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 |

Электрофильное аминирование аренов и синтез гетероциклических соединений на его основе

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи




Кугутов Михаил Михайлович

ЭЛЕКТРОФИЛЬНОЕ АМИНИРОВАНИЕ АРЕНОВ И СИНТЕЗ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ЕГО ОСНОВЕ


02.00.03 органическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Астрахань - 2010

Работа выполнена в Ставропольском государственном университете

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Аксенов Александр Викторович
Официальные оппоненты: доктор химических наук, доцент Абаев Владимир Таймуразович доктор химических наук, доцент Тырков Алексей Георгиевич
Ведущая организация: Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева

Защита диссертационной работы состоится «16» декабря 2010 года в 1600 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 « » ноября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат химических наук, доцент Шинкарь Е. В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Одной из важнейших задач, которые стоят перед химиками-органиками, является создание новых синтетических методов. Среди них большое значение имеют методы С-Н – функционализации, так как они позволяют в одну стадию ввести в молекулу нужную функциональную группу. Наиболее важны методы, которые обеспечивают высокую региоселективность.

Для электронодефицитных гетероциклических соединений было разработано значительное количество методов прямого нуклеофильного аминирования. В тоже время, стандартными методами электрофильного аминирования остаются двухстадийные процессы: нитрования и последующего восстановления нитрогруппы, ацилирования и последующей перегруппировки Бекмана или Шмидта, азосочетания и последующего восстановления азагруппы. Прямое одностадийное аминирование известно, однако оно протекает лишь с низким выходом, так как во многих случаях в качестве растворителя используется исходное ароматическое соединение.

В последнее время, в связи с развитием «зеленой химии», все большее значение приобретают многокомпонентные реакции и in one pot процессы. Поэтому представляло интерес разработать не просто метод электрофильного аминирования, а метод, легко совмещаемый с реакциями аннелирования гетероцикла. До начала наших работ такие процессы полностью отсутствовали, поэтому настоящая работа посвящена разработке подобного метода аминирования.



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: Разработка метода прямого электрофильного аминирования аренов и синтеза хинолинов, хиназолинов и индолов на его основе.

Научная новизна и практическая значимость. Использование новой комбинации реагентов – азид натрия – полифосфорная кислота (ПФК) - позволило разработать метод прямого электрофильного аминирования аренов. Показано, что в реакцию вступают фенол, его эфиры, нафталин и замещенные нафталины, содержащие донорные заместители, краун-эфиры, например, дибензо[18]краун-6.

Установлено, что аминирование монозамещенных аренов протекает региоселективно с образованием исключительно продуктов замещения в пара-положение по отношению к имеющемуся заместителю. Такая региоселективность объясняется орбитальным контролем.

Показано, что электрофильное аминирование аренов азидом натрия в ПФК легко совмещается с реакциями гетероциклизации.

На основе электрофильного аминирования аренов азидом натрия в ПФК и последующей реакции промежуточных оединений с 1,3,5-триазинами разработан in one pot метод синтеза хиназолинов.

Установлено, что последовательность реакций аренов с азидом натрия и 1,3-дикарбонильными соединениями или ,-непредельными карбонильными соединениями приводит к хинолинам, на основании чего разработан метод синтеза последних.

Выяснено, что последовательность электрофильного аминирования аренов и реакции с фенацилбромидами приводит к индолам, на основании чего разработан метод синтеза последних.

В ходе работы создан новый метод электрофильного аминирования и, на его основе, принципиально новые подходы к аннелированию азотсодержащих пяти- и шестичленных циклов к аренам без участия заместителей в исходном арене.

Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на X международном семинаре по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) (Азов, 2010), II –й международной конференции «Техническая химия. От теории к практике» (Пермь, 2010), 1-й Международной научной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Кисловодск, 2009), V-й международной конференции “Chemistry of nitrogen containing heterocycles (CHCN-2009)” (Харьков, 2009), Всероссийской конференции по органической химии посвященной 75-летию со дня основания Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН (Москва, 2009), 53-55 научных конференциях преподавателей и студентов Ставропольского государственного университета, 2008-2010 г.г.

Публикации1. Результаты работы представлены в 8 публикациях, включая 3 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК для публикации основных результатов диссертации.

Достоверность полученных результатов. Строение полученных соединений подтверждено с помощью 1H ЯМР 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 110 страницах, иллюстрирована 84 схемами, 10 таблицами и 4 рисунками. Библиография содержит 165 литературных источников.

В первой главе обобщены литературные данные по методам аминирования ароматических соединений. Вторая глава – обсуждение полученных результатов, третья – экспериментальная часть.

Основное содержание работы

1. Электрофильное аминирование аренов азидом натрия в ПФК

Ароматические амины являются важными синтетическими интермедиатами. Стандартным методом их синтеза является последовательность реакций нитрования и восстановления образующихся на первой стадии нитросоединений.

Прямое одностадийное аминирование известно, однако оно протекает лишь с низким выходом, так как во многих случаях в качестве растворителя используется исходное ароматическое соединение. В качестве аминирующих реагентов использовался гидроксиламин, алкилгидроксиламины, гидроксиламин-О-сульфокислоту, азидоводородная кислота в присутствие кислот Льюиса. Позднее, Ола использовал для этих целей азидоводородную кислоту и триметилсилилазид в присутствии суперкислот. Последняя система наиболее эффективна, выход в расчете на азид около 90%, но вследствие использования большого избытка ароматического соединения степень превращения последнего не превышает 10%. Еще одним недостатком приведенных выше методов является низкая региоселективность.

Мы использовали новую комбинацию реагентов: азид натрия/ПФК. Можно было предположить, что в результате реакции азида натрия с ПФК будет образовываться азид ПФК (1), который может протонироваться как по атому азота a, так и b, с образованием двух таутомеров катионов 2:

В результате азосочетания последних с аренами 3 будут образовываться промежуточные 4. Их гидролиз приведет к аминам 5.

Мы показали, что реакция легко протекает с нафталином. При использовании 3-х кратного избытка азида натрия при температуре 75 - 800С в ПФК с 86% содержанием P2O5 с выходом 31% образуется 1-нафтиламин (5a):

Низкий выход связан, в основном, с возгонкой из реакционной смеси нафталина.

С анизолом 3b и фенолом 3c реакция протекает значительно легче:

3,5b: R = Me; c: R = H;

Достаточно 1.1-кратного избытка азида натрия в случае ПФК с 86% содержанием P2O5. Требуется более низкая температура - 55-600С. Выход п-анизидина (5b) и п-аминофенола (5c) составляет 86 и 74% соответственно.

Использование ПФК с меньшим содержанием приводит к снижению выхода и увеличению количества азида натрия. Это, вероятно, связано с тем, что уменьшение доли P2O5 в ПФК приводит к снижению доли ангидридных связей, что уменьшает возможность образования азида ПФК. С другой стороны, увеличивается кислотность среды, что способствует образованию свободной азидоводородной кислоты, которая удаляется из реакционной среды. С ПФК, содержащей большее количество P2O5, сложно работать, так как она представляет собой твердую стеклообразную массу, которая начинает размягчается только после 900С.

Попытка замены ПФК на ее этиловый и силиловый эфир не дала положительных результатов. Аминирование с этими реагентами не протекает вообще. Это может быть связано с отсутствием у данных реагентов достаточного количества Бренстедовских кислотных центров.

Варьирование температурой в случае анизола дало следующие результаты. При температуре менее 50 0С реакция протекает очень медленно, что, вероятно, связано с высокой вязкостью ПФК и, как следствие, низкая скорость образования ее азида в гетерогенной реакции. При температурах выше 60 0С начинает протекать большое количество побочных реакций и выход снижается. Следует отметить, что увеличение температуры после расходования азида натрия не влияет на выход, причем, при температуре выше 100 0С наблюдается выделение азота. На наш взгляд, это связано с разрушением промежуточных соединений 4.

Увеличение соотношения азид натрия - анизол так же приводит к уменьшению выхода, но этот фактор влияет значительно меньше, чем температура и концентрация P2O5в исходной ПФК.

Следует отметить отсутствие продуктов аминирования по о-положению, что вероятно, связано с «мягкостью» электрофильного реагента и протеканием реакции в условиях орбитального контроля.

Отсутствие продуктов диаминирования, вероятно, связано с тем, что промежуточные продукты 4 разрушаются только при обработке реакционной смеси водой. Заместитель в соединениях 4 является акцептором.

С аренами, содержащими более слабый донор, например, толуол или ацетанилид, реакция не протекает вообще. Это находится в соответствии с предложенным механизмом азосочетания.

Еще легче аминирование протекает при наличии двух донорных заместителей. Так, реакция 1,4- и 1,2-диметоксибензола с 1.1-кратным избытком азида натрия в ПФК с 86% содержанием P2O5 протекает уже при 45-500С и приводит к соответствующим анилинам 5d,e с выходом 91 и 83 % соответственно:

Региоселективность соответствует ожидаемой.

Краун-эфиры являются важными объектами исследования супрамолекулярной химии. Особый интерес представляют методы их функционализации, поэтому далее мы решили применить систему реагентов азид натрия в ПФК для аминирования эфира дибензо[18]краун-6 (3f).

Оказалось, что реакция 1 ммоль эфира 3f и 1.1 ммоль азида натрия в 2-3 г ПФК с 86% содержанием P2O5 при 90-1000С в течение 3 ч приводит к 4’-аминодибензо[18]краун-6 (5f) с выходом 61%:





В качестве побочных образуются продукты диаминирования 5g и 5h, выделить которые индивидуально нам не удалось.

Отсутствие селективности в случае краун-эфира 3f можно объяснить следующим образом. Во втором ароматическом кольце промежуточного продукта моноаминирования 4f отсутствует акцепторный заместитель, и поэтому образуются продукты диаминирования.

Таким образом, разработан удобный региоселективный метод аминирования ароматических соединений.

2. Синтез хиназолинов, используя электрофильное аминирование аренов азидом натрия в ПФК

Следующая часть нашей работы посвящена применению электрофильного аминирования аренов азидом натрия в ПФК для гетероциклизации.

Хиназолины 7 хорошо известные вещества, для которых разработано значительное количество методов синтеза, которые включают использование для гетероциклизации одной или двух функциональных групп. Сведения о методах, не использующих для гетероциклизации функциональных групп с образованием таких соединений, в литературе отсутствуют. Основываясь на разработанном методе электрофильного аминирования и на наших предыдущих работах, мы попытались создать такие методы синтеза.

Можно было предположить, что промежуточные 4a-f, образующиеся в ходе аминирования, будут не только протонироваться, но и реагировать с другими электрофильными реагентами, например 1,3,5-триазинами 6a-c. В этом случае реакция должна протекать следующим образом:

При нагревании после прибавления 1,3,5-триазина (6a) в течение 5 ч при 90-1000С реакционной смеси полученной из анизола (3b) или фенола (3c) образуются хиназолины (7a,d) с выходом 54 и 49% соответственно:

3b,7a: R = Me; 3c,7d: R = H;

Еще легче образование хиназолинов 7 протекает при наличии двух донорных заместителей. Так, реакция 1,4-диметоксибензола с 1.1-кратным избытком азида натрия в ПФК с 86% содержанием P2O5 сначала в течение 5 ч при 45-500С, а затем еще 5 ч при 90-100 0С приводит к соответствующему 6,7-диметоксихиназолину (7g) с выходом 58%:

Аналогично протекает реакция, если в качестве исходного использовать нафталин (3a). В этом случае продуктом реакции является бензо[h]хиназолин (8a):

Выход 8a составил 26%.

Далее, мы выяснили, что в реакции может использоваться не только 1,3,5- триазин 6a, но и алкилтриазины, например 6b, и арилтриазины, например , но в этом случае требуется более высокая температура.

3b: R = Me; с: R = H; 7b: R = R’ = Me; c: R = Me, R’ = Ph; e: R = H, R’ = Me;

f: R = H, R’ = Ph;

Как и в случае 1,3,5-триазина (6a), при наличии двух донорных групп, реакция с замещенными 1,3,5-триазинами 6b и 6c протекает легче, чем с фенолом и анизолом:

7h: R = Me; i: R = Ph;

Выход хиназолинов 7h и 7i составил 46 и 41% соответственно.

С нафталином (3a) реакция протекает хуже. Выход 2,4- диметилбензо [h] хиназолина (8b) и 2,4- дифенилбензо [h] хиназолина () составил 22 и 18% соответственно:

8b: R = Me; c: R = Ph;

Реакцию в случае 2,4,6-триметил- и 2,4,6-трифенил-1,3,5-триазинов (6b,c) с анизолом (3b) и фенолом (3c), можно осуществить как трехкомпонентную, используя тот же температурный режим. При этом выход существенно не изменяется.

Если смесь азида натрия, анизола (3b) или фенола (3c) и 1,3,5-триазина 6b или в соотношении 1.1 : 1 : 1.1 в ПФК нагревать сначала в течение 5 ч при 55-600С, а в течение 5 ч при 110-1200С образуются хиназолины (7b,c,e,f) с выходом 36 - 41%.

Аналогично многокомпонентную реакцию можно осуществить, используя в качестве исходных соединений нафталин (3a) и 1,3,5-триазины 6b или . C нафталином выход 2,4- диметилбензо [h] хиназолина (8b) и 2,4- дифенилбензо [h] хиназолина () оказался немного выше и составил 24 и 19% соответственно.

В случае диметоксибензолов 3d и 3e многокомпонентный синтез хиназолинов 8 осуществить не удалось. Вероятно, это связано с высокой реакционной способностью первых по отношению к триазинам 6a-c. Ацилирование протекает быстрее, чем аминирование, а продукты ацилирования не аминируются. Это предпосылка подтверждается тем фактом, что из реакционной смеси по окончанию реакции были выделены соответствующие альдегиды и кетоны.

Аналогично с 1,3,5-триазином, вследствие тех же причин, многокомпонентную реакцию не удалось осуществить ни с одним субстратом. После окончания реакции были выделены соответствующие альдегиды.

Таким образом, в результате выполнения данной части работы на основе электрофильного аминирования аренов нитритом натрия в ПФК были разработаны методы синтеза хиназолинов, в том числе и мультикомпонентный, без участия в гетероциклизации функциональной группы в исходном арене.

3. Синтез хинолинов на основе электрофильного аминирования аренов азидом натрия в ПФК

В этой части работы мы распространили идеологию, представленную в предыдущем разделе, на синтез хинолинов.

Хинолины – хорошо известные вещества, для которых разработано значительное количество методов синтеза. Тем не менее, методов, включающих образование связей N1-C8a и С4-C4a, известно не было. В этом разделе мы предлагаем такой метод, основанный на комбинации реагентов NaN3/ПФК.

Предполагалось, что промежуточные 4, образующиеся в ходе аминирования аренов, будут реагировать не только с 1,3,5-триазинами, но и другими 1,3-бинуклеофилами, например с 1,3-дикарбонильными соединениями.

Мы показали, что реакция анизола (3b) и фенола () с NaN3 в ПФК при 55-600С в течение 5 ч с последующим добавлением 1,3-дикарбонильного соединения и нагреванием еще 3 ч при 120-1300С приводит к хинолинам (10a-с) с выходом 31-42%:

3b: R = Me; c: R = H; 9a: R’ = Me; b: R’ = Ph;

10a: R= R’= Me; b: R=Me, R’= Ph; c: R = H, R’ = Ph;

Предполагаемый механизм этого превращения включает образование триазенов 4 по механизму аналогичному приведенному выше, электрофильную атаку 4 1,3-дикарбонильным соединением, образование циклических интермедиатов 12, их разложение с образованием 13 и внутримолекулярное алкилирование с образованием хинолинов 10.

Мы показали, что вместо 1,3-дикарбонильного соединения в реакции можно использовать халкон.

3b: R = Me; c: R = H; 10b: R=Me; c: R = H;

В этом случае выход ниже и составляет 27-33%.



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.