Введение к работе
Актуальность работы. Среди неклассических методов формирования углеродного скелета в органических соединениях в последнее время все большее распространение получает так называемый трет-амино-эффект. Этот термин был предложен в 1972 году Мет-Коном и Сушицким (O. Meth-Cohn and H. Suschitzky, Adv. Heterocycl. Chem., 1972, 14, 211), обратившими внимание на распространенность реакций орто-замещенных N,N-диалкиланилинов, в ходе которых происходит замыкание цикла с участием N-алкильной группы и орто-заместителя. Первоначально роль последнего чаще всего выполняла нитрозо- или нитрогруппа. Однако уже в 80-е годы прошлого века в качестве орто-заместителей все больше стали использовать b,b-дициановинильные группы и их различные аналоги. Одновременно кинетические измерения показали, что важнейшей особенностью трет-амино-эффекта является перенос гидрид-иона с N-алкильной группы на орто-заместитель, причем эта стадия определяет скорость всего процесса (W. Verboom, D. N. Reinhoudt, R. Visser, J. Org. Chem., 1984, 49, 269). Одним из важнейших достижений последних лет стало установление стереохимических особенностей этих реакций, а также то обстоятельство, что гидрид-ион может донироваться в орто-дизамещенных аренах О- и С-алкильными группами, например:
K. M. McQuaid, J. Z. Long, D. Sames, Org. Letters, 2009, 11, 2972.
S. J. Pastine, K. M. McQuaid, D. Sames, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 12180.
Таким образом, благодаря использованию новых субстратов, иногда вообще не относящихся к анилинам, с помощью трет-амино-реакций теперь получают не только гетеросистемы типа хинолина или хиназолина, но и производные пирана, фурана, оксазола, циклоалканов, а также макрогетероциклические и мостиковые соединения. Следует подчеркнуть, что значительный вклад в развитие перечисленных новых направлений внесли группы российских ученых, возглавляемые профессорами В.Г. Карцевым и Ю.Ю. Моржериным.
Автор выражает искреннюю благодарность д.х.н., профессору В.А. Озерянскому и к.х.н., доценту О.В. Дябло.
Цели работы. В основе настоящей работы лежало открытие в 2006 г на кафедре органической химии ЮФУ новой разновидности трет-амино-эффекта (O.V. Ryabtsova, A.F. Pozharskii, A.V. Degtyarev, V.A. Ozeryanskii, Mendeleev Commun., 2006, 14, 313). Было показано (Схема 1), что при обработке вторичных 1а или третичных 1b орто-спиртов 1,8-бис(диметиламино)нафталина (протонной губки) соляной кислотой генерируется карбокатион 2, стабилизирующийся за счет миграции гидрид-иона на карбениевый центр. Образующаяся при этом метилениминиевая соль, очевидно, после вращения вокруг связи Cар.-N (34), быстро циклизуется в 2,3-дигидроперимидиниевую соль 5. Нам показалось интересным исследовать эту реакцию на более сложных примерах, а также поискать другие проявления трет-амино-эффекта в данном ряду.
Мы установили, в частности, что, помимо карбениевого центра, NMe2-группа может донировать гидрид-ион электронодефицитной орто-винильной или метилениминиевой группам. Судьба образующегося при этом 1-(метил)метилениминиевого катиона определяется природой самого сильного из присутствующих в смеси нуклеофилов. Он может просто деметилироваться, если таким нуклеофилом является гидроксильный анион, или циклизоваться за счет орто-заместителя или 8-NMe2-группы. В двух последних случаях образуются частично гидрированные бензо[h]хинолины или 2,3-дигидроперимидиниевые соли.
Специфика протонной губки заключается в наличии двух диметиламиногрупп. Мы нашли, что обе они могут донировать гидрид-ион при наличии двух электроноакцепторных заместителей в положениях 2 и 7. Это ведет к протеканию тандемных трет-амино-реакций, которые могут быть как однотипными, так и смешанными. Насколько нам известно, тандемный тип трет-амино-реакций открыт в настоящей работе впервые.
Мы попытались также осуществить трет-амино-реакции в ряду орто-альдегидов, гидразонов и азометинов 1,8-бис(диметиламино)нафталина. При этом неожиданно было установлено, что 1-NMe2-группа в протонных губках способна подвергаться внутримолекулярному нуклеофильному замещению, приводящему к ранее неизвестным напряженным полиядерным гетероциклическим системам типа бензо[h]хиназолина 6 (Схема 2). Выявлена важная роль кислотного катализа в этих реакциях.
Научная новизна. В настоящей работе, имеющей преимущественно фундаментальный характер, обнаружена серия новых разновидностей трет-амино-эффекта, включая несколько видов тандемных процессов. Впервые показана возможность внутримолекулярного нуклеофильного замещения 1-NMe2-группы со стороны специально подобранного орто-заместителя. На основе открытых реакций синтезированы ранее неизвестные производные бензо[h]хинолина, хино[7,8:7’,8’]хинолина, бензо[g]индазола, бензо[h]хиназолина, N,N,N’-триметил-1,8-диаминонафталина, 2,3-дигидроперимидина и ряда 2,3-дигидроперимидиниевых солей. Детальное изучение молекулярной структуры и спектральных характеристик полученных соединений позволило пролить свет на механизм и легкость протекания соответствующих процессов, а также выявить интересные особенности строения ряда новых гетеросистем.
Апробация работы и публикации. Полученные в диссертации данные опубликованы в трех статьях и материалах четырех научных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа общим объемом 121 страница состоит из введения и трех глав и включает 17 таблиц и 24 рисунка. Первая глава (48 стр.) представляет собой литературный обзор, обобщающий данные по трет-амино-эффекту. В обзоре цитировано 85 источников, большинство из которых относится к 2000-м годам. Во второй главе обсуждаются полученные нами результаты, а в третьей приведены детали экспериментальных исследований. В конце диссертации содержатся выводы, список цитированной литературы (124 наименования) и приложение с обсуждением стереохимии и сольватохромии некоторых соединений.
