Синтез полиядерных соединений на основе электрофильного ацетаминирования перимидинов нитроэтаном в полифосфорной кислоте Цысь, Антон Евгеньевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. Одной из основных задач, которые стоят перед химиками-органиками, является создание новых эффективных синтетических методов. Ее решение позволяет находить новые реагенты, а так же раскрывать синтетический потенциал известных, в неизвестных ранее, порой совершенно неожиданных комбинациях друг с другом. В полной мере сказанное относится к пери-аннелированным полиядерным ароматическим, а особенно гетероароматическим соединениям. Среди их производных есть много органических люминофоров, красителей, эффективных лекарственных препаратов. Среди последних особый интерес вызывают люминесцентные интеркаляторы. С развитием нанотехнологий в последнее время заговорили также о конструировании «молекулярных машин» и «устройств».

В течение длительного времени в нашей лаборатории разрабатывались методы пери-аннелерования к производным нафталина, включая азафена- лены. Это позволило накопить большой опыт в этой области. Среди созданных методов в первую очередь следует отметить те, которые созданы на основе ацилирования перимидинов с помощью найденной на нашей кафедре системы реагентов 1,3,5-триазины/ПФК. Проведенные в этом направлении исследования дали возможность разработать простые, одностадийные методы пери-аннелирования различных циклов к феналенам и азафеналенам. Многие из них, как выяснили последующие исследования, являются общими для широкого круга феналенов и азафеналенов. Удалось разработать способы пери-аннелирования карбоциклического, [c,d] пиридинового и пиридазинового ядра.

Недавно в нашей лаборатории удалось найти способ прямого электро- фильного аминирования ароматических соединений, в том числе азафена- ленов, ранее неизвестной системой реагентов: азид натрия в полифосфорной кислоте. Это позволило разработать ряд методов пери-аннелирования, которые привели к различным полиядерным соединениям, содержащим у нафталинового фрагмента атом азота. Эти методы позволили значительно расширить ассортимент способов пери-аннелирования. Однако, найденные методы, несмотря на их эффективность, имеют существенный недостаток - в ходе этих реакций или при обработке реакционной смеси может выделяться азидоводородная кислота. Она весьма токсичная и взрывоопасная. Таким образом, идеального способа пери-аннелирования фрагмента с атомом азота у пери-положения нафталиновой системы не существует.

Это послужило толчком для дальнейшего движения в направлении поиска новых реагентов для развития методологии пери-аннелирования, например, поиску новых аминирующих реагентов.

В этой работе представлено одно из возможных решений этой проблемы на примере некоторых азафеналенов: перимидинов и Ш-нафто[1,8- й?е][1,2,3]триазина (1,2,3- триазафеналена).

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы" (грант № 2010-1.2.1-102-020-013) и при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (гранты № 10-03-00193а).

Цель работы: Разработка метода прямого ацетаминирования перимидинов и 1Я-нафто[1,8-й?е][1,2,3]триазина (1,2,3-триазафеналена), создание на его основе новых методов пери-аннелирования пяти-, шести- и семи- членных циклов, содержащих атомы азота, связанные с пери-положением нафталинового фрагмента. Задачи исследования:

1. Исследование поведения перимидинов и 1,2,3-триазафеналена в реакции с нитроэтаном и нитрометаном в ПФК;

2. Разработка методов пери-аннелирования пиррольного ядра к перимиди- нам и 1,2,3-триазафеналену;

3. Исследование синтетической последовательности: ацетаминирование нитроэтаном в ПФК - ацилирование 1,3,5-триазинами, карбоновыми кислотами и их нитрилами.

4. Разработка метода пери-аннелирования пиримидинового и пиразольно- го цикла к перимидинам;

5. Разработка метода пери-аннелирования азепинового ядра к азафенале- нам на основе их реакции с нитроэтаном в ПФК;

6. Исследование особенностей строения полученных соединений.

Научная новизна, теоретическая и практическая значимость. Для прямого ацетаминирования азафеналенов найдена новая система реагентов - нитроэтан в полифосфорной кислоте.

Разработан метод синтеза 6(7)- аминоперимидинов, основанный на ацетаминировании перимидинов этой системой реагентов при 100-110 ⁰C.

Показано, что увеличение температуры реакции перимидинов с нитроэтаном в ПФК до 150 ⁰C приводит к образованию Ш-1,5,7- триазацикло- пента [с,^]феналенов, на основании чего разработан их метод синтеза.

Исследованы синтетические последовательности реакций ацетамини- рования азафеналенов и последующая реакция с электрофильными реагентами, включая биэлектрофилы.

Установлено, что последовательность ацетаминирование нитроэтаном в полифосфорной кислоте и последующая реакция с азидом натрия при температуре 100-110⁰С приводит к образованию 1,3,6,8-тетраазапиренов, на основании чего разработан метод синтеза последних.

Впервые исследованы тандемные превращения с участием перимиди- нов и 1,2,3-триазафеналена (прямое электрофильное ацетаминирование - ацилирование - гетероциклизация). Выяснено, что в качестве ацилирую- щих реагентов в этих реакциях, могут использоваться 1,3,5-триазины и карбоновые кислоты. Установлено, что они эффективны для синтеза 1H- 1,5,7- триазациклопента [c,d] феналенов и 1H-1,5,6,7- тетраазациклопента [c,d] феналенов.

Выяснено, что последовательность: прямое электрофильное ацетаминирование нитроэтаном в ПФК - нитрозирование - гетероциклизация пе- римидинов приводит к образованию смеси 1H-1,2,5,7- тетраазациклопента[с,^феналенов и N-оксидов 1,3,6,8- тетразаапиренов с преобладанием последних.

Разработан метод аннелирования азепинового ядра на основе синтетической последовательности: прямое электрофильное ацетаминирование нитроэтаном в ПФК - алкилирование карбонильными соединениями.

Исследована реакция ацетаминоперимидинов, получаемых in situ по реакции Шмидта из ацетаминоперимидинов и азида натрия в ПФК. Показано, что в этом случае нитроэтан выступает в качестве ацилирующего реагента, и основными продуктами реакции являются 1H-1,5,7- триазациклопента^, d] феналены.

Методология и методы. В ходе работы использовались методы классической синтетической органической химии и современные физико- химические.

На защиту выносятся:

6. 1. Способ ацетамидирования азафеналенов с помощью неизвестной ранее системы реагентов - нитроэтан в полифосфорной кислоте.

   2. Неизвестные ранее методы пери-аннелирования пиррольного ядра к азафеналенам на основе их реакции с нитроэтаном в полифосфорной кислоте и последующей термической циклизации или реакции с ацилирую- щими реагентами.

   3. Метод синтеза 1,3,6,8-тетраазапиренов на основе синтетической последовательности, которая включает реакцию ацетамидирования пери- мидинов нитроэтаном в полифосфорной кислоте и последующую реакцию с азидом натрия.

   4. Способ пери-аннелирования азепинового ядра к перимидинам, основываясь на их электрофильном ацетамидировании нитроэтаном в полифосфорной кислоте и последующем алкилировании промежуточных

   веществ карбонильными соединениями.

   Достоверность полученных результатов. Строение синтезированных веществ определено H, ¹³С ЯМР (в том числе COSY и HMQC) и ИК- спектроскопии, состав элементным анализом, в ряде случаев встречным синтезом.

   Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на международной конференции «Advanced Science in Organic Chemistry» (Мисхор, 2010), I-ой и II-ой Всероссийской научной конференции с международным участием «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2011, 2012), Второй Международной научной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений», посвященной всемирному году химии и 80-летию СГУ (Железноводск, 2011), XIV-й молодежной конференции по органической химии (Екатеринбург, 2011), XV Молодежной школы - конференции по органической химии (Уфа, 2012), Всероссийской конференции «Органический синтез: химия и технология» (Екатеринбург, 2012), 54-57 научных конференциях преподавателей и студентов Ставропольского государственного университета, 2009-2012 г.г. Публикации¹. Основное содержание работы опубликовано в 3 статьях перечня ВАК, 8 тезисах докладов конференций.

   Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 119 страницах, иллюстрирована 66 схемами, 12 таблицами и 5 рисунками. Библиография содержит 156 литературных ссылок.

   Похожие диссертации на Синтез полиядерных соединений на основе электрофильного ацетаминирования перимидинов нитроэтаном в полифосфорной кислоте

   

   Синтез гетероциклических соединений на основе тиогидразидов оксаминовых кислотНикитина Александра Сергеевна

   

   Синтезы гетероциклических соединений на основе ароилацетонитрилов и эфиров -оксикарбоновых кислотВасильев Андрей Вадимович

   

   Синтез гетероциклических соединений на основе Z-(азол-1-ил)алкановых кислот и их производныхЧурилов Игорь Сергеевич

   

   Синтез и реакции азотсодержащих производных малеиновой кислоты и гетероциклических соединений на их основеРожков Сергей Сергеевич

   

   Синтез полиядерных соединений на основе реакции Шмидта и электрофильного аминирования азидом натрия в полифосфорной кислотеКараиванов Никола Цанев

   

   Синтез функционально замещенных карбо- и гетероциклов на основе мульткомпонентных реакций карбонильных соединений с производными цианоуксусной кислоты Шестопалов Александр Анатольевич

   

   Синтез гетероциклических соединений со спироуглеродными атомами на основе реакции Реформатского с участием алкиловых эфиров 1-бромциклоалканкарбоновых кислот Кириллов Николай Федорович

   

   Синтез азотсодержащих гетероциклических соединений на основе синтетической последовательности: реакция Шмидта - электрофильное аминирование аренов азидом натрия в полифосфорной кислотеРедько Тамара Сергеевна

   

   Катионные производные -циклодекстрина и соединения включения на его основе, содержащие остатки фармакологически важных кислотЧараев, Анатолий Анатольевич

   Синтез карбоновых кислот на основе 3,5-дизамещенных-1,2,4-оксадиазоловБайков, Сергей Валентинович