Введение к работе
Актуальность темы. Изменение реакционной способности субстрата в результате координации к металлоцентру служит основой использования комплексов металлов как стехиометрических реагентов в органической химии. Именно на этом явлении также базируются ключевые стадии ряда гомогеннокаталитиче- ских процессов. Поэтому исследование реакций органических молекул в координационной сфере переходных металлов образует одно из наиболее интенсивно развивающихся направлений современной химии.
Нитрилы, благодаря их способности вступать в реакции нуклеофильного присоединения и 1,3-диполярного циклоприсоединения, широко используются как в лабораторной практике, так и промышленном синтезе в качестве предшественников для создания целого ряда азотсодержащих ациклических и гетероциклических соединений. В то же время молекулы RC=N, по сравнению с другими субстратами с кратными связями, отличаются меньшей реакционной способностью в реакциях нуклеофильного присоединения и циклоприсоединения. Для протекания большинства таких превращений требуется дополнительная активация цианогруппы C=N, одним из эффективных способов которой является координация нитрилов к металлоцентру.
Координация нитрилов к переходным металлам, в зависимости от характера металлоцентра и степени его окисления, приводит к активации связи C=N в реакциях циклоприсоединения, электрофильного или, наоборот, нуклеофильного присоединения. Нитрилы, обладающие низкой электрофильностью и диполяро- фильностью в свободном состоянии, при координации к переходным металлам в высоких степенях окисления вступают в реакции с широким кругом нуклео- филов и 1,3-диполей, которые зачастую невозможны без участия металлоцентра. Связывание с металлоцентром также ускоряет протекание известных в без- металльном синтезе реакций молекул RCN. Стехиометрические металлопромо- тируемые реакции нитрилов позволяют получать практически значимые соединения в мягких условиях, например, иминокомплексы платины, обладающие высокой противоопухолевой активностью. Превращения металлоактивирован- ных нитрилов с последующим выделением продуктов реакций из координационной сферы представляют привлекательный путь получения ранее недоступных или труднодоступных органических соединений.
Цель работы: Разработка новых типов превращений нитрильных субстратов в присутствии металлоцентра и синтез новых классов соединений на основе реакций металлоактивированных нитрилов.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие общие взаимосвязанные задачи:
выявить общие черты и специфику использования переходных металлов для активации нитрильных субстратов в реакциях нуклеофильного присоединения и 1,3-диполярного циклоприсоединения. Осуществить выбор оптимального металла-активатора;
установить основные факторы, определяющие протекание металлопромоти- руемого присоединения к нитрилам, на примере их взаимодействия с рядом HN- и НО-нуклеофилов, а также 1,3-диполей;
продемонстрировать возможность стереоселективного 1,3-диполярного цик- лоприсоединения к металлоактивированным нитрилам;
разработать эффективные способы синтеза труднодоступных или неизвестных ранее иминов и азотистых гетероциклов, формирующихся в результате реакций металлопромотируемого нуклеофильного присоединения и 1,3-диполярного циклоприсоединения к нитрильным лигандам;
наметить общие пути синтетического использования высокореакционноспо- собных иминов сразу после их декоординации.
Научная новизна:
платина(ІУ) предложена в качестве универсального и чрезвычайно эффективного активатора субстратов RCN в реакциях нуклеофильного присоединения и 1,3-диполярного циклоприсоединения;
активация нитрилов путём координации к металлоцентру позволяет проводить с ними неизвестные в безметалльном синтезе реакции - присоединение оксимов, иминов, гетероиминов, иминоэфиров и амидинов, циклоприсоеди- нение оксазолин-^оксидов и имидазолин-^оксидов, а также осуществлять в более мягких условиях и с более широким кругом нитрилов RCN (R = Alk, Ar, NRZ2) известные реакции нуклеофильного присоединения с водой, спиртами, а также циклоприсоединения с ациклическими нитронами и нитрилок- сидами;
в результате реакций металлоактивированных нитрилов получены неизвестные или труднодоступные (с использованием других методов синтеза) соединения - иминоацилированные оксимы (3-окса-1,4-диазапентадиены) HN=C(R)ON=CR'2, 3-окса-1,5-диазапентадиены NH=C(R)OC(R)=NH, 1,3,5- триазапентадиены(-аты) NH=C(R)NHC(R)=NH, 4-гетеро- 1,3-диазадиены HN=C(R)N=X (X = SAr2, PPh3), 2,3-дигидро-1,2,4-оксадиазолы, 5,6-дигидро- 3aH- [1,3] оксазоло [3,2-6][1,2,4] -оксадиазолы и 3a,4,5,6-тетрагидроимидазо [1,2- Ь][1,2,4]оксадиазолы;
предложены способы выделения иминов и азотистых гетероциклов из координационной сферы платины и палладия путём их замещения другими лиган-
-4- дами. С их помощью впервые получены в свободном состоянии представители неизвестного ранее класса гетероциклов - 5,6-дигидро-3аЯ- [1,3]оксазоло[3,2-&][1,2,4]оксадиазолы (в том числе энантиомерно чистые соединения на основе камфоры), а также труднодоступные 4-гетеро-1,3- диазадиены HN=C(R)N=X (X = SAr2, PPh3);
предложена стратегия генерирования высокореакционноспособных иминов на основе реакций сочетания нитрильного лиганда с нуклеофилом и последующей деметаллизации. Данный подход открывает принципиально новые возможности синтетического использования многих крайне неустойчивых и/или труднодоступных соединений, содержащих группу HN=C;
илиды фосфора Ph3P=CHCOR (R = Me, OMe, OEt) селективно восстанавливают иминокомплексы платины(^) до платины(П) в неводных растворителях. Исключением являются аминопроизводные платины, реакция с которыми приводит к неизвестному ранее семейству комплексов платины(^) с C- координированными илидами;
В результате нуклеофильного присоединения амидина PhC(=NH)NHPh к нит- рильным лигандам синтезирован новый класс высокоэффективных люминесцентных комплексов платины(П), обладающих свойством pH-сенсора.
Практическая значимость работы: (1) предложены новые удобные методы получения иминокомплексов и гетероциклических производных плати- ны(П и IV), которые могут найти применение в качестве противоопухолевых препаратов. В частности, синтезированные в рамках данной работы амидиновые соединения платины(П) и комплекс платины(^) с функционализированными аминогруппой амидиновыми лигандами показали значимую цитостатическую активность (собственную или в сочетании с другими препаратами); (2) илид фосфора Ph3P=CHCO2Me введён в практику металлоорганической химии в качестве восстановителя платины(^) до платины(П), действующего в неводных средах. Селективное, протекающее в мягких условиях восстановление имино- комплексов платины(^) до соответствующих соединений платины(П) позволяет синтезировать широкий круг генетически связанных пар комплексов плати- ны(П и IV) для проведения испытаний на противоопухолевую активность и выявления потенциальных противоопухолевых препаратов; (3) синтезирован новый класс люминофоров на основе платины - 1,3,5-триазапентадиенатные (имидоиламидинатные) комплексы платины (II). Данные люминесцентные системы характеризуются pH-зависимой фосфоресценцией и представляют интерес в качестве потенциальных пигментов органических светоизлучающих диодов и люминесцентных сенсоров.
Личный вклад соискателя. Замысел работы и основные направления исследований были сформулированы автором диссертации совместно с научным консультантом. Диссертантка лично выполнила подавляющий объем экспериментальных исследований, связанных с проведением реакций металлоактивирован- ных нитрилов, идентификацией и характеризацией продуктов реакций, провела анализ и обобщение результатов исследований. Вклад каждого из соавторов совместных публикаций подробно описан в диссертационной работе. В диссертации приведено развёрнутое обсуждение изученных реакций - на более высоком, обобщающем уровне, по сравнению с тем, которое даётся в соответствующих статьях на эту тему.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на XXIII Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Одесса, 4-7 сентября 2007 г.), XМолодёжной конференции по органической химии (Уфа, 26-30 ноября 2007 г.), XVМеждународной конференции по химии соединений фосфора (Санкт-Петербург, 25-29 мая 2008 г.), IXМеждународном семинаре по магнитному резонансу (Ростов-на-Дону, 15-20 сентября 2008 г.), XIМолодёжной научной школе-конференции по органической химии (Екатеринбург, 23-28 ноября 2008 г.), XXIVМеждународной Чугаевской конференции по координационной химии (Санкт-Петербург, 15-19 июня 2009 г.), X Международном семинаре по магнитному резонансу (Ростов-на-Дону, 2-7 марта 2010 г.), XXV Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Суздаль, 6-11 июня 2011 г.) и International Congress on Organic Chemistry (Казань, 18-23 сентября 2011 г.). Основное содержание изложено в 31 статье в отечественных и международных журналах, включая 5 обзоров.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованных источников, включающего 375 ссылок. Материалы изложены на 330 страницах текста и содержат 1 таблицу, 96 схем и 61 рисунок.
