Введение к работе
Актуальность работы. Химия сульфонамидов активно развивается на протяжении многих лет. Такой интерес объясняется прежде всего тем, что многие соединения, содержащие сульфонамидные группы, обладают широким спектром физиологической активности и являются основой для производства многих антибиотиков, салюретиков, инсулин-выделяющих композиций, дезинфицирующих смесей, фунгицидов, инсектицидов и гербицидов.
Сульфонамиды, содержащие перфторалкильные заместители у атома серы, представляют особый интерес, так как такие группировки являются одними из наиболее сильных электроноакцепторных групп, что приводит к высокой NH-кислотности перфторалкансульфонамидов и их производных, образованию прочных внутри- и межмолекулярных водородных связей, и ряду особенностей химического поведения, отличных от таковых для нефторированных аналогов.
Исходным реагентом в работе является простейший гомолог ряда перфтор-алкансульфонамидов – трифторметансульфонамид (трифламид). Производные трифламида широко используются в качестве лигандов для металлокомплексного катализа; получаемые на основе трифламида и его имида OH-, NH- и CH-кислоты находят применение в качестве электролитов в литиевых батареях и для получения ионных жидкостей. Препараты на основе трифламида используются для лечения болезней глаз и эпилепсии.
В органическом синтезе формирование трифламидной группировки в молекуле часто осуществляют обработкой ангидридом или галогенангидридом трифторметансульфоновой кислоты соответствующих N-нуклеофилов, что, как правило, требует низких температур, присутствия дополнительных оснований и сопровождается осмолением реакционной системы. Использование же в качестве реагентов трифламидов позволяет решать задачу одновременного построения азотсодержащих молекул и введения в качестве заместителя у азота трифторметансульфонильной (трифильной) группы в относительно мягких условиях.
Данная работа представляет собой исследование в области синтеза и строения некоторых циклических и линейных N-замещенных производных трифторметансульфонамида. Работа выполнена в лаборатории фторорганических соединений Иркутского института химии им. А. Е. Фаворского СО РАН в соответствии с планом НИР (№ госрегистрации 01201061740) и при финансовой поддержке РФФИ (гранты № 07-03-00425-а, 07-03-91559-ННИО_а, 08-03-91954-ННИО_а, 10-03-00110-а, РФФИ 09-03-16016-моб_з_рос).
Цель работы: развитие синтетического потенциала трифламида в направлении получения на его основе азотсодержащих линейных и гетероциклических соединений с помощью двух- и трехкомпонентных реакций конденсации с участием формальдегида, а также реакций гетероциклизации с участием алкенов и диенов.
В связи с поставленной целью решались следующие задачи:
Изучение влияния условий на направление реакций конденсации с участием трифламида.
Изучение трехкомпонентных реакций конденсации трифламида с формальдегидом и второй амидной компонентой.
Синтез N-трифилзамещенных гетероциклов на основе реакции некоторых алкенов с трифторметилсульфонилнитреном, генерируемым окислением трифламида.
Научная новизна и практическая значимость.
Проведено систематическое исследование конденсации формальдегида с трифламидом в различных условиях и трехкомпонентных реакций конденсации с участием второй амидной компоненты.
Показано, что направление конденсации трифламида с формальдегидом существенно зависит от условий ее проведения. В смеси органического растворителя и серной кислоты реакция протекает с образованием гетероциклических продуктов как в двух-, так и в трехкомпонентном варианте.
Впервые показана возможность восстановления сложноэфирной группы до спиртовой под действием формальдегида.
Показано, что результат конденсации трифламида и формальдегида с амидами дикарбоновых кислот зависит от числа метиленовых групп в амиде: оксамид дает, помимо продуктов трифламидометилирования по одной и обеим амидным группам, N-[(4,5-диоксо-1,3-оксазолидин-3-ил)метил]трифторметан-сульфонамид; реакция с малонамидом приводит к 4,10-бис(трифторметилсульфонил)-2,4,8,10-тетраазаспиро[5.5]-ундекан-1,7-диону; сукцинамид дает бис[(трифторметилсульфонил)аминометил]сукцинамид и N-[(трифторметилсульфонил)аминометил]сукцинимид.
Показано, что в реакции трифламида со стиролом в системе (t-BuOCl + NaI) образуются, наряду с линейными продуктами, 2,5-дифенил- или 2,6-дифенил-1,4-бис(трифторметилсульфонил)пиперазины. Образование того или иного цикла определяется условиями реакции.
Впервые осуществлена сборка бицикло[4.2.1]нонанового каркаса путем прямого циклоприсоединения трифторметансульфонилнитрена к 1,5-циклооктадиену.
Апробация работы и публикации. По результатам работы опубликовано 6 статей в журналах, входящих в перечень ВАК, и тезисы 5 докладов на центральных всероссийских и международных конференциях: 7-й Всероссийской конференции «Химия фтора», Москва (2006), 15-м Европейском Симпозиуме по химии фтора, Прага (2007), Всероссийской конференции «Современные проблемы органической химии», Новосибирск (2007), Международной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений», Кисловодск (2009), Всероссийской молодежной конференции-школе «Идеи и наследие А.Е. Фаворского в органической и металлоорганической химии 21 века», Санкт-Петербург (2010).
Объем и структура работы. Работа изложена на 141 странице. Первая глава (обзор литературы) посвящена реакциям конденсации N-нуклеофилов с альдегидами и взаимодействию сульфонилнитренов с алкенами. Вторая глава – обсуждение результатов собственных исследований. Необходимые подробности эксперимента изложены в третьей главе. Завершается диссертация выводами и списком литературы из 161 наименования. Диссертация включает 8 рисунков и 10 таблиц.
