеза таких соединений.

Предполагалось, что в случае 6(7)-ацетилперимидинов 9a-с в ПФК нитрозирование будет осуществляться по атому углерода ацетильной группы:

9 - 15a: R = H; b: R = Me; с: R = Ph;

Действительно, реакция 6(7)-ацетилперимидинов 9a-с с полутора кратным избытком нитрита натрия в ПФК при 80–90 0С в течение 9 ч приводит к неизвестным ранее 8-гидрокси-1,3,6-триазапиренам 15a-с с выходом 31-38%.

9 - 15a: R = H; b: R = Me; с: R = Ph;

Следует отметить, что, как и в случае 6-гидрокси-1,3-диазапиренов и 6-гидрокси-1,3,7-триазапиренов, 8-гидрокси-1,3,6-триазапирены 15a-с существуют исключительно в гидрокси-форме. Это подтверждается данными ИК- и ЯМР-спектроскопии. В ИК-спектре отсутствуют сигналы карбонильной группы (1600-1800 см-1), но присутствуют сигналы гидроксигруппы (3300-3400 см-1). В спектре 13С ЯМР отсутствуют сигналы при 180-210 м.д.

Далее, мы решили выяснить можно ли осуществить данную реакцию в случае других азафеналенов. Оказалось, что нитрозирование 6(7)-ацетил-1,2,3-феналена (16а) в ПФК протекает аналогично ацетилперимидинам 9а-с по атому углерода и приводит к продуктам пери-аннелирования пиридинового цикла – неизвестному ранее 8-гидрокси-1,2,3,6-тетраазапирену (17).

Далее, мы изучили реакцию N-нитрозирования 6(7)- ацетилперимидинов 9a-с и превращения продуктов, образующихся в этих условиях.

Для чего действием на 6(7)-ацетил(бензоил)перимидины 9a-i изо-амилнитрита в спирте были синтезированы смеси N- нитрозоацетил(формил-, бензоил) перимидинов 18a-i и 19a-i:

9, 18, 19a: R = H, R1 = Me; b: R = R1 = Me; c: R = Ph, R' = Me; d: R = H, R1 = Ph;

e: R = Me, R1 = Ph; f: R = R1 = Ph; g: R = R1 = H; h: R = Me, R1 = H; i: R = Ph, R1 = H;

Полученная смесь N-нитрозоацетил(формил-, бензоил) перимидинов 18a-i и 19a-i без выделения подвергались фотолизу в спиртовом растворе в присутствие полутора кратного избытка изо-амилнитрита:

18-20a: R = H, R1 = Me; b: R = R1 = Me; c: R = Ph, R' = Me; d: R = H, R1 = Ph;

e: R = Me, R1 = Ph; f: R = R1 = Ph; g: R = R1 = H; h: R = Me, R1 = H; i: R = Ph, R1 = H;

В этом случае с выходом 23-37% были получены 1-окса-5,7- диазациклопента[c,d] феналены 20a-i. Вероятно, это превращение протекает через следующую последовательность стадий:

18-22a: R = H, R1 = Me; b: R = R1 = Me; c: R = Ph, R' = Me; d: R = H, R1 = Ph;

e: R = Me, R1 = Ph; f: R = R1 = Ph; g: R = R1 = H; h: R = Me, R1 = H; i: R = Ph, R1 = H;

На первой стадии в результате гомолитического разрыва связи N-NO оба нитрозосоединиения 18a-i и 19a-i образуют радикалы 21a-i, которые циклизуются с образованием 22a-i. Далее, вероятно, в результате реакции с избытком изо-амилнитрита, образуются искомые фураны 20a-i. Следует отметить, что данная реакция является первым примером применения реакции функционализации по Бартону для пери-аннелирования.

С производными 1,2,3-триазафеналена, например кетоном 16а, реакцию осуществить не удалось.

Таким образом, в результате выполнения этой части были разработаны методы синтеза неизвестных ранее 8-гидрокси-1,3,6-триазапиренов (15a-с), 8-гидрокси-1,2,3,6-тетраазапирена (17) и 1-окса-5,7-диазациклопента [c,d] феналенов 20a-i.

3. Поведение 6(7)-ацетаминоперимидинов и 6(7)-ацетамино-1,2,3-триазафеналенов с нитрозирующими реагентами

Следующая часть нашей работы была посвящена исследованию реакций ацилированых 6(7)-аминоперимидинов 23a-f с нитрозирующими реагентами, методы синтеза которых ранее были разработаны в нашей лаборатории. В случае таких соединений следовало ожидать четырех возможных направлений нитрозирования – три атома азота и свободное пери-положение. Результаты представлены на схеме:

23-28a: R = H, R1 = Me; b: R = R1 = Me; c: R = Ph, R' = Me; d: R = H, R1 = Ph;

e: R = Me, R1 = Ph; f: R = R1 = Ph;

Нитрозосоединения 24a-f должны циклизоваться в промежуточные 28a-f, которые в ПФК подвергаются дегидратации и после дезацилирования образуют 1,2,5,7-тетраазациклопента[c,d]феналены (29a-с).

Можно было предположить, что продукты нитрозирования по атому азота перимидинового фрагмента 25a-f и 26a-f могут перегруппироваться в продукты С-нитрозирования 27a-f, которые могу превращаться в циклические интермедиаты 28a-f.

Оказалось, что реакция 1 ммоль амидов 23a-f и 2 ммоль нитрита натрия в 2-3 г ПФК при 70-80 0С в течение 7 ч приводит к 1,2,5,7-тетраазациклопента[c,d]феналенам (29a-с) с выходом 12-19%.

23, 30-32a: R = H, R1 = Me; b: R = R1 = Me; c: R = Ph, R' = Me; d: R = H, R1 = Ph;

e: R = Me, R1 = Ph; f: R = R1 = Ph; 33a: R = H, R1 = Me; b: R = R1 = Me;

c: R = Ph, R' = Me; d: R = H, R1 = Ph; e: R = R1 = Ph;

Следует отметить, что при этом практически отсутствовали продукты осмоления. Спектральными методами (1Н ЯМР спектроскопии) удалось зафиксировать образование оксимов 30a-f. Основываясь на этих экспериментальных данных, мы предположили, что в результате атаки по карбонильной группы атома азота и последующего отщепления молекулы воды, в качестве еще одних продуктов реакции могут образовываться хорошо растворимые в воде N-оксиды 1,3,6,8-тетраазапиренов 32a-f.

Тогда, если после обработки реакционной смеси водой, подщелачивания аммиаком и экстракции бензолом, ее покипятить с цинковой пылью, то можно ожидать образования 1,3,6,8-тетраазапиренов 33a-e. Соединения 33a-e в этом случае удалось получить с выходом 61-74%.

Очевидным решением было совместить нитрозирование с реакцией Шмидта, которая с количественным выходом протекает в ПФК. Поэтому для синтеза соединений 33a-e была реализована схема, основанная на тандеме реакции Шмидта с участием 6(7)-ацетил(бензоил)перимидинов 9a-f и нитрозировании образующихся амидов как one pot процесс. Мы нашли, что реакция 1 ммоль кетонов 9 и 1.07 ммоль NaN3 в 2-3 г ПФК при 55-60 0С в течение 1 ч, последующем добавлении 2 ммоль нитрита натрия и нагревании при 70-80 0С в течение 7 ч приводит к 1,2,5,7-тетраазациклопента[c,d]феналенам (29a-с) с выходом 12-19%, и кипячении с цинковой пылью после его удаления приводит к образованию 1,3,6,8-тетраазапиренов (33a-e) с выходом 63-76%.



Pages:   || 2 |
 

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.