Введение к работе
Актуальность нсслетоп?*""1 Химия алифатических диазососдинений (АДС) -дного из наиболее реакционноспособных классов органических соединений -мест большое теоретическое и прикладное значение. В зависимости от структур-ых особенностей и условий проведения реакций они могут выступать как источ-ики карбенов и карбинов, карбокатионов и радикалов, могут реагировать как лектрофилы или нуклеофилъные субстраты. Сравнительно хорошо изученные иазоалканы и диазокарбонильные соединения находят широкое применение в онком органическом синтезе. Особенно велика их роль в создании напряженных труктур и малых циклов, сложных гетероциклических систем, при получении [риродных соединений и биологически активных веществ.
Следует, однако, заметить, что основные закономерности и достижения, ле
жащие в основе современных успехов химии АДС, базируются на изучении хими-
еских свойств и превращений сравнительно узкого круга диазососдинений - ди-
зоалканов, 2-диазоэфиров или диазокетонов, имеющих в а-положешш к диазо-
>ункции одну функциональную группу. - -
В последнее время, с широким развитием селективных каталитических" и ютохимических методов органической химии, современной инструментальной ехники, в сферу активных исследований и практического использования стали іривлекаться диазосоединения, имеющие несколько функциональных групп в галекуле. Так, при изучении каталитического деазотирования функционально амещенных эфиров диазоуксусной кислоты в присутствии непредельных акцеп-оров была установлена принципиальная возможность прямого получения биоло-ически активных соединений циклопропанового ряда из полифункциональных иазосоединений. В ряду 2-диазо-1,3-дикярбонильных соединений найдены новые ффективные светочувствительные препараты для использования в субмикронной шкролитографии. По ряду параметров некоторые из них, например, диазоизопро-илиденмалоновая кислота, дибензоилдиазометан, превосходят широко используете в качестве фоторезистов нафгохинондиазиды. Наконец, полифункциональные иазососдинения обнаружены среди природных соединений, в продуктах жизне-еятельности бактерий. Оказалось, что антибиотики ряда кинамицина, обладающие аметной противоопухолевой активностью, имеют структуру функционально замененных диазобензофлуоренов, а не цианамидов бензокарбазолов, как это считаюсь в течение 25-ти лет после их открытия в 1970 году. Другой антибиотик -агуномицин, выделенный в 1993 году, имеет структуру алкенилзамещенного б-ди-зо-2,7,8,9-тетраоксохиналина, т.е. является диазотетракетоном.
Приведенные данные, а также стремительно нарастающий поток публикаций
этой области свидетельствуют о наступлении нового этапа в развитии химии АДС
химии полифункциональных диазосоединений. В связи с этим всесторонние ис-
ледования алифатических диазосоединений, содержащих несколько функциональ-
ных групп в молекуле, представляется актуальной и насущной задачей органич
кой химии.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом НИР Ш Химии Санкт-Петербургского (Ленинградского) университета в рамках коордас ционного плана РАН (АН СССР) по направлению "Синтетическая органичесі химия (тонкий органический синтез)", номера государственной регистраці 76.09.0585 (1976-1980 гх.), 81.07.5827 (1981-1985 гх.), 087.003.9150 (1986-1990 глу
Цель работы заключалась в проведении комплексного исследования области полифункциональных алифатических диазосоединений, которое включа следующие проблемы: разработку новой стратегии и эффективных методов синп известных и неописанных классов диазосоединений, содержащих по крайней ш три функциональные группы в молекуле, выяснение структурных особенное! ряда полифункциональных; диазосоединений, изучение фотохимических преврап ний и химических свойств различных 2-диазо-1,3-дшсарбонильных соединений 2-диазо-З-оксикетонов, установление структурных и других параметров, опрех ляющих стерео- и регионаправленность этих процессов.
Научная новизна. Предложена новая стратегия синтеза полифункпиональні диазосоединений, которая заключается в модифицировании структуры синтої содержащего диазодикарбонильный фрагмент. С помощью этого подхода синтез рованы новые полифункциональные диазосоединения: N-гетеробицнклическ диазодикетоны, циклические и ациклические 2-диазо-З-оксикетоны, 2-диазо-оксоциклогексены.
Впервые установлено конформационное 2,Е-равновесие в ряду 2-диазо-1, дикетонов, определены термодинамические параметры 2,Е-переходов, показан что кратность CO-CNz связей диазодикетонов значительно меньше, чем у 2-диаа кетонов.
Установлено, что ациклические 2-диазо-З-оксикетоны имеют Е.Е-конфо] мацию, стабилизированную в слабополярных растворителях внутримолскулярнс водородной связью (ВМВС), показано, что положение частоты voh в ИК спектр диазооксицикланонов может быть использовано для конформационных отнесет (а' или е') в ряду указанных соединений.
Впервые описана перегруппировка Вольфа в ряду 2-диазо-З-оксикетоно Обнаружена новая реакция - кислотно-катализируемая дегидратация диазооксию тонов, приводящая к образованию непредельных диазооксоциклогексенов.
Впервые зарегистрированы при обычных условиях и/или выделены в инда видуальном виде "промежуточные" фотолиза диазодикарбонильных соединений циклические и ациклические а-оксокетсны, 3,3-диапилдиазирины ряда 1,3-диок сана и гексагидропиримидина, изучены их дальнейшие превращения.
Установлено, что фотохимическая перегруппировка Вольфа диазодикетоно и диазооксикстонов, а также взаимодействие промежуточных а-оксо- и а-оксике
нов с нуклеофильными реагентами протекают стереоспецифично, приводя к тер-эдинамически наиболее устойчивым стсреоизомерам.
Экспериментально установлено существование стереоконтроля механизма ізложения диазокетонов; показано , что Z.E-конформационный контроль перс-іупшфовки Вольфа дизамещенных диазокетонов не реализуется.
Установлена четкая зависимость направления фотолиза гетероциклических изодикарбонильных соединений от природы гетероатома и длины волны возбуж-дошего света.
Практическое значение работы может быть сформулировано в виде еле-тощих основных положений.
Установлены общие закономерности фотолиза полифункциональных диазо-«динений, и на их основе найдены условия фотохимического синтеза труднодо-упных иными путями соединений следующих классов: а-оксокетснов, 3,3-ди-(илдиазиринов, ациклических дикетосульфониевых илидов, З-алкил-2-ацилзаме-енных циклобутанонов, свободных кетокислот, производных циклобутан-2-оксо-циклопентан-2-оксокарбоновых кислот, диалкил(арил)замещенных 3-кетокислот объемными заместителями в а- и р-полажениях молекулы и их производных, щкционалышх производных ряда 1,3-дигаолана, 1,3-диоксолана, имида-лидина.
Найдены стерсоспецифические и стереоселекгивные процессы, которые мо-г быть использованы в тонком органическом синтезе для получения стереохими-ски чистых 4,6-диалкилзамещенных 2-диазо-1,3-диоксоциклогскеанов, 3,5-[алкил-2-оксоциклопенганкарбоновых кислот и производных, соответствющих клопентанонов, транс-2-оксипиклопентан-1-карбоновых кислот и их юизводных.
Разработаны регаоселективные способы получения с высокими выходами мешенных 2-диазо-З-оксоциклогексснов, 4,6-ди-трет-алкилрезорщшов. Предло-яы модифицированные методики конденсации Кляйзена и реакции диазопере-са, позволяющие заметно ускорить эти процессы и увеличить выходы 1,3-кетонов и диазодикетонов вплоть до количественных.
Разработана эффективная схема синтеза уникального ненасыщенного диазо-нтона - 2-диазо-1,3-диоксоциклопент-4-ена. На основе этого полифункциональ-го строительного блока с использованием реакции пиклоприсоединения предло-я и апробирован универсальный метод получения разнообразных бицикличес-х азотсодержащих диазодиоксопиклопентанов.
Практическая ценность и перспективность разработанных методов подгвер-.ается получением 11 авторских свидетельств на способы получения и новые ассы соединений, а также включением соответствующих данных в справочные іания и монографии (Methodicum Cbimicum, Ed. F.Korte, 1974; The Chemistry of azonium and Diazo Groups, EdS.Patai, 1978; Houben-Weyl, Methoden der -anischen Chemie, 1990; Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, Ed.
L.A.Paquette, 1994; M.Regitz, G.Maas.// Diazo Compounds, 1986; T.T.Tidwell
Ketenes, 1994; и другие ).
Ачробя^ PUfrmii Основные результаты работы докладывались с ну ликацией тезисов:
на 8-й Международных симпозиумах и конференциях: 9-ом Международш симпозиуме по химии органических соединений серы (Рига, 1980); 7-, 9- и 10-< Международных симпозиумах по химии гетероциклических соединений (Братися ва, ЧССР, 1982 и 1987; Кошице, ЧСФР, 1990); б-ом Международном Симпозиуі ИЮПАК по органическому синтезу (Москва, СССР, 1986); 8-ом Международш Симпозиуме по химии кремнийорганических соединений (Сент-Луис, США, 19& 6-ом Европейском Симпозиуме по органической химии (Белград, Югославї 1989);
на 16-ти съездах, конференциях, симпозиумах, проходивших в СССР (СН в 1974-1994 rj\: 4-х Всесоюзных конференциях по химии дикарбошшьньпс соед нений (Рига, 1976-1991 гх.), S-ти Всесоюзных конференциях по химии карбенов их аналогов (Москва, 1973-1992 rj\), 2- и 3-ей Всесоюзных конференциях : фотохимии (Сухуми, 1974, Ростов-на-Дону, 1977), 3- и 5-ой Всесоюзні конференциях по химии азотсодержащих гетероциклов (Ростов-на-Дону, 195 Черноголовка, 1991), Всесоюзной конференции по химии непредельных соед нений (Казань, 1986), 5-ом Всесоюзном Симпозиуме по органическому синтс (Москва, 1988), Всесоюзной конференции по кислородсодержащим гетероцикл (Краснодар, 1990);
а также без публикации тезисов: на Межвузовских симпозиумах Ленингра ского и Лейпцигского университетов (Лейпциг, 1982, 1988; Ленинград, 1991), Межвузовском семинаре Ленинградского и Гамбургского университетов (Л нинград, 1990); на семинарах в зарубежных университетах г.г.Кайзерслаутері Майнца, Лейпцига (Германия, октябрь-ноябрь 1992), Торонто, Оттавы (Канаї январь, март 1993), в университете плата Огайо (Колумбус, США, май 1994).
Ш&авкывВх Основное содержание диссертации изложено в 69 публикациі из них - 31 статья (2 обзора) в отечественных и зарубежных журналах, 27 тезис докладов на Всесоюзных и Международных конференциях; получено 11 авторок свидетельств.
В диссертации представлены результаты экспериментальных работ, получе ные, главным образом, в период 1974-1991 г.г. Обоснование и формулирої научных идей принадлежат автору. Исследования проводились, при личном участ автора и под его непосредственным руководством аспирантами химическс факультета ЛГУ: Ю.Френхом, О.ВЖшновой, Н.Н.Химичем, В.В.Попикс С.М.Корнеевым, а также студентами-дипломантами: З.НИльиной, СД.Котокс Н.ВЛуговкиной, И.В.Терентьевой, ЛЛШевелевой, Б.Н.Филимоновой, А.В.Рыз ковым, ПЛО.Уткиным, О.О. Григорьевой, которым автор выражает свою искре нюю признательность.
5 Н» мппггу выносится научное направление - исследование в области поли-дазиональных алифатических диазосоединений, включающее: азработку эффективной стратегии и методов синтеза известных и неописанных лассов диазосоединений, имеющих три и более функциональных групп (C=N2 , !=0, С=С, N=N, О-Н) в молекуле;
становление структурных особенностей ациклических 2-диазо-1,3-дикетонов с ростыми алкилышми, арильньши и стерически требовательными заместителя-и; циклических и ациклических 2-диазо-З-оксикетонов;
омплекс простых и эффективных методик получения труднодоступных органи-еских соединений, разработанных на основе изучения фотохимических, терми-еских и кислотно-катализируемых реакций диазодикетонов различной структу-ы, N-, О-, S-гетероциклических аналогов диазодимедона, диазобарбитуровых, и иазотиобарбитуровых кислот, диазооксикстонов;
ібобщение и обоснование установленных закономерностей фотохимических и ругих превращений диазодикарбонильных соединений и диазооксикетонов, ко-орые определяют механизм деазотирования и регионаправленность их 1,2-нук-еофильных перегруппировок.
