Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор Синтез и превращения 4-оксо- и 4-гидроксипиперидинов стр.4
1.1 .Получение 4-пиперидонов стр.4
1.2. Превращения 4-пиперидонов стр. 11
1.2.1. Реакции пиперидонов по циклическому атому азота стр.12
1.2.2. Окисление 4-пиперидонов стр.15
1.2.3. Реакции С-алкилирования, -винилирования и-арилирования по карбонильной группе стр.18
1.2.4. Формирование связи С(4>- N стр.22
1.2.5. Реакции по С(з> 4-пиперидонов стр.29
1.2.6. Циклоконденсации по С(з)-С(4) стр.31
1.2.7. Синтез 4-спиропроизводных пиперидинов стр.35
1.3. Синтез и превращения 4-пиперидолов стр.37
Глава II. Обсуждение результатов стр.52
II. 1. Синтез и строение исходных 4-арил-З-ароил- (арил-2-гидроксиметил)-у-пиперидолов стр.54
II. 2. Синтез, строение и свойства пиперидинопроизводных диоксаборинана и оксаазаборинана стр.57
2.1. Синтез и молекулярное строение 2,4,8а-
триарилпергидро[1,3,2]диоксаборинино[5,4-с]пиридинов стр.57
2.2. Синтез и молекулярное строение В-алкокси- и В-гидроксизамещенных 4,8а-дифенилпергидро[ 1,3,2]-
диоксаборинино[5,4-с]пиридинов стр.66
2.3. Синтез [4+2]-моноаддуктов малеинового ангидрида с дифурилзамещенными диоксаборининопиперидинами и их предшественниками стр.78
2.4. Синтез производных пиридо[1,2-с][1,3,2]оксазаборинина и пиридо[2,1,6-,д][1,3,7,2]диоксазафосфадекана стр.84
П.З. Синтез, строение и свойства бис[бензо]пиперидиноаза-краунофанов стр.88
II. 3. 1. Синтез и молекулярное строение бис[бензо]пиперидино-аза-14-краун-4-эфиров стр.88
II. 3. 2. Синтез дибензопроизводных тетрагидропирано-окса-14-краун-4-эфира и 1,4,7-триоксациклогексадец-8,10,13,15-тетраена. Превращение последнего в пиперидино-аза-14-краун-4-эфиры стр.95
П.3.3. Превращения дибензо(у-оксопиперидино)-аза-14-краун-4-эфиров при их ацилировании. Молекулярное строение дибензо-16-краун-З-эфира стр.99
Выводы стр.105
Глава III. Экспериментальная часть стр.107
А. Список литературы к литературному обзору стр. 149
Б. Список литературы к разделам "Обсуждение результатов" и "Экспериментальная часть"
- Превращения 4-пиперидонов
- Реакции С-алкилирования, -винилирования и-арилирования по карбонильной группе
- Синтез, строение и свойства пиперидинопроизводных диоксаборинана и оксаазаборинана
- Синтез дибензопроизводных тетрагидропирано-окса-14-краун-4-эфира и 1,4,7-триоксациклогексадец-8,10,13,15-тетраена. Превращение последнего в пиперидино-аза-14-краун-4-эфиры
Введение к работе
В химии органических веществ особое место занимают производные пиперидинового ряда. Особенный всплеск интереса к ним проявился в середине 20-го века в связи с созданием целого кластера обезболивающих препаратов, имеющих в качестве структурной основы функционализированное пиперидиновое кольцо (лидол, морферидин, продин, промедол). В последующие десятилетия открывались новые структурно родственные соединения, обладающие усиленным анальгетическим эффектом (фентанил, пиценадол), противоспалительным действием (флазолон), психотропными свойствами (галоперидол, бенперидол) и др. Производные пиперидина, конденсированного с различными циклами продолжают этот структурный ряд биологически активных веществ - антихолинэргический агент тефорин, спазмолитик но-шпа, миорелаксант тубокурарин, анальгетик морфин и его агонисты (оксиларфон) и антагонисты (налорфин, налоксон и др.). Аналогичного рода производные пиперидина нашли применение в качестве ретардантов и стимуляторов роста растений (фоспинол, акпинол и др.), ветеринарных средств (эторфин и др.). Поиск новейших средств химической защиты и лечения человека, животных, растений в этой области химии гетероциклических соединений не останавливается, судя по научной и патентной литературам, и в настоящее время. В связи с этим изучение химии замещенных пиперидинов, разработка простых и эффективных методов получения новых групп производных пиперидина, ядро которого конденсировано с другими циклами, остается актуальным и в настоящее время. В рамках основной темы нашей диссертации мы решили получить новую научную информацию по синтезу, строению и свойствам двух новых групп соединений, включающих в свою структуру пиперидиновый фрагмент, - оксазаборининопиперидинов и бис[бензо]пиперидиноазакраунофанов.
Превращения 4-пиперидонов
Для 4-пиперидонов характерны реакции по карбонильной группе, свойственные кетонам [5-7] (образование вторичных и третичных спиртов, оксимов, гидразинов, оснований Шифра, восстановление по Кижнеру С=0-группы до метиленовой, реакция с ацетиленом), по активированной а-метиленой группе (конденсации типа альдольной и кротоновой), по циклическому азоту (реакции, характерные для вторичных и третичных аминов). 1.2.1. Реакции пиперидонов по циклическому атому азота
При синтезе гастрокишечного стимулятора (22) было осуществлено N-ацилирование пиперидона (15) хлорангидридом (16). Роль N-ацилной группы заключалась в защите атома азота на стадии р-гидроксилирования 4-пиперидона (17) гидроксидом натрия в метаноле [18], а также в получении на ее основе N-алкильного заместителя. Продукт (18), выделенный с выходом 36%, О-метилировали по Р-ОН группе с получением эфира (19) с помощью оксида метилиодида (выход 71%).
(21) Последующая конденсацией кеталя (19) с О-бензилгидроксиамином привела к имину (20) с хорошим выходом. В последнем иминная и амидная группы были восстановлены гидридом бора до хирального амина (21), который затем переведен в целевой стимулятор - амид (22).
Ряд амидов (25) синтезирован N-ацилированием гидрата пиперидона. (23) хлорангидридами (24). Они затем были использованы в качестве промежуточных соединений, для получения антивирусных препаратов типа (26), полезных в лечении СПИД а [19].
Установлено, что при ацетилировании NH-пиперидонов (27) образуются N-ацилированные тетрагидропиридины (28) [20]. В то же время в случае N-метизамещенных пиперидонов енолизации не проходит, а вместо этого наблюдается N-ацилирование с последующим расщеплением гетероцикла и образованиям енонамидов (29) [20,21]. В обеих группах (28) и (29) имеются вещества, которые проявили среднюю психотропную активность центрального действия [20], а также антибактериальную и фунгицидную активность [22].
В [23] синтезированы с выходом 47-73% N-нитрозопроизводные 2,6-(г/м е,е)дифенил-у-пиперидонов и пиперидинов (32) действием азотистой кислоты на соответствующие исходные (30) и (31) (последние получены восстановлением по Кижнеру-Вольфу пиперидонов (30) с выходом 65-71%). Изучены стереодинамические характеристики методом динамической ЯМР соединений (32), интересных в качестве объектов для изучения канцерогенных и противораковых свойств в сравнении с 2,6-{tfiic-а,а)диалкилзамещенными пиперидинами.
Четвертичная соль пиперидин-4-она (34) вступает в реакцию переаминирования при ее кипячении с 1-аминоаценафтеном (33) в этанольном растворе в присутствии карбоната калия [24]. Сначала происходит дезаминирование по Гофману, а затем присоединение по Михаэлю амина (33) и с формированием нового пиперидона (35).
При попытке окислить пиперидон (36) в лактон (А) в условиях реакции Байера-Виллигера, окисление с помощью Н2О2 не наблюдалось вовсе [22]. Однако в случае использования модифицированного метода (система РЬСНО/Ог/МпОг) прореагировала 50% исходного (36), но образовалась сложная смесь продуктов, из которой были выделены лишь промежуточный пероксид (37) (выход 7.5%) и его дегидропроизводное (38) (11%).
Окислением 4-пиперидонов (39) диоксидом марганца достигается полная их ароматизация до 4-гидроксипиридинов (40) [25]. Выделен при этом и промежуточный продукт- 1,4-дигидропиридин-4-он (41).
Реакции С-алкилирования, - винилирования и - арилирования по карбонильной группе Интересная зависимость направления реакции от порядка прибавления реагентов в условиях нуклеофильного метилирования пиперидона (42) метиллитием была отмечена в [26]. При добавлении раствора пиперидона (42) к эфирному раствору MeLi образуется ожидаемый продукт (43) (выход 51%), а при обратном порядке смешения реагентов в качестве единственного продукта выделен с выходом 55% димер (44).
Реакции С-алкилирования, -винилирования и-арилирования по карбонильной группе
В синтезе антипсихотического препарата сертиндола (68) использована промежуточная конденсация гидрохлорида 4-пиперидона (в виде моногидрата) (15) с индолом (65) [34]. Последний , в свою очередь, получают в две стадии : сначала при N-арилировании N-моноарилглицина (63) 2,5-дихлорбензойной кислотой (62) синтезируют КД-диарилглицин (64), который затем внутримолекулярной гетероциклизацией трансформируют в индол (65). Гидрирование 3-(тетрагидропиридин-4-ил)индола (66) с последующим N-алкилированием образовавшегося пиперидинильного фрагмента с помощью 1-(2-хлорэтил)имидазолона (67) приводит к целевому продукту (68).На первой стадии пиперидон (71) присоединяет карбен с образованием [2.5]спиродихлороксиранопиперидина (77), который сразу же реагирует с двумя экв. анилина, давая после обработки щелочью 4,4-дизамещенный пиперидин (78). После акта конденсации NH-пиперидина (78) с мезилатами (79),образовавшиеся N-алкилпиперидины N-метилируют по амидной группе йодометаном в условиях катализа краун-эфиром. В полученном амиде (80) амидную группу восстанавливают литийтриэтилборогидридом до спиртовой, которую затем переводят в метоксильную. На завершающей стадии вторичный амин пропионилируїот, получая суфентанил (82) и ряд его аналогов. у-Пиперидон (11) реагирует с диэфирами фосфористой кислоты (83) в присутствии анилина с образованием 4-аминофосфонатных производных пиперидина (84) (выход 58-62%) [39].
Основания Шиффа (86) образуются с количественным выходом при кипячении смеси у-пиперидонов (85) и аминов в присутствии 1 "J толуолсульфокислоты (1:2.4:0.2) в толуоле (R = Н, R = циклогексил) или в присутствии ZnCb (1:2:0.1) в ксилоле (R1 = алкил, R2 = Ph)[40]. R1 = H, Me, Et, i-Pr, Bu, CH2Ph, CH2CH2Ph; R2 = -C6H„,Ph Длительное выдерживание (16ч, 20 С) метанольного раствора пиперидонов (48), (87) в присутствии формиата аммония и палладия (10% на угле) приводит к эффективной замене у-оксогруппы на первичную аминогруппу [41]. Соответствующие 4-аминопиперидины (88) выделены с выходами 75-83%.
В этом восстановительном аминировании формиат аммония служит источником и водорода и азота. Добавка воды (10%) привела к значительному увеличению выхода аминов (88), что свидетельствует в пользу протекания реакции не через 4-имин, а непосредственно через восстановление аминаля.
Гидролиз дихиральных гидразонов (89), проводимый в присутствии хлорида меди, протекает без рацемизации хирального центра при С-3 в получаемых с выходом до 87% 3-алкилированных пиперидонах (90) [42].
Восстановлением 4-иминопроизводного пиперидина (92), полученного конденсацией пиперидона (48) с 1-аминопирролом (91), натрийборогидридом в кипящем изопропаноле получен с выходом 69% монозамищенный гидразин (93), содержащий пиперидильный заместитель [43]. Подобные пирролиламинопиперидины по патентным данным обладают обезболивающим действием.
Ряд аналогов анальгетика фентанила был синтезирован из шиффовых оснований (95) их восстановлением до аминов (96) (выход 50 - 72%), которые после хроматографического разделения (на АЬОз) на цис- ( выход 29-51%) и транс- изомеры (выход 19-27%) были превращены в амиды (97) с количественным выходом [31]. R = Н, Me, Et, i-Pr, Ви, Bn, CH2Bn Высокую обезболивающую активность показал 3-этильный аналог фентанила.
При перемешивании трехкомпонентной смеси пиперидона (98), анилинов и триметилсилилцианида (99) в уксусной кислоте протекает реакция Штреккера и при этом образуются 4-циано-4-фениламинопиперидины (100) [24]. Выдерживание производного (100, R = Н) при 20С в смеси метановой кислоты и ацетангидрида приводит к промежуточному продукту (101), который, не выделяя, нафевали в формамиде уже при 200С. При этом получили с выходом 20% 8-аценафтен-1-ил-1,3,8-триаза-спиро[4.5]деканон (102), который наряду с некоторыми его производными, проявляет свойства агониста биорецептора орфанина FQ
Синтез, строение и свойства пиперидинопроизводных диоксаборинана и оксаазаборинана
В последнее время химия органических производных борной кислоты привлекает все большее внимание исследователей. В частности, реакция Сузуки, в которой арилбороновые кислоты [6] и их эфиры (2-арил-1,3,2-диоксаборинаны) [7] используются для создания новых С-С связей, получила широкое признание в качестве важного метода синтеза труднодоступных 0/?/ио-замещенных диарилов [6,7] и фенолов [8]. Некоторые производные арилбороновых кислот оказались многообещающим инструментом в разработке молекулярных сенсорных устройств, высокоизбирательно и обратимо взаимодействующих с природными моно- и олигосахаридами [9-11]. Методом ЯМР и квантовой химии систематически изучается конфигурация и конформация замещенных 1,3,2-диоксаборинанов[12-16]. С целью установления стереохимических особенностей строения замещенных пергидро[1,3,2]диоксаборинино[5,4 с]пиридинов, а также в связи с тем, что компьютерное прогнозирование их биологической активности по Интернет- программе PASS [17] показало высокую вероятность проявления ими спазмолической (вероятность 73-93%), психотропной (81-89%), седативной активности (80-82%), а также других видов активности (с вероятностью более 60%) нами был синтезирован ряд 2,4,8а-триарил-6-метилзамещенных пергидро[1,3,2]диоксаборинино[5,4-с]пиридинов (4a-l). Эти соединения, относящиеся к новой гетероциклической системе, получены взаимодействием 1,3-диолов За,с с арилбороновыми кислотами нагреванием их толуольных растворов в приборе Дина-Старка в течение 3-14 ч. Пиперидинодиоксаборинаны 4а-1 выделяли кристаллизацией или колоночной хроматографией на силикагеле с выходом 52-95%. Введение в фенильный радикал бороновой кислоты электронодонорного заместителя (пара- и мета-положения) несколько повышает выход продуктов 4, а в случае акцепторного заместителя - заметно снижает. Их характеристики, спектры ЯМР Н и масс-спектры представлены в экспериментальной части и в таблицах 1-3.
Характерным для ЯМР !Н всех соединений 4а-1 является то, что метановый протон С(4)-Н резонирует в слабом поле при -5.1 м.д. в виде уширенного синглета с hn = 15.6 - 16.2. (константа спин-спинового взаимодействия - КССВ, измеренная на половине высоты сигнала). Это значение КССВ свидетельствует о его мра//с-положении относительно метанового протона С(4а)-Н [14]. Кроме того также значительно уширены сигналы почти всех других алициклических протонов, за исключением четкого триплетного сигнала с J = 11.2 - 11.6 Гц в области 2.5 м.д., который можно отнести к сигналу протона С(4а)-Н, что затрудняет использование этих спектров для точного установление цис- или /я/?я//осочленения двух гетероциклических фрагментов. В то же время, исходя из данных РСА 3-бензоил-4-гидрокси-4-фенилпиперидина [18] и исходного 1,3-диола За (см. рис. 1), у-фенильный, (З-бензоильный, и (5-фенилгидроксиметильный заместители находятся в экваториальных положениях пиперидиного кольца, поэтому оба гетероцикла в пергидродиоксабориринопиридинах 4а-1 должны находится в ;/г/с-сочленении.
Для однозначного установления молекулярной структуры пергидродиоксаборининопиридинов 4а-1 был проведен рентгеноструктурный анализ соединения 4а. На рисунке 2 дан общий вид молекулы 4а. Соединение 4а представляет собой рацемический диастереомер с тремя асимметрическими атомами С(4), С(4а) и С(8а), соответствующей конфигурации rac-R,S,S с г/ис-сочлененными шестичленными гетероциклами. Конформация диоксаборинанового цикла - полукресло с выходом атомов углерода С(4а) и С(8а) из плоскости остальных атомов гетероцикла, выполняющееся с точностью до 0.013 А, на + 0.313 и -0.403 А. Конформация пиперидинового цикла - почти идеальное кресло (диапазон значений модулей торсионных углов 50.1(2)-61.2(2)). Атом бора плоский (сумма валентных углов 360.0), атом азота пирамидальный (сумма валентных углов 330.2). Фенильные заместители при атомах С(4) и С(8а) занимают относительно диоксаборинанового кольца 1,3-г/ис-диаксиальные положения. Метальный заместитель при атоме азота расположен экваториально. Упаковка молекул в кристалле стопочная вдоль оси X. Молекулы расположены на ван-дер-ваальсовых расстояниях.
Аналогичной конденсацией N-бензилзамещенного пиперидола ЗЬ были также получены 2,4,8а-триарилзамещенные 6-бензилпергидро-диоксаборининопиридины (5a-d), характеристики которых сгруппированы в таблице 1. При их выделении (выход 60-72%) установлено, что сложноэфирная группировка способна легко гидролизоваться, а бензильная группа - отщепляться при обработке водным раствором соды реакционной смеси, в результате чего образуется NH-производное 1,3-диола (6).
Синтез дибензопроизводных тетрагидропирано-окса-14-краун-4-эфира и 1,4,7-триоксациклогексадец-8,10,13,15-тетраена. Превращение последнего в пиперидино-аза-14-краун-4-эфиры
А. Раствор 2.05 г (5.5 ммоль) пиперидола (ЗЬ) и 0.75 г (5.5 ммоль) 4-метоксифенилбороновой кислоты в 50 мл толуола кипятят 4ч. Охлажденную смесь обрабатывают 10%-ным раствором соды в воде (3 раза по 10 мл). Толуольный слой отделяют, сушат сульфатом магния, упаривают наполовину и охлаждают. Получают 0.51 г (51%) NH-пиперидола (6) в виде бесцветных кристаллов, т.пл. 140-142С. Спектр ЯМР Н, 5, м.д.: 1.14 (1Н, м, 5-СН2); 1.75 (ЗН, м, 5-СН2, ОН, NH); 2.23 (1Н, д.д.д., J = 11.3, 9.6 и 3.9 Гц, 3 - СН); 2.62 (2Н, м, N-CH2); 3.73 (2Н, т, J = 12.0 Гц, N-CH2); 5.14 (1Н, д.д., J = 11.4 и 2.4 Гц, СНОН); 7.03 - 7.51 (10 Н, м, Ph). Масс-спектр, m/z (1отн., %): 283 [М]+. Найдено, %: С 76.38; Н 7.35; N 4.72. C18H2iN02. Вычислено, %: С 76.29; Н 7.47; N 4.94
Б. Раствор 2.05 г (5.5 ммоль) пиперидола ЗЬ обрабатывают 10%-ным раствором соды (3 раза по 10 мл). Из толуол ьного слоя после осушки и упаривания выделяют 1.94г (95%) непрореагировавщего диола
6-Метнл-2-(2-пропіілокси)-4,8а-дііфенилпергндро[1,3,2]дііокса-боринино[5,4-с]пиридин (8). Смесь 1 г (3,37 моль) пиперидола За с 2,07 г (11 ммоль) триизопропилбората в 50 мл сухого гексана кипятят 2 ч в атмосфере сухого азота в приборе Дина-Старка с обратным холодильником, снабжённым хлоркальциевой трубкой. Гексан отгоняют и остаток перекристаллизовывают из ацетона. Выход 0,69 г (56%), т.пл. 185-186Т (в виде бесветных кристаллов). Спектр ЯМР Н, 5, м.д.(/, Гц): 1.22 и 1.33 (6Н, два д., J = 6.1, СМе); 1.79 и 2.01 (2Н, два м., Н-8); 2.38 (ЗН, с, NMe); 2.46 (1Н, т, 2J = 10.8, Н-4а); 2.63 - 2.95 (ЗН, м, NCH2); 4.03 (1Н, м, СН(Ме)2); 4.95 (1Н, уш. сигнал, Н-4); 6.75 - 6.99 (ЮН, Н. аром). Масс-спектр, m/z (/от„, %): 365[Mf (2), 323[М-СМе2]+(29), 322(5), 251(7), 191(11), 172(38), 159(26), 105(20), 77(26), 71(35), 70(52), 57(67), 44(100), 43(72), 42(65). Найдено, %: С 72.41; Н 7.55; N 3.62. C22H28BN03. Вычислено, %: С 72.34; Н 7.73; N3.83.
Смесь 2.0 г (6.7 ммоль) пиперидола За, 0.31 г (10.1 ммоль) формальдегида в 14 мл воды и 7 мл конц. H2SO4. кипятят 5.5 ч. Смесь охлаждают, экстрагируют этилацетатом (2x20 мл). Водный слой подщелачивают 20%-ным раствором NaOH до рН 10, экстрагируют этилацетатом (3x10 мл), экстрат сушат над MgSO.4. После упаривания растворителя остаток кристаллизуют из эфира. Получают 1.75 г (84.5%) соединения 10 в виде белых кристаллов, т.пл. 133-135С. Спектр ЯМР Н, S ,м.д.(Л Гц): 1.80 (2Н, м, Н-8); 2.17 (ЗН, с, Me); 2.22-2.60 (4Н, м, Н-5 и Н-7); 2.81 (1Н, м, Н-4а); 4.83 (Ш, д, 3J= 2.5, Н-4); 5.01 и 5.10 (2Н, два д, 2J= 6.4, Н-2); 7.21 - 7.50 (ЮН, м, Ph). Масс-спеютр, m/z (/ота.. %): 309 [М]+,.Найдено, %: С 77.82; Н 7.55; N 4.32. C20H23NO2. Вычислено, %: С 77.64; Н 7.49; N 4.53.
Параметры элементарных ячеек и интенсивности отражений для соединений За, 9 и 10 измерены на автоматическом трехкружном дифрактометре Bruker SMART 1000 CCD (ЛМоК«-излучение, графитовый монохроматор, (р и со-сканирование). Основные кристаллоструктурные данные представлены в таблице 6. Структуры всех соединений определены прямыми методами и уточнены полноматричным методом наименьших квадратов в анизотропном приближении для неводородных атомов. Атомы водорода гидроксильных групп в соединениях За и 9 локализованы объективно в разностных фурье-синтезах и включены в уточнение в изотропном приближении с фиксированными позиционными и тепловыми параметрами. Положения остальных атомов водорода в соединениях За, 9 и 10 рассчитаны геометрически и уточнены в изотропном приближении с фиксированными позиционными (модель «наездника») и тепловыми (ии3о(Н) = 1.5U3KB(C) для СНз-групп и UH30(H) = 1.2UDKB(C) для всех остальных групп) параметрами. Все расчеты проведены с использованием комплекса программ SHELXTL PLUS (Version 5.10) [5]. Таблицы координат атомов, длин связей, валентных и торсионных углов и анизотропных температурных параметров для соединений За, 9 и 10 депонированы в Кембриджском Банке Структурных Данных.