Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Реакции циклоприсоединения в синтезе азагетероциклов (литературный обзор)
1.1. Реакции 1,3-ДИПолярного циклоприсоединения (1,3-дцп) 7
1.1.1. Реакции 1,3-дцп азометин-К-оксидов (нитронов) 7
1.1.2. Реакции 1,3-ДЦП азометинилидов 17
1.1.3. Реакции 1,3-дцп нитрилиминов 42
1.1.4. Реакции 1,3-дцп диазосоединений 45
1.1.5. Реакции 1,3-дцп азидов 50
1.1.6. Реакции 1,3-дцп нитрилоксидов 61
1.1.7. Циклоприсоединение других 1,3-диполярных соединений 64
1.1.8. Квантовохимические исследования реакций 1,3-дцп 68
1.2. Производные N-арилкарбаматов в реакции Дильса-Альдера 72
Глава 2. Изучение реакций циклоприсоединения функционально замещенных производных N-арилкарбаматов (обсуждение результатов)
2.1. Изучение реакций 1,3-диполярного циклоприсоединения производных N-арилкарбаматов 76
2.1.1. Взаимодействие алкенильных производных N-арилкарбаматов и некоторых других соединений с нитрил-Ы-оксидами 77
2.1.2. Взаимодействие алкенильных производных N-арилкарбаматов с азометин-М-оксидами 89
2.1.3. Взаимодействие производных N-арилкарбаматов с диазоалканами и арилдизометанами 97
2.1.4. Изучение реакций производных N-арилкарбаматов с азометинилидами 101
2.1.5. Взаимодействие С-нитрозоалккЫМ-арилкарбаматов с нитрил- N-оксидами и некоторые химические превращения полученных продуктов реакции 106
2.2. Изучение реакции [4+2]-циклоприсоединения 2,3-диметилбутадиена к С-нитрозо-алкил-арилкарбаматам 113
2.3. Изучение некоторых направлений практического использования полученных соединений 116
Глава 3. Экспериментальная часть 121
Выводы 151
Приложение 153
Список цитируемой литературы 173
- Реакции 1,3-дцп азометин-К-оксидов (нитронов)
- Производные N-арилкарбаматов в реакции Дильса-Альдера
- Взаимодействие алкенильных производных N-арилкарбаматов и некоторых других соединений с нитрил-Ы-оксидами
- Взаимодействие С-нитрозоалккЫМ-арилкарбаматов с нитрил- N-оксидами и некоторые химические превращения полученных продуктов реакции
Введение к работе
Разработка стереоселективных методов синтеза, позволяющих получать различные азотсодержащие гетероциклические соединения, исходя из доступных реагентов на основе реакций циклоприсоединения, является одной из важнейших проблем современной синтетической органической химии. В отличие от реакций замыкания цикла реакции циклоприсоединения N-арилкарбаматов изучены в недостаточной степени. Разнообразные произ-водные N-арилкарбаматов, включая алкенильные, алкинильные, С-нитрозо-, а также М,М'-диалкоксикарбонилпроизводные бензохинондиимина, представляют значительный интерес в качестве диполярофилов в реакциях с 1,3-диполярными соединениями и в качестве диенофилов в реакциях с сопряженными 1,3-диенами. Направление взаимодействий зависит как от природы реагентов, так и условий проведения реакций.
Главная цель настоящей работы заключалась в изучении синтетических возможностей некоторых функционально замещенных N-арилкарбаматов в синтезе новых полифункциональных производных гета-рилкарбаматов с использованием реакций [3+2]- и [4+2]-циклоприсоединения, включая вопросы выявления закономерностей, специфики, механизмов их превращений, свойств, стереостроения, путей возможного практического использования полученных соединений.
Задачами настоящего исследования являлись изучение закономерностей реакций 1,3-диполярного циклоприсоединения нитрил-1Ч-оксидов, азо-метинилидов, N-оксидов бензазепина, диазоалканов и арилдиазометанов к производным N-арилкарбаматов, а также [2+4]-циклоприсоединения сопряженных диенов на примере 2,3-диметилбутадиена по нитрозогруппе алкил-№(и-нитрозофенил)карбаматов, а также выявление возможных путей химических превращений полученных продуктов реакций.
Настоящая работа выполнена в русле указанных проблем и представляет собой часть плановых научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре органической и фармацевтической химии Астраханского государственного университета по теме «Теоретическое и экспериментальное исследование новых материалов и систем на основе азотсодержащих соединений с заданными свойствами».
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем.
- Впервые; проведено комплексное исследование реакции 1,3-
диполярного циклоприсоединения различных 1,3-диполярных соединений к
производным N-арилкарбаматов, содержащим двойные, тройные связи,
нитрозогруппу, хиноидное ядро, к родственным соединениям и выявлены
специфические особенности их протекания и возможные побочные процес
сы.
- Выявлены закономерности и синтетические возможности реакции
1,3-диполярного циклоприсоединения ароматических и гетероциклических
нитрил-Ы-оксидов, генерированных из соответствующих оксимов альдеги
дов при действии хлорамина Б, к алкенильным и алкинильным производным
N-арилкарбаматов.
- Установлено, что взаимодействие азометинилидов с N,N'-
диметоксикарбонил-и-бензохинондиимином в отличие от производных П-,
бензохинона протекает с ароматизацией хиноидного, а не гетероцикличе
ского ядра и приводит к получению соответствующих карбаматных произ
водных изоиндола.
- Показано, что 1,3-диполярное циклоприсоединение к пропаргил-N-
фенилкарбамату арилдиазометанов, образующихся in situ из натриевой соли
тозилгидразона соответствующего ароматического альдегида, диазоэтана к
основанию Шиффа с карбаматной функцией протекают региоселективно с
образованием соответственно 3,5-дизамещенных пиразолов и 1,2,3-
триазола.
Установлено, что характер образующихся продуктов в реакции ал-лил-Т\Г-фенилкарбамата с N-оксидами бензазепина зависит от структуры циклического азометин-1М-оксида. Найдено что взаимодействие С-нитрозосоединений с арил- и гетарилнитрил-К-оксидами протекает как реакция 1,3-диполярного циклоприсоединения с последующей гетероциклиза-цией и образованием таутомерных 5(6)-алкоксикарбониламинопроизводных 2-арил(гетарил)-1-гидроксибезимидазол-3-оксидов; изучены некоторые их химические превращения.
Найдено, что С-нитрозо-алкил-Ы-арилкарбаматы являются активными гетеродиенофилами в реакции [2+4]-циклоприсоединения сопряженных 1,3-диенов, продуктами которой являются 1,2-оксазины с карбаматной функцией.
Практическая значимость работы заключается в следующем. Разработанные методы синтеза веществ представляют интерес для широкого круга специалистов в области тонкого органического синтеза и поиска новых лекарственных средств. Синтезированные соединения обладают широким спектром биологической активности и могут стать основой для разработки новых лекарственных средств. Найдено, что натриевые соли 2-арил-1-гидрокси-бегзимидазол-3-оксидов обладают значительным противоишеми-ческим действием, а карбаматные производные 1,2-оксазина проявляют высокую антимикобактериальную активность.
Автор защищает:
особенности реакционной способности и закономерности реакций 1,3-диполярного циклоприсоединения и [2+4]-циклоприсоединения с участием производных N-арилкарбаматов;
синтез новых производных 1,2-оксазина, 3,5-дизамещенных изоксазолина, изоксазола, изоксазолидина, бензимидазола, изоиндола и др. с карбаматной функцией;
- новые гетарилкарбаматы, обладающие противоишемической и антимико-бактериальной активностью.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на XVII, XVIII Менделеевском съезде (г. Казань, 2003, Москва, 2007), X, XI Всерос. науч. конф. «Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов» (Саратов, 2004, 2008 гг.), XI Междун. научно-техн. конф. «Наукоемкие химические технологии 2006» (Самара, 16-20 окт. 2006 г.), IX научной школы-конф. по органической химии (Москва, 11-15 дек. 2006 г.), III Междунар. конф. «Химия и биологическая активность азотсодержащих гетероциклов» (Черноголовка, июнь 2006 г.), IV Междун. конф. по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов для изучения окружающей среды, включая секции молодых ученых научно-образовательных центров России (Ростов-на-Дону, 18-22 сент. 2007 г.), Междун. науч.-прак. конф. «Инновационные технологии и средства обучения физике, химии, биологии» (Астрахань, 12-13 апр. 2007 г)., XI Международной научно-технической конф. «Перспективы развития химии и практического применения алицикличе-ских соединений» (Волгоград, 3-6 июнь 2008 г
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи в журналах, включенных в перечень ВАК, 3 статьи в сборниках научных трудов и 10 тезисов докладов на конференциях различного уровня. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы (210 источников) и приложения. Работа изложена на 198 страницах текста, содержит 30 рисунков, 9 таблиц, 118 схем. В главе 1 диссертации (литературный обзор) анализируются литературные данные по использованию реакций циклоприсоединения в синтезе азагетероциклов. В главе 2 (обсуждение результатов) описано применение некоторых полифункциональных N-арилкарбаматов в синтезе азагетероциклов. Глава 3 -экспериментальная часть. В приложении приведены спектры некоторых со-единенийт и протоколы испытаний синтезированных соединений.
Реакции 1,3-дцп азометин-К-оксидов (нитронов)
В реакциях асимметрического 1,3-дцп различных нитронов 1 к акролеину 2, протекающих с высокой или хорошей энантиоселективностью с получением соответствующих изоксазолидинов 4 (схема 1), успешно использован хиральный (S,S) бис-Ті(ГУ) содержащий катализатор 3 (рис. 1) [1].
Так взаимодействие нитрона (1, R=-Bu) с акролеином 2 в присутствии 10 мол.% катализатора 3 в дихлорметане при - 40 С приводит к получению соответствующего энЭо-циклоаддукта 4 с энантиомерной чистотой 97 %.
Предложены высоко диастерео- и энантиоселективные реакции 1,3 дцп 3-((Е)-2 -алкеноил)-1,3-оксазолидин-2-онов к нитронам, катализируемые титансодержащим катализатором [2]. При этом был исследован ряд катализаторов TiX2ADDOL (TADDOL - лиганд а,а,а ,а -тетраарил-2,2-диметил-1,3-диоксолан-4,5-диметанол), их влияние на скорость и диастерео- энантиоселективности в реакции 1,3-дцп алкенов к нитронам. Хорошо известна способность этих катализаторов ускорять реакции 1,3-диполярного цикло-присоединения алкенов к нитронам, приводящим преимущественно к экзо-изомеру изоксазолидинов с оптической чистотой ее до 60%. Если атом хлора катализатора замещают более объемным лигандом, таким как тозилат, то энЭо-изомер получается с диастереоселективностью более 90%. Синтетические аспекты нового метода продемонстрированы с помощью серии реакций, в которых диастереоселективность, как правило, была более 90%, примечательно, что энантиоселективность также превышала 90%. Высокие диастерео- и энантиоселективности реакции алкенов с нитронами могут быть объяснены с помощью модельного переходного состояния непосредственно образующегося из промежуточного соединения катализатора с 3-циннамоилоксазолидином, который недавно был выделен и охарактеризован.
Витон с сотрудниками [3] обнаружили, что кислоты Льюиса [CpM(BIPHOP-F)][SbF6] координированные с металлом (М = Fe, Ru) катализируют реакцию 1,3-дцп между активными нитронами 5 и сс,р 9 ненасыщенными альдегидами 6 с получением хиральных изоксазолидинов 7 (схема 2) с энантиомерной чистотой от 75 до более 96%. Стереохимия основного энантиомера согласуется с эндо-подходом молекулы нитрона к связи С=С еналя.
Авторы статьи [4] предложили общий способ проведения каталитической энантиоселективной реакции 1,3-дщт нитронов, активированных хи-ральными кислотами Льюиса к электронообогащенным алкенам.
Нитроны активировались различными хиральными комплексами 2,2 -дигидрокси-1,Г-бинафтил (BINOL)-AlMe. При этом найдено, что комплексы 3,3 -диарил-ВШОЬ-А1Ме катализируют высоко регио-, диастерео- и энантиоселективную реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения ароматических нитронов к виниловым эфирам, приводя к экзо-диастереомеру изоксазолидинов с диастереомерной чистотой более 90% и энантиоселективной чистотой до 97%). Реакция исследовалась в различных условиях с разнообразными нитронами и виниловыми эфирами (и алкенами). Обсуждается механизм реакции на основе стереохимического эффекта катализатора, диастереоселективность и стереохимия полученных изоксазолидинов, теоретические расчеты промежуточного соединения 3,3 -дифенил-ВП ЮЬ-А1Ме-нитрон. Шиндо с сотрудниками [5] обнаружили, что 1,3-Дщт к инолятам 8 нитронов 9 протекает по механизму с обращенными электронными требованиями и приводит к получению 5-изоксазолидинонов 10 с хорошей транс-селективностью (схема 3). Последние могут быть легко превращены в (3-аминокислоты 11. В статье [6] приведены результаты изучения межмолекулярного 1,3-дцп к пентафторофенилвинилсульфонату 12 разнообразных нитронов 13. Продукты превращений представляют собой стабильные циклоаддукты 14 с очень высокой стерео- и региоселективностью (схема 4). Последующим замещением пентафторофенильной группы амином получены функционализированные сульфонамидные продукты 15 с хорошими выходами. Установлено [7], что 1,3-дцп нитронов к ос-алкил- и а-арилакролеинам катализируются комплексами DBFOX/Ph с солями никеля (II) и магния (II) с получением стерически контролируемых изоксазолидин-5-карбальдегидов, в то время как реакции присоединения к сс-бромакролеину эффективно катализируются комплексами цинка (II) с получением изоксазолидин-4 11 карбальдегидов в условиях электронного контроля. Энантиоселективности реакций, проведенных при комнатной температуре, достигают 99,5%. Авторы статьи изучили реакции циклоприсоединения с участием нового гомохирального имидазолонпроизводного нитрона (16) [8]. Установлено, что циклоприсоединение нитрона 16 к монозамещенным алкенам 17 протекает с высокой стереоселективностыо и с образованием циклоаддуктов 18 с высоким выходом (схема 5).
Производные N-арилкарбаматов в реакции Дильса-Альдера
Показана возможность циклоактина (55) вступть в качестве диполя-рофила в реакции 1,3-дцп с бис(метоксикарбонил)метилилидами пиридиния (54) с получением соответствующих индализинов (8-метоксикарбонил-7-азатрицикло[7.6.0.0 ]пентадека-1,3,5,8-тетраенов) 56 с хорошими и умеренными выходами (схема 16) [25].
Полученные результаты авторы статьи обосновали с использованием кван-товохимических расчётов энергий граничных орбиталей циклоалкана и 1,3-диполей [25]. Реакцией 5,5-диметилпиразолидин-З-она с ароматическими альдегидами в спирте в присутствии CF3COOH получены (12)-1-(Аг-метилиден)-5,5-диметил-3-оксо-пиразолидин-1-ий-2-ид-азометинимины [Аг=2-!Ч02СбН4, 4-N02C6H4, 2-МеОСбН4, 3,4,5-(МеО)3С6Н25 2,4-С12С6Н3, 2,6-С12С6Н3, 2,4,6-Ме3С6Н2, 2,4,6-(МеО)зС6Н2, 2,6-(МеО)2С6Н3] с выходами 85-93%, из которых реакцией 1,3-дцп к МеООСС=ССООМе синтезированы соответствующие 1-Аг-2,3-диметоксикарбонил-7,7-диметил-5-оксо-Ш,5Н-пиразоло[1,2-а]пиразолы с выходами 70-97% [26]. Однореакторно трехкомпонентным процессом, включающим последовательные реакции конденсации - 1,3-дцп при взаимодействии R COCl С HC=CR2 в присутствии Pd(PPh3)2Cl2, Cul, Et3N (ТГФ, 20, 2 ч) с последующим действием 1-(К3-карбонилметил)-4-К4-пиридинийбромидами синтезированы индолизины [27]. В работе [28] представлены результаты подробного исследования реакций кетиминов различного строения с дифторкарбеном в присутствии производных фумаровой и малеиновой кислот как метода синтеза производных 2-фтор-2 пирролинов, а также подхода к формированию 2-фтор-2-пирролинового фрагмента в составе полициклической системы. Предложен вероятный механизм реакции. Новый трехкомпонентный one-pot подход был успешно осуществлен венгерскими учеными к гексагидропирроло[2Д-а]изохинолинам (57) (выходы 79-97%), который заключается в последовательном алкилировании изо-хинолинов, дегидрогалогенировании четвертичных солей, 1,3-дцп образующихся in situ азометинилидов к диполярофилам (схема 17) [29]. Авторы статьи [30] предложили метод генерирования азометинили-дов, включающий в себя расщепление связи C-N в азиридинах, и исследовали последующее [3+2]-циклоприсоединение этил-7-йодо-2-гептиноата (58). При нагревании смеси этил-7-йодо-2-гептиноата (75) (или его аналогов), с 2-арилазиридинами (59), в присутствии 1 экв. К2СОз в сухом CH3CN получают высокозамещенные индолизидины (60) (схема 18). Эта реакция проходит через SN2/ И формальное [3+2]-циклоприсоединение, и представляет собой первый синтетический пример формального [3+2]-циклоприсоединения через разрыв связи C-N не активизированных азири-динов. Исследовано влияние природы заместителей в азиридине на условия проведения процесса и на выход индолизидинов. Предложен вероятный механизм превращений. Реакцией 1,3-дцп С60-фуллерена, H2NCHMeCOOH и 2,5-(НО)2С6Н3СНО синтезирован 2-(2,5-дигидроксифенил)-5-метил-2,5 дигидропирролино[3,4]фуллерен с выходом 20,4% [31]. Японские ученые изучили 1,3-дцп этил-2,3-пентадиеноата MeCH=C:=CHCOOEt к 4-11-пиридиний-дицианометилидам и выявили реги оспецифическое образование этил-3 -циано-2-этилиндолизин-1 карбоксилатов [R=H, Me, Bz, MeCOO, Ac, 1,3-диоксолан-2-ил (а)] с выходом 21-61% [32]. Сообщается [33] о простом эффективном one-pot трёхкомпонентном синтезе высокофункционализированных пирролидинов 64 через каскад ре 21 акций имин— азаметинилид —» 1,3-дцп. Взаимодействие различных альдегидов 61, диметил-2-аминомалоната (62) и электронодифицитных алкенов 63 в ТГФ ведёт к получению пирролидинов 64 с выходами от хороших до высоких(схема 19). Мягкие условия реакции способствуют генерированию азометинилидов из енолизированных альдегидов. ЭнЭо-селективность наблюдалась исключительно с N-фенилмалеинимидом и малеиновым ангидридом. Хорошая хемо-, регио-, и стерео-селективность выявлена в реакции с метилакрилатом, хотя в этом случае требовался катализ с помощью Ag (I) В работе [34] реализована последовательность построения гетерополи-циклических систем («циклизация металлокарбеноида с образованием азометан- или карбонил-илида - циклоприсоединение», «циклизация металлокарбеноида с образованием ониевых илидов - сигматропная перегруппировка», «межмолекулярная генерация циклического иминиевого илида - межмолекулярное циклоприсоединение»; «межмолекулярная генерация азоме-тин-илида - внутримолекулярное циклоприсоединение» для илидов, генерированных из этоксикарбонилкарбеноидов и иминов О-замещённого салицилового альдегида (65а-в), содержащих в боковой цепи олефиновый дипо-лярофильный фрагмент. При этом установлено, что при медленном добавлении этилдиазоацетата к кипящему раствору имина (65а) в бензоле в присутствии каталитических количеств меди образуются два соединения: гекса-гидрохроменопиррол (66а) (34%) - продукт внутримолекулярного цикло-присоединения промежуточного азометин-илида А к связи С=С, и тетрагид-рохроменопиррол (67а) (26%) (схема 20).
Взаимодействие алкенильных производных N-арилкарбаматов и некоторых других соединений с нитрил-Ы-оксидами
Реакцией 1,3 -дцп алкенов НС=СК! к N-защищенным органическим азидам — RCOOCH2N3 (R=?-Bu, морфолино, Et2N) в присутствии CuS04 5Н20 и аскорбата натрия в смеси /-ВиОН-вода (20, 1-2 дня) получены 4-R -1-(R-карбонилоксиметил)-1,2,3-триазолы (R=?-Bu, морфолино, Et2N; R =4-МеОС6Н4, Ph, 4-NH2C6H4, 4-NCC6H4, 2-CF3C6H4, 2-N02C6H4, пирид-2-ил, 3,5-(СРз)2СбНз, 1-гидроксициклогексил, CH(OEt)2, (СН2)3СООН), из которых при отщеплении защитных групп под действием NaOH (ЇМ раствор) в Ме-ОН (20, 30 мин; 20, 24 ч или 85, 24 ч) образуются 4- -№Н2,3-триазолы с выходами 58-98% [94].
Авторы статьи [95] разработали региоселективный метод получения 1,5-тризамещенных 1Н-1,2,3-триазолов 181 через 1,3-дцп 1-триметилсилилацетиленов к органоазидам 180. Иммобилизация азида 180 на смоле и последующее циклоприсоединение позволило получить библиотеку 1,5-дизамещённых 1Н-1,2,3-триазолов 181 с выходами 68% (схема 62).
Установлено, что полная региоселективность достигалась при использовании 1-триметилсилилацетиленов. Когда вводились в реакцию несилиро-ванные ацетилены, то получали смеси региоизомерных триазолов. Цикло-присоединение происходило в кипящем толуоле при продолжительности процесса 12-46 часов. Элктроноакцепторные группы в ацетиленах увеличивают скорость реакции циклоприсоединения к азидам.
Осуществлена реакция [3+2]-циклоприсоединения ВгС=ССООМе к 4-NO2C6H4CH2N3 в тетрагидрофуране при 20-50 в присутствии каталитических количеств Cul, Cu(OAc)2 или СиІ/Си(ОАс)г, протекающая с образованием метил 5-бромо-1-(4-нитробензил)-1Н-1э2,3-триазол-4-карбоксилата с выходами 93-99% в зависимости от типа катализатора [96]. Авторами предложен [97] ряд новых производных А -пиразолина, по лученных посредством 1,3-дцп. При этом был синтезирован этил-3-(5 метокси-2-нитробензоил)-Д -пиразолин-5-корбоксилат (244а) для получения бензоилпиразолиновой системы, присутствующей в этих производных. Для получения исходных веществ использовались два синтетических пути. В обоих случаях большинство полученных продуктов реакции являлись Д пиразолинами. Промежуточные этил-1-ацил-3-(2-нитробезоил-5 замещенные)-Д -пиразолин-5-карбоксилаты были превращены в конечные продукты посредством нескольких химических превращений. Полученные соединения являются ингибиторами синтазы монооксида азота (NOS). На схеме 63 показаны использованные синтетические пути. По маршруту а 5-метокси-2-нитродиазоацетофенон 182а, выступающий в качестве 1,3-диполя, реагирует с активным диполярофилом (этилак-рилатом). В маршруте б 5-метокси-2-нитрофенилвенилкетон 183а, выступающий в качестве диполярофила, реагирует с этилдиазоацетатом. Оба пути ведут к образованию одинакового интермедиата этил-5-(5-метокси-2-нитробензоил)-А1-пиразолин-3-корбоксилата А, который не был выде-лен,т.к. быстро изомеризуется в рацемический этил-3-(5-метокси-2-нитробензоил)-А -пиразолин-5-корбоксилат 184а [97]. Установлено [98], что внутримолекулярное [2+3] циклоприсоединение азида к связи С=С приводит к получению гексагид-ро[1,2,3]триазоло[1,5-а]пиразинам. Эти соединения в дальнейшем были использованы в качестве интермедиатов при получении 2-(галогенометил)пиперазиноав, которые могут служить прекурсорами различных конденсированных производных. Для синтеза основной бициклической системы 188 (схема 64) авторы этой статьи использовали внутримолекулярное [2+3]-циклоприсоединение, причем исходными соединениями являлись легкодоступные аминоспирты 185. Трансформация гидроксильной группы в азидную в соединении 186 выполнялась доступным методом после введения N нитробензолсульфонильной группы. Последующее N-аллилирование азида 186 осуществлялось в мягких условиях с использованием К2СОз/18-краун-6 в качестве основания. N-аллильные производные 187 являются нестабильными соединениями, и при выделении они подвергались полимеризации в течение 1-2 часов. Было найдено, что они сохраняются в разбавленных растворах и это позволило осуществить циклизацию с получением соединений 188. Объемный заместитель R1, вероятно, облегчает циклизацию и самые лучшие результаты были получены с валинолом в качестве исходного аминоспирта (185, R1 = z-Pr) [98].
Взаимодействие С-нитрозоалккЫМ-арилкарбаматов с нитрил- N-оксидами и некоторые химические превращения полученных продуктов реакции
Авторы статьи [132] произвели расчет барьеров активации и энергий реакций 1,3-дцп с помощью высоко точного квантово-механического метода (CBS-QB3). Теория деформации-взаимодействия диполей и диполярофилов объясняет, почему: 1) наблюдается монотонное уменьшение на 6 ккал/моль высоты барьера в ряду 1,3-диполей: N-оксиды, имины и илиды; 2) соответствующие бетаины нитрилиума и азометина имеют почти одинаковые высоты барьеров циклоприсоединения; 3) циклоприсоединения данных 1,3-диполей к этилену и ацетальдегиду имеют одинаковые энергии активации вопреки очень разной термодинамике реакций и энергии граничных ор-биталей. Показано, что имеется корреляция между энергиями деформации (AEd56) и барьером активации (AE =0.75AEd -2.9 ккал/моль), что является общим для замещенных и незамещенных 1,3-диполей в этих циклоприсое-динениях (рис. 17). Таким образом наибольшее значение для взаимодействия, по мнению авторов этой работы, имеет энергия деформации 1,3-диполей, позволяющей им принять предпочтительную геометрию для взаимодействия с диполяро-филом в переходном состоянии, а не взаимодействия граничных молекулярных орбиталей или термодинамика реакции. Энергии граничных орбиталей влияют на энергии взаимодействия между 1,3-диполем и диполярофилами с различной диполярофильной активностью.
Исследованы энергетические характеристики реагентов и переходных структур при циклоприсоединении к аллену (А), монофтораллену (МФА) и 1,1-дифтораллену (ДФА) диазометана, оксида формнитрила с использованием неэмпирического квантово-химического метода расчета ab initio [133]. Оптимизация структур выполнялась как с помощью RHF/3-21G и RHF/6-21G вычислений. Авторы этой работы рассматривают вклад кинетики, энтальпии и энтропии активации, а также влияние растворителя.
Теоретическими методами B3LYP, а в некоторых случаях методами CCSD(T) и CBS-Q исследованы 1,3-дцп нитронов RCH=N(CH3)0 и нитри-локсидов к бифункциональным цианоалкинам N=C-C=CR и цианоалкенам -N=CCH=CHR (R = Н, Ph; R = Н, Ph), как свободным, так и связанных с Ptn и PtIV (рис. 4) [134]. Подробно проанализированы хемо-, регио- и стерео-селективность процессов и факторы, влияющие на реакционную способность и селективность. Координация диполярофилов с Pt11 и особенно с PtIV облегчает присоединение по связи CN. Исследована реакция нитрона, N-метилнитрона и их гидроксиламин-ных таутомеров (винилгидроксиламина и N-метилвинилгидроксиламина) на реконструированной поверхности Si(100)-2xl с помощью методов B3LYP и МР2 [135].
Вычисления предсказали, что оба нитрона могут реагировать с димер-ной поверхностью через согласованное 1,3-дцп, ведущее к пятичленным соединениям. Реакция гидроксиламинных таутомеров на поверхности Si(100) следует по механизму, включающему образование л-комплекса.
Молекулярный механизм 1,3-дцп трифторметилтиометилазометини-лида к акрилонитрилу охарактеризован (рис.5), с использованием методов теории функциональной плотности B3LYP с базисными наборами 6-31G и 6-31+G . Проанализированы и обсуждены относительные скорости, ре-гиоселективность и эндостереоселективность. Анализ результатов различных путей реакции показывает, что реакция протекает по согласованному механизму, при котором две формирующиеся связи С-С образуются асимметрично. Это циклоприсоединение полностью региоселективно и эндо-стереоселективно из-за сильной поляризации как асимметричного диполя так и диполярофилов, что благоприятствует делокализации сверхсопряжения, которое появляется при энЭо-подходе. Расчеты функциональной плотности методом B3LYP/6-31G дают данные относительно энергий переходного состояния для этого 1,3-дцп, которые находятся в полном соответствии со стереохимическим результатом [136].
Изучены переходные структуры в реакциях 1,3 -дцп замещенных нит рилоксидов с хиральными гомоаллильными спиртами с помощью теории функциональной плотности (B3LYP/6 311+0(с1,р)+СРСМ(дихлорметан)//ВЗЬР/6-31+0((1)) [137] и объяснена наблюдаемая диастереоселективность в этих реакциях.
Исследованы реакции N-оксидов бензонитрила с 3-метиленфталимидином с использованием теории функциональной плотности B3LYP/6-31G [138]. Для этих реакций охарактеризованы два различных пути, позволяющие получать [3 + 2]-циклоаддукт и оксим (рис. 6).
