Введение к работе
Актуальность работы. Гетероциклические и открытоцепные соединения со связью фосфор-углерод, в том числе фосфорсодержащие аналоги природных соединений, интенсивно исследуются в последнее время. Об этом свидетельствуют данные последних трех конференций по химии фосфорорганических соединений [Program and Abstracts of XVth International Conference on Phosphorus Chemistry (ICPC-15). July 29-August 3, 2001, Sendai, Japan; Programm and abstracts of 16th International conference on phosphorus chemistry. ICPC-16, 2004, 4-9 July, Birmingham, UK; Programm and abstracts of 17,h Internat. conf. on Phosphorus Chem. April 15-19, 2007. Xiamen, China]. Соединения со связью фосфор-углерод принято рассматривать как формальные аналоги фосфатов с тем отличием, что их биологическое действие существенно выше и разнообразнее благодаря определенным трудностям ферментативного расщепления связи фосфор-углерод по сравнению со связью фосфор-кислород. Именно последнее, очень важное обстоятельство стимулирует огромное число работ по синтезу соединений со связью фосфор-углерод. Актуарными являются поиск и разработка мягких регио- и стереоселективных реакций, приводящих к возникновению связи фосфор-углерод; особенно реакций присоединения Среди фосфорилирующих реагентов, пригодных для этих целей, особое место занимают бифункциональные ангидриды природных гидрокси- (аминокарбо-новых) и фосфористой (фосфонистой) кислот, содержащие макроэргический фрагмент Р(Ш)-0-С(0), которые способны присоединяться к соединениям, содержащим активированные кратные связи. В результате таких реакций образуются новые циклические структуры как с увеличенным, так и уменьшенным по сравнению с исходным циклическим остовом. В настоящее время наиболее хорошо изучены Р(Ш)-производные салициловой кислоты. Сведения о реакциях циклических Р(Ш)-производных других гидроксикарбоновых кислот, таких как 2,5-дигидрокситере-фталевая, гидроксинафтойная, памоевая, миндальная и др., отсутствуют. Для этих целей весьма перспективными представляются также бифункциональные производные Р(Ш), в которых атом фосфора и функциональный заместитель (карбонильная или имино-группа) разделены различными спейсерами. Вовлечение таких соединений в реакции с активированными непредельными системами может стать основой метода получения сложных каркасных структур со связью фосфор(У, IV)-углерод.
Целью работы является 1) синтез новых Р-гетероциклов со связью фосфор (1У)-углерод на основе реакций циклических Р(Ш)-производных салициловой, 2,5-дигидрокситерефталевой, гидроксинафтойной, иамоевой и миндальной кислот, содержащих эндоциклическую карбонильную группу, с активированными непредельными системами; 2) разработка метода синтеза Р(У)-каркасных систем со связью фосфор(У, 1У)-углерод на основе реакций бифункциональных циклических Р(Ш)-производных, имеющих карбонильную или имино-группу, не связашгую с фосфором непосредственно, с активированными непредельными соединениями содержащими связи С=0, С=С или С=С.
Научная новизна работы. В работе разработаны подходы к синтезу фос- ,' фор(Ш, 1У)содержащих пяти-, шести- и семичленных гетероциклов со связью фос- >f фор-углерод и фосфор-кислород на основе реакций присоединения циклических \ Л Р(Ш)-производных природных гидроксикарбоновых кислот, таких как салици- С Л ловая, гидроксинафтойные, 2,5-дигидрокситерефталевая, памоевая и миндальная, й. \\\
соединениям, содержащим активированные кратные связи (гексафторацетон, хлораль, перфтордиацетил, эфиры мезоксалевой, ацетилендикарбоновой и арилиден-малоновых кислот, бензоилнитрил и др.). Гидролизом фторированных производных нафто-1,3,2-диоксафосфепинов и Р-циклических производных памоевой кислоты получены новые фторированные гидроксикетоны и циклические фосфаты.
Впервые разработана новая стратегия синтеза бициклических (каркасных) производных пентакоординированного фосфора со связью фосфор-углерод на основе реакций бифункциональных циклических фосфитов, имеющих карбонильную или имино-группу в (3- и у-положении ациклического заместителя, с активированными непредельными системами (гексафторацетон, хлораль, перфтордиацетил, эфиры мезоксалевой, ацетилендикарбоновой и арилиденмалоновых кислот). Во многих случаях реакции отличаются высокой регио- и стереселективностью и включают важный для органического синтеза результат - одновременное образование связей фосфор-углерод, углерод-углерод, кислород-углерод. Выявлены направления гидролиза каркасных фосфоранов, протекающего в зависимости от природы циклического заместителя при фосфоре как с полным раскрытием циклического остова, так и сохранением одного из циклов.
Практическая значимость работы заключается в разработке регио- и сте-реоселективных подходов к синтезу Р(Ш, 1У)-гетероциклов, аналоги которых применяются в металлокомплексном катализе, и могут проявлять, как и исходные природные объекты, биологическую активность. Разработана методология синтеза функционализированных органических соединений, таких как фторированные гидроксикетоны, позволяющая осуществлять их синтез на основе реакции гидролиза фосфепинов.
Разработана достаточно общая методология синтеза каркасных производных пентакоординированного фосфора со связью фосфор-углерод, отличающаяся высокой степенью регио и стереоселективности. Она основана на реакциях экзо-заме-щенных бифункциональных фосфитов с активированными непредельными соединениями. Полученные каркасные фосфораны могут использоваться в синтезе производных тетракоординированного атома фосфора со связью фосфор-углерод.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на XIV Международной конференции по химии фосфора (ІССРС-XIV) (June 27 - July 1, 2005, Kazan, Russia), 17 Международной конференции по химии фосфора (ICCPC-XVII, April 15-21, 2007, Xiamen, China), XV Международной конференции по химии фосфора (ICCPC-XV) (May 25-30, 2008, St.-Petersburg, Russia), Всероссийской конференции «Карбонильные соединения в синтезе гетеро-циклов» (Саратов, 2004), Всероссийской конференции «Техническая химия. Достижения и перспективы» (Пермь, 2006), 7-ой Всероссийской конференции «Химия фтора» (Москва, 2006), IX и X молодежных научных школах-конференциях по органической химии (Москва, 2006 и Уфа, 2007), IV и V научных конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета «Материалы и технологии XXI века» (Казань, 2004 и 2005), итоговых научных конференциях Института органической и физической химии им. А.Е.Арбузова Казанского научного центра РАН (ИОФХ КазНЦ РАН) (Казань, 2006 и 2007).
Работа выполнена в Институте органической и физической химии КазНЦ РАН им. А.Е. Арбузова при поддержке гранта РФФИ (07-03-00180). Работа входит в г/б темы «Разработка новых регио- и стереоселективных методов фосфорилиро-
вания синтетических и природных соединений с целью получения фосфорэле-ментосодержащлх кольчатых и каркасных структур» (№ гос регистр. 0120 0503490, 2006-2007 г), «Научные основы и технологические аспекты получения новых практически важных фосфорорганических соединений и материалов на их основе» (№ гос. регистр 0120 0803971).
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 231 страницах, содержит 14 таблиц, 36 рисунков и состоит из введения, трех глав, выводов, списка цитируемой литературу л приложения, в ьотором приведены рисунки спектров большинства полученных новых соединений. Первая глава представляет собой литературный обзор на тему «Синтез и реакционная способность производных фосфора (III-VI). содержащих ангидридные связи», в котором проанализировано современное состояние химии фосфорных систем с ангидридными связями, а также вопросы химии и реакционной способности фосфоранов; продемонстрировано разнообразие процессов, протекающих с участием фосфорсодержащих циклических и ациклических соединений (охвачен период 2000-2008 гг). Вторая глава посвящена обсуждению полученных результатов. Третья глава содержит описание проведенных экспериментов
