Введение к работе
Актуальность работы
Непредельные соединения являются основой промышленного и препаративного синтеза. Это обусловлено широкой вариабельностью кратных связей, что обеспечивает возможность введения различных структурных фрагментов с заданными функциями в молекулы ненасыщенных соединений. Современная теория химии алкенов, особенно электрофильных реакций (AdE-процессы), позволяет эффективно стимулировать нехарактерные для некоторых электрофилов и непредельных соединений направления и управлять конкурирующими потоками реакций: присоединением, циклизацией, скелетными перегруппировками и т. д. за счет предреакционной модификации реагентов (изменение истиной электрофильности), трансформации интермедиатов (изменение эффективной электрофильности), изменения структурных факторов субстратов и условий реакции.
В отличие от указанных направлений в литературе имеются лишь единичные сообщения по такому важному направлению реакций алкенов, как замещение водорода сильными электрофилами, а реакции замещения водорода слабыми электрофилами вообще неизвестны. В этих реакциях сохраняется кратная связь и обеспечивается возможность введения заданной функциональной группы в молекулы субстратов как при электрофильном замещении (SE-процесс), так и замещении постэлектрофила нуклеофильно активным реагентом (SN-процесс).
В настоящее время известно лишь замещение аллильного водорода при низкотемпературном хлорировании алкенов с четвертичным атомом углерода при двойной связи (реакция Львова-Шешукова). В некоторых работах сообщалось, что циклические непредельные соединения терпенового ряда, а также соединения, содержащие геминальные атомы хлора при двойной связи, при хлорировании также вовлекаются в реакции замещения. Замещение водорода бромом в аллильном положении алкенов реализуется только при свободнорадикальном бромировании алкенов N-бромсукцинимидом (реакция Воля-Циглера).
Известно, что такие природные соединения как бетулин и ряд его производных, содержащие изопропенильный фрагмент, обладают полифункциональной биологической активностью. При этом модификация бетулина введением структурных фрагментов с определенными биологическими функциями позволяет целенаправленно варьировать функциональную биоактивность. Такая модификация может быть обеспечена замещением нуклеофугных групп в аллильных производных бетулина, что дает новую возможность его целенаправленной модификации и открывает перспективу эффективного варьирования биологических и других характеристик производных терпеноидов и других стерически затруднённых алкенов.
Таким образом, выявление нехарактерных для алкенов направлений взаимодействия с электрофильными реагентами с целью расширения синтетического потенциала, в том числе природных биологически активных соединений, и построение теоретической модели поведения пространственно затруднённых алкенов на примере пентациклического тритерпеноида – бетулина является актуальной задачей.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 12-03-00753-а «Реакции бетулина, диарилпропинонов и замещенных о-бензохинонов, активированных 1,8-бис-(диметиламино)-нафталином» и проект №13-03-00516-а «Стимулированное стерическими факторами электрофильное замещение водорода в алкенах»).
Цель работы
Выявление направлений реакций бетулина и диацетата бетулина с электрофильным хлором (трет-бутилгипохлорит, N-хлорсукцинимид), бромом (N-бромсукцинимид, молекулярный бром) и иодом (N-иодсукцинимид, молекулярный иод), которые охватывают весь диапазон силы электрофилов: от сильного до слабого.
Определение роли интермедиатов циклического и открытого типов, а также стерических факторов субстрата (геминальный эффект) в контроле реакций аллильного и винильного замещения.
Научная новизна
Впервые показано, что бетулин и диацетат бетулина реагируют с электрофильными реагентами по типу присоединение-депротонирование (SE-процесс) независимо от силы электрофила. Защита гидроксильных групп бетулина ацетилированием сохраняет основные направления реакций с участием двойной связи бетулина с электрофилами различной силы. Сила электрофила оказывает влияние на соотношение процессов аллильного и винильного замещения. Квантовохимическим методом выявлена роль интермедиатов открытого и циклического типов в развитии замещения, а также роль стерических факторов субстрата в развитии этого направления.
Практическая значимость
Впервые найдены реакции замещения водорода непредельных соединений сильными и слабыми электрофилами (трет-бутилгипохлорит, N-хлорсукцинимид, N-бромсукцинимид, молекулярный бром, N-иодсукцинимид, молекулярный иод), стимулированные стерическими препятствиями геминальных групп при двойной связи. Установлена зависимость степени винильного и аллильного замещения от силы электрофила. Квантовохимическим методом выявлены факторы, ответственные за развитие процессов замещения водорода электрофилом.
Апробация работы
Результаты исследований были представлены на VI Всероссийской конференции студентов и аспирантов с международным участием по химии «Менделеев-2012», г. Санкт-Петербург, 2012; III Международной молодежной научно-практической конференции «Коршуновские чтения», г. Тольятти, 2012.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 3 статьи в журналах, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций, и тезисы 2 докладов на международных и российских конференциях.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, библиографического списка, который содержит 75 наименований. Диссертация изложена на 93 страницах, содержит 10 рисунков, 3 таблицы, 6 схем.
Похожие диссертации на Электрофильное замещение водорода в бетулине и диацетате бетулина
