Содержание к диссертации
Введение
2. Методы синтеза инденопиридинов, их превращения и применение (обзор литературы) 4
2.1. Нахождение ннденопиридинов (азафлуоренов) в природе 4
2.2.Методы синтеза инденопиридинов 5
2.2.1. Окислительная деградация азафенантренов 5
2.2.2. Конденсация с применением производных индана 6
2.2.3. Внутримолекулярная циклизация замещённых арил- и ароилпиридинов 14
2.2.4. Другие реакции 20
2.3.Превращения инденопиридинов 21
2.3.1. Реакции ароматических инденопиридинов 21
2.3.2. Реакции гидрированных инденопиридинов 35
2.3.3. Реакции четвертичных солей инденопиридиниев 38
2.4. Применение инденопиридинов 43
3. Синтез и химические превращения 9-арил-2,3-дигидро-ш-индено[2,1-с]пиридинов и родственных соединений (обсуждение результатов) 45
3.1. Синтез 4-арил-з-ароил-г-пиперидолов и их предшественников-бис-(1-ароилэтил)алкила1\шнов 47
3.2. Превращения 4-арил(гетарил)-3-ароил(гетароил)-1-метил-г-пиперидолов под действием ариламинов. Синтез 1-арил(гетарил)-3-ариламино-1-оксопропанов 55
3.3. Взаимодействие 3-бензоил(2-тиеноил)-1-метил-4-фенил(2-тиенил)пиперидолов с арил гидразинами и 0-фенилендиамином 78
3.4. Синтез и превращения 9-арил-2,3-дигидро-ш-индено[2,1-с]пиридинов и родственных соединений 82
3.4.1. Синтез гидропроизводных индено[2,1-с]пиридина и его тиоаналога 82
3.4.2. Дегидрирование и окисление 2-метил-9-фенил-2,3-дигидро-1Н-индено[2,1-с]пиридина и родственных соединений 85
3.4.3. Некоторые олектрофильные реакции 9-фенил-2,3-дигидро-1Н-индено[2,1-cjnupudwioe 96
3.4.4. Превращения галогенидов 2-метил-2-метоксикарбонилметил-9-фенил-2,3-дигидро-1Н-индено[2,1-с]пиридиния под действием оснований 103
4. Экспериментальная часть по
5. Выводы 133
6.список литературы
- Окислительная деградация азафенантренов
- Реакции ароматических инденопиридинов
- Превращения 4-арил(гетарил)-3-ароил(гетароил)-1-метил-г-пиперидолов под действием ариламинов. Синтез 1-арил(гетарил)-3-ариламино-1-оксопропанов
- Дегидрирование и окисление 2-метил-9-фенил-2,3-дигидро-1Н-индено[2,1-с]пиридина и родственных соединений
Введение к работе
Синтез новых функциональных производных природных гетероциклических соединений, изучение их реакционной способности и практически полезных свойств является актуальной задачей химии гетероциклических соединений. Это значительно расширяет возможности тонкого органического синтеза, делает доступным для изучения новые типы гетероциклических систем. К настоящему времени получено большое число замещённых инденопиридинов, среди которых проводится поиск веществ с полезными свойствами.
В обзоре литературы представлены сведения о нахождении в природе, биологической активности, методах синтеза и некоторых превращениях инденопиридинов.
Окислительная деградация азафенантренов
Существенные недостатки этого метода - многостадийность, образование смесей инденопиридинов и проведение пиролиза в глубоком вакууме - не позволяют сделать его препаративным.
Наиболее удобный препаративный метод синтеза всех изомерных по расположению атома азота инденопиридинов разработан под руководством профессора Н.С. Простакова в РУДН [48-56]. Число стадий определяется способом получения синтона с заданным расположением заместителей [50-59]. На завершающей стадии алкилзамещённый фенилпиридин (41) дегидроциклизуют в паровой фазе при 520-540 С на промышленных катализаторах на основе смешанных оксидов металлов (К-12, К-16, К-20). Весьма эффективен процесс получения индено[1,2-Ь]пиридинов в две стадии - нуклеофильного арилированием алкилпиридинов (42) с последующей гетерокаталитической дегидроциклизацией алкилфенилпиридинов (43).
Наиболее общим является подход, в котором необходимые метилфе-нилзамещённые пиридины (44) синтезируют с выходом до 55% парофаз-ной гетерогенной каталитической циклизацией карбонилсодержащих соединений с аммиаком по методу Чичибабина на кадмийкальцийфосфатном катализаторе (ККФ) [52,58-61]. Последующая дегидроциклизация образующихся метилфенилпиридинов 44 позволяет получить все изомерные по положению азота инденопиридины и их алкилзамещённые в пиридиновом цикле гомологи. R= Н, СН3 44 В данном методе невысокий выход инденопиридинов на стадии де-гидроциклизации компенсируется высокой селективностью процесса, а в условиях рецикла непрореагировавшего фенилпиридина инденопиридины можно получать с количественными выходами. 2.2.4. Другие реакции
Недавно были разработаны новые методы формирования инде-нопиридиновых систем. В основе одного из них лежит новая реакция иод-пиридина (45) с дифенилацетиленом в присутствии диацетата палладия в качестве катализатора [62]. В результате образуется смесь изомерных 9-бензилиден-4- и 2-азафлуоренов (46 a-d) с суммарным выходом 76% \ ? РР1і3,ДМФА N В другом методе [63] 3-[2-(триметилсилилэтинил)бензоил]-1,2,4-триазины (47) вступают во внутримолекулярную реакцию Дильса-Альдера с образованием 9-оксоиндено[2,1-Ь]пиридинов (48).
Изучены реакции электрофильного замещения в бензольное ядро -нитрование и галогенирование. При нитровании инденопиридинов, их 9-оксопроизводных и N-оксида 4-азафлуорена в качестве основного продукта во всех случаях были выделены 7-нитропроизводные (49) [38,64-66].
Осуществлено бромирование 1- и 4-азафлуоренонов 6,8 с помощью N бромсукцинимида (NBS) в 70%-ной серной кислоте при 50С и парами брома в жёстких условиях (24-72 ч в автоклаве при 145С) [67]. Строение продуктов бромирования зависит от соотношения субстрат:реагент. 1NBS H2SO4(70%), 1ч ff H2S04(70%),14 Br 4NBS 2.3.1.2. Реакции нуклеофильного замещения
В работе [68] показана возможность нуклеофильного замещения в пиридиновое ядро. При аминировании 4-азафлуорена по Чичибабину в диме-тиланилине с хорошим выходом был получен 1-амино- 4-азафлуорен (50). NaNH, ДМА
При проведении фенилирования 4-азафлуорена фениллитием в кипящем толуоле был выделен 1-бензил-4-азафлуорен (51), который, по-видимому, образуется в результате металлирования толуола в условиях реакции.
Несмеяновым с сотр. [69,70] было изучено взаимодействие инденопи-ридинов с карбонилами хрома, молибдена и вольфрама. При этом установлено, что только 4-азафлуорен образует аренхромтрикарбонильные я-комплексы по бензольному ядру, 1-азафлуорен даёт смесь тс- и п-комплексов (52 и 53), а 2- и 3-азафлуорены образуют только и-комплексы. Сг(СО)5 (СО)3Сг Благодаря наличию пиридинового фрагмента азафлуорены легко ква-тернизуются, образуя с высоким выходом галогеналкилаты, пикраты, гало-генфенацильные соли и комплексы с трёхфтористым бором [71-85]. В случае азафлуоренонов выход четвертичных солей понижается, по-видимому, из-за уменьшения основности пиридинового фрагмента [66,71,72].
Азафлуорены легко окисляются до азафлуоренонов перманганатом калия или бихроматом натрия в уксусной кислоте с выходами 40 - 60% [53,57]. Окисление кислородом в присутствии катализатора Родионова или щёлочи в ДМСО повышает выход до 80 - 90% [58,86]. В работе [68] показана возможность окисления 1-замещённых 4-азафлуоренов до 9-азафлуоренонов с высокими выходами. В отличие от своих изомеров 3-азафлуорен легко окисляется при бар-ботаже воздуха через его гексановый раствор, давая с количественным выходом 9-оксопроизводное [64]. Азафлуорены и азафлуореноны при взаимодействии с пероксидом водорода образуют N-оксиды [50,71,78, 87]. Глубокое окисление 2-азафлуоренона методом озонолиза с последующей обработкой пероксидом водорода приводит к расщеплению три-циклической системы [7]. 25С N 4 02/Оз fYCH + СООН .ХООН + IX СООН "хоон 2.3.1.5. Восстановление
Каталитическое гидрирование инденопиридинов проводят с помощью платины [51], никеля и гептасульфида рения [82] при повышенном давлении. При этом происходит частичное или полное восстановление пиридинового цикла. 2-Азафлуорены восстанавливаются натрием в спирте до инданопипе-ридинов [51,83].
Нагревание азафлуоренонов с гидразингидратом в автоклаве приводит к восстановлению с высоким выходом оксогруппы до метиленовои [7,32,88]. С меньшим выходом происходит восстановление амальгамой цинка в соляной кислоте [5]. Боргидрид натрия восстанавливает карбниль-ную группу только до спиртовой [89-91].
Соответствующие третичные спирты образуются и в результате взаимодействия азафлуоренонов с фенил- и метиллитием, а также с бензил-магнийхлоридом [92].
Реакции ароматических инденопиридинов
Окислением четвертичных солей инденопиридиния воздухом или ферроцианидом калия в щелочной среде получены инденопиридоны [79,80]. Кватернизованные азафлуорены содержат в пятичленном цикле легко депротонирующуюся основаниями метиленовую группу, обладающую высокой СН-кислотностью. Подобное депротонирование используют для получения ангидроооснований, содержащих Юя-электронную небензоидную ароматическую систему [77].
Действие оснований на 1-ацил-1-азафлуоренийхлориды (110) в бензо ле сопровождается образованием неустойчивых 1-ацил-1Н-инденопиридинов (111). Последние под действием BF3 претерпевают 1-3 ацильный сдвиг и количественно превращаются в 9-ацилинденопиридины (112), существующие в енольной форме, которая стабилизируется внутримолекулярной водородной связью [75].
Инденоиндолизины с различным сочленением циклов могут быть получены также путём 1,3-биполярного циклоприсоединения из фенацил-бромидов азафлуоренов и АДКЭ [66,72,73]. Так при взаимодействии 2-метил-3-фенацил-З-азафлуорениябромида (115) с триэтиламином и АДКЭ получен 4-метил-3-бензоил-1,2-дикарбометоксииндено[1,2 ]индолизин (116) с выходом 18%. При постадийном проведении реакции соединение было получено с незначительным выходом. Дифенацил-9-(у-пиридилийметилен)-1- и 4-азафлуоренийдибромиды (117) под действием оснований генерируют двойной илид, который присоединяет одну молекулу АДКЭ и только по пиридильному радикалу, причём фенацильный заместитель при атоме азота азафлуоренового фрагмента отщепляется [123].
Производные азафлуоренов обладают широким спектром биологической активности, что стимулирует синтез и дальнейшее изучение новых соединений в этом ряду. Вошёл в клиническую практику в качестве противоаллергического средства 1,2,3,4-тетрагидро-2-метил-9-фенил-2-азафлуорен. Некоторые его аналоги оказывают значительное спазмолитическое, адренолитическое, анестезирующее и антигистаминное действие [3].
В обзоре по антивирусным препаратам [124] отмечается, что алкил-, арил-, карбокси- и цианпроизводные 1-азафлуорена рекомендованы в качестве противогриппозных средств. Производные 1,2,3,9а-тетрагидро-1-азафлуорен-3-карбоновой кислоты рассматриваются в качестве упрощённых аналогов алкалоидов спорыньи. Иодметилаты 1-азафлуорена и его 9-гидроксипроизводного проявили антибактериальную активность широкого спектра. Ряд тетрагидро-1-азафлуоренов и 9-замещённых 1-азафлуоренов обладают нейротропной активностью при малой токсичности. Некоторые азафлуореноны проявляют противоопухолевую активность.
Производные азафлуоренов проявляют пестицидную активность, а также свойства регуляторов роста и развития растений.
Следует подчеркнуть, что структура 9-замещённых азафлуоренов содержит фрагмент потенциально фармакофорной («магической») группировки, которая присутствует в молекулах многочисленных лекарственных средств, воздействующих на биологическую систему через холинэргиче-ские, адренэргические и гистаминные рецепторы [125,126]. CCf
Поэтому можно ожидать, что поиск в ряду подобных производных азафлуорена с высокой биологической активностью весьма перспективен.
Кроме того, четвертичные соли инденопиридинов нашли применение в качестве средства для окраски кератиносодержащих волокон [127]. Синтез и химические превращения 9-арил-2,3-дигидро-Ш-индено[2,1-с]пиридинов и родственных соединений (обсуждение результатов)
Анализ материала, представленного в литературном обзоре свидетельствует о том, что хотя химии инденопиридинов посвящено много работ, большинство из них имело целью изучить реакционную способность инденовой части и/или гетероароматического - пиридинового - фрагмента. В то же время данные по химическим превращениям частично восстановленных по пиридиновой части инденопиридинов практически отсутствуют. Подобное обстоятельство и является мотивацией выбора мною темы по исследованию химических свойств индено[2,1-с]пиридинов типа А, в структуру которых входит тетрагидропиридиновое ядро. Указанный гетероциклический фрагмент хорошо «предорганизован» для осуществления целого ряда реакций, т.к. содержит несколько реакционных центров: 1) атом азота для кватернизации и последующих превращений четвертичных солей; 2) две метиленовые группы, активированные с одной стороны гетероатомом, а с другой - винильной группой (обе СН2-группы входят в состав высоко реакционноспособного аллиламинного фрагмента, что, к сожалению, приводит к значительной нестабильности молекулы в целом); 3) винильную группу при С-4 (следует подчеркнуть, что она входит в 1,3- диеновую систему, сопряжённую с двумя бензольными ядрами, которые могут влиять на поляризацию и на реакционную способность этой диеновой системы).
Превращения 4-арил(гетарил)-3-ароил(гетароил)-1-метил-г-пиперидолов под действием ариламинов. Синтез 1-арил(гетарил)-3-ариламино-1-оксопропанов
Изучение возможности синтеза оснований Шиффа на основе анилинов и 3-ароилзамещённых у-пиперидолов типа 2а представлялось для нас важной тем, что в структуре подобных иминов содержится фармакофор-ный азастильбеновый фрагмент (с вероятным преобладанием геометрического д///ш/-изомера за счёт внутримолекулярной Н-связи). Другим мотивом постановки эксперимента послужили уже имеющиеся данные [135] о высоком потенциале биоактивности многих производных у-пиперидолов. Более того, мы использовали компьютерную программу PASS [136] для прогноза биоактивности ещё не синтезированного имина (Д), в соответствии с которой этот имин может проявить анальгетическую активность опиоидного и неопиоидного типа (с вероятностью 68% и 54%, соответственно), а также свойства анальгетика сердечно-сосудистой системы (63%).
Однако, при попытке синтеза основания Шиффа из З-бензоил-4-гидрокси-1-метил-4-фенилпиперидина (2а) и анилина, а также целого ряда других замещённых аминобензолов было установлено необычное направление их взаимодействия в стандартных для конденсации такого рода ус ловиях (кипячения в толуоле в присутствии каталитических количеств па-ря-толуолсульфокислоты). Вместо ожидаемых иминов типа Д из реакционной смеси были выделены 1Ч-(бензоилэтил)замещённые анилины 4.
Строение полученных в этом случае соединений указывало на протекание сложного каскада термодинамически контролируемых реакций, главными из которых могли быть: ретроальдольная дециклизация пипери-дола 2а и последующее переаминирование продуктов дециклизации с образованием новых оснований Манниха. При систематическом изучении реакций пиперидола 2а с пара-, мета- и орто-замещёнными анилинами было установлено, что во всех случаях взаимодействия двух эквивалентов ариламинов с одним эквивалентом N-метилпиперидола 2а в указанных выше условиях образуются только N-монобензоилэтилирован-ные анилины (4a-s), характеристики которых представлены в таблице 4 (звёздочкой помечены известные соединения). Из таблицы видно, что при использовании незамещённого анилина выход аминопропанона 4а составил 49%. Введение в пара-попожеше анилина электронодонорных заместителей (алкильных или метоксильных групп), снижающих NH-кислотность ариламинов, приводило к заметному уменьшению выхода соответствующих аминопропанонов 4 Ь-е.
В то же время наличие в пара-положении галогенов или этокси-карбонильных групп обеспечивало повышение выхода аналогичных продуктов до 63-74%. Можно было предположить, что такой сильный элек-троноакцепторный заместитель в ариламинах, как нитрогруппа, ещё более увеличит выход ожидаемых аминопропанонов 4j и 4п. Однако этот продукт образовался только в следовом количестве и был идентифицирован лишь хроматомасс-спектрометрическим анализом реакционной смеси. Причиной неактивности 4-нитроанилина в этой реакции может, по видимому, служить переход первичной аминогруппы в иминную с об разованием иминохиноидного таутомера, который не способен вступать в реакцию переаминирования. В то же время, если нитрогруппа присутствует в мета-положении нитроанилина, то реакция происходит гладко и образуется соединение 4п, выделенное с ожидаемым высоким выходом (82%).
При переходе к ортозамещённым анилинам выходы 3-амино-пропанонов, как правило, падают (соединения 4о-и), что, по-видимому, связано с возрастанием роли стерического фактора.
В ИК-спектрах полученных 3-СК-арил)пропанонов 4 присутствуют интенсивные полосы поглощения групп С=0 (при 1655-1686 см 1) и группы NH (3210-3410 см"1). Для спектров ЯМ? 1Н этих соединений (таблица 5) характерным является наличие двух триплетных сигналов протонов группировки 0=C-CH2-CH2-N-, которые регистрируются в области 3.46 -3.7 и 3.05-3.33 м.д. с КССВ J = 5.7 - 6.9 Гц. Протон вторичной аминогруппы резонирует в области 3.8 - 4.8 м.д. и проявляется в виде уширенного сигнала. Ароматические протоны, находящиеся в орто-попожтш к аминогруппе анилинового фрагмента, дают диагностические по сильно-полыюму расположению сигналы (при 6.6 - 6.8 м.д.). В то же время характеристическими для идентификации всех соединений 4 являются три группы сигналов в слабых полях (в области 7.27 - 7.45, 7.46 - 7.58 и 7.93 -7.97 м.д. с соотношением интегральной интенсивности 2:1:2), относящиеся к мета-, пара- и opmo-протонам бензоильного фрагмента.
Детальный анализ масс-спектров соединений 4a-i, k-q, полученных в условиях ионизации электронами (таблица 6) позволил оценить относительную стабильность их молекулярных ионов и найти общие пути фрагментации последних.
Дегидрирование и окисление 2-метил-9-фенил-2,3-дигидро-1Н-индено[2,1-с]пиридина и родственных соединений
При замене ариламинов на арилгидразины также не образуются основания Шиффа, а происходит более сложная, чем в случае применения анилинов, цепь последовательных превращений пиперидола 2а. Действительно, анализ спектров ЯМР Н реакционной смеси и её хроматомасс-спектрометрическии анализ показали, что в случае фенилгидразина конечными продуктами рассматриваемого взаимодействия явились 1,3-дифенилзамещённые 4,5-дигидропиразол (6а) и пиразол (7а). Мп02 (при Ar = Ph) РК ОН О —j N. / II Dk Ph Ph хл PhArNHNH2 і/ у N л Me Аг АГ 2а 6а 7а,b а Аг = Ph, b Аг = C6H3(N02)-2,4 Оба вещества имеют близкую хроматографическую подвижность и выделены колоночной хроматографией лишь в виде смеси с общим выходом 55% (в соотношении 1:2 соответственно, по данным ЯМР). При окислении этой смеси диоксидом марганца был получен с высоким выходом индивидуальный пиразол 7а. Использование вместо фенилгидразина его 2,4-динитропроизводного привело, как и предполагалось, к полному дегидрированию промежуточного дигидропиразола (6b) in status nascendi. В случае взаимодействия в аналогичных условиях пиперидола 2h с 2,4-динитрофенилгидразином также получен продукт рециклизации - тиенилза-мещённый пиразол 7с (характеристики соединения 7с см. в таблицах 8,9).
Таким образом, в реакции переаминирования (или присоединения к промежуточному винилкетону по Манниху) участвует "анилиновый" атом азота арилгидразина. Первичная же аминогруппа участвует в последующей конденсации по кетонной группе, т.е. в реакции гетероциклизации. Как видим, основание Шиффа всё-таки образуется, но уже на завершающей стадии цепи деградации пиперидинового цикла в режиме тандемного формирования пира-зольного ядра.
При изучении возможности синтеза основания Шиффа конденсацией 3-бензоилпиперидола 2а и 1,2-диаминобензола нами было обнаружено их неожиданное многомаршрутное взаимодействие. Действительно, из реакционной смеси, полученной после четырехчасового кипячения этих реагентов в толуоле в присутствии каталитических количеств и-толуолсульфокислоты, кристаллизацией был выделен с выходом 67% продукт N(1),N(2)-диалкилирования диаминобензола (10). При последующем хро-матографировании остатка, полученного из маточного раствора, были выделены бензо[Ь]триазациклоундекатриен (8) - двойное основание Шиффа и аминопропанон (9) (последний был превращен в диацетат (9а)). В спектре ЯМР Н соединения 8 наблюдается сигнал протонов N-метильной группы при 2.15 м.д., а протоны четырёх СНг -групп резонируют в виде отдельных триплетов в области 2.81-3.73 м.д. Интенсивность сигналов ароматических протонов соответствует присутствию в структуре этого соединения двух фениль-ных заместителей и одного фениленового ядра (суммарно 14Н). В масс-спектре данного соединения хотя и отсутствует пик молекулярного иона, но наличие пика фрагментного иона [M-MeNH2]+ с m/z 336, имеющего максимальную относительную интенсивность, также подтверждает структуру макроцикла 8. Кроме того, хроматомасс-спектрометрически было установлено, что в указанном остатке содержатся также 2,3-дигидропроизводное бензо-1Н-1,5-диазепина (11) и винилфенилкетон (Ж), ранее постулированный в схеме предполагаемой последовательности превращений пиперидолов 2 в аминоке-тоны 4 (см. стр 79). следующего каскада реакций. Сначала ретроальдольная дециклизация исходного пипер идола 2а приводит к аминодикетону 1, затем происходит его тан-демная конденсация с opwo-фенилендиамином - сначала моноиминирование, а далее гетероциклизация.
Наиболее вероятным путём формирования оснований Манниха 9 и 10 можно считать дезаминирование аминокетона 1 до винилфенилкетона Ж по типу ретрореакции Михаэля. В случае последующего взаимодействия молекулы фенилендиамина с одним или двумя эквивалентами этого ненасыщенного кетона Ж возникают основания Манниха, соответственно 9 или 10. Внутримолекулярная циклоконденсация аминокетона 9 приводит к производному 1,5-диазепина 11.
Следует отметить, что в случае 10-минутного микроволнового облучения твёрдой смеси исходных соединений 2а и орто-фенилендиамина (без добавления катализатора) реакция становится более избирательной по аминоке-тону 9, который был выделен с выходом 61%.
По предсказаниям программы PASS [136] соединение 8 может проявить психо- и ноотропную активность (вероятность 70 - 80%), соединение 9 -свойства агониста интерферона (70%), его диацетат 9а - свойства антагониста рецептора фибриногена (76%), дикетон 10 - антилейшманийной активность (74%).