Введение к работе
Актуальность проблемы. Традиционный интерес к полиядерным азинам обусловлен как их теоретической значимостью (ароматичность, механизмы нуклеофильного и электрофильного замещения, стабильность ион-радикалов и др.), так и прикладными аспектами. Многие соединения данного ряда используются в качестве красителей и люминофоров, входят в состав известных алкалоидов и антибиотиков.
На фоне известных достижений химии азинов, азолов и их конденсированных аналогов «белым пятном» остаются пери-аннелированные полиядерные азины типа аза- и полиазапиренов. Методы синтеза известны лишь для некоторых представителей этого обширного семейства, а химические свойства остаются практически неизвестными. Между тем, особый способ сочленения карбо- и гетероколец может иметь следствием и необычные свойства таких соединений. К их числу относится объект нашего исследования – 1,3,7-триазапирен (1a).
Практический интерес в отношении известных азапиренов обусловлен, в частности, изменением биологической активности по мере включения в пиреновое кольцо атомов азота, то есть при переходе от пирена к его аза- и полиазааналогам. Так, если моноазапирены проявляют мутагенную и канцерогенную активность, то производные наиболее изученных 4,9- и 2,7-диазапиренов проявляют анальгетическую, противовирусную и антибактериальную, а также противораковую активность. Механизм подобного действия обычно связывают с их известной способностью выступать в качестве интеркаляторов. Дополнительный интерес к полиазапиренам обусловлен развитием супрамолекулярной химии. Они активно используются для создания молекулярных устройств, запатентованы в качестве органических электролюминофоров (в т. ч. производные 1a), применяются для извлечения токсичных полиядерных аренов из органических сред.
Поскольку 1,3,7-триазапирен относится к -дефицитным гетероароматическим соединениям, нас интересовали, прежде всего, его реакции с нуклеофильными реагентами. В соответствии с современными представлениями нуклеофильное замещение в ряду электронодефицитных аренов и гетаренов реализуется как двухстадийный процесс присоединения – отщепления.
На первой стадии возможно образование двух промежуточных продуктов: X- аддуктов (комплексы Мейзенгеймера 2) или Н-аддуктов (комплексы Сервиса 3). При этом присоединение нуклеофила к незамещенному атому углерода является, как правило, более быстрым процессом, чем ипсо-присоединение. Даже при наличии в кольце хорошей уходящей группы ипсо-замещению предшествует быстрое и обратимое образование Н-аддуктов в качестве кинетически контролируемых продуктов.
Стабильность Н-аддуктов может быть разной, но в целом они более устойчивы, чем их X-аналоги. При наличии хорошего нуклеофуга ароматизация X-комплекса происходит путем необратимого элиминирования легко сольватирующихся анионов Х-.
Прямая же ароматизация Н-комплексов затруднена, поскольку предполагает отщепление гидрид-иона. Однако гидрид-ион не склонен к сольватации, его не удалось зарегистрировать как кинетически независимую частицу в растворах. Существует, однако, множество других путей трансформации Н-аддуктов в ароматические соединения, например, посредством элиминирования так называемых вспомогательных групп (нуклеофугов). В зависимости от их расположения различают кине-замещение, теле-замещение или викариозное нуклеофильное замещение. Общим существенным недостатком этих методов является необходимость предварительного введения в молекулу субстрата или реагента нуклеофугных групп.
Этого недостатка лишен метод прямого окислительного замещения атома водорода под действием нуклеофила (ONSH)*. Поскольку отщепление гидрид-иона формально равносильно окислению субстрата, использование внешнего окислителя – наиболее очевидный способ ароматизации Н-интермедиата. Однако механизм дегидроароматизации весьма непрост и определяется как структурой Н-комплекса, так и применяемым окислителем, а также условиями проведения процесса. Наиболее вероятным представляется одноэлектронный, постадийный механизм, предполагающий последовательное отщепление от Н-аддукта (3) электрона, протона и снова электрона (EPE-механизм). Таким образом, водород отщепляется не в виде гидрид-иона, а в виде протона.
Цель настоящей работы - изучение ONSH-реакций аминирования, алкиламинирования, алкоксилирования и арилирования 1,3,7-триазапирена, а также реакций нуклеофильного ипсо-замещения в ряду алкокси- и аминопроизводных данного гетероцикла.
Научная новизна и практическая значимость. Установлено, что 1,3,7-триазапирены способны легко вступать в реакцию окислительного аминирования и алкиламинирования в водной среде. Реакция протекает при комнатной температуре в присутствии одноэлектронного окислителя (K3Fe(CN6) и позволяет получать в зависимости от условий неизвестные ранее 6-амино-, 6-алкил(диалкил)амино-1,3,7-триазапирены или продукты тандемного окислительного SNH-SNH-процесса - 6,8-бис(диалкиламино)-1,3,7-триазапирены.
Показано, что 1,3,7-триазапирены в условиях кислотного катализа легко вступают в процесс окислительного алкоксилирования, который протекает как тандем SNH-SNH-реакций с образованием 6,8-диалкокси-1,3,7-триазапиренов.
Найдено, что 1,3,7-триазапирены легко присоединяют -донорные арены и гетарены в водном растворе кислоты; образующиеся -аддукты в ходе выделения окисляются кислородом воздуха, давая продукты окислительного нуклеофильного арилирования - 6-арил(гетарил)производные 1,3,7-триазапирена. Обнаружен пример двойного SNH-арилирования.
Изучение реакций нуклеофильного ипсо-замещения алкокси- и аминогрупп в серии синтезированных соединений позволило впервые в гетероароматическом ряду обнаружить реакцию переалкоксилирования 6,8-диалкокси-1,3,7-триазапиренов, синтезировать неизвестные ранее аминоэфиры и 6,8-бис(ариламино)-1,3,7-триазапирены, получить продукты кислотного гидролиза моноаминов, а также полного или частичного гидролиза диаминов, найти условия для селективного расщепления простой эфирной связи в присутствии аминогруппы и для гидролитического отщепления обеих функциональных групп.
Исследованные реакции и разработанные методы синтеза отличаются простотой исполнения и могут найти применение в других классах -дефицитных гетероциклов для создания веществ с практически полезными характеристиками.
Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на X Международном Семинаре по магнитному резонансу (Ростов-на-Дону, 2010), Международной конференции по химии гетероциклических соединений (Москва, 2010), Всероссийской научной конференции (Москва, РУДН, 2012).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 5 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных результатов кандидатских и докторских диссертаций, и 3 тезисах докладов международных и всероссийских конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация общим объёмом 125 страниц состоит из введения и трех глав. Она иллюстрирована 13 таблицами и 9 рисунками. Первая глава представляет собой литературный обзор по реакциям окислительного аминирования и алкиламинирования ди- и триазинов. Вторая посвящена обсуждению полученных нами результатов, а в третьей приведены детали экспериментальных исследований. Диссертацию завершают выводы и список цитируемой литературы (194 наименования).
![Исследование реакций нуклеофильного замещения и гетероциклизаций в ряду 6,8-диметилпиримидо[4,5-с]пиридазин-5,7(6Н,8Н)-диона](/i/i/4423/48622.png "Исследование реакций нуклеофильного замещения и гетероциклизаций в ряду 6,8-диметилпиримидо[4,5-с]пиридазин-5,7(6Н,8Н)-диона Горюненко Вадим Викторович")
![Синтез и свойства 2,3,6,7,12,12b-гексагидропиримидо[6,1-a]-b-карболин-4(1H)-тионов(онов) и 1,2,3,6,7,11b-гексагидро-4H-пиримидо[6,1-a]изохинолин-4-тионов(онов)](/i/i/4356/49204.png "Синтез и свойства 2,3,6,7,12,12b-гексагидропиримидо[6,1-a]-b-карболин-4(1H)-тионов(онов) и 1,2,3,6,7,11b-гексагидро-4H-пиримидо[6,1-a]изохинолин-4-тионов(онов) Муканов Алексей Юрьевич")
![1,2,3,4,5,6,7,8-октагидро-1,6-нафтиридины и 2,3,4,5,6,7,8,9-октагидро-1Н-пиридо[4,3-b]азепины. Синтез и реакционная способность](/i/i/4399/311934.png "1,2,3,4,5,6,7,8-октагидро-1,6-нафтиридины и 2,3,4,5,6,7,8,9-октагидро-1Н-пиридо[4,3-b]азепины. Синтез и реакционная способность Есипова Татьяна Владимировна")